Апвеллинг

редактировать
Если ветер дует параллельно побережью в южном полушарии (например, вдоль побережья Перу, где ветер дует на север), то транспорт Экмана может вызвать чистое движение поверхностных вод на 90 ° влево. Это может привести к прибрежному апвеллингу.

Апвеллинг - это океанографическое явление, которое включает движение под действием ветра плотной, более холодной и обычно богатой питательными веществами воды из глубин к поверхности океана, заменяя более теплые, обычно обедненные питательными веществами поверхностные воды. Поднятая вода, богатая питательными веществами, стимулирует рост и размножение основных продуцентов, таких как фитопланктон. Из-за биомассы фитопланктона и наличия прохладной воды в этих регионах зоны апвеллинга можно идентифицировать по прохладным температурам морской поверхности (ТПМ) и высоким концентрациям хлорофилла-а.

Повышенная доступность питательных веществ в регионах апвеллинга приводит к высокому уровню первичной продукции и, следовательно, к продуктивности рыболовства. Примерно 25% от общего мирового улова морской рыбы приходится на пять апвеллингов, которые занимают лишь 5% общей площади океана. Апвеллинги, приводимые в движение прибрежными течениями или расходящимися водами открытого океана, оказывают наибольшее влияние на воды, обогащенные биогенными веществами, и глобальные уловы рыболовства.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Механизмы
  • 2 Типы
    • 2.1 Прибрежный
      • 2.1.1 Экваториальный
      • 2.1.2 Южный океан
      • 2.1.3 Другие источники
  • 3 Вариации
  • 4 Высокая производительность
  • 5 Угрозы апвеллинг-экосистемам
  • 6 Влияние на климат
  • 7 ссылки
  • 8 Внешние ссылки

Механизмы

Три основных движущих фактора, которые вместе вызывают апвеллинг, - это ветер, эффект Кориолиса и транспорт Экмана. Они действуют по-разному для разных типов апвеллинга, но общие эффекты одинаковы. В общем процессе апвеллинга ветры дуют через поверхность моря в определенном направлении, что вызывает взаимодействие ветра и воды. В результате ветра вода переместила сеть под углом 90 градусов от направления ветра из-за сил Кориолиса и транспорта Экмана. Перенос Экмана заставляет поверхностный слой воды перемещаться под углом примерно 45 градусов по отношению к направлению ветра, а трение между этим слоем и слоем под ним заставляет последовательные слои двигаться в том же направлении. Это приводит к тому, что вода по спирали движется вниз по толщине воды. Затем силы Кориолиса определяют направление движения воды; в Северном полушарии вода переносится вправо от направления ветра. В Южном полушарии вода переносится левее ветра. Если это чистое движение воды расходится, тогда происходит подъем глубокой воды, чтобы заменить воду, которая была потеряна.

Типы

Основные апвеллинги в океане связаны с дивергенцией течений, которые выносят на поверхность более глубокие, холодные и богатые питательными веществами воды. Существует по крайней мере пять типов апвеллинга: прибрежный апвеллинг, крупномасштабный ветровый апвеллинг в глубинах океана, апвеллинг, связанный с вихрями, топографически связанный апвеллинг и широкий диффузионный апвеллинг во внутренних частях океана.

Прибрежный

Прибрежный апвеллинг - это самый известный тип апвеллинга, наиболее тесно связанный с деятельностью человека, поскольку он поддерживает одни из самых продуктивных рыбных промыслов в мире. Прибрежный апвеллинг произойдет, если направление ветра будет параллельным береговой линии и будет генерировать ветровые течения. Ветровые течения отклоняются вправо от ветров в Северном полушарии и влево в Южном полушарии из-за эффекта Кориолиса. Результатом является чистое движение поверхностных вод под прямым углом к ​​направлению ветра, известное как перенос Экмана (см. Также Спираль Экмана ). Когда транспорт Экмана происходит вдали от побережья, поверхностные воды заменяются более глубокой, холодной и плотной водой. Обычно этот процесс апвеллинга происходит со скоростью около 5–10 метров в день, но скорость и близость апвеллинга к берегу могут изменяться из-за силы и расстояния ветра.

Глубокие воды богаты питательными веществами, включая нитраты, фосфаты и кремниевую кислоту, которые сами являются результатом разложения тонущего органического вещества (мертвого / детритового планктона) из поверхностных вод. Попадая на поверхность, эти питательные вещества используются фитопланктоном вместе с растворенным CO 2 ( углекислым газом ) и световой энергией солнца для производства органических соединений в процессе фотосинтеза. Следовательно, районы апвеллинга приводят к очень высоким уровням первичной продукции (количества углерода, фиксируемого фитопланктоном ) по сравнению с другими районами океана. На их долю приходится около 50% мировой продуктивности морской среды. Высокая первичная продукция распространяется вверх по пищевой цепи, поскольку фитопланктон находится в основе океанической пищевой цепи.

Пищевая цепочка следует за:

Прибрежный апвеллинг существует круглый год в некоторых регионах, известных как основные прибрежные системы апвеллинга, и только в определенные месяцы года в других регионах, известных как сезонные прибрежные системы апвеллинга. Многие из этих систем апвеллинга связаны с относительно высокой продуктивностью углерода и, следовательно, классифицируются как крупные морские экосистемы.

Во всем мире существует пять основных прибрежных течений, связанных с областями апвеллинга: Канарское течение (у побережья Северо-Западной Африки ), Бенгельское течениеюжной части Африки ), Калифорнийское течение (у побережья Калифорнии и Орегона ), течение Гумбольдта (у побережья Перу и Чили )., и Сомалийское течение (у берегов Сомали и Омана ). Все эти течения поддерживают основные рыбные промыслы. Четыре основных восточных пограничных течения, в которых преимущественно происходит прибрежный апвеллинг, - это Канарское течение, Бенгельское течение, Калифорнийское течение и Течение Гумбольдта. Бенгел восточная границы субтропического круговорота в Южной Атлантике и может быть разделен на северную и южную подсистему с апвеллингом, происходящей в обеих областях. Подсистемы разделены зоной постоянного апвеллинга у Людерица, которая является самой сильной зоной апвеллинга в мире. Система Калифорнийских течений (CCS) - это восточное пограничное течение северной части Тихого океана, которое также характеризуется разделением на север и юг. Раскол в этой системе происходит в Пойнт Консепшн, Калифорния, из-за слабого апвеллинга на юге и сильного апвеллинга на севере. Канарское течение является восточной границей тока Североатлантическим круговорота и также отделено из - за присутствия на Канарских островах. Наконец, течение Гумбольдта или Перу течет на запад вдоль побережья Южной Америки от Перу до Чили и простирается на расстояние до 1000 километров от берега. Эти четыре восточных пограничных течения составляют большую часть прибрежных зон апвеллинга в океанах.

Экваториальный

Влияние экваториального апвеллинга на поверхностные концентрации хлорофилла в Тихом океане

Апвеллинг на экваторе связан с зоной межтропической конвергенции (ITCZ), которая фактически перемещается и, следовательно, часто расположена к северу или югу от экватора. Восточные (западные) пассаты дуют с северо-востока и юго-востока и сходятся вдоль экватора, дуя на запад, чтобы сформировать ITCZ. Хотя вдоль экватора нет сил Кориолиса, апвеллинг все еще происходит к северу и югу от экватора. Это приводит к расхождению, когда более плотная, богатая питательными веществами вода поднимается снизу вверх, и приводит к замечательному факту, что экваториальный регион Тихого океана может быть обнаружен из космоса как широкая линия высокой концентрации фитопланктона.

Южный океан

Апвеллинг в Южном океане

Крупномасштабный апвеллинг встречается и в Южном океане. Здесь вокруг Антарктиды дуют сильные западные (восточные) ветры, которые направляют значительный поток воды на север. Фактически это разновидность прибрежного апвеллинга. Поскольку в полосе открытых широт между Южной Америкой и оконечностью Антарктического полуострова нет континентов, часть этой воды поднимается с больших глубин. Во многих численных моделях и результатах наблюдений апвеллинг в Южном океане представляет собой основное средство, с помощью которого глубокая плотная вода поднимается на поверхность. В некоторых регионах Антарктиды ветровый апвеллинг у побережья вытягивает относительно теплые глубоководные приполярные воды на континентальный шельф, где он может усилить таяние шельфового ледника и повлиять на стабильность ледяного покрова. Более мелкий ветровой апвеллинг также встречается у западных побережий Северной и Южной Америки, на северо-западе и юго-западе Африки, а также на юго-западе и юге Австралии, и все это связано с субтропическими субтропическими циркуляциями высокого давления в океане (см. Прибрежный апвеллинг выше).

Некоторые модели океанической циркуляции предполагают, что в тропиках происходит широкомасштабный апвеллинг, поскольку потоки под действием давления сближают воду в сторону низких широт, где она диффузно нагревается сверху. Однако требуемые коэффициенты диффузии оказываются больше, чем наблюдаемые в реальном океане. Тем не менее, некоторый диффузный апвеллинг, вероятно, имеет место.

Другие источники

  • Местные и периодические апвеллинги могут происходить, когда прибрежные острова, хребты или подводные горы вызывают отклонение глубинных течений, создавая богатые питательными веществами районы в океанских районах с низкой продуктивностью. Примеры включают апвеллинги вокруг Галапагосских и Сейшельских островов, где ведется крупный пелагический промысел.
  • Апвеллинг может происходить где угодно, пока есть адекватный сдвиг в горизонтальном поле ветра. Например, когда тропический циклон пересекает территорию, обычно при движении со скоростью менее 5 миль в час (8 км / ч). Циклонические ветры вызывают дивергенцию поверхностных вод в слое Экмана, что, в свою очередь, требует подъема более глубокой воды для поддержания непрерывности.
  • Искусственный апвеллинг создается устройствами, которые используют энергию океанских волн или преобразование тепловой энергии океана для перекачки воды на поверхность. Известно также, что океанские ветряные турбины производят апвеллинги. Было показано, что устройства с океанскими волнами вызывают цветение планктона.

Вариации

Необычно сильные ветры с востока толкают теплые (красные) поверхностные воды в сторону Африки, позволяя холодной (синей) воде подниматься вверх вдоль побережья Суматры.

Интенсивность апвеллинга зависит от силы ветра и сезонной изменчивости, а также от вертикальной структуры воды, вариаций батиметрии дна и нестабильности течений.

В некоторых районах апвеллинг является сезонным явлением, приводящим к периодическим всплескам продуктивности, подобным весеннему цветению в прибрежных водах. Вызванный ветром апвеллинг возникает из-за разницы температур между теплым легким воздухом над сушей и более холодным и плотным воздухом над морем. В умеренных широтах температурный контраст сильно меняется в зависимости от сезона, создавая периоды сильного апвеллинга весной и летом до слабого апвеллинга или его отсутствия зимой. Например, у побережья Орегона в течение шестимесячного сезона апвеллинга наблюдается четыре или пять сильных апвеллингов, разделенных периодами небольшого или нулевого апвеллинга. Напротив, в тропических широтах более постоянный температурный контраст, что создает постоянный апвеллинг в течение всего года. Например, перуанский апвеллинг происходит в течение большей части года, что приводит к одному из крупнейших в мире морских промыслов сардин и анчоусов.

В аномальные годы, когда пассаты ослабевают или разворачиваются, поднимаемая вода становится намного теплее и с низким содержанием питательных веществ, что приводит к резкому снижению биомассы и продуктивности фитопланктона. Это событие известно как явление Эль-Ниньо-Южное колебание (ЭНСО). Перуанская система апвеллинга особенно уязвима для событий ЭНСО и может вызывать крайнюю межгодовую изменчивость продуктивности.

Изменения батиметрии могут повлиять на силу апвеллинга. Например, подводный гребень, простирающийся от берега, создаст более благоприятные условия для апвеллинга, чем соседние регионы. Апвеллинг обычно начинается на таких гребнях и остается наиболее сильным на гребне даже после развития в других местах.

Высокая продуктивность

Наиболее продуктивные и плодородные районы океана, районы апвеллинга, являются важными источниками морской продуктивности. Они привлекают сотни видов на всех трофических уровнях; Разнообразие этих систем было фокусом морских исследований. Изучая трофические уровни и паттерны, типичные для регионов апвеллинга, исследователи обнаружили, что системы апвеллинга демонстрируют паттерн «осина-талия». В этом типе паттерна высокие и низкие трофические уровни хорошо представлены высоким видовым разнообразием. Однако средний трофический уровень представлен только одним или двумя видами. Этот трофический слой, состоящий из мелких пелагических рыб, обычно составляет от трех до четырех процентов видового разнообразия всех существующих видов рыб. Нижние трофические слои очень хорошо представлены в среднем примерно 500 видами веслоногих, 2500 видами брюхоногих моллюсков и 2500 видами ракообразных. На вершинном и почти вершинном уровнях обычно обитает около 100 видов морских млекопитающих и около 50 видов морских птиц. Однако жизненно важными промежуточными трофическими видами являются мелкие пелагические рыбы, которые обычно питаются фитопланктоном. В большинстве систем апвеллинга этими видами являются либо анчоусы, либо сардины, и обычно присутствует только один вид, хотя иногда могут встречаться два или три вида. Эти рыбы являются важным источником пищи для хищников, таких как крупные пелагические рыбы, морские млекопитающие и морские птицы. Хотя они не находятся в основании трофической пирамиды, они являются жизненно важными видами, которые соединяют всю морскую экосистему и поддерживают на таком высоком уровне продуктивность зон апвеллинга.

Угрозы апвеллинг-экосистемам

Серьезной угрозой как для этого решающего промежуточного трофического уровня, так и для всей трофической экосистемы апвеллинга является проблема коммерческого рыболовства. Поскольку районы апвеллинга являются наиболее продуктивными и богатыми видами регионами в мире, они привлекают большое количество промысловых рыбаков и рыболовов. С одной стороны, это еще одно преимущество процесса апвеллинга, поскольку он служит жизнеспособным источником пищи и дохода для многих людей и народов, помимо морских животных. Однако, как и в любой экосистеме, последствия чрезмерного вылова рыбы для популяции могут нанести ущерб этой популяции и экосистеме в целом. В экосистемах апвеллинга каждый присутствующий вид играет жизненно важную роль в функционировании этой экосистемы. Если один вид значительно истощен, это повлияет на остальные трофические уровни. Например, если популярный вид добычи становится целью рыболовства, рыбаки могут собрать сотни тысяч особей этого вида, просто забросив свои сети в восходящие воды. Поскольку эта рыба истощается, источник пищи для тех, кто охотился на эту рыбу, истощается. Следовательно, хищники целевой рыбы начнут вымирать, и их будет не так много, чтобы кормить хищников над ними. Эта система продолжается по всей пищевой цепочке, что может привести к коллапсу экосистемы. Возможно, что со временем экосистема может быть восстановлена, но не все виды могут оправиться от подобных событий. Даже если вид сможет адаптироваться, восстановление этого сообщества апвеллинга может быть отложено.

Возможность такого коллапса экосистемы представляет собой самую опасность для рыболовства в регионах апвеллинга. Рыболовство может быть нацелено на множество различных видов, и поэтому они представляют прямую угрозу для многих видов в экосистеме, однако они представляют наибольшую угрозу для пелагических рыб промежуточного уровня. Поскольку эти рыбы составляют основу всего трофического процесса экосистем апвеллинга, они широко представлены во всей экосистеме (даже если присутствует только один вид). К сожалению, эти рыбы, как правило, являются наиболее популярными объектами рыболовства, поскольку около 64 процентов всего их улова составляет пелагическая рыба. Среди них шесть основных видов, которые обычно образуют промежуточный трофический слой, составляют более половины улова.

Во время Эль-Ниньо ветер косвенно переносит теплую воду к южноамериканскому побережью, уменьшая влияние холодного апвеллинга.

Помимо непосредственного разрушения экосистемы из-за их отсутствия, это также может создать проблемы в экосистеме с помощью множества других методов. Животные с более высоким трофическим уровнем не могут полностью умереть от голода и умереть, но уменьшение количества пищи все же может нанести ущерб популяциям. Если животные не получают достаточно пищи, это снизит их репродуктивную жизнеспособность, что означает, что они не будут размножаться так часто и успешно, как обычно. Это может привести к сокращению популяции, особенно у видов, которые не часто размножаются при нормальных обстоятельствах или становятся репродуктивно зрелыми в конце жизни. Другая проблема заключается в том, что сокращение популяции вида из-за рыболовства может привести к уменьшению генетического разнообразия, что приведет к уменьшению биоразнообразия вида. Если видовое разнообразие значительно уменьшится, это может вызвать проблемы для видов в окружающей среде, которая настолько изменчива и быстро меняется; они могут быть не в состоянии адаптироваться, что может привести к коллапсу популяции или экосистемы.

Другой угрозой продуктивности и экосистемам регионов апвеллинга является система Эль-Ниньо-Южное колебание (ENSO), или, более конкретно, явления Эль-Ниньо. В нормальный период и во время событий Ла-Нинья восточные пассаты все еще сильны, что продолжает стимулировать процесс апвеллинга. Однако во время явлений Эль-Ниньо пассаты ослабевают, вызывая уменьшение апвеллинга в экваториальных регионах, поскольку дивергенция воды к северу и югу от экватора не такая сильная или распространенная. Прибрежные зоны апвеллинга также уменьшаются, поскольку они являются ветровыми системами, и ветер больше не является очень сильной движущей силой в этих областях. В результате глобальный апвеллинг резко снижается, что приводит к снижению продуктивности, поскольку воды больше не получают воду, богатую питательными веществами. Без этих питательных веществ остальная часть трофической пирамиды не может поддерживаться, и богатая экосистема апвеллинга рухнет.

Влияние на климат

Прибрежный апвеллинг оказывает большое влияние на местный климат пострадавшего региона. Этот эффект усиливается, если океанское течение уже остыло. По мере того как холодная, богатая питательными веществами вода движется вверх и температура морской поверхности становится прохладнее, воздух непосредственно над ней также охлаждается и может конденсироваться, образуя морской туман и слоистые облака. Это также препятствует образованию высотных облаков, ливней и гроз и приводит к выпадению дождя над океаном, оставляя сушу сухой. В круглогодичных системах апвеллинга (например, на западных побережьях юга Африки и Южной Америки) температуры, как правило, ниже, а осадков мало. Системы сезонного апвеллинга часто сочетаются с системами сезонного даунвеллинга (например, на западном побережье США и на Пиренейском полуострове ), что приводит к более прохладному и сухому, чем в среднем, летом и более мягкой, влажной, чем в среднем, зиме. Места постоянного апвеллинга обычно имеют полузасушливый / пустынный климат, тогда как места сезонного апвеллинга обычно имеют средиземноморский / полузасушливый климат, в некоторых случаях океанический. Некоторые города мира, затронутые сильным режимом апвеллинга, включают: Сан-Франциско, Антофагаста, Синиш, Эс-Сувейра, Уолфиш-Бей и другие.

использованная литература

внешние ссылки

Последняя правка сделана 2023-04-16 02:02:27
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте