Кіріспе

Органикалық заттарды және шөгінділерді тірі организмдердің өңдеуі
[[File:Walrus (Odobenus rosmarus) resting in a crowd on Wahlbergøya, Svalbard (3). jpg| alt=Морж |thumb|upright=1.5 |Моржтың сол тісіндегі шөгінді. Арктикалық теңіз шөгінділеріндегі морж биотурбациясы ірі масштабтағы экожүйелік әсерлерге ие. Биотурбаторлардың шөгінділерді тасымалдау және олармен өзара әрекеттесу әдісіне негізделген қазіргі жіктемелер, әртүрлі топтамалар зерттеу саласына (мысалы, экология немесе шөгінді биогеохимиясы) қатысты жіктеу режимінің маңыздылығынан және биотурбациялық организмдердің әртүрлілігін олардың функциясын сипаттайтын кластарға жинақтауға жасалған тырысқандықтан туындайды. Жіктемелердің мысалдары: қоректену және қозғалу қабілетіне, қоректену және биологиялық өзара әрекеттесулерге, қозғалу режимдеріне негізделгендер. Шөгінді тасымалдануға негізделген ең көп таралған топтамалар келесідей: Галереялық диффузорлар жоғары шөгінді қабаттарында күрделі түтіктер желісін құрады және қоректену, қоршау салу және галереялары бойынша жалпы қозғалыс арқылы шөгінділерді тасымалдайды. Галереялық диффузорлар Nereis diversicolor және Marenzelleria spp сияқты қоршау салушы полихеттермен тығыз байланысты. Төмен қарай конвейерлік түрлердің басы шөгінді-су интерфейсіне қарай бағытталған, ал дефекация тереңдікте жүреді. Дегенмен, олардың еріген оттегі сияқты еріген заттарды тасымалдау қабілеті, органикалық заттардың ыдырауын және диагенезін күшейтуі, сондай-ақ шөгінді құрылымын өзгертуі, басқа макрофауна және микробилық қауымдастықтардың тіршілігі мен отарлануы үшін маңызды. Бұл шөгінді метаболизмінің және микробилық белсенділіктің артуы органикалық заттардың ыдырауын және шөгінділердің оттегі сіңіруін күшейтеді. Органикалық заттардың микробиологиялық ыдырауынан босатылған қоректік заттар, әсіресе аммиак сияқты шектеулі қоректік заттар, экожүйелерге төменнен жоғарыға қарай әсер етуі мүмкін және фитопланктон мен бактериопланктонның өсуін арттырады. Қоршаулар жыртқыштардан және қатал қоршаған орта жағдайларынан қорғаныс береді. Мысалы, гобилер, қабықты құрттар және шаяндар қонақүй құрттары жасаған қоршауларда өмір сүреді. Әлеуметтік өзара әрекеттесулер мезбендері мен олардың қоршау симбионттары арасындағы коэволюцияның дәлелін көрсетеді. Бұған мысал ретінде, шаян-гоби қарым-қатынасын қарастыруға болады. Талассинидтік шаяндар кейбір организмдерге баспана бере алады және қоршауларда түрлер аралық қарым-қатынасты дамыта алады, сонымен қатар олардың басқа түрлерге, әсіресе екіжарым қабықтыларға және беттік жайылатын бақаққа зиянды әсері бар екені көрсетілген, өйткені талассинидтік шаяндар шөгіндіні қайта көтеріп, екіжарым қабықтыларды тұншықтырады. Олар полихеттер, кумацеялар және амфиподтарды да ығыстырады немесе тежейді. Биотурбаторлардың болуы шөгінділердің қайтадан көтерілуі және шөгінді-су интерфейсіндегі ағыстың өзгеруі личинкалардың (бір түрдің) және басқа түрлердің шөгінділерге ену және оларда қалу қабілетіне әсер етуі мүмкін болғандықтан, личинкаларды тартуға оң және теріс әсер етуі мүмкін. Бұл әсер көбінесе түрге тән, өйткені түрлердің шөгіндіні қайта көтеру және қоршау салу режимдеріндегі айырмашылықтар шөгінді-су интерфейсіндегі сұйықтық динамикасына әртүрлі әсер етеді.

Биогеохимиялық әсерлері

539 миллион жыл бұрын пайда болғаннан бері биотурбация мұхит химиясындағы өзгерістерге, негізінен қоректік заттардың айналымы арқылы жауапты болды. Биотурбаторлар шөгінділер арқылы қоректік заттардың тасымалдануында маңызды рөл атқарды және осы күнгі күнге дейін атқарып келеді. Биотурбаторлар тез сіңірілетін органикалық фосфор бөлшектерін (P) мұхит шөгінділерінің терең қабаттарына араластырады, бұл фосфордың қалыпты химиялық деңгейден жоғары тұйықталуын қамтамасыз етеді, соның салдарынан фосфордың тұнбалануына (минералдануына) кедергі келтіреді. Фосфордың тұйықталуы геологиялық уақыт шкаласында өндірістің төмендеуі арқылы оттегі концентрациясын шектейді. Шөгінділерде фосфорды тұйықтау арқылы жануарлардың қоршаған ортадағы оттегі концентрациясын төмендетуге кері байланысы осы ерте ортадағы биотурбацияның қарқындылығын шектейді. Ластанған шөгінділерде биотурбация жасайтын жануарлар беткі қабатты араластырып, су қабатына бөлінген ластаушы заттардың таралуына себеп болуы мүмкін. Полихеталық құрттар сияқты жоғары қарай жылжытатын түрлер ластанған бөлшектерді тиімді түрде бетке жеткізеді. Жер тышқандары жер бетінде үйінділер құрайды, бұл топырақты төменгі горизонттардан бетке жылжытады, аз ауа райына ұшыраған тау жыныстарын беткі эрозия процестеріне ашыққа шығарып, топырақ түзілуін жеделдетеді. Бентиворлы және анадромалық балықтар да шөгінділерді қайта араластыру арқылы бастапқы өндірістің төмендеуіне ықпал ету арқылы экожүйелерге әсер ете алады.

Көлдер мен тоғандар

thumb|Широнomid дернәсілдері. Көл және тоған экожүйелерінің шөгінділері органикалық заттарға бай, шөгінділердегі органикалық заттар мен қоректік элементтердің мөлшері жоғары. Бұл орталар анадромалық балықтардың күшті маусымдық биотурбация әсеріне де ұшырауы мүмкін, сондай-ақ қоректік заттарды жылжу арқылы. Бұқашақтардың ұя салуы ағынның сұйықтық қозғалысының оңайлығын (гидравликалық өткізгіштігін) және арна төсенішінің кеуектілігін арттыруға мүмкіндік береді. Биотурбаторлар суару арқылы шөгінділерге оттегінің таралуын күшейтеді және шұңқырлар салу арқылы оттегімен қаныққан шөгінділердің бетін кеңейтеді. Биотурбацияның азот айналымына тигізетін әсері жақсы зерттелген. Бірлескен денитрификация және нитрификация үдерістері терең шөгінділерге оттегі мен нитраттардың жеткізілуінің артуына және оттегі мен нитраттар алмасатын беттік ауданының ұлғаюына байланысты күшейеді. Биотурбация нитрификация мен денитрификацияны күшейтеді, бірақ биотурбаторлардың денитрификация жылдамдығына тигізетін әсері нитрификация жылдамдығына тигізетін әсерінен артық, бұл биологиялық қолжетімді азоттың жойылуын одан әрі күшейтеді. Биологиялық қолжетімді азоттың жойылуының артуы ұялардағы микроортада азотты бекіту жылдамдығының жоғарылауымен байланысты болуы мүмкін, себебі сульфатты азайту бактерияларында nifH (нитрогеназа) гендерінің болуы азотты бекітуге дәлелдеме береді. Моржтар шөгіндіге мұрынды батырып, құбыршаларды күшті сору арқылы қоректенеді. Төмен энергиялы аймақтарда (жайлы сулы аймақтарда) биотурбация – шөгіндідегі ерітінділердің концентрациясы мен минералдардың таралуындағы әртүрлілікті тудыратын жалғыз күш. Теңіздің түбіндегі жоғары биоартүрлілік биотурбацияның күшеюіне, ал бұл өз кезегінде органикалық заттар мен қоректік элементтердің түбіне тасымалдануын арттыруы мүмкін. Шөгіндіде тіршілік ететін жануарлардың тағам тізбегіне POC-тің қосылуы, көміртегін су қабатынан алып тастау және оны шөгіндіге көму арқылы көміртегінің тоқтатылуына ықпал етеді. Биотурбация әдетте DB, яғни биодиффузия коэффициенті ретінде бейнеленеді және диффузиямен, кейде адвекциямен сипатталады. Радиоизотоптар, радиоизотоптармен белгіленген шыны бөлшектер немесе инертті флуоресцентті бөлшектер сияқты енгізілген бөлшектер және хлорофилл a. Биодиффузиялық модельдер шөгінділердегі трассерлердің тік таралуына (профильдеріне) сәйкес келеді, осылайша DB мәндерін анықтайды. Алайда, биотурбацияның параметрлеуі әртүрлі болуы мүмкін, себебі трассер профильдеріне сәйкес келу үшін жаңа және күрделі модельдерді қолдануға болады. Стандартты биодиффузиялық модельден айырмашылығы, биодиффузиялық модельдің кеңейтілген нұсқалары, кездейсоқ қозғалыс және бөлшектерді қадағалау модельдері сияқты күрделі модельдер, жоғары дәлдік бере алады, шөгінділердің тасымалдануының әртүрлі режимдерін қамтиды және кеңістіктік гетерогенділікті ескере алады.

Эволюция

Биотурбацияның басталуы ортаға және басқа организмдердің эволюциясына зор әсер етті. Биотурбация кембрийлік жарылыстың маңызды кофакторы болды деп саналады, оның кезінде көптеген жануарлардың негізгі типтері қысқа мерзім ішінде қазба жәдігерліктерінде пайда болды. Бұл қазбаның жасы 555 миллион жылға бағаланады, ол оны Эдиакар кезеңіне жатқызады. Дегенмен, бұл гипотеза осы үлгінің ерте кембрийге жататындығын жоққа шығару үшін дәлірек геологиялық мерзімдемелерді қажет етеді. Девон кезеңінде ағаштардың эволюциясы топырақ үгілуін күшейтіп, ағаштардың тамырлары арқылы биотурбацияға байланысты топырақтың таралуын арттырды. Тамырлардың өсуі және түбірлерін алып тастауы минералдардың үгілуіне және органикалық заттардың шөгінділерге көмілуіне мүмкіндік беріп, топырақтағы көміртегінің сақталуын да арттырды. Бұл ескі шөгінділерде болған белсенділікті бағалауға мүмкіндік береді. Әдетте, қазба қаншалықты терең болса, соғұрлым жақсы сақталған және анық үлгі болады. Артроподтар, әсіресе, эолдық шөгінділердің биотурбациясының геологиялық жазбасында маңызды рөл атқарады. Құмды төбелердің жазбалары төменгі мезозой дәуірінде (250 миллион жыл бұрын) жер қазған жануарлардың іздерін көрсетеді, бірақ басқа шөгінділердегі биотурбация 550 миллион жыл бұрын да байқалған. 1891 жылы геолог Натаниел Шейлер Дарвиннің тұжырымдамасын кеңейтіп, құмырсқалар мен ағаштардың топырақты бұзуын қосты. 1980 жылдардан бері "биотурбация" термині топырақ және геоморфология салаларындағы әдебиеттерде өсімдіктер мен жануарлардың топырақ пен шөгінділерді қайта өңдеуін сипаттау үшін кеңінен қолданылып келеді.