Введение 3
ГЛАВА 1. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БАРЕНЦЕВА
МОРЯ 5
ГЛАВА 2. ОКЕАНОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БАРЕНЦЕВА МОРЯ 10
2.1 Гидрологическая структура 10
2.2 Термохалинные характеристики 12
2.3 Гидрохимические характеристики 16
ГЛАВА 3. ФИТОПЛАНКТОННОЕ СООБЩЕСТВО 22
3.1 Видовая структура фитопланктона Баренцева моря 25
3.2 Основной показатель «цветения»: хлорофилл «а» 26
ГЛАВА 4. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 29
4.1 Интерактивная система Giovanni 30
4.2 База данных Copernicus 31
4.3 Статистические методы 32
ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ И ГИДРОХИМИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННУЮ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ФИТОПЛАНКТОНА 33
5.1 Внутригодовая и сезонная изменчивость концентрации хлорофилла «а» и температуры
поверхности моря по данным сервиса Giovanni 33
5.2 Пространственная изменчивость фитопланктона в Баренцевом море 41
5.3 Результаты распределения концентрации хлорофилла «а» в Баренцевом море по
данным реанализа 48
Заключение 73
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 76
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.
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.
1. Алекин О.А. Химия океана. - Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 232 с
2. Гительзон И.И., Чепилов В.В. Изучение водных экосистем дистанционными оптическими методами // Методические основы комплексного экологического мониторинга океана. М.: Гидрометеоиздат, 1988. С. 230-259.
3. Баканев С.В., Золотарев П.Н. Исландский гребешок // Состояние биологических сырьевых ресурсов Баренцева моря и Северной Атлантики в 2012 г. Мурманск: ПИНРО, 2012. С. 46-47.
4. Ведерников В.И., Гагарин В.И. Первичная продукция и хлорофилл в Баренцевом море в сентябре-октябре 1997 г. // Океанология. 1998. Т. 38. № 5. С. 693-703.
5. Межуниверситетский аэрокосмический центр при Географическом
факультете МГУ им. М.В. Ломоносова. Космические исследования океана [Электронный ресурс]// Режим доступа:
http://www.geogr.msu.ru/science/aero/acenter/int sem7/2.1%20Giovanni.htm
6. Спутник Terra, Aqua/ MODIS. [Электронный ресурс]// Режим доступа: https://www.scanex.ru/data/satellites/terra-aqua-modis/
7. Алекин О.А. Химия океана. - Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 232 с.
8. Первичная продукция фитопланктона и сообщества донных продуцентов Баренцева моря [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://vniro.ru/files/trydi vniro/archive/152 11.pdf
9. Пространственное распределение фитопланктона Мурманского побережья Баренцева моря в осенний период [Электронный ресурс]// Режим доступа: http://vestnik.mstu.edu.ru/v 15 4 n50/838 844 tyuki.pdf
10. Биологический атлас морей [Электронный ресурс] // Режим доступа: https://epic.awi.de/id/eprint/34319/26/bio-atlas-barents-kara 2000 ru.pdf
11. Буренков В. И., Копелевич О. В., Ратькова Т. Н. и др. Цветение кокколитофорид в Баренцевом море - спутниковые и судовые наблюдения // Океанология. 2011. Т. 51. № 5. С. 1-9.
12. Копелевич О. В., Шеберстов С. В., Вазюля С. В. и др. Сравнительные оценки характеристик кокколитофоридных цветений в Баренцевом и Черном морях по данным спутниковых сканеров цвета // Труды международной конференции «Современные проблемы оптики естественных вод». 2015. Т. 8. С. 31-35.
13. Малинин В.Н. Статистические методы анализа
гидрометеорологической информации. - СПб.: Изд-во РГГМУ, 2008. - 408с.
14. Гительзон И.И., Чепилов В.В. Изучение водных экосистем дистанционными оптическими методами // Методические основы комплексного экологического мониторинга океана. М.: Гидрометеоиздат, 1988. С. 230-259.
15. Schuckmann K., Traon P.-Y. L., Alvarez-Fanjul E. et al. The Copernicus Marine Environment Monitoring Service Ocean State Report // Journal of Operational Oceanography. 2016. 9:sup 2. Р. 235-320.
16. Мордасова Н.В. Косвенная оценка продуктивности вод по содержанию хлорофилла// Труды ВНИРО, 2014, Т 152, с. 41-56.