Тема: Исследование пространственно-временной изменчивости полей фитопланктона Баренцева моря

Актуальность работы. Фитопланктонные популяции играют очень важную роль в процессах фотосинтеза, круговоротах вещества и энергии в водоемах. Фитопланктон или также известный как микроводоросли, похож на наземные растения тем, что они содержат хлорофилл «а» и нуждаются в солнечном свете, чтобы жить и расти. Большая часть фитопланктона обладает плавучестью и курсирует в верхней части океана, где солнечный свет проникает в воду. В сбалансированной экосистеме фитопланктон обеспечивает пищей широкий спектр морских существ, включая креветок, улиток и медуз. Когда происходит избыток питательных веществ, фитопланктон может выйти из-под контроля и образовать вредное цветение водорослей Harmful algal blooms (HABs). Этот процесс может производить чрезвычайно токсичные соединения, которые оказывают вредное воздействие на рыб, моллюсков, млекопитающих, птиц и даже людей.
Выбор Баренцева моря был обусловлен его статусом как одного из самых чистых, нетронутых и продуктивных морей Арктики. Оно является важнейшим районом морского рыболовства и нефте- и газодобычи.
В связи с этим изучение изменчивости первичной продукции (фитопланктона) в водах Баренцева моря является важной задачей, поэтому очень важно дать правильную оценку пространственно-временной изменчивости состояния фитопланктона в данном регионе.
Цель и задачи исследования. Цель работы - оценка пространственновременной изменчивости состояния фитопланктона Баренцева моря.
Для достижения цели решались следующие задачи:
1. Поиск и применение существующих спутниковых данных о концентрации хлорофилла «а» и температуры поверхности в области исследуемого региона.
2. Проведение анализа сезонной и межгодовой изменчивости концентрации хлорофилла «а».
3. Оценка пространственно-временной изменчивости состояния фитопланктона.
Практическая значимость. Концентрации хлорофилла «а» имеет важное практическое значение для экологического мониторинга, оценки биологической продуктивности и промыслового потенциала Баренцева моря. Результаты исследования могут быть использованы рыбохозяйственными организациями с целью проведения мониторинга продуктивности, биомассы фитопланктона, уровня трофности, состояния и качества вод, а также оценки тенденций изменения этих показателей.
Материалы и методы. Работа выполнялась с использованием дистанционного метода и контактно оптического измерения. В работе использованы спутниковые данные оптического диапазона
спектрорадиометров MODIS-Aqua и данные из базы Copernicus за период с 1993 года по 2020 гг.

Купить

Проведённый анализ позволил выявить определённые закономерности и в характере сезонной изменчивости концентрации хлорофилла «а»: диатомовые водоросли достигают пика в мае и июне, а затем уступают место кокколитофоридам, «цветение» которых фиксируется по изображениям спутниковых сканеров цвета. В ходе анализа литературных источников было обнаружено, что именно в этот период некоторые питательные вещества (минеральные формы азота и фосфора) заканчиваются, а воды становятся более теплыми и слоистыми (стратифицированными). Эти условия идеально подходят для того, чтобы кокколитофориды доминировали в поверхностных водах Баренцева моря. «Цветение» этого вида фитопланктона представляет значительный интерес для изучения цикла углерода в толще моря в соответствующих районах.
Анализ данных по точкам показал, что второй пик цветения (август) наиболее выражен для точки 3 и 5. А вот данные по точкам 1, 2 и 4 показали два пика цветения -весенний (апрель-май) и осенний (август-октябрь) периоды.
Результаты выполненных исследований позволяют сделать следующие выводы:
1. Анализ спутниковых данных MODIS-Aqua/Terra позволил выявить следующие закономерности в характере сезонной изменчивости концентрации хлорофилла «а» в поверхностном горизонте прибрежной зоны Баренцева моря:
- Весеннее цветение начинается в середине апреля - середине мая, и его интенсивность может значительно отличаться от года к году. Обычно цветение продолжается 3-4 недели, и за ним следует уменьшение биомассы фитопланктона. Преимущественно это связано с исчерпанием питательных веществ.
- Весеннее цветение в акватории с атлантическими водами (не имеющими ледового покрова) вызывается перепадом температур, в то время как в арктических, более холодных водных (имеющих сезонный ледовый покров) цветение определяется таянием льда.
2. Годовой ход концентрации хлорофилла «а», полученный по спутниковым данным MODIS, полностью согласуется с классической картиной сезонной динамики биомассы фитопланктона в Баренцевом море: диатомовые водоросли достигают пика в мае и июне, а затем уступают место кокколитофорам, поскольку питательные вещества заканчиваются, а воды становятся более теплыми и слоистыми (стратифицированными). Покрытое льдом большую часть года, мелководное Баренцево море достигает своей максимальной температуры поверхности (около 6,6 °C) в августе, когда ледяной покров минимален, а вода наиболее пресная (менее соленая из -за таяния льда и речного стока) и наиболее истощена питательными веществами. В ходе исследования было обнаружено, что эти условия идеально подходят для того, чтобы кокколитофоры доминировали в поверхностных водах.
3. Влияние на распределение концентрации хлорофилла «а» в прибрежных зонах Баренцева моря оказывают два основных источника выноса высокопродуктивных вод: северный шельф острова Колгуев и в восточная часть Печорского моря в районе пролива Карские ворота.
Изучение сезонных изменений в концентрации хлорофилла «а» в Баренцевом море позволяет лучше понять динамику фитопланктона и его влияние на экосистему моря. Учитывая изменения в концентрации хлорофилла, можно предсказать сезонные изменения в биологическом разнообразии и продуктивности морской жизни, что важно для управления ресурсами и охраны окружающей среды.
Исследования также показывают важность регулярного мониторинга концентрации хлорофилла «а» с использованием спутниковых данных для выявления долгосрочных тенденций изменений в экосистеме Баренцева моря. Это позволяет рано обнаруживать возможные изменения в природных процессах и принимать меры по их управлению.
В целом, результаты исследований подтверждают важность изучения сезонной динамики концентрации хлорофилла «а» в Баренцевом море для понимания и предсказания изменений в экосистеме и биоразнообразии. Дальнейшие исследования и мониторинг необходимы для более глубокого анализа и установления причин этих изменений.

Купить