Marine ecosystems of Siberian Arctic — 2018 (72th cruise of R/V “Akademik Mstislav Keldish”)

Full Text

В настоящее время есть бесспорные доказательства текущих климатических изменений в арктических морях. За последние 30 лет площадь летнего ледового покрытия в Арктике изменилась с 8.4 до менее чем 7 млн км 2, а в некоторые годы последней декады уменьшалась до 5.7–6 млн км 2. Летняя кромка льда в разных районах Арктики отступила к северу на расстояние от 200 до >700 км. Данные об изменениях химических, биологических и геохимических компонентов морских Арктических экосистем, имеющих климатическую природу, ограничены и касаются главным образом прибрежных районов. Экосистемы области внешнего шельфа и континентального склона, где в наибольшей степени проявилось изменение ледовых условий последних декад, в Сибирских Арктических морях крайне мало исследованы. Процессы, происходящие в этой части морской Арктики, играют важнейшую роль в формировании гидрофизических и гидрохимических свойств водных масс, создании биологической продукции, регулировании гидрохимического биогеохимического режимов и потоков вещества в современной арктической экосистеме, взаимодействии между экосистемами отдельных эпиконтинентальных арктических морей. Комплексная оценка этих процессов и факторов, которые ими управляют — основа для понимания Арктики как единой экосистемы и ее современной эволюции под воздействием изменений климата.

72-й рейс НИС «Академик Мстислав Келдыш» — 9 крупная экспедиция, выполненная по программе «Морские экосистемы Сибирской Арктики» с 2007 по 2018 г., направленной на исследование Карского, Лаптевых и Восточно-Сибирского морей [1–4]. Общая протяженность маршрута этих экспедиций составила 45 450 миль, продолжительность — 310 суток. Экспедиция 72-го рейса началась в порту Архангельск, ее продолжительность составила 36 суток, протяженность маршрута — 5150 миль (рис.). Основными районами исследований были Карское море, пролив Вилькицкого и море Лаптевых. Экспедиция была организована Институтом океанологии РАН, в ней приняли участие сотрудники ИГЕМ РАН, ИФА РАН, ГЕОХИ РАН, ЮНЦ РАН, МГУ, ВНИРО Росрыболовства, студенты МГУ, МФТУ и МИЭА. Руководителем экспедиции был заместитель директора ИО РАН член-корреспондент РАН М. В. Флинт, судном командовал капитан дальнего плавания Ю. Н. Горбач.

Главные задачи экспедиции состояли в исследовании:

• влияния текущих климатических трендов, прежде всего сокращения ледовитости, на арктические экосистемы;
• явлений и процессов, ассоциированных с областью континентального склона в арктических морях; взаимодействия между экосистемами шельфа и глубокого арктического бассейна;
• развития биологических инвазий и их влияния на естественные экосистемы морской Арктики;
• крупнейших накопленных экологических рисков в Арктике, связанных с подводными захоронениями радиоактивных отходов, состояния могильников и специфики экосистем районов захоронений;
• метановых высачиваний на шельфе моря Лаптевых, их влияния на донные экосистемы и потоки метана в атмосферу.

Смещение на север летней границы сезонного льда в последние два десятилетия, вызванное климатическими причинами, привело к открытию области арктического континентального склона и увеличению продолжительности безлёдного периода в этой области в Сибирских морях. Исследования районов континентального склона на востоке и западе моря Лаптевых в 2018 г. показали наличие специфических особенностей в распределении температуры и солености в ядре холодного подповерхностного слоя (ХПС) над глубинами 200–1500 м. В этой области в ядре ХПС и температура, и соленость были выше, чем на шельфе и в глубоководном районе. Это указывает на уникальные локальные особенности вертикальной зимней конвекции, определенный уровень обособленности склоновой пелагической среды от прилежащих районов внешнего шельфа и глубоководного бассейна и консолидированный зональный перенос вод вдоль склона.

Специфические условия пелагической среды в области арктического континентального склона приводят к существенному локальному возрастанию первичной продукции даже в конце вегетационного сезона, биомассы фитопланктона (в 3–4 раза) и зоопланктона (в 3–10 раз) по сравнению с прилежащими районами шельфа и глубокого бассейна. Доминируют в зоопланктоне области склона 3 вида арктических копепод — Calanus glacialis, C. hyperboreus и Metridia longa, их суммарный вклад в общую биомассу превосходит 90%. Многократное увеличение биомассы зоопланктона в области континентального склона моря Лаптевых определяется высокой продукций и концентрацией местной фауны, а не адвекцией аллохтонных видов с запада, как предполагалось ранее. В целом проведенные исследования показали, что возрастание биологической продукции в Арктике, связанное с современными климатическими процессами, происходит за счет районов, освобождающихся ото льдов в ходе смещения на север их летней кромки, в первую очередь области арктического континентального склона.

Для континентального склона моря Лаптевых показана хорошо выраженная вертикальная зональность донной фауны. Смена донных сообществ приурочена к глубинам 100, 500–800, 1500–2000 и ~2500 м.

Исследовано развитие инвазии чужеродного хищника — краба-стригуна (Chionoecetes opilio) в Карский бассейн из Баренцева моря. Шельф и заливы восточного берега Новой Земли являются важнейшими «плацдармами» для нового вида-вселенца, проникающего в Карское море с баренцевоморскими водами, поступающими в бассейн с севера вокруг северной оконечности Новой Земли. Численность краба-стригуна в местах вселения лавинно возрастает — только за последний год она увеличилась вдвое — с 950–1120 до 1200–1880 экз/10 000 м 2. В местах массового селения хищный краб практически уничтожил естественные донные сообщества. Биомасса бентоса многократно снизилась, число видов за последние 4 года сократилось с 36 до 17. Под воздействием краба-вселенца полностью разрушилась столетняя стабильность донных экосистем Карского моря.

Проведенные исследования показали, что метановые сипы на шельфе моря Лаптевых имеют узколокальное распространение и сконцентрированы на участках поперечником не более 5 км, отстоящих друг от друга на ~50 км. Влияние таких локальных выбросов на потоки газов в атмосферу и фауну в целом крайне незначительно. Точечное (!) содержание метана в приводной атмосфере непосредственно над выходами газа достигает 2040–2083 ppb при фоновых значениях 1900–1920 ppb. В местах метановых высачиваний отмечено повышение разнообразия донной фауны при сохранении фоновой структуры сообществ. Впервые показано массовое развитие грибов в осадках на метановых сипах.

В заливе Благополучия (северный остров архипелага Новая Земля) с использованием буксируемой платформы «Видеомодуль» и локатора бокового обзора установлена локализация и получены визуальные оценки состояния объектов захоронений твердых радиоактивных отходов; измерения с помощью погружаемого спектрометра показали отсутствие значимых утечек радиоактивности. Работы в Новоземельской впадине позволили установить локализацию затопленного крупного лихтера «Саяны» с радиоактивными отходами и степень его разрушения.

В море Лаптевых были проведены измерения спектрального состава солнечного излучения, выходящего из водной толщи, которые необходимы для верификации и усовершенствования региональных биооптических алгоритмов определения концентрации хлорофилла, растворенного органического вещества и взвеси по спутниковым данным.

Исследования, выполненные на трансарктическом разрезе от Карских Ворот до восточной части моря Лаптевых (рис.), показали практически повсеместное опреснение поверхностных вод до <24–30 psu. Оценка продукционных параметров экосистемы на трансарктическом разрезе с дискретностью 30 миль показала их резко выраженную пространственную неравномерность. Концентрация хлорофилла «а» на поверхности изменялась в 78 раз — от 0.06 до 4.37 мг/м 3, величины первичной продукции — в 11 раз — от 3.63 до 39.31 мгС/м 3 в день. Использование метода фракционной фильтрации позволило оценить вклад пикопланктона (<2 мкм) в общий хлорофилл “а” фитопланктона: в Карском море он составлял в среднем 41%, в море Лаптевых — 64%. Впервые получено подтверждение присутствия грибов в донных осадках Карского моря и моря Лаптевых. По предварительной оценке, в 1 см 3 осадка содержится от 1700 до 31 600 мкм 3 грибного мицелия, который, предположительно, участвует в структурировании донных осадков.

 

Рис. Схема маршрута и положения станций 72-го рейса НИС «Академик Мстислав Келдыш».

 

Получены пробы криоконитовых осадков с поверхности ледника Налли (залива Благополучия, Новая Земля) для оценки удельных активностей техногенных ( 137Cs, 90Sr, 239–240Pu, 238Pu, 241Am, 60Co и др.) и природных ( 7Be, 210Pb) радионуклидов. Гамма-спектрометрический анализ удельной активности 137Cs в криоконитах показал величины 250–8050 Бк/кг (аналитик Р. А. Алиев, НИЦ «Курчатовский институт»). Столь высокий уровень активности радиоцезия на поверхности ледников Северного острова установлен впервые и связан с периодом интенсивных ядерных испытаний в атмосфере в первой половине 60-х годов ХХ века. Достаточно близкое нахождение выхода радиационно-загрязненного слоя в зоне абляции и поступление талой воды в заливы восточного берега Новой Земли говорят о том, что в настоящее время покровное оледенение Северного острова является современным действующим источником радиоактивности в Арктике.

Во всех районах, охваченных экспедицией, проведены гидрофизические, гидрохимические, биологические и геохимические исследования для развития представлений о структуре, функциональных особенностях, биопродуктивности и потоках вещества в арктических экосистемах. В ключевых районах была проведена постановка седиментационных ловушек.

Источник финансирования. Экспедиционные исследования проведены при финансовой поддержке Министерства науки и образования РФ (целевое финансирование на проведение морских экспедиционных исследований Арктики), Проекта РНФ № 14-50-00095, Проектов РФФИ № 18-05-60228, № 18-05-60069, 18-05-60053.

About the authors

M. V. Flint

Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: m_flint@ocean.ru
Russian Federation, Moscow

S. G. Poyarkov

Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences

Email: m_flint@ocean.ru
Russian Federation, Moscow

N. A. Rimsky-Korsakov

Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences

Email: m_flint@ocean.ru
Russian Federation, Moscow

A. Yu. Miroshnikov

Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy and Geochemistry, Russian Academy of Sciences

Email: m_flint@ocean.ru
Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files