Коллектив авторов - Наземные и морские экосистемы

Эти результаты были получены, главным образом, по наблюдениям в Канадском секторе СЛО. Аналогичные данные по центральным районам Арктического бассейна, и особенно в околополюсном районе СЛО до начала проведения Международного полярного года в 2007–2008 гг., были недостаточны, чтобы судить об изменениях в экосистеме арктического морского льда. Вместе с тем, было важно понять, является ли уменьшение площади и толщины многолетнего льда вследствие таяния, а также потепление и распреснение поверхностных вод в Канадском секторе СЛО локальным или имеет глобальный характер, связанный с процессами в целом для всего океана. До настоящего времени информация по данному вопросу была весьма ограничена, поэтому основной целью проекта МПГ «Панарктическая ледовая дрейфующая экспедиция» (ПАЛЭКС) явилась оценка состояния экосистемы морского льда и подледного водного слоя в околополюсном районе СЛО.

В настоящей работе анализируются данные наблюдений в период проведения МПГ (2007–2008 гг.), а также частично данные наблюдений в апреле 2009 г. ( Мельников, 2007; 2008; 2009 ), которые сравниваются с аналогичными данными, полученными три десятилетия назад в центральных районах СЛО.

Полевые работы по проекту ПАЛЭКС ( http://www.paicex.ru ) были выполнены в дрейфующих лагерях вблизи ледовой базы «Барнео», которую ежегодно организует российский экспедиционный центр «Полюс» в районе географического полюса СЛО ( http://www.barneo.ru ). В 2007 г. полевые работы охватили период с 6 по 26 апреля, в течение которого ледовый лагерь дрейфовал от первоначальных позиций на 89°30’ с.ш. сначала к Северному полюсу, а затем строго на юг до 88°57’ с.ш. Научная концепция ПАЛЭКС 2007 г. была сохранена в 2008 и 2009 гг. Полевые работы в 2008 г. были организованы на том же ледовом поле, где располагалась ледовая база «Барнео», и продолжались с 1 по 20 апреля. За это время ледовое поле дрейфовало на юг от 89°01’ с.ш. и 05°01’ в.д. до 88°30’ с.ш. и 11°02’ в.д. В апреле 2009 г. аналогичные исследования в этом районе СЛО были выполнены с 2 по 22 апреля, за этот период дрейф проходил на юг от 89°51’ с.ш. и 71°52’ в.д. до 88°34’ с.ш. и 02°07’ в.д. На рис. 1 показаны дрейфы ПАЛЭКС в 2007, 2008 и 2009 гг., построенные по ежесуточным 09.00 часовым утренним координатам.

Рис. 1. Траектории дрейфа в периоды полевых работ

Важной особенностью экспедиций явилось выполнение наблюдений с использованием единых методов и орудий сбора материала в пределах мезомасштабного полигона. Для сбора ледовых кернов на предмет криобиологического анализа использовали мотобур фирмы «Tanaka» со шнеками фирмы «Kovaks». Записи вертикальных профилей температуры и солености выполняли с помощью СТД-зондов производства компании Sea-Bird Electronics (США) от поверхности до глубины 1000 м. Планктонные ловы выполняли сетью Джеди с входным отверстием 37 см и диаметром фильтрующего конуса 50 см, снаряженной планктонным ситом с размером ячеи 150 мкм; скорость подъема сети в момент лова 20 см/с. Для сбора планктона с нижней поверхности льда в каждой экспедиции ПАЛЭКС выполняли подледные водолазные работы с использованием легководолазного снаряжения. Сборы планктона выполняли с помощью сачка с входным отверстием 20×40 см и планктонным ситом с размером ячеи 150 мкм. Помимо наблюдений в стационарных лагерях, в период экспедиций действовала мобильная группа, целью которой было проведение измерений толщины снежно-ледяного покрова в районах дрейфа. Измерения толщины снега и льда проводили в направлениях на север, юг, восток, запад от базового лагеря через каждые 100 м. Собранные пробы льда и воды обработаны в стационарных условиях лабораторий Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН и Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН.

По данным наблюдений в околополюсном районе СЛО, средняя толщина льда в период максимального развития составила 177.1 см ± 13.2 (n = 133), 181.4 см ± 13.3 (n = 203) и 183,1 ± 12.4 см (n = 40) см соответственно в 2007 г., 2008 г. и 2009 гг. (табл. 1). Отмечено увеличение встречаемости сезонных льдов (группы льдов толщиной 180–200 см) с 37 % в 2007 до 68 % в 2008 г. и уменьшение встречаемости многолетнего льда (группа льдов 240–300 см): так, в 2007 г. керны льда толщиной более 240 см были встречены 6 раз в 133 измерениях, а в 2008 г. совсем не отмечены в 203 измерениях (рис. 2).

Рис. 2. Распределение льдов по размерным группам в период исследований

Таблица 1. Толщина снега и льда в перид наблюдений экспедиций ПАЛЭКС (2007–2009 гг.)

Величины солености отражают типичное вертикальное распределение, характерное для солености сезонного льда в пределах 5–8 ‰ по всей толще в группе 180–200 см и многолетнего льда в группе 240–300 см от значений 0,1–0,5 ‰ в верхних и до 2–3 ‰ в нижних слоях (рис. 3). Содержание минеральных форм кремния и фосфора существенно увеличилось в верхнем 30–40 см слое, что, вероятно, связано с особенностями физических и химических процессов формирования льда в последние годы, когда наблюдается интенсивное таяние ледового покрова (рис. 4). Гидрофизические характеристики поверхностной арктической водной массы заметно изменились за период наблюдений 2007–2009 гг.: соленость в водном слое 40–50 м уменьшилась на 2,5 ‰, а температура увеличилась на 0.2 °С (рис. 5), что свидетельствует о распреснении и потеплении верхнего слоя океана за последние три года, вероятно, из-за наблюдаемого таяния морского льда в центральных районах СЛО.

Рис. 3. Вертикальные профили солености в толще льда

Рис. 4. Вертикальное распределение биогенных элементов в толще льда

Рис. 5. Гидрофизическая структура водной толщи в 2007–2009 гг.

В 2007 г. состав флоры морского льда включал 62 вида водорослей из 3-х отделов, в том числе 51 диатомовых (табл. 2); наиболее разнообразные – роды Thalassiosira (8), Navicula (7), Nitzschia (6) и Chaetoceros (5 видов). Численность клеток водорослей составляла 103–104 клеток в литре, среди них преобладали Nitzschia frigida, N. polaris и Fragilariopsis cylindrus . В 2008 г. в пробах льда было обнаружено 45 видов водорослей из 3-х отделов, в том числе 27 диатомовых. Наиболее разнообразные – роды Chaetoceros (8 видов) и Nitzschia ( 5). Численность водорослей, среди которых доминировали Rhizosolenia hebetata f. semispinа и Cylindrotheca closterium , составляла 102–104 клеток в литре. В 2009 г. всего был идентифицирован 31 вид из трех отделов. Интересно отметить, что в пробах льда 2009 г. в массе были представлены планктонные формы, характерные для весеннего (частично даже для летнего!) «цветения»: виды родов Pseudo-nitzschia, Nitzschia, Chaetoceros и Thalassiosira . Только виды Fossula arctica, Navicula spp ., Fragilariopsis cylindrus, Cylindrotheca closterium и Entomoneis paludosa var. hyperborea относятся к ледовым и планкто-ледовым формам. Весьма любопытно также нахождение мощных включений диатомовых в толще льда, придающих ледовому слою бурую окраску (рис. 6). Положение слоев было различным: в первом случае на расстоянии 30–40 см от верхней (снежной) поверхности льда толщиной 198 см, а во втором, напротив, в 30–40 см от нижней (морской) поверхности льда, толщина которого достигала 200 см. Образование таких слоев во льду, на наш взгляд, происходит следующим образом: толщина остаточного после летнего таяния льда составляла в первом случае 30–40 см, а во втором – около 140–160 см. В период осенней стадии сукцессии водорослей последние могли активно развиваться на нижней морской поверхности льда, что привело к образованию мощного бурого слоя. Как известно, лед растет снизу, поэтому зимой на этот (старый) лед нарастают новые слои, и диатомовые водоросли оказываются включенными (вмерзшими) в его толщу. Существенная разница в численности диатомовых в пробах свидетельствует о неоднородности и случайности сложившихся условий консервации водорослей.