Биогенные элементы, микроэлементы и растворенные газы

  Один интересный способ представить четыре группы ионов — это «наложить» их на периодическую таблицу (рисунок 7.2). При этом некоторые элементы попадут в не­сколько групп. Можно видеть также, какие элементы жиз­ненно важны для роста растений, а какие обладают сход­ным с ними распределением, но таковыми не считаются. Наиболее интересен углерод: это макроэлемент, встречаю­щийся главным образом в виде бикарбонат-ионов (CO₃^2-, HCO₃^-), он входит в состав растворенного газа (в виде С0₂), он же принимает участие в образовании органических молекул, а потому его можно отнести к биогенным элемен­там.

Биогенные элементы

  К основным биогенным элементам относится азот (в виде нитрат-иона NO₃^-, фосфор (в виде фосфат-иона РО₃^4-) и кремний (в виде кремнекислоты Si(OH)₄). Они играют важ­ную роль в жизни растений, и поэтому их распределение су­щественно отличается от распределений основных компонентов (макроэлементов). Концентрации биогенных элемен­тов почти всегда малы в поверхностном слое, где они по­требляются растениями, и возрастают с глубиной, так как в глубоких слоях происходит разложение органического мате­риала. В главе Два океанологических рейса мы проанализируем вертикальные профили питательных, или биогенных, веществ, полученные по дан­ным гидрологической станции в северо-восточной части Ти­хого океана.

Микроэлементы

  На рисунке 7.2 представлены элементы, содержание которых в морской воде незначительно: измеренные концентрации их не превышают 1 млн^-1. Вертикальное распределение неко­торых из этих элементов сходно с вертикальным распреде­лением биогенных элементов. Значение их двояко.

  1. Биологи обнаружили, что многие морские организмы усваивают ионы некоторых микроэлементов, изменяя их концентрации. Например, отношение концентраций железа и калия в клетке растения гораздо больше, чем в окружаю­щей его морской воде. Так же ведет себя большинство пере­ходных элементов, таких как железо, магний, цинк, медь и кобальт (рисунок 7.2). Эти металлы играют важную роль в формировании активных центров в молекулах ферментов, обеспечивая их специфические функции; атомы таких метал­лов обычно находят вблизи тех участков молекулы фермен­та, где происходит химическое взаимодействие между фер­ментом и субстратом.

  Мы могли бы классифицировать эти микроэлементы и как биогенные элементы. Первые эксперименты по произво­дству морской воды для аквариумов, при которых в чистую воду добавляли в нужных концентрациях основные соли, окончились неудачей. Собственно это и послужило толчком к поискам в морской воде ингредиентов, не учтенных в пер­воначальных опытах.

  2. Из микроэлементов могут состоять частицы, находя­щиеся в воде во взвешенном состоянии. Так, во всех океанах в очень малых количествах присутствуют мельчайшие ча­стички терригенной пыли, которая поставляется промыш­ленными выбросами, а также такими природными явления­ми, как извержения вулканов.

Растворенные газы

  Газы, растворенные в морской воде, — это инертные газы (рисунок 7.2), а также основные составляющие атмосферного воздуха — азот и кислород. Углерод, как и в атмосфере, присутствует в виде углекислого газа. Элементарный азот, в общем, не относят к биогенным элементам, поскольку фи­топланктон открытого океана обычно потребляет азот в форме иона NO₃^-. Важным исключением из этого правила служат сообщества кораллов, где основную растительную продукцию дают сине-зелёные водоросли, потребляющие азот в виде растворенного газа N₂. Изотоп радона ²²²Rn иногда используют в качестве трассера при изучении движе­ния жидкости вблизи морского дна; этот газ входит в со­став выделений из мантии в областях спрединга океаниче­ского дна.