Распреснение и потепление

Вследствие интенсивного таяния морского льда, наблюдается опреснение и потепление поверхностных вод, контактирующих с ледовым покровом (рис. 7а). Начиная с середины 70-х годов соленость воды в одном и том же районе антициклонального круговорота моря Бофорта понизилась в слое 0-50 м от 30-31‰ (СП-22, 1975-81 и AIDJEX, 1975) до 27-28‰ (SHEBA), а температура воды в этом слое повысилась на 0.3°С (МсPhee et al., 1997; 1998; Morison et al., 1998). Сток пресных талых вод способствовал формированию подо льдом мощной солоноватой прослойки до глубины 30-35 м и образованию острого термоклина мощностью 2-3 м, который сохранялся в течение всей зимы (рис. 7в), что, вероятно, было своеобразным физическим барьером для турбулентного перемешивания между водами, контактирующими с ледовой поверхностью и лежащими глубже 35 м.

Биогенные элементы, растворенный кислород и хлорофилл

Среднегодовые значения концентраций минерального кремния, кислорода и хлорофилла а, рассчитанные под м2 для водного столба 0-30м, представлены на рис. 8.

Кремний. Средне сезонные концентрации минерального кремния уменьшились в пределах поверхностных вод неравномерно: на станции SHEBA в слое 0-30 м в 2,4 раза (зима) и в 1,7 раза (лето) в сравнении с теми же периодами на станции СП-22. И хотя среднегодовые концентрации биогенных форм кремния уменьшились, в целом под м2 в слое 0-30 м, незначительно, есть основание говорить, что за прошедшие два десятилетия в пределах антициклонального круговорота в море Бофорта происходит заметное перестроение гидрохимического режима поверхностных арктических вод, контактирующих с морским ледовым покровом, что может быть связано с изменениями интенсивности и характера, как гидрологических, так и биологических процессов.

Растворенный кислород. Средние значения величин концентраций растворенного кислорода составили 8,94 мл/л в зимний и 9.35 мл/л в летний периоды на станции SHEBA и, соответственно, 8.3 мл/л и 8.31 мл/л на СП-22. Различие между летними и зимними значениями концентраций кислорода на станции SHEBA составило 0.41 мл/л, а на СП-22 – 0.01 мл/л, что дает основание предполагать о существенных изменениях кислородного режима в поверхностной воде подо льдом за время, прошедшее с 1979 г. (СП-22) по 1998 г. (SHEBA), дрейфовавших в пределах антициклонального круговорота моря Бофорта.

Хлорофилл. Средние значения зимних концентраций хлорофилла_а изменились незначительно: 0.067 µg/l (SHEBA) и 0.061 µg/l (СП-22), в то время как летняя концентрация возросла с 0.22 µg/l (СП-22) до 0.34 µg/l (SHEBA), т.е. на 55%. Рост концентрации хлорофилла_а на станции SHEBA составил 0.273 µg/l за летний период 1998 г., а на СП-22 (лето 1977 г.) его концентрация увеличилась на 0.159 µg/l т.е. за двадцатилетний период различие между концентрациями хлорофилла_а на SHEBA и станциях СП составило 0.114µg/l . Вероятно, выявленный рост содержания хлорофилла_а в подстилающей лед воде (приблизительно на 30%.) может быть следствием интенсификации процесса фотосинтеза подо льдом, что, в свою очередь, может быть причиной наблюдаемого заметного роста величин концентрации растворенного кислорода в поверхностной воде от 0.01 мл/л (СП-22) до 0.41 мл/л (SHEBA). Причиной увеличения средне сезонных концентраций хлорофилла_а и растворенного кислорода в воде подо льдом, на наш взгляд, является заметное уменьшение средней толщины ледового покрова, что, несомненно, могло сказаться на увеличении проникновения под лед солнечной радиации, активизирующей фотосинтез подледного фитопланктона.

Флора

В Арктическом бассейне, поверхность которого постоянно занята мощным ледовым покровом, одноклеточные водоросли развиваются, как в водной толще (фитопланктон), так и среди кристаллов на границе раздела “вода-лед” (крипелагическая флора), образуя колоссальные скопления диатомовых бентического и планкто-бентического типов (Мельников, Бондарчук, 1987; Melnikov, 1989). Материалы, полученные на станциях SHEBA и СП-22, позволяют сделать сравнение видового состава фитоценозов за прошедшие два десятилетия (рис. 9).

Обращают на себя внимание следующие факты:
Заметное различие видового состава водорослей: общими видами для СП-22 и SHEBA являются только 6 видов от общего для двух фитоценозов списка из 85 видов, т.е. индекс сходства между видовым составом обоих фитоценозов составляет менее 10%; Снижение численности видов диатомовых с 46 на СП-22 до 22 на SHEBA, причем особенно заметно сокращение численности у пеннатных диатомей: с 31 вида на СП-22 до 11 видов на SHEBA;
На фоне снижения численности видов диатомовых в составе фитоценоза на SHEBA отмечено заметное увеличение численности видов динофитовых водорослей (19 видов), из которых только один вид (Dinophysis arctica) был отмечен ранее на СП-22.

Известно, что диатомовые водоросли доминируют в составе фитопланктона СЛО, а роль динофитовых, синезеленых и зеленых водорослей – ничтожно мала, поэтому появление значительного количества видов из группы Pyrrophyta в воде подо льдом может служить индикатором наблюдаемых гидрологических и гидрохимических изменений, происходящих в настоящее время в поверхностных арктических водах (Zhitina, Melnikov, 2000).

Фауна

Общий список всех идентифицированных видов на СП-22 и SHEBA, как в планктоне (0-1000 м), так и непосредственно подо льдом насчитывает 111 видов, среди которых по числу видов доминируют ракообразные (72 вида), а среди них преобладают представители отрядов Copepoda (50 видов) и Amphipoda (15 видов). Высшие раки - Mysidacea, Isopoda, Euphausiacea, Decapoda, а также Ostracoda представлены по 1 - 2 вида. Остальные группы за исключением медуз (9 видов) были менее разнообразны: Protozoa (4), Syphonophora (1), Ctenophora (1), Pteropoda (2), Nematoda (1), Turbellaria (1), Chaetognatha (2), Appendicularia (4).

В состав криопелагической фауны, обитающей непосредственно у нижней поверхности льда в слое 0 м, входят 75 видов, т.е. 68% от общего списка всех идентифицированных животных, обитающих в водном слое 0-1000 м. Доминируют в этом биотопе Copepoda - 30 видов и Amphipoda - 14 видов. Остальные группы представлены по 1-2 вида. Хотя выявленная численность видов в обоих случаях близка,

однако из 44 видов, отмеченных на СП-22 и 56 видов на станции SHEBA - общими являются только 26 видов или 35% от общего списка криопелагической фауны. Сходство между коллекциями с СП-22 и SHEBA составляет по группам: Copepoda в целом 15 видов - 50% (причем общих Calanoida было 40%, Cyclopoida 80% и Harpacticidae 75%), Amphipoda 7 видов - 29%, остальных ракообразных - Ostracoda и высших раков Mysidacea, Isopoda, Euphausidacea, Decapoda только по 2 вида. Хотя общих видов не было в таких таксонах как Hydrozoa, Ctenophora, Polychaeta, Turbellaria, Nematoda, Chaetognatha, Larvae varia, тем не менее, наибольшее различие касается самой характерной группы криопелагического биоценоза – Amphipoda: из 15 видов амфипод, найденных во всей толще воды гор. 0-1000 м, у морской поверхности льда на ст. СП-22 обнаружено 14 видов, т.е. 93% видового состава этой группы и 100% обитающих в поверхностном слое. В то же время на SHEBA отмечено только 4 вида - 26% и 29 % соответственно (рис. 10).

Из 10 видов автохтонной фауны, выявленной на СП-22 в 1979-1980 гг., на станции SHEBA отмечено только 6 видов, при этом численность массовых видов амфипод (Gammarus wilkitzkii, Apherusa glacialis и Pseudalibrotus nanseni) заметно снизилась. Одновременно возросла доля представителей аллохтонной группировки – типичных планктеров – копепод, а также аппендикулярий, медуз и личинок донных беспозвоночных, ранее не отмечавшихся в коллекциях криопелагической фауны со станций СП-22 и СП-23 (Melnikov, 1997).

Выводы

За прошедшие два десятилетия в пределах антициклонального круговорота Канадского сектора СЛО произошли заметные изменения в окружающей среде и изменения состава и структуры биологических сообществ, связанных с их развитием в поверхностной арктической водной массе, у поверхности льда. Основные причины выявленных изменений в структуре сообществ, на наш взгляд, связаны с изменениями гидрофизических и гидрохимических характеристик поверхностных вод, контактирующих с морским ледовым покровом. Основные причины изменений следующие:

Потепление в Арктике привело к уменьшению ледового покрова, как по площади, так и по толщине, вследствие более интенсивного таяния;

Как следствие таяния, за последние два десятилетия происходит интенсивное накопление пресной талой воды в пределах поверхностного 0-30(50) м слоя;

Гидрологические и гидрохимические характеристики верхнего океана заметно изменились: вода стала более теплой, более пресной и с меньшим содержанием питательных веществ;

Наличие острого пикноклина препятствует активному обмену между водами, лежащими глубже и богатых биогенными веществами, с бедными подледными водами, что заметно сказывается на качественном и количественном составе фито- и зоопланктона верхнего океана;

В результате, в пределах верхнего океана происходит перестроение структуры экосистемы: она теряет черты типично морской и становится более солоновато-водной системой.