ChiPơng I. Thành phần hoá học cùa nước biển
Bảng 1.4a. Nguồn của các chất hữu cơ hàng năm trong đại dương Nguồn carbon hữu cơ 109 tấn c/năm g.c/m 2.năm Tỷ lệ (%)
Thực vật phù du 20 55.35 94.72 Thực vật đáy 0.112 0.310 0.53 Dòng nưởc sông 0.212 0.587 1.00 Dờng băng 0.002 0.006 0.01 Dòng nưởc ngầm 0.0594 0.164 0.28 Dòng chát rắn của sông 0.3925 1.086 1.86 Vận chuyển do gió 0.32 0.886 1,52 Dòng chẩt rắn của băng 0.0015 0.004 <0.01 •Vật liệu mài mòn bờ 0.002 0.006 0.01
Vật liệu núi lửa ngầm 0.001 0.028 0.05
Chất nhiễm bẩn độc hại 0.005 0.014 0.02
Vật liệu vũ trụ <4.10’6 <0.001 <0.01
Tổng sổ 21.116 58.445 100
Phần thành tạo trong biển 20.112 55.67 95.2
Phần thành tạo ngoài đưa vào 1.004 2.78 4.8
Với cách phân chia như trên thì hai dạng tồn tại của chất hữu cơ trong biển chí khác nhau ở kích thước, nghĩa là trong mỗi dạng đều có cả chất sống và chất không sống, tất nhiên với tỷ lệ khác nhau. Chất sống trong dạng hoà tan bao gồm các vi khuẩn, còn trong dạng lơ lửng chính là các loài sinh vật phù du (chủ yếu là tảo đơn bào). Do việc phân chia hai dạng tồn tại của chất hữu cơ trong nước biển chỉ có tính quy ước về kích thước, mà sự quy ước này lại không thống nhất nên mỗi tác giả đã đưa ra những đánh giá của mình về khối lượng chất hữu cơ trong nước biển.
Thành phần cơ bản của chất hữu cơ trong nước biển: Đến nay người ta đã biết có khoảng 40 nguyên tố tham gia vào thành phần chất hữu cơ, trong đó các nguyên tố Cacbon, Hydro, Ôxy, Nitơ, Phốtpho và lưu huỳnh là các nguyên tố cơ bản cấu tạo nên Protein, Lipit, Gluxit, và các enzyme, hoocmon...
Cấu tạo chất hữu cơ ở biển và cũng đã được nghiên cứu nhiều nhất, đó là Carbon, Nitơ và Phốt pho. Để cho đơn giản và dễ phân biệt với Carbon trong các chất vô cơ (như CO2, H2CO3...) ta quy ước gọi Carbon trong chất hữu cơ là “Carbon hữu cơ Do chất hữu cơ có hai dạng tồn tại ỉà hoà tan và lơ lửng nên ta cũng quy ước dùng thuật ngữ "Carbon hữu cơ iìoà tan” để chỉ Carbon trong chất hữu cơ dạng hoà tan, "Carbon hữu cơ lơ lửng" để chỉ Carbon trong chất hữu cơ dạng lơ lửng. Các thuật ngữ đối vởỉ Nitơ và Phốt pho trong chất hữu cơ cũng hoàn toàn tương tự.
Carbon hữu cơ trong biên
Trong chất hữu cơ, tỷ lệ trung bình khối lượng Carbon so với khối lượng chất khô là khoảng 40-50% (có tác giả đánh giá khoảng 33%). Tỷ ỉệ này khá ổn định, vì vậy trong các công trình nghiên cứu về chất hữu cơ'trong nước biển người ta thường quy khối lượng chất hữu cơ về Carbon hữu cơ.
Nitơ và Phot pho hữu cơ
Trong sinh vật biển, Nitơ chiếm 1,6-15%, Phốt pho chiếm 0 ,3 -3,3% trọng lượng chất khô. Như vậy Nitơ và Phot pho dao động trong khoảng rộng hơn nhiều so với Carbon. Tỷ lệ C:N:P trong sinh vật biển được các tác giả đánh giá rất khác nhau.
Đa so các nhà nghiên cứu đánh giá tỉ lệ khối lượng C:N:P trong chất hữu cơ vào khoảng 100:(20-23):(2-3). Tỉ lệ này cho thấy nhu cầu định lượng các nguyên tố cơ bản
c,
N, p của sinh vật trong quá trình tổng hợp chất hữu cơ trong biển. Trong mồi trường nước biển, nếu tỉ lệ này bị thay đổi (do thừa hoặc thiếu một hoặc một vài nguyên tố nào đó) sẽ có ảnh hưởng xấu đến sự phát triển của sinh vật và làm giảm năng suất sinh học sơ cấp của vùng biển. Dựa vào tỷ lệ này và lượng Carcbon hữu cơ được tạo thành, ta có thể tính được lượng Nitơ, Phốt pho hữu cơ tạo thành hàng năm cũng như tồng khối lượng Nitơ, Phốt pho hữu cơ trong trong nước biển.Quy luật phân bố chất hữu cơ trong hiển
Trong biển, Carbon hữu cơ hoà tan là dạng chiếm ưu thế, nồng độ trung bình của nó trong nước đại dương thế giới là 1,36 ±0,20 mgC/1, ở Thái Bình Dương là 1,22 mgC/1, Ẩn Độ Dương - 1,48 mgC/1 và Đại Tây Dương - 1,53 mgC/1. Phân bố thang đứng chất hữu cơ hoà tan trong biển có quy luật chung là nồng độ đạt cực đại ở lớp nước tầng mặt từ 0 đến 100m và giảm theo độ sâu. Cực đại nồng độ
Chương I. Thành phần hoá học của nước biển 35
chât hữu cơ hoà tan trong lớp nước tâng mặt có nguyên nhân là có khoảng 4 5- 75% Carbon hữu cơ do khuê tảo và thực vật lớn tổng hợp được chuyển thành Carbon hữu cơ hoà tan sau khi chết. Điều đó cho thấy phân bố chất hữu cơ hoà tan có liên quan trực tiếp với phân bố của thực vật phù du.
Theo phương nằm ngang, nồng độ các chất hữu cơ hòa tan giảm từ bờ ra ngoài khơi, và quy luật phân bố này còn liên quan chủ yếu tới quần xã thực vật phù du ở từng vùng biển khác nhau.
II. NĂN G SUẤT SINH HỌ C s ơ CẤP VÀ M ÓI Q U A N HỆ V Ớ I CÁC T H À N H PH ÀN L Ý -H O Á HỌC CỦA M ÔI TRƯ Ờ NG BIỂN
1. Quá trình quang họp
Căn cứ vào đặc trưng nguồn năng lượng, quá trình tự dưỡng được chia làm 2 loại:
Quá trình quang hợp (Photosynthesis) là quá trình tổng hợp hữu cơ nhờ quá trình hấp thụ năng lượng mặt trời.
Sơ đồ phản ứng biểu diễn quá trình quang hợp dưới ánh sáng mặt trời có dạng: 2H20 + Ánh sáng 4 [H+] + năng íượng trao đổi chất + 02 Sơ đồ phản ứng biểu diễn quá trình hô hấp có dạng :
4[H+] + năng lượng trao đổi chất + C 02 =>[0 1^2 0] + H2O
Trong đó Chlorophyll - chất diệp lục có vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp của thực vật.
Tổng quát sơ đồ phản ứng quá trình quang hợp có dạng:
6 CO2 +6H2O + 48 photon ánh sáng => 6O2 + C6Hi206 Tổng quát sơ đồ phản ứng quá trình hô hấp có dạng:
6O2 +C6Hi206 -> 6CO2 +6H20+năng lượng
Phương trình tổng quát quá trình quang hợp của thực vật phù du có dạng: nCO 2 + 2n H20 ->(Ánh sáng ) -> n(C H20 ) + n o 2 + n H20 .
Thứ hai là quá trình quang hóa (Chemophotosynthesis), là quá trình tổng hợp hữu cơ nhờ quá trình hấp thụ năng lượng hoá học.
Ví dụ: sơ đồ phản ứng quang hóa của vi sinh vật Oxy hóa Sulphua Hydro: H2S + 02 = S 02'4 +2H+
Lực lượng sản xuất sơ cấp trong biển bao gồm cỏ biển-thực vật có hoa, rong biển: các í oài như Macrocystis prolifer a và Nerosystis lentkaena, có kích thước rất lớn, có cá thể dài hơn 5Om, có tốc độ phát triển 0,5 m/ngày, nhưng chủ yếu là thực vật đơn bào. Thực vật đơn bào sống nổi - thực vật phù du, thực vật đơn bào sống đáy, sống cộng sinh ... Các loài thực vật nổi có kích thước đường kính dao động trong khoảng từ 2|im đến 200 |am. Vào năm 1980, phát hiện các loài thực vật cực nhỏ là thành phần quan trọng của thực vật nổi, đặc biệt là cyanobacteria, như giống Sỵnechococcus, kích thước đường kính tế bào chỉ khoảng lịim, prochlorophytes ngoài biển khơi có giống Prochỉorococciis (kích thước đường kính 0,7 |im). ,
Phân chia thựớ vật đơn bào theo kích thước (Dussart, 1965 ): Femtoplankton (10‘15) : 0,02-0,2|am
Picoplankton : 0,2- 2 jum: Siêu vi tảo Nano plankton : 2 - 2 0 |im: Vi tảo Microplankton : 20 - 200 fim: Tảo nhỏ Mesoplankton : 200 - 2000 um: Tảo lớn
> 2000 |im: Tảo cực lớn
Trong đó, siêu vỉ tảo có kích thước 0,2-2^im có vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất sơ cấp trong các hệ sinh thái biển. Chúng ta không thể nhìn thấy thực vật đơn bào nếu không sử dụng kính hiển vi, nhưng dễ dàng nhận thấy tác động của nó đối với vực nước trong một số trường hợp, ví dụ như quá trình “nở hoa,? khi có ánh sáng, nhiệt độ thuận lợi, giàu dinh dưỡng....thực vật đơn bào bùng nở, gây hiện tượng “thủy triều đỏ” . ...
Năng ỉượng bức xạ mặt trời được thực vật phù du sử dụng để chuyển hóa thành năng ỉượng tăng sinh; năng lượng tiêu tán cho quá trình duy trì sinh khối; năng lượng mất cho quá trình bài tiết. Phần năng lượng tăng sinh sẽ được chuyển cho các thành phần sinh khối khác có mức dinh dưỡng cao hơn với năng lượng giảm dần. Phần năng lượng tiêu hao cho quá trình hô hấp và duy trì sinh khối bị mát đi dưới dạng nhiệt; và phần năng lượng chi phí cho quá trình bài tiết chính là Iirợntỉ vật chất dễ bị phân rã bởi vi sinh vật. Sự chuyển hóa nãng lượng ở mức
Chương I. Thảnh phần hoá học của nước biển 37