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6.海洋里的生物0 |6 z) [8 r9 l* P D- m+ |* |
6.1大洋带及其对生命的影响4 C. g% G: \' m G
海洋的性质随离海岸的距离而变化。在讨论这些差异时，海洋学家将海洋划分为三个区域：沿岸带、浅海带、大洋带 " k) [% Q2 [3 W: i
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6.1.1沿岸带(Littoral Zone)
6 t! X- _+ G3 i! g4 q/ H 包括潮间带和邻近的沿海地区，这些地区在不寻常的高潮或风暴中被淹没或浸没在浪花中。特殊的生物体已经进化到能在这些条件下生存。 ) K3 F) T4 q7 _* V
6.1.2浅海带(Neritic Zone)5 Y# a/ m1 | y* ?
海洋中较近岸、较浅的区域。浅海地带的海水接受来自陆地的化学物质和沉积物的输入。在浅海地带，阳光穿透到海底。 : h. _) {" F) i
当光通过水时，它经历了散射。大多数散射光向上或侧向，所以光的强度随着深度的增加而逐渐减小。即使是在清澈的水中，也只有1%的阳光能穿透到200m深处。海洋学家认为这个深度是浅海带的最大基底。基于这个定义，大部分大陆架位于浅海带内。 * K* O7 F& V1 B& E- w/ @( c
海洋学家根据光的渗透性来区分透光区和非透光区6.1.3大洋带(Oceanic Zone)$ y! ?$ w) f n5 I- v6 l& J' W
由海洋中不与海岸相互作用的开放水域组成。大洋带的水层深到足以吸收所有的阳光，所以这个区域下面的海底永远处于黑暗之中。大洋带包括深海平原、洋中脊和深海海沟之上的区域。海洋学家对大洋带的不同深度使用不同的名称。具体来说，半深海深度在1000-4000m之间，而深海深度在4000-6000m之间。 7 F! K$ {9 M' O8 p
海洋学家还根据相对于海底的位置来描述海洋的深度区域。浮游带/远洋带(pelagic zone)包括海底以上的所有水，而底栖带(benthic zone)包括海底本身，以及紧靠海底上方的水和紧靠海底下方的沉淀物。
) T) s; U) p" Z {2 u5 w. v 6.2海水的颜色
3 ]( }& Q) v; L( G 如果你看过海洋的照片，有机会沿着海岸散步，或者乘船穿过海洋，你可能会注意到海洋的颜色变化很大。它可以是深蓝色、绿松石色、深绿色，甚至是灰色。当被风或海浪搅成泡沫时，它就变成了白色。是什么赋予了水颜色？为什么水的颜色变化如此之大？
" h- [% P3 d( }* L5 X# z1 ^7 \ 干净的水在透明的玻璃里看起来是无色的，你可以透过它看，几乎就像你可以透过玻璃看一样容易。这是因为你只能在大约8cm的水中观察。 " ?7 p. L. A/ V6 m% m
当你看到海洋的时候，你看到的水可能有几米到几公里深。在晴朗的天空下，这片水域看起来是蓝色的，而且水越深，它看起来就越蓝。 4 o2 D4 v, Z9 w
你看到这种颜色有两个原因。首先，水分子吸收红、绿、黄光，但散射蓝光。其次，当你看到蓝天下的大海时，你看到的是水面对蓝天的反射。在阴天，水可能看起来是灰绿色的。 ' e9 t3 ^4 z2 x/ j0 C, k. H) J
在阳光明媚的日子里，加勒比海岛屿的海水看起来是蓝色的；在阴天，古巴的海水看起来是灰色的在水足够浅的地方，光线可以穿透海底，水的颜色部分取决于海底的颜色：白色沙子上的水比深色海藻上的水要浅。水中微小的悬浮颗粒也会影响它的颜色。 ! N% n$ L/ U7 c
例如，大量浮游植物的存在，它们含有绿色的叶绿素，可以使水变绿；大量浮游生物的存在与白色方解石壳往往使水变成蓝绿色，因为贝壳反射光线和照亮水；悬浮粘土的存在可以使水变成褐色。
; S: U x V( R0 ^, x! h 因为水散射不同波长的光的数量不同，你看到的颜色从水中的物体反射随着深度的变化。例如，水肺潜水者在20m深处看到的鱼的颜色与同一条鱼在水面上看到的颜色是不一样的。 * E/ u+ n0 `; L8 v# r/ b4 h6 x* R# |
水吸收其他颜色的光比吸收蓝光更有效，在清澈的水中，光线可以穿透到大约200m深的地方6.3环境对海洋生物的影响
" T# I5 V3 r5 J 海洋承载着各种各样的生命，但并不是所有的水都具有完全相同的特性。温度、盐度和透光性都因地而异，不同的生物组合适应了不同的条件。光的穿透在决定什么类型的生物体能茁壮成长方面起着特别重要的作用，因为光的可用性决定了光合作用是否能发生。 - u1 D; [* X7 a; |: g) v8 ~
因此，海洋生物学家将海洋区分为阳光可以穿透的“透光区(Photic Zone)”和阳光穿透不了的“无光深水区(Aphotic Zone)”。这两个区域的边界位于光在表面的强度小于1%的深度。水深随水的清澈程度而变化。
! D* V, n. r c! z a& J( j% a( n& f 在非常清澈的水里，足够的光线可以穿透到水下200m的深处，从而进行光合作用。中午时分，在最清澈的水中，一丝微弱的光线可以照射到600-1000m的深度，所以这是透光区的最大底部。如果水中含有悬浮颗粒，透光区底部的深度可能比200m浅得多。 % D4 n$ y2 s+ Z* D6 c
由于先前给出的定义，所有的浅海带都在透光区之内。透光区也包括大洋带的较浅部分。值得注意的是，大约90%的海洋生物生活在透光区的上部70m，那里的光强可以支持光合作用。 8 E- c% o3 [- E/ C8 R- u$ ^
海洋学家有时把透光区的上部明亮部分称为透光层(Euphotic Zone)。在透光层下面遨游的生物生活在光线暗淡的环境中，而那些生活在无光深水区的生物则生活在永恒的黑暗中。
/ Y7 V5 V% }: V# l 6.4海洋生物的分类
; f! w/ s2 w j 在陆地上，有些生物生活在地上或扎根在地上，有些在空中飞行，还有一些在地下生存。在海洋中，有些生物漂浮在海面上，有些在不同的深度悬浮在水中，有些在水中活跃地游动，有些在海底扎根或爬行，还有一些存在于海底下的沉积物中。海洋学家区分三种不同类别的海洋生物以强调这些差异： & v4 B0 t0 g7 G* h+ h2 I/ M$ Y
6.4.1浮游生物(Plankton)
! \0 x3 v+ j7 D; @ 海洋生物学家研究了所有漂浮在水中但不能移动的生物(非微观多细胞藻类)。浮游生物占了海洋生物或生物量的大部分。大多数浮游生物没有移动的手段，它们是由静止的生物组成，只是浮在水中或水面上。
+ f) y) L. ?2 A$ `+ }- J 但有些生物可以移动，尽管速度不够快，不足以克服当前的水流。移动浮游生物的例子包括鞭毛藻类，它们有鞭状的尾巴；它们的小腿推动它们在水中行走，还有水母，它们通过整个身体的颤动来移动。
+ `# n4 a& m2 k0 M 许多浮游生物比水重，所以如果水完全静止，它们会沉到水底。幸运的是，洋流或局部湍流使它们悬浮在空中，就像微风使灰尘悬浮在空气中一样。有些浮游生物通过将气体吸入体内来保持浮力。
9 ~: p+ R: a( z3 _- g- j 海洋生物学家将浮游植物(Phytoplankton)和浮游动物(Zooplankton)区分开来。浮游植物通过光合作用维持其生命过程，而浮游动物则通过摄取其他活着或死去的生物而生存。许多种类的浮游植物都有微小的外壳。 , J) t K N/ {5 O" C# t3 x
例如，硅藻形成二氧化硅外壳，而颗石藻形成由复杂的钙质(含碳酸钙)壳组成的外壳。因为浮游植物是进行光合作用的，所以它们被认为是藻类的一种。
! j; v0 t3 Q3 t; f 含有叶绿素的浮游植物包括硅藻和颗石藻；浮游动物包括小虾、有孔虫和放射线虫；颗石藻壳复杂的钙质板看起来像轮子6.4.2自游生物(Nekton)
' p; t" l, B" u( R f& h# c6 T/ K1 z 在海洋的开阔水域中活跃游动并能逆着水流运动的生物被称为自游生物。一些自游生物在远海迁移，而另一些在只有几平方米的当地沿海地区移动，如一块珊瑚礁。 6 K" s h4 E) D. ~
大多数自游生物只能在有限的物理条件下生存，如温度、压力和盐度，所以它们在有限的区域活动。自游生物的生存也依赖于食物的供应，所以它们经常带着食物迁移。
) C. W" `2 l2 V. q8 o: Z5 |+ T 自游生物包括各种各样的生物体，它们的大小从几乎显微镜下到巨大不等。自游生物的例子包括无脊椎动物，如乌贼和章鱼；会游泳的爬行动物，如海龟和海蛇；各类鱼以及海洋哺乳动物，如鲸鱼、鼠海豚和海豹。最大的自游生物，蓝鲸，长达32m，使它成为我们这个星球上有史以来最大的动物。许多种类的海鸟(如企鹅)都能像鱼一样熟练地游泳；海洋生物学家有时认为会游泳的鸟类是自游生物的一种。
+ K6 f( m$ {" r 鱿鱼是一种海洋无脊椎动物，它通过喷射水流来推进自己；鲸是一种海洋哺乳动物，可以长得比最大的恐龙还要大最大的自游生物种类：鱼，包括两个主要的群体。多骨鱼的骨架有头骨、颚、脊椎和许多从脊椎突出的骨头。例如我们熟悉的物种，如金枪鱼、剑鱼、鳕鱼和鲑鱼。大多数硬骨鱼都有充气的鱼鳔，这使它们能够调节浮力，在不游泳的情况下保持在给定的深度。 + r5 D, t9 f$ {. W8 O+ O
硬骨鱼在母体外产卵受精并孵化。非硬骨鱼类，如鲨鱼和鳐鱼，有软骨骨架，这意味着它们的骨架由强壮但灵活的结缔组织组成。非硬骨鱼没有鱼鳔，所以它们必须主动游动以保持深度。
# ^8 G6 M) q& J* j# R& D8 I- _ 蓝鳍金枪鱼是一种多骨鱼；鲨鱼是无骨鱼的一个例子6.4.3底栖生物(Benthos)
( E1 T! i4 n# B, R; x& Q; Q0 x 生活在海底上方或下方的生物被称为“底栖生物”。正如我们所看到的，海底的范围从滨海和浅海地带的相当浅，到大陆斜坡以上的中等深度，再到深海平原或深海海沟底部的极深深度。 & Z5 U, w; M/ G* y& R! y
底栖生物的性质在这些深度之间有很大的不同。沿海底栖生物群落包括各种各样的动物，如珊瑚、海绵和苔藓动物，它们构成了壮观的珊瑚礁。 V+ O3 h/ x7 @' r( S+ p
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即使在没有光线穿透的海洋深处，像蜗牛、螃蟹、海星和软体动物这样的生物也会在淤泥中爬行。
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- V0 L* ]7 N5 [+ z 底栖生物还包括许多固定在海底的海藻。最大的是巨型海藻，它的茎长200m。一些海藻可以在潮间带存活。 / |) f6 P& d4 K3 C3 v5 g- q3 \
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5 s. d# x: H# W& i' t 6.5海洋中的食物链( [* Y) c# \" J
海洋里谁吃谁？这个问题的答案定义了海洋的食物链，一群通过捕食关系联系在一起的生物。在食物链中，靠从非生命能源中汲取营养而存活的生物，将能量带入食物链，被称为初级生产者或自养生物。在透光区，浮游植物是主要的生产者，这些生物从阳光中获取能量。 6 c$ n/ m& v! p
过去几十年的地下探测揭示了深海热液喷口(黑烟囱)周围复杂的底栖生物食物链。在这些不透光的食物链中，主要生产者是微生物，它们利用矿物硫化物中的化学键作为能量来源。食物链中的异养生物包括种类繁多的生物，从微小的浮游动物到可怕的虎鲸都有。 c4 H7 T; D5 D4 W/ A! f! J0 ]" B
6.6营养素与溶解氧5 h2 b: W: k; v; b7 Y3 {% G$ Y
为了生存，初级生产者摄入营养物质，即生物体用来构建化学物质和进行代谢反应的元素。对海洋生物特别重要的营养物质包括磷酸盐(PO43-)、硝酸盐(NO3-)和铁。营养物质的存在或缺乏决定了在给定纬度上一定量的水能支持的生物量。
. P2 r( G1 X% N% b0 @# f9 c 营养素从何而来？生物在它们的一生中积累养分，当它们死亡或下沉时，它们将这些养分带到了海底，在海底分解后又将它们释放回水中。
/ d0 V' i( r0 t2 m 因此，除非新的营养物从河流或沿海径流流入大海，或者通过上升流从深海上升回海洋表面，否则透光带的营养物浓度可能会变得太低，无法使生物茁壮成长。因此，如果我们通过卫星地图光合生物的分布探测海洋表面叶绿素浓度的分布。
, n3 x i" R2 s7 a1 D 这张地图上的颜色代表近地表海水中叶绿素的浓度。叶绿素是海洋食物链中初级生产的指标像浮游动物和海洋动物这样的消费者，如果没有用于呼吸的分子氧，就无法生存。在陆地上，生物从空气中吸入气态的氧气。海洋爬行动物、鸟类和哺乳动物必须表面吸入空气，但适应性允许他们屏住呼吸，在水下停留较长时期。抹香鲸能保持惊人的90分钟，在此期间可以下降到深处的3km。 & F. Z4 J5 t" ^: ?
鱼类和海洋无脊椎动物不需要浮出水面，尽管它们需要氧气。它们通过鳃从水中吸取溶解氧来生存。通常，溶解氧只在低浓度下产生，所以海洋生物的鳃必须有效地从水中提取它。 5 w' M, M. @- F( o
海水中的溶解氧从何而来？一些从水面进入海洋，然后向下扩散，还有一些来自海藻，作为光合作用的副产品。动物通过呼吸从水中除去一些溶解氧，但大多数是分解的结果。
2 {$ ?( k, p) L. J6 X& [ 分解反应会将氧气从海水中去除，所以藻华(大量藻类的快速生长)会将大量氧气去除，从而使海水缺氧(无氧)。这似乎违反直觉，但是海藻的分解，以及以海藻为食的浮游动物的呼吸作用，带走的氧气比海藻通过光合作用产生的氧气还要多。这样的缺氧条件在水中产生了一个死区，在那里鱼和贝壳因缺氧而死亡。在密西西比河入海口已经形成了一个巨大的死亡区，在那里，河流将大量的营养物质排入墨西哥湾。这些营养物来自中西部农场的农田，它们滋养了大量的海藻，这些海藻夺走了水中的氧气。 . K* X P8 ?; g& n
显然，海洋和陆地之间的相互作用对海洋有着显著的影响。在下一篇中，我们将关注海岸，即这些交互作用发生的边界。
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