Наземные и морские экосистемы

Гидрохимические наблюдения

Измерения параметров гидрохимического комплекса в марте-апреле 2008 г. проводились в пробах поверхностной морской воды, которые отбирали по ходу судна с помощью пластикового пробоотборника (рис. 12, 13). На кратковременных стоянках на двух станциях были отобраны дополнительные пробы на глубинах 5, 10, 20 м пластиковым батометром Нискина объёмом 5 л в северной части Карского моря. Всего во время рейса для гидрохимических исследований на 36 станциях было отобрано 40 проб морской воды. Карта-схема расположения гидрохимических станций указана на рис. 6.

Рис. 12. Отбор проб воды из поверхностного горизонта с борта а/л «Арктика» в апреле 2008 г.

Рис. 13. Карта-схема расположения точек отбора гидрохимических проб в Карском море в марте-апреле 2008 г.

Аналитические определения выполняли сразу после отбора проб на борту судна по методикам Роскомгидромета (рис. 12). При этом определялись следующие гидрохимические характеристики: pH, содержание фосфатов, общего фосфора, органического фосфора, нитратов, нитритов, общего азота, органического азота и кремния. Также на каждой станции отбирали воду для определения солености и пробы воды для изучения структуры планктонных сообществ в лаборатории ММБИ. При отборе проб измеряли температуру воды поверхностным термометром ТМ 10. Попутно проводились ежедневные метеорологические наблюдения.

На момент проведения исследований поверхностные воды характеризовались отрицательными температурами, минимальные значения (до –2.0 °С) наблюдались на баренцевоморских станциях и в северо-восточной части Карского моря. В Енисейском заливе температура воды повышалась до – 1.0 °С. Наименьшие значения отмечены у мыса Желания – до –0.5 °С.

Соленость на станциях в Баренцевом море и у мыса Желания изменялась в пределах 33,5–34,5 ‰. В центральной части Карского моря соленость составляла около 32,5 ‰, а к Енисейскому заливу значение резко уменьшалось до 25,5 ‰.

Показатель pH изменялся в направлении от Новой Земли к Енисейскому заливу в пределах 8.0–8.4. Распределение нитритов по всему маршруту было неоднородно, концентрация не превышала 1.5 мкг/л. Для кремния и фосфатов отмечалось увеличение содержания по направлению к Енисейскому заливу. Концентрация фосфатов изменялась от 17 до 26 мкг/л, кремния – от 130 до 998 мкг/л, количество нитратного азота составляло 115–200 мкг/л, максимальные значения были отмечены на станциях в северной части Карского моря.

Комплексные экспедиции на НИС «Дальние Зеленцы»

Научно-исследовательское судно «Дальние Зеленцы» является флагманом научного флота ММБИ. За время своей работы оно избороздило все моря западной Арктики, неоднократно проводило работы в районах высокоширотных арктических архипелагов и непосредственно в Северном Ледовитом океане. На судне имеются 5 лабораторий: океанологическая, гидрохимическая, микробиологическая, аналитическая и помещение для разборки геологических и бентосных проб. После того, как в 90-х годах судно было оборудовано слипом и необходимым траловым вооружением, к его возможностям прибавилось и проведение учетных донных тралений, что позволяет выполнять серьезные ихтиологические работы.

В рамках Международного полярного года на НИС «Дальние Зеленцы» было проведено 5 экспедиций. Три из них входили в программу «малых» морских экспедиций по изучению прибрежных акваторий Кольского полуострова, и две экспедиции (одна из них международная) проходили в Баренцевом, Норвежском и Гренландском морях и на акватории Северного Ледовитого океана. Кроме того, в ходе этих экспедиций выполнены работы в районах высокоширотных арктических архипелагов Шпицберген, Земля Франца-Иосифа и Новая Земля (Моисеев и др., 2007, Matishov, Matishov, Moiseev, 2009). Целью данных экспедиций являлись мониторинг морских акваторий и сбор данных для комплексного анализа и прогноза океанологических и экосистемных процессов.

В соответствии с этими целями выполнялись следующие задачи:

• определение гидрологических и гидрохимических параметров водной среды;

• изучение растительного и животного мира (морские млекопитающие, птицы, бентос и планктон);

• определение концентраций загрязняющих веществ в морской воде и пробах донного осадка.

Экспедиция 1–4 марта 2007 года

Основу маршрута экспедиции составляли три разреза в Варангер-фьорде (губы Печенга, Малая и Большая Волоковая). Кроме того, выполнены станции в районе о. Кильдин, Кольском заливе и на траверзе некоторых мысов п-ова Рыбачий (рис. 14). В ходе работ выполнено 26 станций. В течение всего рейса проводились наблюдения за морскими млекопитающими и птицами на станциях и по маршруту движения.

Рис. 14. Маршрут и расположение станций экспедиции на НИС «Дальние Зеленцы» в марте 2007 г.

Океанографические исследования. Выполнено 22 СТД-профилирования водной толщи от поверхности до дна на 22 станциях. Профилирование проводилось СТД-зондом SEACAT SBE 19plus. Проводились попутные метеонаблюдения: определение атмосферного давления, температуры воздуха в приводном слое, скорости ветра, визуальные наблюдения за облачностью, волнением и дальностью видимости. На станциях в Кольском заливе, где нельзя было остановиться для зондирования, измерена температура поверхностного слоя воды и взяты пробы воды на соленость.

В период экспедиции повсеместно наблюдалось квазиоднородное (вследствие осенне-зимней конвекции) вертикальное распределение температуры и солености воды. Температура менялась от 1,16 до 3,85 °C, соленость – от 34,02 до 34,63 ‰. Наименьшая температура воды зарегистрирована на станциях в Малой и Большой Волоковой губах, наибольшая – на станциях 6 и 7. Очевидно, в губах произошло максимальное выхолаживание находящихся там водных масс в период, предшествующий наблюдениям. Станции 6 и 7, на которых к тому же отмечен максимум солености, ближе всего расположены к струе теплого и соленого Мурманского прибрежного течения, что и объясняет термохалинные свойства вод на этих станциях. Наименьшая соленость отмечена на станции 25 в опресняемом речным стоком Кольском заливе.

Расчет аномалий температуры и солености воды на самой южной станции VI разреза показал, что значения средневзвешенной в слое от поверхности до дна температуры воды превышали среднемноголетние нормы на 1,1 °C, а солености – на 0,18 ‰. Несмотря на это, 1 марта при визуальных наблюдениях Кольского залива все его среднее колено из-за низкой температуры воздуха было покрыто тонким слоем молодого и битого льда. 4 марта лед в среднем колене Кольского залива уже не отмечен. Таким образом, в период экспедиции на исследованной акватории зарегистрированы квазиоднородные по своим термохалинным характеристикам от поверхности до дна прибрежные мурманские воды. При этом в губах на западе вода была холоднее, чем в открытом море и в Кольском заливе. На станции VI разреза отмечены положительные аномалии температуры и солености воды.

Гидрохимические исследования. Всего в экспедиции на 14 гидрохимических станциях отобрано 22 пробы для определения комплекса гидрохимических параметров. Определялись следующие гидрохимические характеристики: биогенные вещества (фосфаты, общий фосфор, органический фосфор, нитраты, нитриты, общий азот, органический азот, кремний); водородный показатель; кислород (концентрация и процент насыщения).

Содержание кремния в морских водах определяется объемной долей содержания пресного стока, деятельностью планктонного сообщества, сезонами года и интенсивностью перемешивания морских и материковых вод. Распределение кремния в поверхностных и донных пробах неоднородно. В некоторых точках концентрации различаются почти в 2 раза. В сравнении с общими значениями выделяются большие поверхностные концентрации кремния в акватории порта и северном колене Кольского залива.

Содержание нитритного азота в морских водах также определяется множеством разнородных экологических факторов – интенсивностью процессов биохимического окисления азоторганических соединений, свойствами водных масс и сезонами года. Для станций 1–3 в Кольском заливе, как и для кремния, наблюдаются большие концентрации нитратов в поверхностном слое. Так же значительно различаются значения в поверхностных и придонных пробах для других станций.

Для нитратного азота в поверхностном слое на станциях 1–3 отмечена та же закономерность, его концентрация в направлении к выходу из залива уменьшается, но более плавно. Если сравнивать концентрации в поверхностных и придонных пробах, то для нитратного азота в придонном слое они несколько больше, причем такое распределение более закономерно, чем для нитритного азота.

Для фосфатов на протяжении всего маршрута значительных изменений нет, за исключением станций 1–3, на которых отмечены повышенные концентрации и для других биогенов. При этом в придонных пробах концентрации фосфатов ниже, чем в поверхностных.

Бактерио– и фитопланктон. В ходе экспедиции на 17 гидробиологических станциях отобрана 51 проба морской воды с трех горизонтов для определения количественных показателей распределения фитопланктона, общего количества бактериопланктона и вирусологического анализа.

Зоопланктон. Отобрано 8 сетных проб для определения видового состава, общей численности и биомассы, а также численности и биомассы основных систематических групп и видов, пространственного и вертикального распределения, плотности распределения, продукционных характеристик основных видов (групп) «кормового» зоопланктона.

Макрозообентос. Отобрана 21 проба грунта дночерпателем ван-Вина на 7 станциях для определения: видового состава; общей численности и биомассы организмов макробентоса; анализа пространственного распределения и выявления типичных донных биоценозов; численности и биомассы организмов «кормового» бентоса и перспективных промысловых видов.

В Варангер-фьорде преобладают песчаные грунты (даже на глубинах более 100 м), поэтому там распространены типичные полихетогидроидохламусовые биоценозы. Станция 23 представлена тяжелыми глинистыми грунтами с множеством трубок полихет Spiochaetopterus tipicus.

Наблюдения за птицами и морскими млекопитающими

Во время экспедиции встречено 22 вида птиц. Из них наибольшее число видов представлено утиными и чайковыми птицами. Наиболее многочисленны обыкновенная гага, кряква, морянка, моевка, бургомистр и серебристая чайка. Орлан-белохвост и исландский песочник отмечены только в Кольском заливе, бакланы, турпан и тупик – в Варангер-фьорде, люрик, кайра, чистик – в прибрежных районах Баренцева моря, остальные виды встречались во всех районах наблюдений.

Кроме того, за период наблюдений зарегистрировано 2 вида морских млекопитающих, представителей отряда ластоногих – обыкновенный тюлень и кольчатая нерпа.

Определение концентраций загрязняющих веществ

В период экспедиции отобрано:

– 8 проб донных отложений для определения тяжелых металлов (Cu, Pb, Cb, Zn) и радионуклидов (137Cs, 90Sr);

– 14 проб поверхностного слоя воды (0 м);

– 7 проб придонного слоя воды (дно) для определения тяжелых металлов (Cu, Pb, Cb, Zn).

Фактически за основу сетки станций в Варангер-фьорде приняты результаты последней съемки ММБИ в 1997 г. Но уже сейчас следует отметить, что в биоценозе сокращается доля арктических бентосных видов беспозвоночных и возрастает доля бореальных. В планктонных сообществах картина аналогична, но зависимость организмов зоо– и фитопланктона от гидрологических условий гораздо менее выражена. Существенных изменений видового состава и численности птиц не выявлено.

Экспедиция 29 мая – 2 июня 2007 г.

Основу маршрута экспедиции составляли станции в Кольском заливе, Териберской, Ярнышной, Зеленецкой, Ивановской губах и вдоль границы 12-мильной зоны в Баренцевом море (рис. 15). Всего в ходе экспедиции было выполнено 34 станции. В течение всего рейса проводились наблюдения за морскими млекопитающими и птицами на станциях и по маршруту движения.

Рис. 15. Маршрут и расположение станций экспедиции на НИС «Дальние Зеленцы». 29 мая – 2 июня 2007 г.

Океанографические исследования

В ходе рейса было выполнено 22 СТД-профилирования водной толщи от поверхности до дна. Профилирование проводилось СТД-зондом SEACAT SBE 19plus. Проводились попутные метеонаблюдения, состоявшие из определения атмосферного давления, температуры воздуха в приводном слое, скорости ветра, визуальных наблюдений за облачностью, волнением и дальностью видимости.

В период экспедиции на исследованной акватории зарегистрирована двухслойная структура прибрежных мурманских вод с верхним прогретым слоем. При этом температура воды уменьшалась в юго-восточном направлении. На станции 1 разреза «Кольский меридиан» отмечены положительные аномалии температуры и солености воды.

Гидрохимические исследования

Измерение параметров гидрохимического комплекса проводили по трем горизонтам: поверхность (0–1 м), слой скачка плотности и придонный горизонт (дно). Всего во время рейса для гидрохимических исследований было отобрано и проанализировано 34 пробы морской воды.

Определялись следующие гидрохимические характеристики: биогенные вещества (фосфаты, общий фосфор, органический фосфор, нитраты, нитриты, общий азот, органический азот, кремний); водородный показатель; кислород (мг/л и % насыщения).

В Кольском заливе насыщенность кислородом поверхностного слоя в районе Мурманского морского порта не превышала 99 %, по направлению к выходу из залива содержание кислорода увеличивалось. В губе Ивановская насыщенность кислородом по все трем горизонтам превышала 100 % и колебалась в пределах 104–108 %.

Значения БПК5 в поверхностном слое Кольского залива колебались в пределах 1.3–1.6 мл/л. В губах Ярнышная, Зеленецкая, Териберская наблюдалась общая закономерность – наличие максимальных значений БПК5 в слое скачка плотности.

В сравнении с общими значениями, выделялись большие поверхностные концентрации кремния на акватории порта Мурманск, в районе РТП «Атомфлот» и северном колене Кольского залива.

Распределение нитритного азота для всех станций на маршруте экспедиции было равномерно и несколько повышено в сравнении с зимними значениями. При практически полном отсутствии нитратов в поверхностном и придонном слоях содержание этого биогена колебалось в достаточно широких пределах. На выходе из Кольского залива концентрация нитратного азота достигала 6,6 мкг-ат/л, в Териберской губе – 3,5 мкг-ат/л, в губе Ивановской – 0,5–0,4 мкг-ат/л.

По данным, полученным в ходе экспедиции, повышенное содержание фосфатов отмечалось лишь в поверхностном слое Кольского залива – 1,5–2,5 мкг-ат/л., в Териберской губе– 1,5–2,5 мкг-ат/л и в районе Дальних Зеленцов – 3,4 мкг-ат/л.

Бактериопланктон

В ходе экспедиционной работы отобрано 35 проб морской воды с трех горизонтов для определения количественных показателей распределения гетеротрофной микрофлоры, общего количества бактериопланктона, и проведения вирусологического анализа.

Фито– и зоопланктон

Производен отбор 44 проб на фитопланктон с трех горизонтов для определения следующих характеристик: видовой состав; общая численность и биомасса; численность и биомасса основных систематических групп и видов; пространственное и вертикальное распределение; плотность распределения.

Отобрано 10 сетных проб для определения видового состава, общей численности и биомассы, численности и биомассы основных систематических групп и видов, пространственного и вертикального распределения, плотности распределения, продукционных характеристик основных видов (групп) «кормового» зоопланктона.

Предварительный просмотр проб (сетные сборы) показал наличие массового развития фитопланктона в пелагиали восточных районов обследованной акватории. Локусы «цветения» приурочены к внешним частям отдельных губ и заливов. Биомасса сетного (без учета мелких форм) фитопланктона на ст. 18 составила около 1,5–2,0 г/м2 при глубине 65 м. В западных частях исследованного района прибрежья «цветение» отсутствует.

Макрозообентос

Выполнен отбор 24 проб грунта дночерпателем ван-Вина на 8 станциях для определения следующих характеристик: видовой состав; общая численность и биомасса организмов макробентоса; анализ пространственного распределения и выявление типичных донных биоценозов; численность и биомасса организмов «кормового» бентоса; численность и биомасса перспективных промысловых видов.

Станция на выходе из Кольского залива (ст. 10) представлена тяжелыми глинистыми грунтами с большим количеством трубок Spiochaetopterus typicus. Главным образом, здесь распространено сообщество полихет и небольшое количество амфипод. На станции открытого моря (ст. 11) вследствие больших глубин (более 200 м) в грунте также преобладает тяжелая глина с трубками S. typicus, а фауна представлена полихетами, офиурами и амфиподами. В салме Малая Оленья (ст. 13) отмечены илисто-песчаные с каменистым материалом донные осадки. Здесь зарегистрирована богатая фауна донных беспозвоночных, среди которых встречены офиуры, амфиподы, полихеты, двустворчатые моллюски, гидроиды и мшанки. На входе в губу Териберская (ст. 15) в грунте преобладает крупный песок с камнями. В фауне отмечены олигохеты, двустворчатые моллюски и крупные полихеты. Непосредственно в губе Териберской (ст. 18) грунт представлен тяжелой глиной, кроме того, присутствует антропогенный мусор и отчетливо различается запах сероводорода. Здесь распространено сообщество двустворчатых моллюсков и крупных полихет Nephtyidae g.sp. На станции губы Ярнышная (ст. 20) в донных осадках представлен илистый песок. В фауне отмечены такие беспозвоночные, как крупные двустворчатые моллюски и полихеты, балянусы, молодь камчатского краба. В грунте губы Зеленецкая (ст. 21) преобладает илистый песок с большим количеством органических остатков. В фауне зарегистрированы амфиподы, полихеты, гастроподы и двустворчатые моллюски. На станции губы Ивановская (ст. 24) в донных осадках преобладает илистый песок с запахом сероводорода. Несмотря на это здесь отмечена богатая донная фауна: балянусы, полихеты, двустворчатые моллюски, немертины, молодь камчатского краба.

Наблюдения за птицами и морскими млекопитающими

Проводились на станциях и на маршруте. Определялись видовой состав и численность, анализировались распределения птиц, встреченных на маршруте, с выделением промысловых и редких, особо охраняемых видов, миграции птиц, характер поведения, состав стад морских млекопитающих.

За время экспедиции были проведены наблюдения на 6 станциях и 6 трансектах. Общая длина трансект составила 41,85 км, при площади осмотренной акватории для птиц – 2,51 км2, для морских млекопитающих – 83,7 км2. Во время наблюдений морских млекопитающих отмечено не было. В период наблюдений встречались следующие виды птиц: большой баклан, северная олуша, гага обыкновенная, большой крохаль, сизая чайка, серебристая чайка, морская чайка, моевка, полярная крачка, кайра, чистик. Для всех встреченных птиц рассчитана относительная численность на км2.

Определение концентраций загрязняющих веществ

Отобрано 5 проб воды, 10 проб донного осадка и 1 проба водорослей на химическое (тяжелые металлы) и радиоактивное (искусственные радионуклиды) загрязнение для дальнейшего анализа. Одна из проб донного осадка на радионуклиды традиционно отобрана в районе гибели АПЛ К-159 у входа в Кольский залив.

Международная высокоширотная комплексная экспедиция 18 августа – 8 сентября

Экспедиция проведена на НИС «Дальние Зеленцы» в период с 18 августа по 8 сентября 2007 г. Основу маршрута экспедиции составили 5 разрезов, кроме того, выполнены станции в районе Земли Франца-Иосифа и на траверзах некоторых губ и заливов Новой Земли (рис. 16).

Рис. 16. Станции и маршрут международной высокоширотной комплексной экспедиции на НИС «Дальние Зеленцы» (18 августа – 8 сентября 2007 г.)

Всего в ходе экспедиции было выполнено 84 станции и 3 бентосных съемки с помощью трала Сигсби. В течение всего рейса проводились наблюдения за морскими млекопитающими и птицами на станциях и по маршруту движения.

Океанографические исследования

В ходе рейса было выполнено 83 СТД-профилирования водной толщи от поверхности до дна. Профилирование проводилось СТД-зондом SEACAT SBE 19plus. Проводились попутные метеонаблюдения, состоявшие из определения атмосферного давления, температуры воздуха в приводном слое, скорости ветра, визуальных наблюдений за облачностью, волнением и дальностью видимости.

На разрезе «Кольский меридиан» отмечены большие положительные значения аномалии температуры воды. В северной части разреза наблюдался мощный заток атлантических вод, выраженный и в положительных значениях аномалий солености воды. Зарегистрирован значительный заток вод атлантического происхождения через желоб Франц-Виктория.

Гидрохимические исследования

Измерение параметров гидрохимического комплекса проводили по трем горизонтам: поверхность (0–1 м), слой скачка плотности и придонный горизонт (дно). Всего во время рейса для гидрохимических исследований было отобрано и проанализировано 72 пробы морской воды.

Определялись следующие гидрохимические характеристики: биогенные вещества (фосфаты, общий фосфор, органический фосфор, нитраты, нитриты, общий азот, органический азот, кремний); водородный показатель; кислород мг/л и % насыщения.

Одной из основных задач гидрохимических исследований в рейсе было протестировать анализатор SKALAR SUN++ в условиях судовой лаборатории (рис. 17). Несмотря на то, что прибор создан для эксплуатации в стационарных береговых условиях, первую пробу в экспедиции анализатор прошел успешно.

Рис. 17. Гидрохимический анализатор SKALAR SAN++ в судовой гидрохимической лаборатории

Фито– и зоопланктон

Производен отбор 90 проб на фитопланктон с трех горизонтов для определения следующих характеристик: видовой состав; общая численность и биомасса; численность и биомасса основных систематических групп и видов; пространственное и вертикальное распределение; плотность распределения.

Отобрано 20 сетных проб для определения видового состава, общей численности и биомассы, численности и биомассы основных систематических групп и видов, пространственного и вертикального распределения, плотности распределения, продукционных характеристик основных видов (групп) «кормового» зоопланктона.

Макрозообентос

Выполнен отбор 113 проб грунта дночерпателем ван-Вина на 21 станции для определения следующих характеристик: видовой состав; общая численность и биомасса организмов макробентоса; анализ пространственного распределения и выявление типичных донных биоценозов; численность и биомасса организмов «кормового» бентоса; численность и биомасса перспективных промысловых видов. Также были отобраны пробы макрозообентоса из двух тралов Сигсби.

Наблюдения за птицами и морскими млекопитающими

Проводились на станциях и на маршруте. Определялись видовой состав и численность, анализировались распределения птиц, встреченных на маршруте, с выделением промысловых и редких, особо охраняемых видов, миграции птиц, характер поведения, состав стад морских млекопитающих.

За время экспедиции были проведены наблюдения на 20 станциях и 13 трансектах. Общая длина трансект составила 634,69 км, при площади осмотренной акватории для птиц – 114,24 км2, для морских млекопитающих – 175,79 км2. Продолжительность наблюдений на станциях составила 30 часов. За весь период экспедиции на акватории Баренцева моря отмечено присутствие 15 видов птиц, 4 отрядов (трубконосые, гусеобразные, ржанкообразные и чистиковые) Для всех встреченных птиц рассчитана относительная численность на км2.

Всего за период наблюдений учтено 4 вида морских млекопитающих: белый медведь (Ursus maritimus), белуха (Delphinapterus leucas), атлантический морж (Odobenus rosmarus), гренландский тюлень (Pagophilus groenlandicus). Две особи белого медведя отмечены на о. Хейса.

Микропалеонтологические исследования (фораминиферы)

Для микропалеонтологических исследований отбирался верхний 1.5 см слой осадка в объеме 20 см3. Данные об общем содержании раковин и проценте живых экземпляров – хорошие показатели условий среды обитания организмов.