Войти
Видимые слои цветения планктонных водорослей в Южной Калифорнии, США. Тонкие слои представляют собой концентрированные скопления фитопланктона и зоопланктона в прибрежных и морских водах, которые вертикально сжаты до толщины от нескольких сантиметров до нескольких метров и имеют протяженность по горизонтали, иногда на километры. Как правило, тонкие слои имеют три основных критерия: 1) они должны быть устойчивыми по горизонтали и во времени; 2) они не должны превышать критического порога вертикальной толщины; и 3) они должны превышать критический порог максимальной концентрации. Точные значения критических пороговых значений тонких слоев долгое время обсуждались из-за огромного разнообразия планктона, приборов и условий окружающей среды. Тонкие слои имеют отчетливые биологические, химические, оптические и акустические признаки, которые трудно измерить с помощью традиционных методов отбора проб, таких как сетки и бутылки. Однако за последние два десятилетия произошел всплеск исследований тонких слоев из-за значительных достижений в области технологий и приборов. Фитопланктон часто измеряется оптическими приборами, которые могут определять флуоресценцию, такими как LIDAR, а зоопланктон часто измеряется акустическими приборами, которые могут обнаруживать акустическое обратное рассеяние, такими как ABS. Эти необычайные концентрации планктона имеют важные последствия для многих аспектов морской экологии (например, динамики роста фитопланктона, выпаса зоопланктона, поведения, воздействия на окружающую среду, вредоносного цветения водорослей ), а также для океанская оптика и акустика. Важно отметить, что тонкие слои зоопланктона часто находятся немного ниже слоев фитопланктона, потому что многие из них питаются ими. Тонкие слои встречаются в самых разных средах океана, включая эстуарии, прибрежные шельфы, фьорды, заливы и открытый океан, и они часто связаны с той или иной формой вертикальной структуры в водной толще, такой как пикноклины и в зонах пониженного потока.
Тонкие слои сохраняются от часов до недель, в то время как другие мелкие участки планктона существуют в течение нескольких минут. Наличие биогенных элементов, а также прибрежных фронтов, водоворотов и зон апвеллинга значительно увеличивает стойкость тонких слоев. Одним из основных критериев того, чтобы скопление планктона считалось тонким слоем, является то, что повышенная концентрация на определенной глубине водяного столба должна проявляться в впоследствии измеренных профилях. Однако тонкие слои динамичны и растянуты по горизонтали, поэтому их стойкость нельзя определить с помощью нескольких измерений только в одном месте. Исследование водорослей Karenia brevis, ответственных за более недавнее и все более продолжительное красный прилив, показывает, что паттерны экспрессии клеточных генов чрезвычайно разнообразны, а это означает, что этот конкретный вид планктона более устойчив. потому что они хорошо адаптируются к меняющимся условиям. Исследования также показывают, что цветение красных приливов часто прекращается из-за взаимодействия с другими микробами, такими как вирусы и бактерии, которые могут либо конкурировать за одни и те же питательные вещества, либо отрицательно влиять на клетки водорослей.
Некоторые исследования считали, что максимальный критический порог для вертикальной толщины тонких слоев составляет три метра, но более свежие данные показали, что критерии могут быть ослаблены до пяти метров. Горизонтальная протяженность тонких слоев может достигать десятков километров, а их соотношение сторон по горизонтали и вертикали обычно составляет не менее 1000: 1.
Интенсивность тонкого слоя относится к максимуму концентрация планктона в слое относительно фона и водной толщи. Концентрация в тонком слое может колебаться от трех до 100 раз выше фоновой и до 75% от общей биомассы в водной толще.
Play media Слои фитопланктона в Северном Ледовитом океане. Тонкие слои неподвижного фитопланктона имеют тенденцию собираться на границах сильных вертикальных градиентов солености (галоклины ), температуры (термоклины ), и плотность (пикноклины ), которые часто совпадают, потому что они прямо пропорциональны. Эти особые тонкие слои образуются в результате опускания неподвижного фитопланктона, достигающего нейтральной плавучести на пикноклине, и подавления вертикальной турбулентной дисперсии на этих глубинах. Другие исследования показали, что градиенты питательных веществ (нутриковые линии) также способствуют образованию тонких слоев.
Многие фитопланктон обычно демонстрирует прямую вертикальную миграцию (DVM ), который определяет их глубину в толще воды в зависимости от времени суток. Фитопланктону требуется солнечный свет для фотосинтеза и производства белка, но свет не привлекает их в первую очередь. Это очевидно по их одиночному движению вверх у поверхности перед восходом солнца и одиночному движению вниз в более глубокие воды перед закатом. Их коллективные движения могут привести к скоплению, образующему тонкие слои. Считается, что эти регулярные перемещения управляются внутренними часами при нормальных концентрациях питательных веществ.Однако они также наблюдали нерегулярную миграцию, когда концентрации питательных веществ выше или ниже нормы.
Планктонный участок в океане рассредоточен по горизонтали из-за сдвиг скорости Было обнаружено, что подвижный планктон способен обнаруживать и плавать в направлении более высоких концентраций питательных веществ и / или интенсивности света. Этот механизм называется хемотаксисом и частично отвечает за образование тонких слоев на глубине, где много питательных веществ. Другой механизм, специфичный для динофлагеллят, называется спиральным клинотаксисом, где способность клеток водорослей реагировать как на положительные, так и на отрицательные хемосенсорные сигналы имеет решающее значение для их подвижности. Если бы динофлагелляты не были способны как к положительному, так и к отрицательному хемотаксису, они не смогли бы успешно перемещаться из-за природы поперечных и продольных жгутиков, вызывающих вращательные и поступательные движения, соответственно.
Гиротактический захват плавающего планктона из-за резких изменений скорости потока в океане. Другой очевидной причиной тонких слоев является горизонтальный перенос вод с высокой концентрацией планктона в воды с более низкими концентрациями. В этом случае предполагается, что вздыбленные вторжения богатой питательными веществами склоновой воды являются причиной цветения водорослей и некоторых тонких слоев. Однако было обнаружено, что тонкие слои образуются на границах более сложных жидкостных механизмов, таких как водовороты, волокна и фронты. Эти тонкие слои располагались в переходном слое, в области максимального сдвига и стратификации в основании смешанного слоя.
Жидкий механизм, который способствует образованию тонких слоев - это деформация жидкости из-за профиля скорости сдвига, который заставляет жидкость наклоняться и рассеиваться по горизонтали. Если участок планктона расположен в срезаемой жидкости, тонкий слой может быть сформирован за счет деформации пятна сдвигом скорости. Четыре фазы распределения планктона, вызванные деформацией: 1) наклон, 2) истончение сдвига, 3) распад и 4) сдвиг-дисперсия (диссипация).
A резкое изменение скорости потока также может помешать некоторому подвижному планктону ориентироваться или плавать вертикально. Этот жидкостный механизм называется гиротактическим захватом.
Критические чешуйки и тонкие слои
