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 (CO32-, 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 РО34-) 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.