Historie oceánografie a oceánobiologie

Moře a oceány

Historie oceánografie a oceánobiologie Mořeplavci

 Kryštof Kolumbus – 1492  Ferdinad Magellan – 1519

 James Cook – 1768 – 1780

Expediční výpravy

 Beagle (Charles Darwin) – 1831 1836  Beacon (Edward Forbes, Michael Sars) – 1850  Challenger (John Murray) – 1872 1876

Marco Polo (1254 – 1324)

Kryštof Kolumbus (1451-1506)

Vasco da Gama (1460 – 1524)

Ferdinand Magellan (1480 – 1521)

James Cook (1728 – 1779)

Charles Darwin (1809 – 1882)

John Murray (1841 - 1914)

Oceány

 70 % Země, poměr 2,44:1  3,7 km vrstva (ideální koule)

 0,24% hmotnosti Země  stáří 4,6 mld let  3800 mil let nejstarší sedimentární horniny  rozmístění nerovnoměrné

Vznik pevnin a oceánů

Světové oceány a moře

Tichý oceán

 plocha 169,2 mil km2  pobřeží km  hloubky max 10 916 m (Mariánský příkop)

Atlantský oceán

 plocha 106,4 mil km2

 pobřeží 111 866 km  hloubky 3926 m

Indický oceán

 plocha 73,556 mil km2  hloubka max 7531 m

Severní oceán

 plocha: 20,327 mil km2  pobřeží: 17 986 km  hloubky: 4000-5000 m

Zalednění  březen – 2,6 mil km2  září – 18,8 mil km2

Led

Oceánská fyzika

 pohyby vody – póly a rotace země – slapové jevy

– mořské proudy, vlny a vítr  teplo, teplota a hustota mořské vody  led na mořské hladině  světlo a barva vody

Póly a rotace země, Coriolisova síly - setrvačná síla působící na tělesa, která se pohybují v rotující neinerciální vztažné soustavě - mění jejich vzdálenost od osy otáčení - má směr kolmý ke spojnici tělesa - způsobuje stáčení trajektorie tělesa proti směru otáčení soustavy - Coriolisův efekt - odchylování přímočaře se pohybujících objektů od přímého směru - jakákoliv hmota díky rotaci Země, pohybující se ve směru poledníků, odklání na severní polokouli doprava, na jižní polokouli pak doleva - ve velkém měřítku velmi ovlivňuje oceánské a atmosférické proudy

Slapové jevy

 zvyšování (příliv) a snižování (odliv) hladiny moře v důsledku působení slapových sil - dmutí mořské hladiny  důsledek deformace povrchu oceánu vlivem sil, působí Měsíc a Slunce  Měsíc přitahuje silněji tělesa na přivrácené straně Země, slaběji na odvrácené straně Měsíční den – 24h 50m Půldenní dmutí perioda přílivodliv 6h12m Délka přílivové vlny v oceánech až 23300km

Skočné a hluché příliv

 slapové síly Slunce jsou oproti měsíčním výrazně slabší  pokud Měsíc, Země a Slunce stojí v jedné řadě - slapové síly obou těles se sečtou a dmutí je velmi výrazné - skočné dmutí- nov nebo úplněk

 pokud Slunce, Země a Měsíc svírají pravý úhel - slapové síly se částečně vyruší a nastává hluché dmutí- v polovině fáze dorůstání nebo ubývání  perioda je tedy přibližně 15 dní

 výšku dmutí ovlivňuje tvar pobřeží a úhel dna  volném moře - výška hladiny mění asi o 0,8 metru

 nejvyšší příliv v zálivu Fundy v Kanadě - až o 20 metrů  Evropa - je největší rozpětí přílivu a odlivu pobřeží Francie v zátoce Saint-Michel - asi 13 metrů  výška přílivu - speciální mapy izohachie

 u ústí řek - příliv se šíří proti proudu řek  ústí Amazonky - přílivový příboj výšky 5 metrů, 850 kilometrů  Labe - přílivový příboj 150 kilometrů

Teplota vody

Konvekční tepelné proudění  termohaliní konvekce  mořské proudy Turbulence  slapy  vlny

Mořské proudy

Hustota vody  závislost na teplotě, salinitě a tlaku  hustota 1,02479 g.cm-3  na povrchu nižší – v hloubce vyšší  vertikální pohyby

 hustota roste od tropických oblastí směrem k pólům

Vlny

- pohyb částí vody, vyvolávány především větrem a mořskými proudy. Vlna vyvolaná větrem vzniká rotačním pohybem částic vody při hladině. Částice vody rotují na místě, zatímco tvar vlny se přesouvá ve směru větru. Nejvyšší vlna 35 m vysoká – rychlost 102 km/h Vlny v bouřích v Tichém a Atlantském oceánu kolem 15 m výška Nejrychlejší tsunami – 700 km/h Nejničivější tsunami:

1883 Krakatou – polovina zeměkoule 1998 Papuya – 10 m výška

2011 Japonsko – 10-12 m, 800 km/h

Světlo

 eufotická – trofogenní vrstva  dysfotická vrstva – kompenzační bod  afotická – trofolytická vrstva  elevace slunce –

do 60° odraz 2 - 6%

–

80° odraz 35%

–

nad 90° odraz 99 – 100%

–

vlnění ztráta 3 – 9 %

Salinita

 Na+ –10,6 g/kg  K+ – 0,38 g/kg  Ca2+ – 0,40 g/kg  Mg2+ – 1,27 g/kg  Cl- – 19,0 g/kg

 SO42- – 2,65 g/kg  koncetrace solí 35‰

 těsná vazba organismů na tento faktor

 osmotická rovnováha  iontové složení tělních tekutin  schopnost reagovat na změnu salinity změnou složení a koncentrací látek tělních tekutin

 stenohaliní organismy  euryhaliní oragnismy

1. poikiloosmotické o. – schopné pasivně měnit osmotické vlastnosti podle změn v okolí 2. homoiosmotické o. - organismy schopné stabilizovat své tělní tekutiny i při změnách salinity mořské vody

Rozpuštěné plyny  kyslík

– rozpustnost dle teploty max. kolem 14 mg/l – souvislost s eufotickou zónou – hloubková distribuce ovlivňována mořskými proudy a stratifikací (tropy min. 300 – 1000 m)  oxid uhličitý – 300x rozpustnější ve vodě – koncentrace od 0,4 mg/l (30°C) do 1,1 mg/l (0°C)

 dusík – v mořské vodě 8,4 – 14,5 mg/l

– elektrochemická a fotochemická fixace max. 35 mg/m3/rok ve formě nitrátů – biochemická fixace 140-700 mg/m3/rok jako nitráty

Biogenní a stopové prvky

 fosfor, dusík, křemík – pro primární produkci  fosfor a dusík – syntéza bílkovin  křemík – stavba skeletu

 měď, železo, hořčík, draslík

Ekologické skupiny organismů

Plankton

Producenti - fytoplankton

Distribuce primární produkce v oceánech

Konzumenti  zooplankton

• planktoní larvy - meroplankton • gelový plankton

• krustaceoplankton  nekton • hlavonožci

• paryby a ryby • plazi a ptáci

• savci

Planktonní larvy  žahavci - planula Pocillopora damicornis  měkkýšů Cymatium parthenopetum, Xylophaga atlantica

Gelový plankton

 medúzy - Aequorea victoria, Benthocodon pedunculata, Pandea conica  trubýši – Physophora hydrostatica

Zooplankton  korýši Euchaeta elongata, Euchaeta norvegica, Themisto compressa, Meganyctiphanes norvegica

Sezónní změny

Nekton

Nekton

Potravní sítě

Bentál – koastál mořské dno

 pobřeží – přílivová zóna • písčité a bahnité pláže • porosty řas

• mořské louky • mangrovy • estuár – ústí řek • slané pobřežní mokřady • reefs – útesy

• korálové útesy  mořské dno  mořské dno v abysálu a hadálu

Bentos  biotopová (habitatová) klasifikace – epibentické organismy – hrabavé organismy – trvale v sedimetu žijící o.

– plavci – organismy žijící v mikroprostorech  velikostní klasifikace

– mikro-, meio -, makrobentos

Bentos

 potravní specializace konzumentů – filtrátoři - pasivní (mořské houby) a aktivní (mlži) – sběrači - Polychaeta, Gastropoda, Crustacea, Pisces – herbivoři - Echinodermata, Polychaeta, Pisces – spásači nárostů - Gastropoda, Polychaeta,

– kranivorní org. – predátoři • ………………………

Meiobentos

Sběrači

Filtrátoři

Spásači

Karnivoři

Mangrovy (též mangrove)

 jsou azonální společenstva ohrožených a chráněných stromů  dřeviny s opěrnými a dýchacími kořeny  vyskytují se v brakických vodách (tedy v deltách řek)  pravidelná kulminace výšky vodní hladiny  výskyt v tropických oblastech

 hospodářsky využitelné rody jako Rhizophora - dřevo, Avicennia – ovoce  ohrožené - hlavně nadměrnou těžbou cenných dřev, hromaděním PET lahví a jiných odpadů, usazování kalů a sedimentů, městské odpady (tam kde chybí čistírny odpadních vod), a splachy - především dusíkatých a fosforečných látek z polí

Korálové útesy - rozšíření

V geologické minulosti  první korálnatci s pevnou vápenitou kostrou v ordoviku (440 mil. let)  dnešní útesoví koráli ~ 180 mil. let

 největší rozmach na konci triasu  třetihory (rozdělení Tethys, vyzdvižení středoamerické úžiny)  dvě odlišné biogeografické provincie (útesové oblasti): Pacifická a Atlantická  ovlivněno ledovými (glaciálními) a meziledovými (interglaciálními) obdobími  v atlantické oblasti výraznější vliv ochlazení než v indopacifické

 cca 2x větší počet druhů v Pacifické oblasti

 600.000 km2 (= 0.2 % plochy světového oceánu, ale 15 % mořského dna v hloubce < 30 m)  na tropické a subtropické vody - obecně mezi 25o severní 25o jižní šířky, s teplotou vody 23-25 oC a optimální hloubkou do 27 m.

Distribuce korálů je negativně ovlivněna:

 studenými mořskými proudy (Galapágy)  sladkými vodami z ústí řek (Brazílie) Korály potřebují:

 vyhovující podloží, čirá voda bez zvířených částic Význam:  hlavní ekosystém Země  primární produktivita korálových útesů je velmi vysoká  vysoká biodiverzita organismů Typy korálových útesů

 pobřežní – lemový útes a bariérový útes  atoly

Lemový útes (fringing reef)

 budují koráli, rostoucí těsně u břehu v mělké vodě. Postupným množením a zvětšováním rostou jednak směrem k hladině, jednak k otevřenému moři (vnější okraj útesu). Okraj lemového útesu je často oddělen od země velmi mělkou vodou, takže při nízkém odlivu se může útesová plošina dostat nad vodu.

Bariérový útes (barrier reef)

 zcela odlišný typ útesu. Není vždy souvislý, tvoří série téměř souvislých hřbetů, které se člení na vnitřní a vnější útesy. Na vnějším okraji je množství korálů přímo pod hladinou – růstem korálů se návětrný okraj útesu rozšiřuje. Směrem k pevnině jednotlivých trsů korálů ubývá v důsledku vlivů sladké vody a ukládání sedimentu. U pevniny nebo ostrova vznikají často ještě lemové útesy.

Atoly (atols)  pravé korálové ostrovy. Od lemového nebo bariérového typu se liší prstencovitým tvarem a svahem, příkře klesajícím do hluboké vody. Uvnitř atolu je mělká laguna. Prsten lemující lagunu je složen ze sérií mělčin a malých ostrůvků a místy prolomen průlivy, které umožňují přístup z oceánů do laguny. Ostrůvky s vytvořenou zemitou vrstvou mohou být pokryty vegetací (kokosové palmy).

Nejznámější

Velký australský bariérový útes Rudé moře Kuba

Indonésie

Stavba korálu

 větevníci (Scleractinia) – produkce vnějších vápenitých koster (koralitů) a tvorba kostry kolonie (korálový trs) Tvary korálových trsů

Trsy svazkovité (fascikulátní) Větve zůstávají volné a vznikají tak tvary větvené, s korality značně rozbíhavými, např. Acropora cervicornis

Trsy masívní  jednotlivé sousední korality se stýkají celou plochou bočních stěn, např. mozkovník (Diploria)  větevníci vytvářejí trsy kotoučovité, krustovité, balvanovité až polokulovité, sloupovité a různě větvené (keřovité)

 korálnatci rodu Porites vytváří kolonie až 4 m vysoké a 6 m v průměru (polyp velikosti 1-2 mm)

Ohrožení korálových útesů  nadměrný podmořský lov – mechanické poškozování  znečišťování (splaškové odpadní vody, ropné látky, globální oteplování)  změny proudění/bouře  toxické látky

 využívání zdrojů Klima  viditelné záření

 turbidita  změny teploty

 sedimentace  změny v koncentraci CO2  vzrůst hladiny moře

 UV záření

Bělení (bleaching) korálů

 odvržení zooxanthel, žijících v symbióze s koráli, pravděpodobně v důsledku komplexu změn v životním prostředí (změna salinity, vzrůst teploty vody, znečištění…) a změna barvy na bílou až krémově bílou  nevratný proces, korál bez řas umírá

 odumřelé kostry korálů porůstají povlaky zelených řas  absence typických predátorů (želv, ježovek)

Vliv člověka

 technické zásahy do pobřeží a v šelfu  znečištění – eutrofizace – ropa a ropné uhlovodíky – toxické kovy a toxické organické polutanty

– perzistentní polutanty – pevné odpady

 rybolov a sklizeň řas, mlžů atd.  skleníkový efekt

Vliv člověka na ekosystémy oceánů a moří

 regulace pobřeží a šelfu, výhony a mola, mola a vlnolamy, nábřežní zdi

Eutrofizace  bodové a globální zdroje

– odpadní vody z pobřeží – znečištěné řeky – odpady (sledge) z lodí

– vyvážení čistírenských kalů – zvyšování množství dusíku ve formě NOx

Efekty eutrofizace  rozvoj sinic a řas – vodní květy toxických sinic – obrněnky • rudý příliv • obrněnka Pfiesteria piscicida

Ropa a ropné produkty

Toxické kovy a toxické organické polutanty  Hg, Cd  chlorované uhlovodíky  POPs - PAHs, PCB, deriváty DDT, dioxiny atd.

Pevné odpady

 plasty, plasty, plasty ….

Rybolov a sklizeň řas, mlžů atd.  průmyslový rybolov

Důsledky průmyslového rybolovu

 porušování rovnováhy v populacích a společenstvech ryb  vedlejší úlovky  zásahy do populací, které neměli nikdy přirozeného predátora – mečouni, delfíni, kosatky

– velcí žraloci – velryby