深海区热液口区和极地海区解析课件

第十一章第十一章 深海区、热液口区和极地海区深海区、热液口区和极地海区1 第一节第一节 大洋区大洋区 v大大洋洋区区(oceanic zone)指指大大陆陆架架边边缘缘以以外外的的水水体体，它它与与大大陆陆架架上上方方的的水水体体是是相相连连的的，大大洋洋区区是是海海洋洋的的主主体体。由由于于大大陆陆架架边边缘缘的的深深度度一一般般为为200 m，因因此此也也将将200 m以以深深的的水水体体称称为为深深海海(deep sea)。大大洋洋区区是是地地球球上上最最大大的的生生态态区区，约约占占地地球球表表面面积积的的50%。相相对对于于近近岸岸浅浅海海区区而而言言，大大洋洋区的环境是相对稳定的。区的环境是相对稳定的。2一、主要环境特征一、主要环境特征 v光照光照 真光层真光层 弱光层弱光层 无光层无光层v温度温度 混合层混合层 温跃层温跃层 恒温层恒温层v溶解氧溶解氧 饱和层饱和层 最小值层最小值层 富氧层富氧层v水压水压 每深每深10 m，压力增加，压力增加 1个大气压个大气压v海流海流 大洋环流大洋环流 辐散辐散辐聚辐聚 冷涡冷涡暖涡暖涡3二、深海动物对环境的适应机制二、深海动物对环境的适应机制 v对黑暗的适应对黑暗的适应 许许多多深深海海动动物物通通过过发发光光器器产产生生它它们们自自己己的的光光线线（如如灯灯笼笼鱼鱼和和星星光光鱼鱼等）。等）。v对食物稀少的适应对食物稀少的适应 广广食食性性，很很大大的的口口、尖尖锐锐的的牙牙齿齿和和可可高高度度伸伸展展的的颌颌骨骨，背背鳍鳍上上有有发发光器官。光器官。v对种群稀少的适应对种群稀少的适应 “补雄补雄”v对高压的适应对高压的适应 多数深海动物缺少钙质骨骼，多数鱼类没有鳔。多数深海动物缺少钙质骨骼，多数鱼类没有鳔。v对柔软底质的适应对柔软底质的适应 长的附肢，丰富的刺、柄和其它的支持方式。长的附肢，丰富的刺、柄和其它的支持方式。4三、大洋区的生物组成三、大洋区的生物组成 v生产者以生产者以“微微型浮游植物微微型浮游植物”占优势占优势，生产力低于近海。，生产力低于近海。v浮游动物基本上是浮游动物基本上是“终生浮游生物终生浮游生物”。v大大洋洋上上层层的的动动物物最最为为丰丰富富，经经济济价价值值比比较较大大的的有有乌乌贼贼、金枪鱼、鲸等。金枪鱼、鲸等。v大大洋洋水水层层食食物物链链长长，营营养养物物质质基基本本上上在在透透光光层层矿矿化化和和再再循环。循环。v深海也有许多种类，包括多个门类深海也有许多种类，包括多个门类5大洋中上层鱼类与底层鱼类的身体结构比较大洋中上层鱼类与底层鱼类的身体结构比较(Marshall 1980)特征特征大洋中上大洋中上层鱼类大洋底大洋底层鱼类体色体色体体侧银白白黑黑发光器光器多而多而发达达小或退化成小或退化成为单一一诱饵型型上下上下颌较短短较长眼眼较大大较小或退化小或退化嗅嗅觉器官器官雌雄均雌雄均较发达达雄性雄性发达，雌性退化（达，雌性退化（钻光光鱼及鮟鱇及鮟鱇鱼）神神经系系统发达达不不发达达肌肌节发达达不不发达达骨骼骨骼骨化完全，有骨化完全，有鳞骨化不全，常无骨化不全，常无鳞鳔有，有，发达达无，退化无，退化鳃鳃丝数多，数多，鳃板数多板数多鳃丝数多，数多，鳃板表面小板表面小肾较大，大，肾管数多管数多较小，小，肾管数少管数少心心脏大大小小6第二节第二节 深海底深海底 7一、深海底地貌和沉积物一、深海底地貌和沉积物v深海底是指大陆架以外的海底，包括大陆坡、大陆隆、大洋中深海底是指大陆架以外的海底，包括大陆坡、大陆隆、大洋中脊、大洋盆地和海沟等地质构造。深海底的地貌远比陆地的复脊、大洋盆地和海沟等地质构造。深海底的地貌远比陆地的复杂、壮观。杂、壮观。v绝大多数深海底覆盖大量细质软泥，构成深海生物的最主要生绝大多数深海底覆盖大量细质软泥，构成深海生物的最主要生境类型。陆地岩石的分解、海洋动物的残骸、海水中的化学反境类型。陆地岩石的分解、海洋动物的残骸、海水中的化学反应、来自大气层的微粒等等，都是海底沉积物的来源。应、来自大气层的微粒等等，都是海底沉积物的来源。v深海沉积物可分为两种类型。一种是黏土颗粒，主要位于贫营深海沉积物可分为两种类型。一种是黏土颗粒，主要位于贫营养水体（如大洋中部的环流区）下方；另一种为生源软泥养水体（如大洋中部的环流区）下方；另一种为生源软泥（biogenic ooze），位于高生产力的表层水体下方，含超过），位于高生产力的表层水体下方，含超过30的生物骸骨，主要有硅质软泥和钙质软泥两类。的生物骸骨，主要有硅质软泥和钙质软泥两类。8二、深海底的生物二、深海底的生物 v深海软质底的主要生物类群深海软质底的主要生物类群n大型动物：多毛类、双壳类、端足类、等足类、涟虫类大型动物：多毛类、双壳类、端足类、等足类、涟虫类n小型动物：线虫类、桡足类、有孔虫类小型动物：线虫类、桡足类、有孔虫类n固着生物：在软质底中十分少见。海扇（柳珊瑚）和海鳃固着生物：在软质底中十分少见。海扇（柳珊瑚）和海鳃n棘皮动物：蛇尾类和海参类广泛存在棘皮动物：蛇尾类和海参类广泛存在n虾蟹类：少，体色鲜红虾蟹类：少，体色鲜红v海底山的生物海底山的生物n食悬浮物的物种如柳珊瑚、海百合、水螅、海蛇尾和海绵的密集食悬浮物的物种如柳珊瑚、海百合、水螅、海蛇尾和海绵的密集分布。分布。n常常吸引许多大型捕食动物，例如鲨鱼、金枪鱼、海龟和海洋哺常常吸引许多大型捕食动物，例如鲨鱼、金枪鱼、海龟和海洋哺乳动物来此聚集觅食。乳动物来此聚集觅食。n海底山是新物种进化的热点区，也是古老物种的庇护所。海底山是新物种进化的热点区，也是古老物种的庇护所。9v冷水珊瑚礁冷水珊瑚礁n分布在分布在2001000 m、温度介于、温度介于413的黑暗深海中，故又称的黑暗深海中，故又称深水珊瑚深水珊瑚n组织中没有依赖于光线的共生藻类，珊瑚虫以洋流带来的颗粒组织中没有依赖于光线的共生藻类，珊瑚虫以洋流带来的颗粒状有机物质、浮游动物和小的鱼虾作为食物状有机物质、浮游动物和小的鱼虾作为食物n生长速率极其缓慢，只有热带珊瑚的十分之一生长速率极其缓慢，只有热带珊瑚的十分之一v海绵礁海绵礁n具有三维硅骨架的玻璃海绵具有三维硅骨架的玻璃海绵n主要出现在寒冷的北太平洋水域主要出现在寒冷的北太平洋水域 5003000 m海底海底n每年每年27 cm的速度生长，寿命很长的速度生长，寿命很长二、深海底的生物（二、深海底的生物（cont.）10三、深海底的物种多样性三、深海底的物种多样性 v深海底的物种多样性高，大量新种被发现。深海底的物种多样性高，大量新种被发现。v土著种的比例很高。土著种的比例很高。v超超过过6,000 m的的超超深深渊渊也也有有很很多多种种类类，即即使使在在10,000 m的的深深处处，也也发发现现有有海海葵葵、海海参参、多多毛毛类类、双双壳壳类类等等底底栖栖动物。动物。解释：解释：1、环境长期稳定导致小生境的分化，每个种有狭窄生态位；、环境长期稳定导致小生境的分化，每个种有狭窄生态位；2、捕食性动物不加区别地捕捉被食动物，避免了产生竞争排斥。、捕食性动物不加区别地捕捉被食动物，避免了产生竞争排斥。3、有的学者认为深海物种多样性水平高是与水温低而导致生物代谢、有的学者认为深海物种多样性水平高是与水温低而导致生物代谢 和生长率低，达到性成熟所经历的时间也长，减少了竞争优势种和生长率低，达到性成熟所经历的时间也长，减少了竞争优势种 的出现机会。的出现机会。11 6000m6000m之下海沟地区土著种的百分比之下海沟地区土著种的百分比(引自引自Barnes&Hughes 1982)类 别海沟种海沟种类数目数目土土 著著%类 别海沟种海沟种类数目数目土土 著著%有孔虫有孔虫12843软体体动物物/海海绵动物物2688无板无板亚纲类30腔腔肠动物物1776腹足腹足类1687多毛多毛类4252双壳双壳类3985螠虫螠虫类862棘皮棘皮动物物/星虫星虫动物物40海百合海百合1191甲壳甲壳动物物/海参海参类2868藤藤壶333海星海星1457涟虫虫类9100海蛇尾海蛇尾类667原足原足类1979须腕腕动物物2685等足等足类6874鱼类475端足端足类188312四、深海底的食物供应四、深海底的食物供应v死亡动植物残体死亡动植物残体下沉下沉v粪粒和甲壳类的粪粒和甲壳类的蜕皮蜕皮v动物的垂直迁移动物的垂直迁移导致有机物质加导致有机物质加快向下转移快向下转移v深海沉积物间隙深海沉积物间隙水中高含量水中高含量DOM13五、深海底栖动物的生物量和生产力五、深海底栖动物的生物量和生产力 v深海底栖动物的生物量明显随深度而下降。深海底栖动物的生物量明显随深度而下降。v单位面积生物量很低，通常小于单位面积生物量很低，通常小于0.5 g/m2（湿重），还（湿重），还不足浅海底栖平均生物量（不足浅海底栖平均生物量（200 g/m2）的）的1/400。v从生物量组成看，海绵、海参和海星常是深海底栖大型从生物量组成看，海绵、海参和海星常是深海底栖大型动物中最重要的种类。动物中最重要的种类。v由于低温、高压环境的限制，生物生长缓慢，产量很低，由于低温、高压环境的限制，生物生长缓慢，产量很低，但深海底生物的寿命较长。但深海底生物的寿命较长。14第三节第三节 热液口区热液口区 一、海洋中的独特生态类型一、海洋中的独特生态类型 v1977年年，美美国国深深潜潜器器“阿阿尔尔文文”号号在在加加拉拉帕帕戈戈斯斯（Galapagos）裂裂谷谷区区2500 m深深处处中中央央海海脊脊的的火火山山口口周周围围首首次次发发现现热热液液口口（hydrothermal vents），有有些些热热泉泉在在冒冒出出地地面面时时会会在在出出口口处处形形成成烟烟囱囱似似的的石石柱柱，从从烟烟囱囱 涌涌 出出 的的 热热 液液 温温 度度 很很 高高（250400），而而从从海海底底的的裂裂缝缝中中扩扩 散散 出出 来来 的的 热热 液液 温温 度度 相相 对对 较较 低低（5100）。）。15二、化学合成生产二、化学合成生产 还有的利用还有的利用CH4、NH3能源形成有机物质能源形成有机物质 热热液液口口的的化化学学合合成成细细菌菌是是该该生生物物群群落落食食物物链链的的主主要要生生产产者者，生生产产量量很很高高，可可能能是是其其上上层层光光合合作作用用量量的的23倍倍，有有些些地地方方形形成成的的丝丝状状细细菌菌可可达达3 cm厚厚，完完全全不同于通常深海区低生物量的特点。不同于通常深海区低生物量的特点。16三、热液口的生物组成三、热液口的生物组成 v物种多样性不高，物种多样性不高，90%以上的物种是属于这类生境的特以上的物种是属于这类生境的特有种。有种。v细菌：细菌：硫氧化细菌，居住在动物体内，形成共生关系。硫氧化细菌，居住在动物体内，形成共生关系。v大型动物大型动物 n管栖蠕虫管栖蠕虫 n双壳类软体动物双壳类软体动物 n十足目甲壳类十足目甲壳类 n多毛类多毛类 n其他大型动物其他大型动物v小型底栖生物：小型底栖生物：线虫、底栖桡足类、介形类和螨类线虫、底栖桡足类、介形类和螨类 v浮游动物浮游动物：水母、桡足类、端足类和其他浮游甲壳类水母、桡足类、端足类和其他浮游甲壳类17四、热液口生物群落的主要特征四、热液口生物群落的主要特征 v细菌与动物间的共生关系细菌与动物间的共生关系 n大量化能自养细菌栖息于动物的体内鳃上及体表，利用宿主携带大量化能自养细菌栖息于动物的体内鳃上及体表，利用宿主携带的的H2S和和O2制造有机物。制造有机物。n管栖蠕虫没有口和消化系统，其身体内部有一特殊器官，称为营管栖蠕虫没有口和消化系统，其身体内部有一特殊器官，称为营养体（养体（trophosome），其中含有大量共生细菌，这些细菌的重），其中含有大量共生细菌，这些细菌的重量可占蠕虫个体干重的量可占蠕虫个体干重的60%v生长快、个体大、生物量高生长快、个体大、生物量高n管虫的长度可达管虫的长度可达1.5 m，直径，直径37 mm，栖管长达，栖管长达3 m，栖息密度，栖息密度可高达可高达176个个/m2，生长率为，生长率为85 cm/a。n蛤类的体长可达蛤类的体长可达3040 cm，生长率约为，生长率约为1060 mm/a。v物种多样性低：物种多样性低：明显低于其他深海底区域的物种多样性。明显低于其他深海底区域的物种多样性。18四、热液口生物对极端环境的独特适应机制四、热液口生物对极端环境的独特适应机制 v对于高浓度对于高浓度H2S环境，某些细菌具有能氧化这些有毒物质环境，某些细菌具有能氧化这些有毒物质的酶系统，并且可以从中获得化学能。的酶系统，并且可以从中获得化学能。v一些蠕虫的血液中可产生特殊的能结合硫的蛋白质，体一些蠕虫的血液中可产生特殊的能结合硫的蛋白质，体壁中也含有特殊的酶系统可氧化进入细胞的游离硫，从壁中也含有特殊的酶系统可氧化进入细胞的游离硫，从而产生对硫的解毒作用。而产生对硫的解毒作用。v管虫和双壳类的血红蛋白是一种更有效的携氧者，因而管虫和双壳类的血红蛋白是一种更有效的携氧者，因而具有这种血色素的动物可能是对海水中氧含量低的一种具有这种血色素的动物可能是对海水中氧含量低的一种适应机制。适应机制。19五、热液口生物群落的空间结构与演替五、热液口生物群落的空间结构与演替 v空间结构：空间结构：n呈现以热液喷口为中心的环带状分布。呈现以热液喷口为中心的环带状分布。n温度梯度控制着生物的空间分布。温度梯度控制着生物的空间分布。n各生物门类也存在杂居和共生。各生物门类也存在杂居和共生。v演替特征：演替特征：不同阶段（不同阶段（“年龄年龄”）热液口的群落存在一定程度的）热液口的群落存在一定程度的演替序列。演替序列。n嗜硫细菌嗜硫细菌端足类、桡足类和蟹端足类、桡足类和蟹管栖蠕虫管栖蠕虫双壳类、多毛类和双壳类、多毛类和蟹类蟹类 n热液喷口生物群落时空分布特征对热液口的形成、发展和消亡具热液喷口生物群落时空分布特征对热液口的形成、发展和消亡具有指示作用有指示作用20六、热液口生态系统的研究意义六、热液口生态系统的研究意义 v对地球生命起源的认识对地球生命起源的认识n化学合成细菌是在光合作用藻类生物之前出现的古老种类化学合成细菌是在光合作用藻类生物之前出现的古老种类 n最早的海洋食物链应是以化能合成为基础的最早的海洋食物链应是以化能合成为基础的 n地球上的生命可能来源于、并进化于与热液口状况相似的条件地球上的生命可能来源于、并进化于与热液口状况相似的条件v极端条件下生命活动与适应性极端条件下生命活动与适应性n高温高温n高压高压n高毒高毒v热液口生物是人类的基因资源宝库，在医药开发、基因热液口生物是人类的基因资源宝库，在医药开发、基因疗法以及工业应用方面均有重要的潜在价值疗法以及工业应用方面均有重要的潜在价值21第四节第四节 极地海区极地海区 v极极地地海海区区是是地地球球上上生生存存条条件件最最恶恶劣劣的的地地区区之之一一，寒寒冷冷的的气气候候、季季节节性性冻冻结结和和消消融融的的浮浮冰冰、漫漫长长的的冬冬季季及及其其所所伴伴随随的的昏昏暗暗的的光光照照（有有时时是是24小小时时的的黑黑夜夜）是是极极地地海海区区的的主主要要环环境境特特征征，即即使使是是在在夏夏季季，暴暴风风雪雪也也会会随随时时肆肆虐虐。然然而而，严严酷酷的的环环境境仍仍然然养养育育了了众众多多的的极极地地生生物物，尤尤其其是是在在环环境境条条件件有有较较大大改改善善的的夏季。夏季。22一、冰山与浮冰一、冰山与浮冰 v冰山冰山（iceberg）是从冰川和是从冰川和冰盖分离出的庞大飘浮冰体。冰盖分离出的庞大飘浮冰体。v浮冰浮冰（pack ice）则是海水冻则是海水冻成的海冰。成的海冰。n极地浮冰所覆盖的面积最大可达极地浮冰所覆盖的面积最大可达地球表面积的地球表面积的13%。n海冰是一种含大量孔隙和通道的、海冰是一种含大量孔隙和通道的、固液两相共生的混合体。固液两相共生的混合体。n海冰形成的时间越长，由于卤水海冰形成的时间越长，由于卤水的外逸，海冰的整体盐度会逐渐的外逸，海冰的整体盐度会逐渐降低。降低。23v北极和南极的浮冰北极和南极的浮冰n南南大大洋洋：总总面面积积约约3600万万km2，在在冬冬季季海海冰冰覆覆盖盖面面积积达达2000万万km2，夏夏季季海海冰冰融融化化，覆盖面积缩小至覆盖面积缩小至400万万km2。n北北冰冰洋洋：面面积积约约1500万万km2，冬冬季季几几乎乎全全部部被被海海冰冰覆覆盖盖，面面积积达达1400万万km2，夏夏季季覆覆盖盖面面积积则则为为700万万km2，其其冬冬季季和和夏夏季季的的海海冰冰覆覆盖盖率率明明显显高高于于南大洋。南大洋。24v浮冰对环境影响浮冰对环境影响 n海冰的高反照率和对海气之间动力、热量及物质交换的影响而改海冰的高反照率和对海气之间动力、热量及物质交换的影响而改变了海洋表面的辐射平衡变了海洋表面的辐射平衡n导致海冰覆盖区表面在冬天比无冰区表面更低的温度导致海冰覆盖区表面在冬天比无冰区表面更低的温度n海冰冻结过程释放的盐分，可加深海水表面混合层，并通过对流，海冰冻结过程释放的盐分，可加深海水表面混合层，并通过对流，影响南北半球的海水底部和顶部的组成影响南北半球的海水底部和顶部的组成n融化时释放相对的淡水，可使海水表面成层（例如，混合层退却融化时释放相对的淡水，可使海水表面成层（例如，混合层退却至较浅的深度）。至较浅的深度）。n海冰在全球热平衡和热盐循环方面起到关键的作用，继而影响全海冰在全球热平衡和热盐循环方面起到关键的作用，继而影响全球气候球气候25二、海冰中的生物二、海冰中的生物 a.羽纹硅藻羽纹硅藻b.鞭毛虫鞭毛虫c.有孔虫有孔虫d.纤毛虫纤毛虫e.涡虫涡虫f.桡足类无节幼体桡足类无节幼体g.猛水蚤猛水蚤h.哲水蚤哲水蚤i.磷虾幼体磷虾幼体j.南极磷虾南极磷虾k.鱼类鱼类26三、海冰边缘区三、海冰边缘区 v海冰边缘区指浮冰区和无冰区的交界地带。海冰边缘区指浮冰区和无冰区的交界地带。v海冰融化时，淡水的释放会降低表层海水的盐度和密度，形海冰融化时，淡水的释放会降低表层海水的盐度和密度，形成一个稳定的低盐表层水。成一个稳定的低盐表层水。v随海冰的融化，生长在海冰内的浮游植物也被随海冰的融化，生长在海冰内的浮游植物也被“播种播种”到海到海水中，同时还包括无机营养盐、水中，同时还包括无机营养盐、DOM、细菌、原生动物和、细菌、原生动物和后生动物。后生动物。v海冰边缘区的水华为浮游动物乃至更大的捕食者带来了丰富海冰边缘区的水华为浮游动物乃至更大的捕食者带来了丰富的食物资源。磷虾常在边缘区集群的食物资源。磷虾常在边缘区集群“疯狂疯狂”觅食，集群的磷觅食，集群的磷虾又吸引了海鸟、鲸和海豹等前来捕食。虾又吸引了海鸟、鲸和海豹等前来捕食。v边缘区还为迁徙性（洄游性）的鸟类和哺乳类提供了丰富的边缘区还为迁徙性（洄游性）的鸟类和哺乳类提供了丰富的食物资源。食物资源。v磷虾集群的粪团沉降量高，是磷虾集群的粪团沉降量高，是“海雪海雪”的主要来源。的主要来源。27四、南极磷虾四、南极磷虾 v南大洋中的磷虾有南大洋中的磷虾有8种。种。v南极大磷虾（南极大磷虾（Euphausia superba），数量最多，个体最大，），数量最多，个体最大，其体长约其体长约6 cm，寿命为，寿命为510年，年，储量超过储量超过15亿吨亿吨。v喜集群生活，最多时每立方水体中喜集群生活，最多时每立方水体中的数量可达的数量可达3万条以上万条以上。v大量摄食浮游植物，可以从冰下刮大量摄食浮游植物，可以从冰下刮食冰藻，也捕食桡足类等浮游动物。食冰藻，也捕食桡足类等浮游动物。v南极大磷虾是南大洋海洋生物食物南极大磷虾是南大洋海洋生物食物链的中心环节，是维持南大洋海洋链的中心环节，是维持南大洋海洋生态平衡的关键生态平衡的关键。28五、极地的底栖生物五、极地的底栖生物 v海冰和冰山的侵蚀作用海冰和冰山的侵蚀作用n在极地的潮间带，从秋季到春末海冰重新解冻期间只有极少的生物存在。在极地的潮间带，从秋季到春末海冰重新解冻期间只有极少的生物存在。n在一些浅水区，大型藻类、海草和无脊椎动物在海冰形成时也会被包裹在在一些浅水区，大型藻类、海草和无脊椎动物在海冰形成时也会被包裹在海冰内，春末海冰融化时，浒苔等生长快、生活史短的机会种常在沿岸冰海冰内，春末海冰融化时，浒苔等生长快、生活史短的机会种常在沿岸冰蚀区成为优势种。蚀区成为优势种。n周期性的大冰山的侵袭事件，加上许多极地生物生长缓慢（特别在南极），周期性的大冰山的侵袭事件，加上许多极地生物生长缓慢（特别在南极），使得这些区域处于不断的严重干扰和恢复的波动之中。使得这些区域处于不断的严重干扰和恢复的波动之中。v南、北极底栖生物群落的差异南、北极底栖生物群落的差异 n南极许多大型底栖生物类群的种类数要比北极高南极许多大型底栖生物类群的种类数要比北极高1.56倍。倍。n南极动植物中土著种（特有种）的比例远高于北极。南极动植物中土著种（特有种）的比例远高于北极。n南、北极底栖生物群落的年龄存在巨大差异。南、北极底栖生物群落的年龄存在巨大差异。v极地生物的极地生物的“巨型化巨型化”：低温、高溶氧是个体巨大的主要原因。低温、高溶氧是个体巨大的主要原因。29六、哺乳类和鸟类六、哺乳类和鸟类 30p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后感谢聆听不足之处请大家批评指导Please Criticize And Guide The Shortcomings结束语讲师：XXXXXX XX年XX月XX日