Наземные и морские экосистемы

The most frequent objects of biogeographic research within projects of international and national IPY programs were representatives of the marine biota, which is impacted by climate fluctuations and increasing economic activity in polar regions.

We should emphasize that the study of the Arctic marine biota, its diversity and response to external stimuli requires a significant field and analytical work. In this regard it’s necessary to note a major contribution to the IPY polar research of experts from the Murmansk Marine Biological Institute KSC RAS, who widely cover the western part of the Arctic which is the most exposed to current global changes.

It’s known that in the international IPY scientific program a number of properly Russian initiative projects is small. The so-called «clusters» of researchers from different countries and organizations related to marine and terrestrial ecosystems and biota, where Russia could be the leader are practically absent. Projects on research of glaciers, sea ice, atmosphere and oceans by Roshydromet, primarily AARI, the Institute of Geography RAS dominate here. Among the IPY international «clusters» the following projects are close to issues of the study of arctic ecosystems and biodiversity: 2 – Zoological Institute RAS, 1 – Institute of Oceanology RAS, 2 – Institute of Geography RAS (T.K. Vlasova – the Circumpolar monitoring of indigenous peoples, and S.V. Goryachkina – the study of soils from polar latitudes, or cryosoils). The relatively complete data on IPY biological projects is available on the web site of the Zoological Institute RAS:

http://www.zin.ru/projects/RCBD_ZIN/bio_proj.html

Nevertheless, Russia is widely represented exactly in the IPY International Programme. First of all, about 400 Russian scientists were invited to the IPY cluster projects, including about half of RAS and Hydromet institutions. Russian specialists are involved in all projects relating to investigations of the reaction of the circumpolar terrestrial biota and ecosystems to climate fluctuations in the Arctic, population dynamics and population composition of sea birds, semi-aquatic birds, waterfowls, wild reindeer, polar bears, pinnipeds and cetaceans, the pan-Arctic flora and vegetation and functioning of ecosystems in conditions of global warming, etc. As an example, we can name some large international IPY «clusters» devoted to the study of terrestrial and marine biota, were Russian specialists are involved (Table 2).

Table 2. Some large international projects of the IPY program 2007–2008

Internet addresses allow all people who wish to familiarize themselves with preliminary results of these projects. Moreover, the «biological component» is relatively well represented in some projects on social issues. For example, the data on the terrestrial and marine biota is found in «clusters» of the international IPY program: # 21 Environmental change of the Beringian Arctic; # 46 Traditional land use in the Nenets AO (MODIL-NAO); # 151 Network of the social monitoring (PPS Arctic); # 162 Circum-arctic reindeer monitoring (CARMA); # 183 Community resilience and diversity; # 247 Bering sea sub-network (BSSN); # 310 Gas, arctic people and security (GAPS); # 335 Land rights and resources; # 408 Reindeer herders vulnerability (EALAT), etc. Preliminary results of some «social» IPY projects are announced in a special issue of the «Environmental Planning and Management» journal (№№ 3–4, 2008). Members of these projects are among the authors of this volume as well.

The volume starts with review articles covering results of researches conducted by institutions participating in IPY programs and acute issues of studies on arctic ecosystems. The article by G.G. Matishov and D.G. Ishkulov (the Murmansk Marine Biological Institute KSC RAS) demonstrates a multidisciplinary scientific and expeditionary activity of the Institute, which includes comprehensive monitoring of marine ecosystems in the Western Arctic on research vessels, oceanographic and hydrobiological observations on nuclear icebreakers along the Northern Sea Route, on-shore expeditions and stationary surveys. Works of the Zoological Institute (B.I. Sirenko, S. Yu. Gagaev) included studies of the benthic fauna of the Chukchi Sea and waters bounding the Antarctic.

Current views on the resource potential of the marine biota and its sensitivity to anthropogenic impact are based on the theory of large marine ecosystems (LME). Principles of the analysis of LME in the Arctic and a summary data on their current state are presented in the article by G.G. Matishov et al.

I.A. Melnikov and R.M. Gogorev (the Institute of Oceanology RAS, the Botanical Institute RAS) consider current processes in the ecosystem of the sea ice of the central Arctic basin and assess the possibility of its transition to conditions of the seasonal development. An article by A.V. Dolgov et al. presents results of studies of the Kara Sea fish fauna conducted by the Polar Research Institute of Marine Fisheries and Oceanography.

A long-range transport of pollutants in the atmosphere and river waters takes a special place among sources of anthropogenic impact on both marine and terrestrial ecosystems in the Arctic. An article by A.A. Vinogradova (the Institute of Atmospheric Physics RAS) covers the impact of major Russian industrial regions on the environment of the Arctic and Siberia.

P.R. Makarevich and D.G. Ishkulov (MMBI) consider the impact of regional climatic factors on the intra-, inter-annual and long-term variability of zooplankton communities, marine fish and benthos in the Barents Sea. The seasonal development of phytoplankton in waters of Franz Victoria trough and adjoining water areas of the Franz Josef Land archipelago is described in the article by A.A. Oleynik (MMBI). A team of specialists from the MMBI (E.A. Frolova, O.S. Lyubina et al.) conducted the study of benthic communities near coasts of the Spitsbergen, the Franz Josef Land and the Novaya Zemlya and submitted a large body of the initial data.

Two articles by S.E. Belikov (the Research Institute for Environmental Protection, Moscow region), the recognized leader in research of Arctic mammals, are devoted to results of the study of changes in population and habitat of polar bears and marine mammals of the Russian Arctic under the impact of anthropogenic and natural factors. The all year round population nonitoring accomplished by expedition groups onboard atomic icebreakers on the Northern Sea Route has become an important methodical innovation in the Arctic fauna researches. Methods and results of the polare bear researches performed in the MMBI expeditions are represented in the paper of G.G. Matishov, A.A. Kondakov and N.N. Kavtsevich.

L.A. Kolpashchikov (the Extreme North Agricultural Research Institute, Noril’sk) has been studying the unique world’s largest Taimyr population of the wild reindeer on the Taimyr Peninsula during almost 40 years. In the joint article with V.V. Mikhaylov (Institute of Automatics and Informatization, St-Petersburg) he describes the current population state, its spatial distribution, peculiarities of the population dynamics and migration, which have significantly changed over the past decade in connection with the increased economic activity on the peninsula and climate changes.

It is known that one of the longest series of long-term study of population dynamics of the Norwegian lemming is available in the Lapland reserve on the Kola Peninsula. Its scientific employee G.E. Kataev has continued the research of the population dynamics of Norwegian lemmings, started here by A.A. Nasimovich, G.A. Novikov, O.I. Semenov-Tian-Shansky, T.V. Koshkina etc. in 1930 and then compiled them. The article is of a great interest to predict the dynamics of this rodent species and to define trends in a changing climate.

Articles on ornithology are well represented in this collection what is typical for biogeographical and zoological collections on the research of the Russian Arctic. An article by Yu.V. Krasnov (the Murmansk Marine Biological Institute KSC RAS) summarizes preliminary results of ornithological observations conducted in 2007 on the western coast of the Vaigach Island. M.V. Gavrilo (the Arctic and Antarctic Research Institute, St. Petersburg) presents results of the IPY project devoted to the study of the fauna and population of birds from some high-latitude islands of the Western Arctic. M.G. Golovatin (the Institute of Plant and Animal Ecology of the Ural Branch of RAS, Yekaterinburg) gives preliminary results of the analysis of the long-term avifauna dynamics in the north of the Western Siberia. New data on the bird faua of the Gydan peninsula northern part are given in the paper of A.E. Dmitriev (Institute of Geography RAS) and V.S. Zhukov (Institute of Animal Systematics and Ecology, Siberian Branch of RAS, Novosibirsk). The latest data on the dynamics of habitat, abundance and species diversity of the arctic sandpiper is presented in the fundamental work by P.S. Tomkovich (the Zoological Museum of M.V. Lomonosov Moscow StateUniversity, Moscow), E.G. Lappo (the Institute of Geography RAS) and E.E. Syroechkovsky-Jr. (the Institute of Ecology and Evolution RAS).

An article by V.K. Zhirov and O.B. Gontar (the Polar-Alpine Botanical Garden-Institute, Kirovsk, Murmansk region) is devoted to plant adaptation to conditions of high latitudes. It presents the original principles of classification of introduced plants, which is important for understanding of processes of the climatic change impact on the flora and vegetation of the Arctic. A team under the leadership of D.A. Gilichinsky from Institute of Physical Chemical and Biological Problems of Soil Science RAS, Institute of Geography RAS and the Institute for Biology of Inland Waters RAS summarized initial results of studies on microbial communities and protistofauna from permafrost soils in Russia.

We are optimistic about soon appearance of new monographic publications based on the results of studies of terrestrial and marine ecosystems within the Third IPY projects. This book is just the beginning. One may express sincere gratitude to Yu.I. Ivakina, I.S. Yantarova and A.V. Dyakonova (MMBI) for assistance in preparing materials for publishing.

Академик Г.Г. Матишов, Д.Г. Ишкулов

Экспедиционные исследования Мурманского морского биологического института КНЦ РАН, проведенные в рамках Международного полярного года 2007/08

Мурманский морской биологический институт КНЦ РАН, г. Мурманск

Аннотация

В статье представлен обзор основных экспедиционных программ, выполненных Мурманским морским биологическим институтом КНЦ РАН в рамках Международного полярного года. Приведены маршруты экспедиций и перечень выполненных в ходе экспедиций научных работ. Рассмотрены результаты экспедиций на атомных ледоколах по трассе Севморпути, на НИС «Дальние Зеленцы» и на архипелаге Шпицберген.

Введение

Комплексные исследования российских арктических морей в настоящее время приобретают все более важное значение. Приоритетность экспедиционных работ в этом регионе обусловлена как экономическими интересами России в арктических морях, так и необходимостью получения новых данных для разработок, связанных с моделированием последствий глобальных климатических изменений. Кроме того, проведенный по инициативе Российской Федерации Международный полярный год 2007/08 особо акцентировал необходимость российского научного присутствия в высокоширотной Арктике.

Мурманский морской биологический институт Кольского научного центра РАН является единственной академической научной организацией, базирующейся непосредственно на побережье Баренцева моря. Благодаря наличию оборудованных научно-исследовательских судов, налаженным связям с Мурманских морским пароходством и ФГУП «Атомфлот», а также развитой системе береговых и островных научных стационаров, ММБИ в рамках Международного полярного года выполнил более 20 морских и береговых экспедиций (рис. 1).

Рис. 1. Экспедиции ММБИ, проведенные в рамках Международного полярного года в 2007–2008 гг.

В данной статье мы рассмотрим краткие итоги основных экспедиций Института. Следует отметить, что материалы именно этих экспедиций легли в основу подготовки практически всех глав этой монографии, принадлежащих сотрудникам ММБИ.

Экспедиции на атомных ледоколах

Традиционно экспедиционный сезон ММБИ открывают экспедиции на атомных ледоколах по трассе Севморпути. История этих экспедиций началась в 1996 году, когда на атомных ледоколах «Таймыр» и «Вайгач» состоялась первая подобная экспедиция (Матишов и др.,1997).

По мере накопления опыта проведения научно-исследовательских работ с борта атомных ледоколов расширялся круг специалистов, участвующих в подобных экспедициях, усложнялись программы работ. Так, задачи первой группы были ограничены изучением фитопланктонных сообществ и общими наблюдениями. В дальнейшем в программу таких экспедиций были включены океанографические и гидрохимические исследования, отбор проб воды и воздуха на содержание тяжелых металлов и радионуклидов, орнитологические и териологические учеты, исследования бактерио– и зоопланктона (Матишов и др., 2005).

Основной сложностью при организации первых ледокольных экспедиций было то, что конкретный маршрут следования судна очень сильно зависит от складывающейся оперативной обстановки – в первую очередь от пути следования каравана и от ледовых условий. Таким образом, заранее никогда нельзя было точно сказать, в каком районе будет работать конкретная научная группа. Выходом из данной ситуации явилось создание унифицированной программы исследований и подготовка универсальных специалистов, способных проводить сбор научного материала в самом широком диапазоне.

Типовая программа экспедиционной группы на борту атомного ледокола включает проведение океанологических наблюдений в поверхностном слое моря, отбор проб фито-, зоо– и бактериопланктона, анализ воды, воздуха и снега на загрязнение тяжелыми металлами и радионуклидами, визуальные наблюдения за морскими млекопитающими и птицами. При этом каждый член экспедиционного отряда, независимо от его основной специальности, может проводить исследования (во всяком случае, отбирать пробы) по всем направлениям.

Уже непосредственно в ходе рейса осуществляется корректировка научной программы и ее привязка к конкретному маршруту. При этом делается упор на те направления исследований, которые позволяют наиболее продуктивно использовать данный рейс с учетом предшествующих наработок.

В экспедициях 2007–2008 г.г. основное внимание было уделено проведению учетов численности, пространственного распределения и путей миграции морских птиц, морских млекопитающих и белых медведей. Кроме того, постоянно проводились попутные гидрометеорологические и ледовые наблюдения, в 2008 году были также выполнены измерения основных параметров гидрохимического комплекса.

Экспедиции 2007 года

В 2007 году проведены 3 ледокольные экспедиции (Ишкулов, Ежов, 2007; Горяев, Мишина, 2008). План данных экспедиций был выстроен таким образом, чтобы провести наблюдения в сезоны с различной продолжительностью светового дня. Первая экспедиция проведена на границе зима – весна, вторая экспедиция прошла в летнее время в период максимума интенсивности солнечной радиации, и третья экспедиция – в конце года в октябре-декабре.

Первая экспедиция проводилась на а/л «Арктика» по маршруту п. Мурманск – Двинский залив – Кандалакшский залив – м. Желания – Енисейский залив – м. Желания – о. Диксон – Енисейский залив – м. Желания – п. Мурманск (рис. 2), в период с 28 февраля по 1 апреля 2007 года на а/л «Арктика». Вторая экспедиция проводилась по маршруту п. Мурманск – Печорское море – пр. Карские ворота – м. Желания – Енисейский залив – о. Диксон – Енисейский залив – м. Желания – п. Мурманск (рис. 3), в период с 18 июня по 10 июля 2007 года на а/л «50 лет Победы». Маршрут третьей экспедиции на а/л «Арктика», самой масштабной по своей протяженности, проходил через акватории сразу четырех арктических морей: Баренцева, Карского, Лаптевых и Восточно-Сибирского (рис. 4).

Рис. 2. Карта-схема маршрута экспедиции на а/л «Арктика» в марте 2007 года

Рис. 3. Карта-схема маршрута экспедиции на а/л «50 лет Победы» в июне-июле 2007 года

Рис. 4. Карта-схема маршрута экспедиции на а/л «Арктика» в октябре-декабре 2007 года

Экспедиция на а/л «Арктика» в марте 2007 года

В период с 28.02.2007 по 01.04.2007 на борту а/л «Арктика» в Баренцевом и Карском морях были проведены комплексные попутные наблюдения. Основной компонент составили гидрологические наблюдения. На 48 гидрометеорологических станциях с поверхности были отобраны пробы воды на определение солености и температуры. В комплексе с гидрологическими проводились метеорологические наблюдения, а также наблюдения за ледовой ситуацией/состоянием поверхности моря, морскими млекопитающими и птицами. Также в разных частях Карского моря были взяты пробы воды с поверхности на определение уровней химического загрязнения.

Гидрометеорологические наблюдения

Белое море

В Белом море в течение отчетного периода среднее значение температуры воздуха составило –1,8 °С, tmin= –6 °С – в Горле, tmax= 0 °С – в центральной части акватории. Атмосферное давление изменялось существенно. Среднее значение составило 761 мм. рт. ст., минимальное 750 мм. рт. ст., максимальное 770 мм. рт. ст. Преобладали ветры южных (Ю, ЮЮЗ) румбов. Средняя скорость ветра составила 6.3 м/с. Штилевой погоды не наблюдалось. Значения показателей температуры воды в поверхностном гидрологическом горизонте изменялись следующим образом. Минимальное значение температуры воды, равное –1,5 °С, было зафиксировано в Горле, максимальное, равное –0,5 °С, в Кандалакшском заливе. Среднее значение составило –1,1 °С. Преобладали однолетние и ниласовые стадии формирования льдов; на северной границе моря акватория преимущественно была свободна ото льда.

Баренцево море

В Баренцевом море среднее значение температуры воздуха составило –2,3 °С, с максимумом +0,5 °С на траверзе середины острова Южный арх. Новая Земля и минимумом –6 °С юго – западнее м. Желания. Атмосферное давление изменялось в довольно широких пределах. Среднее значение составило 763 мм рт. ст., максимальное – 771 мм рт. ст., минимальное – 754 мм рт. ст. Данный минимум давления непосредственно предшествовал ухудшению погодных условий до шторма, в течение которого давление, вероятно, продолжало падать, но данный факт не был зафиксирован по причине прекращения работ. Преобладали ветры юго-восточных румбов. Средняя скорость ветра составила 10,5 м/с. В течение нахождения на акватории Баренцева моря наблюдалось пяти-семибалльное волнение поверхности моря с высотой волн 3–5 м. Направление волн соответствовало направлению ветра, т. е. наблюдаемое волнение по своему генезису являлось ветровым. Значения показателей температуры воды поверхностного гидрологического горизонта изменялись от –1,6 °С до 1,6 °С. Среднее значение составило –0,4 °С Море преимущественно было свободно ото льда, однако, по курсу от широты пр. Маточкин шар до широты соответствующей середине острова Южный арх. Новая Земля наблюдались блинчатые льды.

Карское море

В Карском море в течение периода наблюдений среднее значение температуры воздуха составило –9,3 °С, tmin= –15 °С, tmax= –0,7 °С, оба значения были зафиксированы в районе мыса Желания с разницей в десять суток (7 и 17 марта соответственно). Атмосферное давление изменялось слабо. Среднее значение составило 762 мм рт. ст., минимальное 760 мм рт. ст., максимальное 764 мм рт. ст. Преобладали ветры юго – восточных румбов, что объясняется усилившейся в зимнее время деятельностью сибирского антициклона. Средняя скорость ветра составила 7,2 м/с. Штилевой погоды не наблюдалось. Значения показателей температуры воды в поверхностном гидрологическом горизонте изменялись следующим образом. Минимальное значение температуры воды, равное –1,9 °С, было зафиксировано в районе мыса Желания, максимальное, равное –0,5 °С, в районе Объ-Енисейского мелководья. Среднее значение составило –1,5 °С. В центральных районах моря преобладали однолетние льды, на северной границе моря, в районе мыса Желания, преимущественно наблюдались молодые льды разных стадий.

Наблюдения за морскими млекопитающими и белым медведем

Кольский залив

Площадь осмотренной акватории в Кольском заливе составила около 59 км2. Большая часть осмотренной акватории на момент наблюдений была покрыта ниласом, лишь севернее Североморска залив не был покрыт льдом.

В Кольском заливе встречены морские млекопитающие двух видов: одна особь обыкновенного (пятнистого) тюленя (Phoca vitulina (L., 1758)) и две особи кольчатой нерпы (Phoca (Pusa) hispida (Schreber, 1775)). Все животные были встречены на траверзе г. Североморска.

Белое море

В Белом море наблюдения за морскими млекопитающими проведены на двух учётных трансектах № 2 и № 3 (рис. 5). Общая длина трансект составила 339,64 км, при площади осмотренной акватории 679,28 км2.

Рис. 5. Карта-схема расположения учётных трансект в Белом море в марте 2007 года

За время экспедиции в Белом море отмечено присутствие трех видов морских млекопитающих:

• Атлантический морж Odobenus rosmarus rosmarus (L., 1758)

• Морской заяц (лахтак) Erignathus barbatus (Erxleben, 1777)

• Гренландский тюлень Phoca (Pagophilus) groenlandica (Erxleben, 1777)

Наиболее массовым видом, как и ожидалось, в период наблюдений являлся гренландский тюлень. За время исследований в Белом море учтено 639 гренландских тюленей (610 взрослых особей и 29 бельков). Наличие небольшого количества бельков может говорить о том, что в момент проведения наблюдений в Белом море гренландские тюлени только приступили к щенке. Животные встречались на всех трансектах в Белом море, как поодиночке, так и группами численностью от нескольких экземпляров до 120 особей в группе, однако превалировали одиночные особи и мелкие группы до 5–6 животных. На трансекте № 2 плотность тюленей этого вида варьировала от 20 до 4830 экз. на 1000 км2. На трансекте № 3 плотность гренландцев изменялась в диапазоне от 250 до 4450 особей на 1000 км2. Общая плотность гренландских тюленей на двух трансектах составила 0,94 особи на км2

Атлантический морж. За период наблюдений в Белом море было встречено две особи моржа. Обе встречи произошли на трансекте № 3. Плотность животных этого вида на трансекте № 3 составила 5 экз. на 1000 км2

Морской заяц. В Белом море было встречено 2 особи морского зайца. Все встречи произошли на трансекте № 2. Плотность морского зайца в районе исследования составила 6 особей на 1000 км2. Все встреченные атлантические моржи и морские зайцы находились на льду поодиночке.

Карское море

В Карском море наблюдения проведены на семи трансектах и шести станциях учёта. Общая длина учётных трансект составила 869.38 км, при площади осмотренной акватории 1738.76 км2 (рис. 6).

Рис. 6. Карта-схема расположения учётных трансект и станций в Карском море по маршруту экспедиции на а/л «Арктика» в марте 2007 года

За время экспедиции в Карском море отмечено присутствие 3-х видов морских млекопитающих и одного вида наземных хищников:

• Атлантический морж Odobenus rosmarus rosmarus (L., 1758)

• Морской заяц (лахтак) Erignathus barbatus (Erxleben, 1777)