Все животные, как растительноядные, так и питающиеся растительноядными, живут за счет растений. Это общий закон жизни как для земли, так и для моря. И вся фауна рыб океана живет в конечном итоге за счет растений, водорослей. Жизненное значение тут имеет не та узкая полоса морских водорослей, которая окаймляет берега материков и островов, а бесчисленные миллиарды микроскопических планктонных водорослей — фитопланктона, населяющие верхние слои воды и обеспечивающие существование животного мира повсюду в океане.
Так как вода поглощает и рассеивает свет, то фотосинтез может идти только в тонком верхнем слое океана, приблизительно в верхних 100 метрах. Глубина этого слоя зависит от интенсивности падающего света, от угла падения лучей, от прозрачности воды и других условий. В этом верхнем фотосинтетическом слое создается все органическое вещество, на котором зиждется жизнь всех морских животных, вплоть до обитателей самых болыимх глубин океана.
Количественная оценка величины продукции органического вещества планктонными водорослями давно интересует ученых. Для измерения этой величины было разработано несколько методов. До недавнего времени наибольшее значение имел метод, основанный на том, что растения, создавая углеводы (сахар, клетчатку) из углекислоты и воды, освобождают при этом эквивалентное количество кислорода. По величине прироста кислорода в пробах воды можно рассчитать образование органического вещества на единицу объема воды или, как говорят, величину первичной продукции.
Этот метод был широко использован, но он дает удовлетворительные результаты только в береговых водах, очень богатых фитопланктоном и где фотосинтез практически ограничен несколькими верхними метрами. Для открытого океана, где зона фотосинтеза простирается глубже и где величина продукции значительно меньше, метод этот недостаточно чувствителен и не может быть применен.
Новые возможности открылись с введением в науку метода «меченых атомов», метода радиоактивных изотопов. Первым применил метод «меченых атомов» для измерения продукции органического вещества планктонными водорослями датский ученый Стиман-Нильсен в 1952 году. Стиман-Нильсен воспользовался радиоактивным углеродом С14 Обычно существующий в природе углерод — это С12, цифра 12 указывает на его атомный вес. Радиоактивный углерод имеет атомный вес 14, атомы его подвергаются распаду с освобождением электронов, при этом атом углерода превращается в атом азота.
Необычайно чувствительные радиометрические методы позволяют измерять ничтожнейшие количества углерода С14, в миллион раз меньшие, чем самые тонкие химические методы.
Живые организмы, и в частности водоросли, не делают, по-видимому, различия между обычным и радиоактивным углеродом, между обычной СОг и углекислотой, в которой углерод представлен радиоактивным изотопом С14. Если прибавить небольшое количество углекислого натра (NaHCO3), содержащего С14, в морскую воду, то водоросли будут ассимилировать (усваивать) радиоактивный углерод пропорционально его содержанию в среде. Тогда, измерив радиоактивность водорослей, можно простым расчетом определить общее количество усвоенного углерода, т. е. величину первичной продукции. Принцип этого метода был дальше разработан Г. Г. Винбергом и другими исследователями, а для открытого моря Ю. И. Сорокиным.
В нашем рейсе измерением первичной продукции в океане при помощи радиоактивного углерода занималась Ю. Г. Кабанова, используя методику Сорокина. Пробы собирались специальным пластмассовым батометром с горизонтов 0, 10, 25, 50, 75 и 100 метров. В пробы вводилось определенное количество радиоактивного бикарбоната натра, и склянки выдерживались на палубе в баке с проточной водой при естественной освещенности в течение нескольких часов. Контрольные пробы находились в тех же условиях, но в темных склянках. Разница между поглощением С11 в светлой и темной склянках позволяла установить количество углерода, усвоенного водорослями в процессе фотосинтеза.
Для оценки влияния уменьшения освещенности с глубиной пробы опускались на разные глубины. Полученные данные позволяли рассчитать величину первичной продукции под квадратным метром поверхности моря для различных районов океана.
В открытых частях океана первичная продукция низка и не превышает 10–30 мг С/м2 в день В прибрежных районах первичная продукция выше. В море Банда она равнялась 236 С/м2. На шельфе Австралии шло как раз цветение водорослей, была весна южного полушария, и первичная продукция достигала огромных цифр — 450 мг углерода в день. У берегов Африки она была ниже — 72 мг С.
Среди районов открытого океана своей относительно высокой продуктивностью выделяется Аравийское море, где продукция достигала 120 мг углерода на 1 квадратный метр поверхности моря в день.
Карта распределения первичной продукции совпадает с картой распределения водорослей и общего планктона, и это понятно, так как от количества фотосинтезирующих водорослей зависит величина продукции.
Возникает вопрос, а чем же обусловливается большее или меньшее богатство верхних слоев моря планктонными водорослями?
Тут на первый план выступает значение биогенных элементов — источников фосфора и азота, необходимых для построения живого вещества, для синтеза белка. Света в тропиках всегда хватает, он не ограничивает фотосинтеза; тут нет, как в высоких широтах, темного и светлого времени года. Угольной кислоты тоже всегда достаточно. Быть «узким местом», лимитировать продукцию могут лишь питательные соли, биогенные элементы.
В тех местах океана, где воды с большим содержанием биогенных элементов поднимаются высоко и доходят до зоны фотосинтеза — как в Аравийском море, у берегов Африки, у Мадагаскара, — там первичная продукция высока. В открытом океане богатые биогенными элементами слои находятся глубоко, и слой фотосинтеза беден фосфатами и особенно нитратами — там величина первичной продукции гораздо ниже. Таким образом, динамика вод, обусловливающая подъем питательных солей из глубины, где их всегда много, к зоне фотосинтеза, имеет решающее значение. На глубинах питательных солей много, так как тут они воссоздаются, регенерируют из распадающихся мертвых растительных и животных организмов в результате деятельности микробов.
Между величиной первичной продукции и концентрацией биогенных элементов в морской воде отношения, конечно, сложные. Условия могут сложиться так, что из глубины идет достаточный подъем питательных солей, но фотосинтез происходит настолько интенсивно, что питательные соли почти нацело используются и концентрация их в воде падает. Тогда мы будем иметь высокую первичную продукцию при бедности биогенными элементами в продуцирующих слоях. Ярким примером подобного рода служит шельф Австралии. Здесь была обнаружена самая высокая для Индийского океана продукция (450 мг С/м2 в день) и самое низкое содержание фосфатов во всем столбе воды (2 мг Р на м3) при полном отсутствии нитратов и нитритов.
Некоторое количество измерений первичной продукции при помощи радиоактивного углерода было выполнено самим Стиманом-Нильсеном в экспедиции на «Галатее» при пересечении ею Индийского океана. Исследования «Витязя» позволили получить сравнительные величины продукции в разных районах океана.
БОМБЕЙ
Близится конец нашему плаванию. Бомбей — наш последний заход. Там мы простимся с индийскими друзьями, с которыми успели сблизиться за эти месяцы совместного плавания.
Все уже мечтают о возвращении на родину, о приходе в Одессу. Столько месяцев в море, в напряженной работе не могли не утомить весь состав экспедиции — и моряков, и научных работников. Только Г. Н. Иванов-Францкевич настаивает на добавочных суточных станциях, нужных ему для построения схемы глубинных течений. Возвращение в Одессу намечено на конец апреля, и многие из нас надеются встретить в этом порту своих близких. Наши жены, хоть не все, но многие, думают приехать в Одессу и ожидать там прихода «Витязя». Хочется и более скорой встречи, хочется увидеть своими глазами корабль, который в течение долгих месяцев разлуки и тревог был вторым домом их мужей.
