В отдельных местах побережья Индии глубинные воды достигают зоны приливного перемешивания и выходят на поверхность, где обогащаются кислородом. Тут создаются особо благоприятные условия для бурного развития фито-и зоопланктона. Эти районы являются настоящими пастбищами для рыб и хорошо известны рыбакам.
Богатые кислородом и биогенными элементами поверхностные воды, изобилующие жизнью, переносятся поверхностным муссонным течением далеко в открытое море. Живой и отмирающий планктон постепенно погружается в более глубокие поверхностные слои, ниже слоя скачка, отрезанные от контакта с поверхностью моря. Это и приводит к прогрессирующему кислородному истощению.
К апрелю зимний муссон кончается, устанавливается штилевая погода. Слой скачка плотности сохраняется в прибрежном районе и может привести к полному исчезновению кислорода в подповерхностном слое вследствие интенсивного потребления его живыми организмами. Это приводит подчас, как мы уже говорили, к массовой гибели рыб и других животных, к заморам, которые наблюдаются у берегов Индии.
Другой причиной, вызывающей гибель рыб и падение рыболовства, считают вспышки развития некоторых жгутиковых водорослей (флагеллят), например перидинеи Noctiluca ночесветки, а также сине-зеленой водоросли Trichodesmium, выделяющих ядовитые вещества. Выделение токсических веществ одноклеточными организмами описано для разных морей и для пресных вод. Планктонолог доктор Прасад, наш индийский товарищ по плаванию, рассказывает, что флягеллята, вызывающая гибель рыб у западных берегов Индии, это Hornellia marina. Вспышки развития этой жгутиковой совпадают с усиленным подъемом богатых питательными солями глубинных вод у берегов.
Таким образом, Аравийское море — море контрастов: исключительное богатство планктона, а часто и рыбы в верхних слоях — и лишенные жизни бедные кислородом более глубокие подповерхностные слои.
Наши специалисты по планктону В. Г. Богоров и М. Е. Виноградов отмечают, что Аравийское море и Яванский район выделяются наибольшей продуктивностью своего поверхностного слоя. В этих районах количество планктона в верхнем 100-метровом слое равняется в среднем 0,17—0,18 кубического сантиметра на 1 кубический метр воды, тогда как в других местах открытого океана оно не превышает 0,05 — 0,1 кубического сантиметра на 1 кубический метр. Более высокая продуктивность поверхностного слоя означает, что здесь может найти себе корм и большее количество рыбы, и, следовательно, большее развитие может получить рыбный промысел. Поэтому изучение сравнительной продуктивности моря очень интересует народное хозяйство прилежащих стран.
В силу этого представляет интерес несколько подробнее коснуться вопроса о продуктивности моря. Продуктивность моря, как и урожайность поля, измеряется количеством пищи, которая может быть получена с единицы площади.
Животные, как известно, не могут жить на минеральном питании, они должны получать органическое вещество — белки, жиры, углеводы. В отличие от животных растения сами превращают неорганическое вещество — воду, углекислоту, различные соли — в органическое, создают углеводы, жиры и белки. Превращение неорганического вещества в органическое требует затраты энергии. Эта энергия доставляется лучами солнца. Солнечный свет поглощается зеленым пигментом растений — хлорофиллом. Процесс построения органического вещества из углекислоты и воды зелеными растениями с использованием энергии света называется фотосинтезом.
Все животные, как растительноядные, так и питающиеся растительноядными, живут за счет растений. Это общий закон жизни как для земли, так и для моря. И вся фауна рыб океана живет в конечном итоге за счет растений, водорослей. Жизненное значение тут имеет не та узкая полоса морских водорослей, которая окаймляет берега материков и островов, а бесчисленные миллиарды микроскопических планктонных водорослей — фитопланктона, населяющие верхние слои воды и обеспечивающие существование животного мира повсюду в океане.
Так как вода поглощает и рассеивает свет, то фотосинтез может идти только в тонком верхнем слое океана, приблизительно в верхних 100 метрах. Глубина этого слоя зависит от интенсивности падающего света, от угла падения лучей, от прозрачности воды и других условий. В этом верхнем фотосинтетическом слое создается все органическое вещество, на котором зиждется жизнь всех морских животных, вплоть до обитателей самых болыимх глубин океана.
Количественная оценка величины продукции органического вещества планктонными водорослями давно интересует ученых. Для измерения этой величины было разработано несколько методов. До недавнего времени наибольшее значение имел метод, основанный на том, что растения, создавая углеводы (сахар, клетчатку) из углекислоты и воды, освобождают при этом эквивалентное количество кислорода. По величине прироста кислорода в пробах воды можно рассчитать образование органического вещества на единицу объема воды или, как говорят, величину первичной продукции.
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 (NaHCO3), 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.