Евгений Крепс - «Витязь» в Индийском океане

Этот метод был широко использован, но он дает удовлетворительные результаты только в береговых водах, очень богатых фитопланктоном и где фотосинтез практически ограничен несколькими верхними метрами. Для открытого океана, где зона фотосинтеза простирается глубже и где величина продукции значительно меньше, метод этот недостаточно чувствителен и не может быть применен.

Новые возможности открылись с введением в науку метода «меченых атомов», метода радиоактивных изотопов. Первым применил метод «меченых атомов» для измерения продукции органического вещества планктонными водорослями датский ученый Стиман-Нильсен в 1952 году. Стиман-Нильсен воспользовался радиоактивным углеродом С14 Обычно существующий в природе углерод — это С12, цифра 12 указывает на его атомный вес. Радиоактивный углерод имеет атомный вес 14, атомы его подвергаются распаду с освобождением электронов, при этом атом углерода превращается в атом азота.

Необычайно чувствительные радиометрические методы позволяют измерять ничтожнейшие количества углерода С14, в миллион раз меньшие, чем самые тонкие химические методы.

Живые организмы, и в частности водоросли, не делают, по-видимому, различия между обычным и радиоактивным углеродом, между обычной СОг и углекислотой, в которой углерод представлен радиоактивным изотопом С14. Если прибавить небольшое количество углекислого натра (NaHCO 3), содержащего С14, в морскую воду, то водоросли будут ассимилировать (усваивать) радиоактивный углерод пропорционально его содержанию в среде. Тогда, измерив радиоактивность водорослей, можно простым расчетом определить общее количество усвоенного углерода, т. е. величину первичной продукции. Принцип этого метода был дальше разработан Г. Г. Винбергом и другими исследователями, а для открытого моря Ю. И. Сорокиным.

В нашем рейсе измерением первичной продукции в океане при помощи радиоактивного углерода занималась Ю. Г. Кабанова, используя методику Сорокина. Пробы собирались специальным пластмассовым батометром с горизонтов 0, 10, 25, 50, 75 и 100 метров. В пробы вводилось определенное количество радиоактивного бикарбоната натра, и склянки выдерживались на палубе в баке с проточной водой при естественной освещенности в течение нескольких часов. Контрольные пробы находились в тех же условиях, но в темных склянках. Разница между поглощением С11 в светлой и темной склянках позволяла установить количество углерода, усвоенного водорослями в процессе фотосинтеза.

Для оценки влияния уменьшения освещенности с глубиной пробы опускались на разные глубины. Полученные данные позволяли рассчитать величину первичной продукции под квадратным метром поверхности моря для различных районов океана.

В открытых частях океана первичная продукция низка и не превышает 10–30 мг С/м 2в день В прибрежных районах первичная продукция выше. В море Банда она равнялась 236 С/м 2. На шельфе Австралии шло как раз цветение водорослей, была весна южного полушария, и первичная продукция достигала огромных цифр — 450 мг углерода в день. У берегов Африки она была ниже — 72 мг С.

Среди районов открытого океана своей относительно высокой продуктивностью выделяется Аравийское море, где продукция достигала 120 мг углерода на 1 квадратный метр поверхности моря в день.

Карта распределения первичной продукции совпадает с картой распределения водорослей и общего планктона, и это понятно, так как от количества фотосинтезирующих водорослей зависит величина продукции.

Возникает вопрос, а чем же обусловливается большее или меньшее богатство верхних слоев моря планктонными водорослями?

Тут на первый план выступает значение биогенных элементов — источников фосфора и азота, необходимых для построения живого вещества, для синтеза белка. Света в тропиках всегда хватает, он не ограничивает фотосинтеза; тут нет, как в высоких широтах, темного и светлого времени года. Угольной кислоты тоже всегда достаточно. Быть «узким местом», лимитировать продукцию могут лишь питательные соли, биогенные элементы.

В тех местах океана, где воды с большим содержанием биогенных элементов поднимаются высоко и доходят до зоны фотосинтеза — как в Аравийском море, у берегов Африки, у Мадагаскара, — там первичная продукция высока. В открытом океане богатые биогенными элементами слои находятся глубоко, и слой фотосинтеза беден фосфатами и особенно нитратами — там величина первичной продукции гораздо ниже. Таким образом, динамика вод, обусловливающая подъем питательных солей из глубины, где их всегда много, к зоне фотосинтеза, имеет решающее значение. На глубинах питательных солей много, так как тут они воссоздаются, регенерируют из распадающихся мертвых растительных и животных организмов в результате деятельности микробов.

Между величиной первичной продукции и концентрацией биогенных элементов в морской воде отношения, конечно, сложные. Условия могут сложиться так, что из глубины идет достаточный подъем питательных солей, но фотосинтез происходит настолько интенсивно, что питательные соли почти нацело используются и концентрация их в воде падает. Тогда мы будем иметь высокую первичную продукцию при бедности биогенными элементами в продуцирующих слоях. Ярким примером подобного рода служит шельф Австралии. Здесь была обнаружена самая высокая для Индийского океана продукция (450 мг С/м 2в день) и самое низкое содержание фосфатов во всем столбе воды (2 мг Р на м 3) при полном отсутствии нитратов и нитритов.

Некоторое количество измерений первичной продукции при помощи радиоактивного углерода было выполнено самим Стиманом-Нильсеном в экспедиции на «Галатее» при пересечении ею Индийского океана. Исследования «Витязя» позволили получить сравнительные величины продукции в разных районах океана.

Близится конец нашему плаванию. Бомбей — наш последний заход. Там мы простимся с индийскими друзьями, с которыми успели сблизиться за эти месяцы совместного плавания.

Все уже мечтают о возвращении на родину, о приходе в Одессу. Столько месяцев в море, в напряженной работе не могли не утомить весь состав экспедиции — и моряков, и научных работников. Только Г. Н. Иванов-Францкевич настаивает на добавочных суточных станциях, нужных ему для построения схемы глубинных течений. Возвращение в Одессу намечено на конец апреля, и многие из нас надеются встретить в этом порту своих близких. Наши жены, хоть не все, но многие, думают приехать в Одессу и ожидать там прихода «Витязя». Хочется и более скорой встречи, хочется увидеть своими глазами корабль, который в течение долгих месяцев разлуки и тревог был вторым домом их мужей.