44.4 Lífbelti í vatni

Ólífrænir þættir sem hafa áhrif á lífbelti í vatni

Líkt og lífbelti á landi verða lífbelti í vatni fyrir áhrifum af röð ólífrænna þátta. Vatn hefur þó aðra eðlis- og efnafræðilega eiginleika en loft. Jafnvel þótt vatn í tjörn eða öðru vatnshloti sé alveg tært og engar svifagnir séu í því, gleypir vatnið sjálft ljós. Þegar farið er niður í djúpt vatn kemur að lokum að dýpi sem sólarljós nær ekki niður á. Í vistkerfum á landi geta sumir ólífrænir og lífrænir þættir, til dæmis þoka, ryk eða skordýrasveimar, skyggt á ljós, en þeir eru yfirleitt ekki varanlegir umhverfisþættir. Ljós skiptir meginmáli í lífbeltum í vatni og mótar samfélög lífvera bæði í ferskvatni og sjó. Í ferskvatnskerfum er lagskipting vegna eðlismassamunar líklega mikilvægasti ólífræni þátturinn og tengist orkuþætti ljóss. Varmaeiginleikar vatns, þar á meðal hraði upphitunar og kólnunar og geta vatns til að geyma mun meiri orku en loft, skipta miklu máli fyrir starfsemi sjávarvistkerfa og hafa mikil áhrif á loftslag og veðurmynstur jarðar. Sjávarvistkerfi mótast einnig af stórfelldum vatnshreyfingum, til dæmis straumum, en þær skipta minna máli í flestum ferskvatnsstöðuvötnum.

Hafinu er skipt í nokkur svæði eða belti (mynd 44.21). Allt opið vatn hafsins kallast uppsjávarsvæði eða uppsjávarbelti. Botnsvæðið, eða botnbeltið, nær eftir hafsbotninum frá fjöruborði til dýpstu hluta hafsbotnsins. Innan uppsjávarsvæðisins er ljósbeltið, sá hluti hafsins sem ljós nær niður í, um 200 m eða 650 fet. Neðan við 200 m dýpi nær ljós ekki niður; það svæði kallast myrkurbelti. Meirihluti hafsins er í myrkurbeltinu og þar er ekki nægilegt ljós til ljóstillífunar. Dýpsti hluti hafsins, Challengerdjúpið í Maríanadjúpálnum í vestanverðu Kyrrahafi, er um 11.000 m, eða um 6,8 mílur, á dýpt. Til samanburðar er meðaldýpi hafsins 4.267 m eða 14.000 fet. Þessi svæði og belti eiga einnig við um ferskvatnsstöðuvötn.

Lífbelti í sjó

Hafið er stærsta lífbelti í sjó. Það er samfelldur saltvatnsmassi sem er tiltölulega einsleitur að efnasamsetningu; í raun er það veik lausn steinefnasalta og rotnandi lífræns efnis. Í hafinu eru kóralrif önnur gerð sjávarlífbeltis. Árósar, strandsvæði þar sem saltvatn og ferskvatn blandast, mynda þriðja sérstaka sjávarlífbeltið.

Hafið

Eðlisfræðilegur fjölbreytileiki hafsins hefur veruleg áhrif á plöntur, dýr og aðrar lífverur. Hafinu er skipt í mismunandi belti eftir því hversu langt ljós nær niður í vatnið. Í hverju belti er sérstakur hópur tegunda sem er aðlagaður lífrænum og ólífrænum skilyrðum þess beltis.

Fjörubeltið, svæðið milli flóðs og fjöru, er sá hluti hafsins sem liggur næst landi (mynd 44.21). Yfirleitt hugsa flestir um þennan hluta hafsins sem sandströnd. Stundum er fjörubeltið sannarlega sandströnd, en það getur einnig verið klettótt eða leðjukennt. Fjörubeltið er afar breytilegt umhverfi vegna flóðs og fjöru. Lífverur verða fyrir lofti og sólarljósi á fjöru og eru neðansjávar mestan hluta tímans, einkum á flóði. Lífverur sem þrífast í fjörubelti eru því aðlagaðar því að þorna í langan tíma. Strönd fjörubeltisins getur einnig orðið fyrir endurteknum öldugangi og lífverurnar þar eru aðlagaðar því að þola högg öldunnar (mynd 44.22). Ytri stoðgrind krabbadýra við ströndina, til dæmis strandkrabbans Carcinus maenas, er hörð og verndar þau gegn ofþornun og ölduskemmdum. Önnur afleiðing öldugangsins er að fáir þörungar og plöntur ná fótfestu í grjóti, sandi eða leðju sem er á stöðugri hreyfingu.

Landgrunnsbeltið (mynd 44.21) nær frá fjörubelti niður á um 200 m, eða 650 feta, dýpi við brún landgrunnsins, neðansjávarframhald meginlandsins. Þar sem ljós nær niður á þetta dýpi getur ljóstillífun enn átt sér stað í landgrunnsbeltinu. Vatnið þar inniheldur silt, er súrefnisríkt, undir litlum þrýstingi og með stöðugt hitastig. Svifþörungar og fljótandi Sargassum-þang, tegund lausfljótandi sjávarþangs, veita sumu sjávarlífi í landgrunnsbeltinu búsvæði. Dýrasvif, frumverur, smáfiskar og rækjur finnast í landgrunnsbeltinu og eru undirstaða fæðukeðju flestra fiskveiða heimsins.

Utan við landgrunnsbeltið er opið hafsvæði sem kallast uppsjávarbelti eða úthafsbelti (mynd 44.21). Í úthafsbeltinu er hitalagskipting þar sem hlýr og kaldur sjór blandast vegna hafstrauma. Mikið svif er undirstaða fæðukeðjunnar fyrir stærri dýr, til dæmis hvali og höfrunga. Næringarefni eru af skornum skammti og þessi hluti sjávarlífbeltisins er tiltölulega lítt framleiðinn. Þegar ljóstillífandi lífverur og frumverur og dýr sem nærast á þeim deyja falla líkamar þeirra til botns í hafinu og verða þar eftir. Ólíkt ferskvatnsstöðuvötnum skortir mestallt opið haf ferli sem flytur lífræn næringarefni aftur upp að yfirborðinu. Undantekningar eru meðal annars stór uppstreymissvæði í Humboldtstraumnum meðfram vesturströnd Suður-Ameríku. Meðal helstu lífvera í myrkurbeltinu eru sæbjúgu (fylking skrápdýra) og aðrar lífverur sem lifa á næringarefnum í dauðum líkömum lífvera úr ljósbeltinu.

Undir uppsjávarbeltinu er botnsvæðið, vatnssvæðið við og yfir hafsbotninum sem nær frá fjöruborði til dýpstu hluta hafsins (mynd 44.21). Botn botnsvæðisins er úr sandi, silti og dauðum lífverum. Hitastig lækkar með auknu dýpi en helst yfir frostmarki. Þetta er næringarríkur hluti hafsins vegna dauðra lífvera sem falla úr efri lögum þess. Vegna þessa mikla magns næringarefna þrífast þar fjölbreyttir sveppir, svampar, sæfíflar, sjávarormar, krossfiskar, fiskar og bakteríur.

Dýpsti hluti hafsins er afgrunnsbeltið, sem er á 4.000 m dýpi eða meira. Afgrunnsbeltið (mynd 44.21) er mjög kalt, undir mjög háum þrýstingi, með mjög lítið eða ekkert súrefni og mikið af næringarefnum þar sem dautt og rotnandi efni sekkur niður úr lögunum fyrir ofan. Þar finnast ýmsir hryggleysingjar og fiskar, en engar plöntur eru í afgrunnsbeltinu vegna ljósskorts. Jarðhitahverir finnast einkum í afgrunnsbeltinu; efnatillífandi bakteríur nýta brennisteinsvetni og önnur steinefni sem streyma frá hverunum til að mynda lífmassa. Þessar efnatillífandi bakteríur nota ýmsar sameindir sem orkugjafa og eru undirstaða fæðukeðjunnar í afgrunnsbeltinu.

Kóralrif

Kóralrif eru sjávarhryggir sem myndast af sjávarhryggleysingjum, einkum holdýrum og lindýrum, sem lifa í hlýju grunnsævi innan ljósbeltis hafsins. Þau finnast innan 30° norðan og sunnan miðbaugs. Kóralrifið mikla (Great Barrier Reef) er líklega þekktasta og stærsta rifkerfi heims og sést frá Alþjóðlegu geimstöðinni. Þetta gríðarstóra og forna rif liggur nokkrar mílur undan norðausturströnd Ástralíu. Önnur kóralrifskerfi eru strandrif, sem liggja beint að landi, og hringrif (atoll), hringlaga rifkerfi umhverfis fyrrverandi landmassa sem nú er neðansjávar. Kórallífverurnar, meðlimir fylkingarinnar Cnidaria, eru sambú saltvatnssepa sem seyta stoðgrind úr kalsíumkarbónati. Þessar kalsíumríku stoðgrindur safnast hægt upp og mynda neðansjávarrifið (mynd 44.23). Kóralar á grynnra vatni, á um 60 m eða 200 feta dýpi, lifa í gagnkvæmu samlífi við ljóstillífandi einfruma þörunga. Sambýlið veitir kóröllunum megnið af þeirri næringu og orku sem þeir þurfa. Vatnið sem þessir kóralar lifa í er næringarsnautt og án þessa samlífis gætu stórir kóralar ekki vaxið. Sumir kóralar á dýpra og kaldara vatni eiga ekki í samlífi við þörunga; þeir afla orku og næringarefna með brennifrumum á gripörmum sínum til að veiða bráð.

Áætlað er að meira en 4.000 fisktegundir lifi á kóralrifum. Þessir fiskar geta nærst á kóröllum, duldýralífi, það er hryggleysingjum sem lifa í kalsíumkarbónatundirlagi kóralrifanna, eða á þangi og þörungum sem tengjast kóröllunum. Að auki lifa sumar fisktegundir á jöðrum kóralrifs; þær eru meðal annars rándýr, jurtaætur og svifætur sem éta sviflífverur á borð við bakteríur, fornbakteríur, þörunga og frumverur sem svífa í uppsjávarbeltinu.

Árósar: Þar sem haf mætir ferskvatni

Árósar eru lífbelti sem myndast þar sem ferskvatn, til dæmis á, mætir hafinu. Þar finnast því bæði ferskvatn og saltvatn á sama svæði; blöndunin myndar þynnt, ísalt saltvatn. Árósar mynda skjólsæl svæði þar sem ungviði margra krabbadýra, lindýra og fiska hefja líf sitt og þau eru einnig mikilvægar uppeldisstöðvar fyrir önnur dýr. Selta er mjög mikilvægur þáttur sem hefur áhrif á lífverur og aðlaganir þeirra í árósum. Selta árósa er mjög breytileg og ræðst af rennsli ferskvatns í þá, sem getur verið háð árstíðabundinni úrkomu. Einu sinni eða tvisvar á dag færa flóð saltvatn inn í árósinn. Fjara með sömu tíðni snýr straumi saltvatnsins við.

Skammtíma- og hraðar breytingar á seltu vegna blöndunar ferskvatns og saltvatns eru erfið lífeðlisfræðileg áskorun fyrir plöntur og dýr sem búa í árósum. Margar plöntutegundir árósa eru seltuþolnar plöntur: plöntur sem þola saltar aðstæður. Seltuþolnar plöntur eru aðlagaðar seltu frá saltvatni við rætur sínar eða sjávarúða. Í sumum seltuþolnum plöntum fjarlægja síur í rótunum salt úr vatninu sem plantan tekur upp. Aðrar plöntur geta dælt súrefni niður í ræturnar. Dýr, til dæmis kræklingar og samlokur (fylking Mollusca), hafa þróað atferlisaðlaganir sem krefjast mikillar orku til að virka í þessu hratt breytilega umhverfi. Þegar þessi dýr verða fyrir lágri seltu hætta þau að nærast, loka skeljunum og skipta úr loftháðri öndun, þar sem tálknin taka súrefni úr vatninu, yfir í loftfirrta öndun, ferli sem krefst ekki súrefnis og fer fram í umfrymi frumna dýrsins. Þegar flóð snýr aftur í árósinn eykst selta og súrefnisinnihald vatnsins og þessi dýr opna skeljar sínar, byrja að nærast og snúa aftur til loftháðrar öndunar.

Lífbelti í ferskvatni

Til lífbelta í ferskvatni teljast stöðuvötn og tjarnir, það er kyrrstætt vatn, ásamt ám og lækjum, rennandi vatni. Þar teljast einnig votlendi, sem fjallað er um síðar. Menn reiða sig á lífbelti ferskvatns fyrir vistkerfisþjónustu á borð við vatnsauðlindir til drykkjar, áveitu ræktarlands, hreinlætis og iðnaðar. Stöðuvötn og tjarnir tengjast ólífrænum og lífrænum þáttum sem hafa áhrif á aðliggjandi lífbelti á landi.

Stöðuvötn og tjarnir

Stöðuvötn og tjarnir geta verið allt frá nokkrum fermetrum að stærð upp í þúsundir ferkílómetra. Hitastig er mikilvægur ólífrænn þáttur sem hefur áhrif á lífverur í stöðuvötnum og tjörnum. Á sumrin, eins og áður kom fram, verður hitalagskipting í stöðuvötnum og tjörnum þegar efra lag vatnsins hitnar af sólinni og blandast ekki dýpra og kaldara vatni. Ljós getur borist niður í ljósbelti stöðuvatnsins eða tjarnarinnar. Þar finnast svifþörungar, það er þörungar og blábakteríur, og þeir ljóstillífa og mynda grunn fæðuvefja stöðuvatna og tjarna. Dýrasvif, til dæmis hjóldýr og lirfur og fullorðin krabbadýr, neyta þessara svifþörunga. Á botni stöðuvatna og tjarna brjóta bakteríur í myrkurbeltinu niður dauðar lífverur sem sökkva til botns.

Nitur og fosfór eru mikilvæg takmarkandi næringarefni í stöðuvötnum og tjörnum. Þess vegna ráða þau miklu um hversu mikill vöxtur svifþörunga verður í stöðuvötnum og tjörnum. Þegar mikið magn niturs og fosfórs berst inn, til dæmis með skólpi og afrennsli frá ábornum grasflötum og býlum, eykst vöxtur þörunga mjög hratt og mikil uppsöfnun þörunga myndast; hún kallast þörungablómi. Þörungablómi (mynd 44.24) getur orðið svo umfangsmikill að hann dregur úr ljósgegnskini í vatni. Hann getur einnig losað eitruð aukaefni út í vatnið og mengað drykkjarvatn sem tekið er úr því. Auk þess verður stöðuvatnið eða tjörnin myrkurbelti og ljóstillífandi plöntur geta ekki lifað af. Þegar þörungarnir deyja og rotna verður alvarleg súrefnisþurrð í vatninu. Fiskar og aðrar lífverur sem þurfa súrefni eru þá líklegri til að deyja og dauðasvæði myndast. Erie-vatn og Mexíkóflói eru dæmi um ferskvatns- og sjávarbúsvæði þar sem stjórnun fosfórs og stormvatnsafrennslis skapar verulegar umhverfisáskoranir.

Ár og lækir

Ár og lækir eru vatnshlot á stöðugri hreyfingu sem bera mikið magn vatns frá upptökum til stöðuvatns eða hafs. Stærstu ár heims eru meðal annars Níl í Afríku, Amazonfljótið í Suður-Ameríku og Mississippifljótið í Norður-Ameríku.

Ólífrænir eiginleikar áa og lækja breytast eftir lengd árinnar eða lækjarins. Lækir byrja við upprunastað sem kallast upptök. Vatnið við upptökin er yfirleitt kalt, næringarsnautt og tært. Farvegurinn, breidd árinnar eða lækjarins, er mjórri þar en annars staðar eftir farveginum. Þess vegna er straumurinn oft hraðari þar en á öðrum stöðum í ánni eða læknum.

Hraður vatnsstraumur veldur því að lítið silt safnast fyrir á botni árinnar eða lækjarins; vatnið er því yfirleitt tært og laust við aur. Ljóstillífun þar stafar að mestu af þörungum sem vaxa á steinum, því stríður straumurinn hamlar vexti svifþörunga. Viðbótarorka getur borist frá laufblöðum og öðru lífrænu efni sem fellur niður eftir ánni eða læknum, og frá trjám og öðrum plöntum við vatnið. Þegar laufin rotna skila lífræn efni og næringarefni í þeim sér aftur í vatnið. Plöntur og dýr hafa aðlagast þessu straumharða vatni. Til dæmis hafa sumar tegundir dægurflugna (fylking liðdýra, Arthropoda) flata líkama og fætur með sérhæfðum klóm sem hjálpa þeim að halda sér við neðri hlið steina í vatninu. Þetta líkamslag dregur úr viðnámi og gerir þessum tegundum kleift að nýta háan súrefnisstyrk í hröðum straumum án þess að skolast burt. Ferskvatnssilungategundir (fylking seildýra, Chordata) eru mikilvæg rándýr í þessum straumhörðu ám og lækjum.

Þegar áin eða lækurinn rennur lengra frá upptökunum breikkar farvegurinn smám saman og straumurinn hægir á sér. Þetta hægari vatn, sem stafar af minni halla og auknu vatnsmagni þegar þverár sameinast, hefur meiri setmyndun. Svifþörungar geta einnig svifið í hægfara vatni. Vatnið verður því ekki eins tært og nær upptökunum. Það er einnig hlýrra. Ormar (fylking liðorma, Annelida) og skordýr (fylking liðdýra, Arthropoda) geta grafið sig í leðjuna. Rándýr meðal hryggdýra ofar í fæðukeðjunni (fylking seildýra, Chordata) eru meðal annars vatnafuglar, froskar og fiskar. Þessi rándýr þurfa að finna fæðu í þessu hægfara og stundum grugguga vatni og ólíkt silungi í vatni við upptök geta þessi hryggdýr hugsanlega ekki notað sjón sem aðalskynfæri til að finna fæðu. Þau eru því líklegri til að nota bragðskyn eða efnavísbendingar til að finna bráð.

Votlendi

Votlendi eru umhverfi þar sem jarðvegur er annaðhvort varanlega eða reglulega mettaður af vatni. Votlendi eru frábrugðin stöðuvötnum því votlendi eru grunn vatnssvæði en stöðuvötn eru misdjúp. Upp úr vatni vaxandi gróður samanstendur af votlendisplöntum sem hafa rætur í jarðvegi en lauf, stöngla eða blóm sem teygja sig upp fyrir yfirborð vatnsins. Til eru nokkrar gerðir votlendis, þar á meðal flóar, fen, mosamýrar, leirur og saltmýrar (mynd 44.25). Þrír sameiginlegir eiginleikar þessara gerða, það sem gerir þær að votlendi, eru vatnafræði þeirra, vatnskær gróður og vatnsmettaður jarðvegur.

Ferskvatnsflóar og fen einkennast af hægu og stöðugu vatnsrennsli. Mosamýrar myndast hins vegar í lægðum þar sem vatnsrennsli er lítið eða ekkert. Mosamýrar finnast yfirleitt á svæðum þar sem leirkenndur botn hindrar að vatn sígi niður. Sig er hreyfing vatns um holrými í jarðvegi eða bergi. Vatnið í mosamýri er staðnað og súrefnissnautt vegna þess að súrefni sem notað er við niðurbrot lífrænna efna endurnýjast ekki auðveldlega. Þegar súrefnið í vatninu klárast hægir á niðurbroti. Þetta leiðir til uppsöfnunar sýra og lægra pH-gildis í vatninu. Lægra pH-gildi skapar áskoranir fyrir plöntur því það takmarkar aðgengilegt nitur. Þar af leiðandi veiða sumar mosamýrarplöntur, til dæmis sóldögg, könnuplöntur og flugugildrur, skordýr til að vinna nitur úr líkama þeirra. Mosamýrar hafa lága hreina frumframleiðni vegna þess að vatnið í þeim hefur lítið nitur og súrefni.