БЕЛОЕ МОРЕ

РАЗВИТИЕ ЧЕТЫРЕХМЕРНОЙ ОКЕАНОЛОГИИ И
СОЗДАНИЕ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ОСНОВ
КОМПЛЕКСНОГО МОНИТОРИНГА МОРСКИХ
ЭКОСИСТЕМ (НА ПРИМЕРЕ БЕЛОГО МОРЯ).
А.П. Лисицын, В.П. Шевченко, И.А. Немировская
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, E-mail: [email protected]
Белое море изучено лучше, чем любое из морей Арктики. Однако
системный подход к изучению его природной среды применяется ещё слабо. С
2000 г. по нашей инициативе начались работы по проекту “Система Белого
моря”,
поддержанные
Президиумом
РАН
в
рамках
Программы
“Фундаментальные проблемы океанологии: физика, геология, биология,
экология”. В этих исследованиях заняты ученые Института океанологии им.
П.П. Ширшова РАН (ИО РАН), его отделений и ряда других организаций.
Системный подход – это не просто многодисциплинарные исследования,
они должны охватывать не отдельные направления океанологии – физику,
химию, биологию и геологию океана – а связи между ними в их динамике и в
взаимодействии в пространстве и во времени (четырехмерный подход).
Распределение природных и антропогенных компонентов рассматривается на
уровне потоков вещества и энергии, причем не только в водной толще, но также
потоков из атмосферы, потоков со снегом, льдом, с морскими и речными
водами. Количественное их изучение (ранее такой подход не практиковался)
стало
возможным
только
после
разработки
и
внедрения
нескольких
независимых методов прямых инситных определений потоков вещества
(седиментационные ловушки и осадкомеры, изотопные методы), построения
экосистемных моделей и др. Мониторинг среды моря таким образом впервые
удалось перевести на количественный динамический уровень. Он может
проводиться круглый год в автоматическом и экспедиционных режимах, т.е.
коренным образом изменяется (определение потоков загрязнений разного
состава, их распределение в пространстве моря и во времени, определение
векторов потоков, зон перехода потоков в водной толще в донные осадки и др.).
Начиная с 2000 г. были проведены более 30 экспедиций [1, 2]. Основной
целью экспедиций является исследование состава и потоков осадочного
вещества и загрязнений не только в воде, но впервые также в приводном слое
атмосферы, морских льдах и донных осадках Белого моря. Исследования
проводились по единой программе с исследованиями на суше – главным
образом природных ловушек осадочного вещества (озера, болота, торфяники,
мхи и лишайники) и устьев рек в летнее и зимнее время.
В морских
экспедициях проводились постановка и подъем круглогодичных притопленных
платформ с седиментационными ловушками и гидрологическими вертушками;
гидрофизическое и гидрооптическое зондирование и сканирование водной
толщи; гидрохимические исследования; исследования аэрозолей и водной
взвеси;
подспутниковые
наблюдения;
исследования
бактерио-,
фито-,
зоопланктона и пеллетного транспорта осадочного вещества; изучение потоков
осадочного
вещества
с помощью
радиохимических
методов; изучение
процессов в маргинальных фильтрах рек Северная Двина, Онега, Кемь и других;
определение скоростей осадконакопления методами радиохронологии.
В ИО РАН регулярно проводятся семинары, на которых обсуждаются
наиболее интересные проблемы и результаты системных исследований Белого
моря, результаты экспедиций и планы на будущее. Результаты исследований по
проекту докладывались на многих российских и международных совещаниях и
конференциях. В экспедициях и камеральной обработке собранных материалов
участвуют многие студенты и аспиранты.
Обобщая результаты исследований системы Белого моря, проведенных в
2000–2008 гг., возможно сделать следующие выводы [1, 2]:
Для рек, впадающих в Белое море, характерны низкие содержания взвеси
– чаще всего от 1 до 50 мг/л при среднем содержании взвеси для рек Мира –
490–500 мг/л.
Среднее содержание взвеси в поверхностных водах моря за пределами
маргинальных фильтров рек летом равно 0.3–1.0 мг/л (по данным спутников
SeaWiFS, MODIS и др.). Максимальное количество взвеси соответствует
паводку и весеннему цветению фитопланктона.
Для Белого моря типична резко выраженная сезонность, причем главные
изменения происходят за 2–3 летних месяца. Пик речного стока сменяется
пиком цветения планктона, а осенью – пиком ледообразования.
2
Исследования на разрезах река-море показали, что подавляющая часть
речных взвесей осаждается в маргинальных фильтрах близ устьев в пределах
изохалин 0–20‰, где идет лавинное осаждение взвеси, осветление вод. Эти
фильтры многоступенчатые с последовательной сменой гравитационной,
физико-химической и биологической частей.
Для вертикального распределения взвеси, также как и вод, характерно
трехслойное расчленение: наличие главных максимумов взвеси на поверхности
(над пикноклином) и у дна (нефелоидый слой).
Сезонность содержания и состава взвеси (как биогенной, так и
терригенной) отражается в сезонной изменчивости вертикальных потоков
осадочного вещества, регистрируемой седиментационными ловушками с
револьверным устройством смены стаканов-пробосборников.
Распределение загрязнений определяется (как и для взвеси) рядом
факторов, из которых наиболее важна работа биосистемы (биофильтров)
планктона (перевод растворенных форм загрязнений во взвесь фитопланктоном
– бионасос-1 и далее принудительная фильтрация взвеси и превращение ее в
крупные комки (пеллеты) зоопланктоном – бионасос-2). Заключительный этап
биофильтрации организмами бентоса – бионасос-3. Эти биофильтры очищают
всю воду моря от взвеси и переводят её в пеллеты за 1–2 месяца.
Результаты этих исследований имеют не только фундаментальное, но и
прикладное значение (в частности, разработана система 4-D мониторинга
загрязнений в море).
Подготавливается
трехтомная
коллективная
монография
“Система
Белого моря”. Первый том монографии сдан в печать, два других будут изданы
в 2009 – 2010 гг. Круглогодичные исследования Белого моря продолжаются.
Литература:
1. Лисицын
А.П. Новые возможности
четырехмерной
океанологии и
мониторинга второго поколения – опыт двухлетних исследований на Белом
море // Актуальные проблемы океанологии. М.: Наука, 2003. С. 501–554.
2. Лисицын А.П., Шевченко В.П., Буренков В.И. и др. Взвесь и гидрооптика
Белого моря – новые закономерности количественного распределения и
гранулометрии // Актуальные проблемы океанологии. М.: Наука, 2003. С. 554–
605.
3