Наземные и морские экосистемы

Напротив, сезонные льды – это зависимая и неустойчивая во времени экосистема, продолжительность существования которой определяется комплексом факторов среды, среди которых наиболее важным считается температура. Формирование сезонных льдов начинается на открытой воде при низкой температуре воздуха. Когда образуются первые слои, то в ледовую кристаллическую структуру нижнего растущего слоя механически захватываются планктонные организмы, находящиеся в данный момент в воде. Поскольку качественный и количественный состав планктона в воде в осенне-зимний период беден, то количество включенных в лед организмов оказывается невелико. Те же организмы, которые оказываются механически включенными в лед, попадают в условия сильного охлаждения, поскольку верхняя поверхность контактирует с воздухом, температура которого в этот период понижается до минус 30–40 °С, и часть из них выживает, а большинство организмов из-за резкого охлаждения погибает. Вероятно, поэтому весной, в период максимального развития льда, в его толще встречаются единичные клетки водорослей, простейших и отдельные экземпляры беспозвоночных организмов, механически включенные в структуру льда в период зимнего роста. В осенний период, при низкой температуре воздуха и интенсивном накоплении снега на льду, могут возникать условия для формирования так называемого инфильтрационного льда (термин Буйницкого В.Х., 1973). Когда лед еще тонкий, и вес снега становится существенным по отношению к весу самого льда, то лед притапливается ниже уровня моря так, что морская вода вместе с клетками планктонных водорослей поднимается по капиллярной системе к границе «лед-снег». Поскольку снег является хорошим теплоизолятором, и света еще достаточно для фотосинтеза, то в этом слое создаются благоприятные условия для развития водорослей. Биомасса водорослей и концентрация синтезируемого ими органического вещества в этом слое многократно превышают такие показатели в воде подо льдом. Такие льды впервые были встречены в период работ экспедиции НЭС «Академик Федоров» в канадском секторе СЛО на 82° с.ш. и 170° з.д. в сентябре 2000 г. Формирование инфильтрационных льдов – явление типично антарктическое (Буйницкий, 1973), и в настоящий момент нет прямых свидетельств дальнейшего развития инфильтрационных льдов в СЛО. Однако можно предполагать, что это явление может найти продолжение в будущем, с учетом возрастающей роли сезонных льдов и увеличения снежных осадков в Арктике.

Сравнивая механизмы формирования этих двух типов морского льда, можно заключить, что главной причиной выявленных различий между составом биологических сообществ морского льда в 70-е годы и последнего десятилетия является то, что рассматривались и сравнивались две разные по структуре и функционированию экосистемы многолетнего и сезонного морского льда. Действительно, в первом случае постоянный видовой состав водорослей и фауны беспозвоночных поддерживался механизмами, формирующих среднеравновесную толщину, и процессами заселения и развития организмов в пределах вертикальной кристаллической структуры льда. В его составе преобладали водоросли бентического типа, адаптированные к обитанию в условиях твердого субстрата и способные к передвижению в узких межкристаллических пространствах льда. Во втором случае видовой состав ледовой флоры формировался непосредственно из воды и представлен, в основном, типичными планктонными формами, образующими длинные цепочки из клеток, и развивающимися преимущественно в нижнем слое льда или на его нижней поверхности (Мельников, 1989).

Таким образом, в современном морском арктическом ледяном покрове сосуществуют две различные по составу и функционированию экологические системы многолетнего и сезонного льда. Поскольку доля первой динамично уменьшается и одновременно возрастает доля последней, то на данном этапе происходит постепенное перестроение в экосистеме пелагиали СЛО. Если такая динамика сохранится, то можно предположить, что со временем морская Арктика будет приобретать черты морской Антарктики. Действительно, в Южном океане ледяной покров исчезает летом и восстанавливается зимой. Сезонные льды доминируют, занимая более 80 % площади ледового покрова в течение 8 месяцев, а многолетние – менее 20 % его площади (NASA, 1983). Сезонный лед в Южном океане развивается на акватории к северу от 70° ю.ш., в этих широтах нет продолжительной полярной ночи, и света зимой достаточно для поддержания фотосинтеза ледовой флоры (Melnikov, 1998). Суммарная органическая продукция Антарктики создается, в основном, фитопланктоном в летний период и частично флорой инфильтрационных льдов зимой. Напротив, весь морской арктический ледовый покров расположен к северу от 70° с.ш., и все биологические сообщества развиваются в более жестких условиях среды. В центральных районах, постоянно занятых морским ледяным покровом, суммарная органическая продукция складывается из продукции, создаваемой водорослями многолетнего льда (более 90 %), и продукции водорослей сезонных льдов и фитопланктона, на долю которых приходится менее 10 % (Мельников, 1989). В районах, где доминируют сезонные льды, например, на акватории арктических морей, вскрывающихся летом ото льда, органическая продукция фитопланктона составляет 97–99 % (Subba Rao, Platt, 1984). В настоящее время в центральных районах СЛО происходит перестроение функционирования экосистемы пелагиали к условиям сезонного цикла развития ледяного покрова, поэтому здесь следует ожидать рост органической продукции, создаваемой фитопланктоном, и уменьшение вклада ледовой флоры многолетних льдов. Такой цикл развития может привести к перестроению всей низшей трофической структуры океана и, возможно, отразится на всех высших звеньях трофической сети, включая рыб, птиц и млекопитающих.

Благодарность

Научные работы по проекту МПГ «ПАЛЭКС» в 2007–2009 гг. были выполнены коллективом сотрудников Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Арктического и антарктического научно-исследовательского института и Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН при финансовой поддержке Росгидромета, Российской Академии наук, Российского фонда фундаментальных исследований (грант РФФИ 08–05–00219) и НО «Полярный Фонд». Логистическая помощь экспедиции была оказана Экспедиционным центром Арктики и Антарктики «Полюс», Агентством ВИКААР, Ассоциацией Полярников России, Сводной Группой «Газпромавиа» и АК «Таймыр», которым выражается глубокая благодарность за содействие в организации и проведении исследований.

Литература

Атлас океанов. Северный Ледовитый океан. 1980. Глав. ред. Атласов океанов Центр. Картогр. Произв. ВМФ СССР, 184 с.

Буйницкий В.Х. 1973. Морские льды и айсберги Антарктики. Л.: ЛГУ, 255 с.

Захаров В.Ф. 1981. Льды Арктики и современные природные процессы. Л.: Гидрометеоиздат, 136 с.

Зубов Н.Н. 1945. Льды Арктики. М.: ГУСМП, 360 с.

Ильяш Л.В., Житина Л.С. 2009. Сравнительный анализ видового состава диатомовых водорослей льдов морей российской Арктики. Ж.: Журнал общей биологии. Т. 70, № 2, с. 143–154.

Мальмгрен Ф.О. 1930. О свойствах морского льда. Пер. с англ. М.: Гидрогр. Упр. Гидрометеокомитета, 90 с.

Мельников И.А. 2007. Панарктическая ледовая дрейфующая экспедиция. Ж.: Океанология. Т. 47(6), с. 952–954.

Мельников И.А. 2008. Исследования на дрейфующей ледовой станции в апреле 2008 г. Ж.: Океанология. Т. 48(6), с. 952–953.

Мельников И.А. 2009. Панарктическая ледовая дрейфующая экспедиция: 2009. Ж.: Океанология, Т. 50 (2). С. 319–320.

Carsey F.D.J. 1982. Arctic sea ice distribution at end of summer 1973–1976 from satellite microwave data. In: Geophys. Res. Vol. 89, pp. 7245–7258.

Carmack E.C., Macdonald R.W., Perkin R.G., McLaughlin F.A., Pearson R.J. 1995. Evidence for warming of Atlantic water in the southern Canadian Basin of the Arctic Ocean: Results from the Larson–93 expedition. In: Geophysical Research Letters. Vol. 22, pp. 1061–1064.

Cavaliere D.J., Gloersen P., Parkinson C.L., Comiso J.C., Zwally H.J. 1997. Observed hemispheric asymmetry in global sea ice changes. In: Science. Vol. 278, pp. 1104–1106.

http://nsidc.org/data/seaice_index/n_plot.html (http://nsidc.org/data/seaice_index/n_plot.html)

http://www.paicex.ru (http://www.paicex.ru/)

http://www.barneo.ru (http://www.barneo.ru/)

McPhee M., Stanton T.P., Morison J.H., Martinson D.G. 1998. Freshening of the upper ocean in the Arctic: is perennial sea ice disappearing. In: Geophysical Research Letters. Vol. 25, pp. 1729–1732.

Melnikov I.A. 1998. Winter production of sea ice algae in the western Weddell Sea. In: J. Mar. Systems. Vol. 17, pp. 195–205.

Melnikov I.A. 2000. The Arctic Sea Ice Ecosystems and Global Warming. In: Ed. Huntington H.P. Impacts of Changes in Sea Ice and Other Environmental Parameters in the Arctic. Report of the Marine Mammal Commission Workshop, 15–17 February 2000, Girdwood, Alaska, pp. 94–110.

Melnikov I.A., Kolosova E.G. 2001. The Canada Basin zooplankton in recent environmental changes in the Arctic Ocean. In: Ed. Semiltov I.P. Proceedings of the Arctic Regional Centre. Vol. 3, pp. 165–176.

Melnikov, I.A., Kolosova, E.G., Welch H.E., L.S. Zhitina. 2002. Sea ice biological communities and nutrient dynamics in the Canadian Basin of the Arctic Ocean. In: Deep-Sea Research, Part 1. Vol. 49, pp. 1623–1649.

Melnikov I.A., Sherr B., Wheeler P., Welch H. 1998. Preliminary biological and chemical oceanographic evidence for a long – term warming trend in the Arctic Ocean (current materials of the SHEBA Ice Camp, Beaufort Sea). In: Proceedings of the Arctic Change Workshop, Seattle, University of Washington, June 1997, Report #8, August 1998, p. 60.

Melnikov I.A., Zhitina L.S., Kolosova E.G. 2001. The Arctic sea ice biological communities in recent environmental changes. In: Mem. Natl. Inst. Polar Res., Spec. Issue. Vol. 54, pp. 409–416.

Morison J., Steele M., Anderson R. 1998. Hydrography of the upper Arctic Ocean measured from the Nuclear Submarine USS Fargo. In: Deep-Sea Res., Part 1. Vol. 45, pp. 15–38.

NASA SP–459. 1983. Antarctic Sea Ice, 1973–1976: Satellite Passive-microwave observations. W.: NASA Sci. Tech. Info. Branch. 206 p.

NASA SP–489. 1987. Arctic Sea Ice, 1973–1976: Satellite Passive – microwave observations. W.: NASA Sci. Tech. Info. Branch. 296 p.

Parkinson C.L., Cavaliere D.J., Gloersen P., J.C. Comiso, Zwally H.J. 1999. Arctic sea ice extents, areas, and trends, 1978–1996. In: J. Geophys. Res. Vol. 104, pp. 20837–20856.

Rothrock D.A., Yu Y., Maykut G.A. 1999. Thinning of the Arctic sea ice cover. In: Geophys. Res. Lett. Vol. 26, pp. 3469–3472.

Serreze M.C., Maslanik J.A. 1997. Polar Processes in Global Climate, 13–15 Nov 1996, Cancum.

Subba Rao D.V., Platt T. 1984. Primary production of arctic waters. In: Polar Biol. Vol. 3, pp. 191–201.

I.A. Melnikov[7 - Institute of Oceanology of RAS, Moscow], R.M. Gogorev[8 - Botanical Institute of RAS, St-Petersburg]. Assessment of the state of Central Arctic basin sea ice ecosystem by the observation data obtained during the IPY

Аbstract

Data of observations executed in 1970–1980 and during the International Polar Year (2007–2008) have been analyzed. It is shown, that there were intensive changes in structure of sea ice ecosystem at the Arctic Ocean. The reasons of natural or anthropogenous influence of these changes are not discussed. General features in formation of multi-year and seasonal sea ice communities are considered. The transition forecast of arctic pelagic ecosystem dynamic from stage of a permanent ice cover to conditions of seasonal development is given.