МОРСКИЕ ЭКОСИСТЕМЫ АРКТИКИ Часть 3

МОРСКИЕ ЭКОСИСТЕМЫ
АРКТИКИ
Часть 3
проф. Л.В. Ильяш
Первичная продукция
Поверхность
Оседающее
взвешенное
органическое
вещество
РОВ
фекальные
пеллеты,
детрит
БЕНТОС
фекальные
пеллеты,
детрит
«Мощность» потоков вещества и энергии
(толщина стрелок)
Изменение климата и сценарии
изменения морских экосистем
Арктики
Колебания климата в Арктике происходили и раньше –
геологические свидетельства
Судя по отложениям, в масштабах от 100 до 1000 лет
происходили изменения в дрейфе льдов и положении границы
льдов, также изменялись температура и соленость
поверхностных вод
Наиболее выраженные изменения за последние тысячу лет в Северной
Атлантике: Средневековый Теплый период (9 в. – середина 15 в.), за
которым последовал Малый Ледниковый период (середина 16 в. –
начало 20 в.)
Изменения климата отражались на биоте, вели к изменениям в
распределении и обилии млекопитающих, птиц, зоопланктона, зообентоса,
фитопланктона
Например, голубая мидия (Mytilus edulis) обитала
далеко север от Шпицбергена в теплый период, в
Малый ледниковый – исчезла в северных районах,
появилась там в последние 10 лет
Глобальное потепление климата Земли:
средняя глобальная (относящаяся ко всему Земному шару) температура у
поверхности земли с конца XIX к началу XXI века возросла на 0.8°C, причем с
1990-го по 2006 год — на 0.33°C.
Основная причина рост содержания в атмосфере парниковых газов,
прежде всего углекислого газа (СО2), который
выбрасывается при сжигании топлива. За год в
результате деятельности человека в атмосферу
попадает около 9 Гт (миллиардов тонн) углерода.
Примерно 4 Гт остается в атмосфере, остальное
поглощается океаном и экосистемами суши
Уменьшение площади и толщины ледового
покрова Арктики, увеличение продолжительности
безледного периода
Максимальное (апрель,
зеленый цвет) и
минимальное (сентябрь,
розовый цвет)
распространение льда
Площадь ледового покрова в сентябре
Среднее за 1979 – 2000 гг.
«Рекорд» 2007 гг.
2012 г. (белый цвет)
Ассиметричное уменьшение площади ледового покрова – наибольшее в
морях Бофорта и Чукотском
Возраст льдов Арктики
Февраль. Среднее за 1985 - 2000 гг.
Февраль 2008 г.
Многолетние
льды ≈ 15%
(2010 г)
Возраст льдов
Объем льда,
тыс. км3
месяц
сентябрь
апрель
«Спираль смерти» Арктики
Объем льда в сентябре
Помимо
уменьшения
площади и
объема льдов:
Таяние льда сдвигается на более ранние сроки, а становление
льда – на более поздние сроки
Увеличение продолжительности безледного периода
Аномалии продолжительности безледного периода
(число дней)
Величина аномалий
увеличивается –
возрастание
продолжительности
безледного периода в
Арктике (в целом)
Меньше
Больше
Уменьшение ледового покрова →
уменьшение отражения солнечных
лучей льдом и снежным покровом →
еще большее возрастание температуры
поверхностного слоя воды →
еще большее таяние льда
Прогнозы:
Арктика станет свободной ото льда к концу столетия
Арктика станет свободной ото льда к 2040 г.
Ледовый покров в Арктике все же сохранится, если ограничить
выброс парниковых газов (СО2) в атмосферу (?)
Изменения абиотических условий, обусловленных потеплением
(помимо уменьшения объема льда и увеличения проникающего в
водную толщу света):
• Увеличение температуры поверхностных вод
• Изменение объема входящих атлантических и тихоокеанских вод
(увеличение или уменьшение?)
• Увеличение объема речного стока
• Снижение солености поверхностного слоя
• Повышение кислотности воды
• Увеличение силы и частоты штормов
Изменения абиотических условий приведет к изменениям на
всех трофических уровнях морских экосистем
КАКИМ??
Трудности прогноза. Причины:
• Недостаточность знаний. Пространственная и временная
(межгодовая) изменчивость
• Лабильность организмов. Множественность биотических связей
• Особенности локальных акваторий
Самые «очевидные» изменения:
Снижение интенсивности потока энергии по пищевым цепям,
связанным с ледовой флорой и подледной фауной (особенно
в Центральной Арктике):
Зоопланктон
подо льдом
гренландский тюлень,
нарвал, белуха,
толстоклювая кайра,
глупыш, моёвка и др.
Сайка
(полярная тресочка)
Кольчатая нерпа
Белый медведь
Кольчатая нерпа
Сайка
(полярная тресочка)
Ледовые
водоросли,
фитопланктон
гренландский тюлень, нарвал, белуха,
толстоклювая кайра,
глупыш, моёвка и др.
Зоопланктон
Виды с существенным влиянием на функционирование всей
экосистемы – КЛЮЧЕВЫЕ виды
Изменение в обилии КЛЮЧЕВЫХ видов ведет к проявлению
эффекта КАСКАДА на разных трофических уровнях экосистемы
Отклик фитопланктона:
Более раннее таяние
льда
Более раннее весеннее цветение
фитопланктона
Тренды во времени начала
весеннего цветения и
концентрации льда весной
(1997 – 2009 гг)
Карское море
Чукотское море
Залив Баффина
У Гренландии
раньше
позже
Время весеннего цветения
фитопланктона
меньше
В этих же морях –
снижение
концентрации
больше льда
Концентрация льда весной
Последствия для зоопланктона?
Отклик фитопланктона:
Увеличение количества света,
поступающего в воду
Увеличение первичной
продукции ?
0
5
10
0
2
4
8
глубина, м
НО!
Больший пресный сток – более сильная стратификация.
6
10
12
14
16
Увеличение продукции будет ограничивать
недостаток биогенных элементов
18
20
Биогенные
элементы
пикноклин
15
Усиление стратификации и лимитирование
биогенными элементами - изменение видового и
размерного состава фитопланктона
Увеличение относительного
обилия пико- и
нановодорослей
Уменьшение относительного
обилия микроводорослей
Пико (< 3 мкм)
Нано (3 – 20 мкм)
НО!
Возрастание продолжительности безледного
периода – возрастание частоты штормов
Периодическое разрушение пикноклина,
обогащение фотического слоя биогенными
элементами
Увеличение относительного
обилия микроводорослей
Отклик фитопланктона:
Увеличение объема речного
стока
Увеличение взвеси и растворенных
гуминовых кислот, поглощающих свет
Уменьшение первичной продукции ?
Снижение первичной продукции в
результате ограничения
(лимитирования) недостатком
световой энергии показано,
например, для Белого моря
Возможно, справедливо для Карского
моря
Белое море
Межгодовая изменчивость первичной продукции в разных морях Арктики
(по спутниковым данным)
Несинхронное
изменение первичной
продукции
Синхронное изменение
первичной продукции
Годовая первичная
продукция морей
(1015 г С/год)
Аномалии величины
годовой первичной
продукции (г С/год)
Величина аномалий
увеличивается –
возрастание
первичной продукции
Арктики (в целом)
Меньше среднемноголетнего
Больше среднемноголетнего
Отклик фитопланктона
Изменение объема входящих атлантических и тихоокеанских
вод:
Увеличение объема входящих вод, богатых биогенными
элементами – увеличение продукции фитопланктона.
Увеличение продукции фитопланктона - предсказывают
расчеты по моделям для прибрежных районов Баренцева
моря.
Изменение первичной продукции Баренцева моря к 2020 г.
снижение
увеличение
первичной продукции фитопланктона
к 2020 г. гС/(м2 год)
Увеличение продолжительности
безледного периода и площади
открытой воды
Увеличение диффузии СО2 из
атмосферы в воду
Увеличение первичной
продукции
За последние 30 лет поступление СО2
из атмосферы в Северный Ледовитый
океан возросло в 3 раза:
с 24 до 66 ▪ 1015 г С/год.
Прогноз. Отклик зоопланктона:
Возрастание первичной
продукции - увеличение
биомассы зоопланктона.
Баренцево море. Биомасса зоопланктона (расчеты по модели)
снижение
увеличение
биомассы зоопланктона
в 2020 г. гС/(м2 год)
Прогноз: в целом по морю величина биомассы зоопланктона возрастет
Отклик зоопланктона:
Возможно изменение размерного спектра зоопланктона из-за
нарушения синхронизации с сезонной динамикой пищевых ресурсов
При большей суммарной биомассе зоопланктона обеспеченность пищей более
высоких трофических уровней (хищников) снизится (большинство хищников
«выбирают» жертвы по размеру)
Первичная продукция
Биомасса крупных копепод
Увеличение потока
органического вещества на дно
(возрастание обеспеченности
пищей зообентоса)
Биомасса мелкого зоопланктона (микрозоопланктона)
Отклик зоопланктона:
• Проникновение дальше на север атлантических и
тихоокеанских видов
• Размножение атлантических и тихоокеанских видов в водах
Арктики
• Возможно, смена доминирующих видов
Увеличение относительной биомассы атлантического
вида Calanus finmarchicus показано для прибрежных
вод Гренландии
Calanus
hyperboreus
Calanus
finmarchicus
Calanus glacialis
Calanus finmarchicus – содержит
меньше жиров, чем арктические
копеподы – ухудшение качества
пищи для хищного зоопланктона,
рыб, птиц и млекопитающих
1990-е годы
Calanus finmarchicus
2005 – 2007 гг.
Отклик зоопланктона:
Из-за закисления поверхностных вод
(снижение рН) снижается скорость
роста представителей зоопланктона,
имеющих раковины из СаСО3:
• Моллюски птероподы – в раковинах
выявлены лакуны
• Некоторые виды фораминифер
• Увеличение поражения бактериальными и
вирусными заболеваниями
Прогноз. Отклик бентоса:
• Проникновение дальше на север атлантических и
тихоокеанских видов
• Размножение атлантических и тихоокеанских видов
в водах Арктики
• Изменение видового состава бентоса и, возможно,
смена доминирующих видов
Показано для многих
прибрежных районов: ряд
фьордов Шпицбергена,
фьорды Гренландии,
Баренцево море в зоне
влияния атлантических вод,
море Бофорта и др.
Изменения видового состава зообентоса НЕ выявлены:
В Белом море – никакого увеличения числа
атлантических видов с 1920 по 2004 г.
В фьордах Шпицбергена не выявлено изменения
видового состава бентосных ракообразных за 50летний период
В Чукотском море (Российский сектор) не
выявлено изменения видового состава бентоса за
последние 20 лет
Есть и другие примеры
Но в большинстве случаев показано изменение ОТНОСИТЕЛЬНОГО
обилия разных видов – у одних оно возрастало, у других снижалось
Отклик бентоса:
• Снижение видового богатства и обилия
арктических видов
Показано для глубоководного бентоса пролива Фрама
Возможные причины:
• Повышение температуры придонного слоя
• Увеличение доли первичной продукции,
используемой зоопланктоном в водной толще –
снижение потока органического вещества на дно
НО! Вспомним пример
повышения потока
органического вещества
на дно из-за нарушения
синхронизации с
сезонной динамикой
пищевых ресурсов
Влияние изменения продолжительности ледового
покрова на биомассу зообентоса
Прогноз для Чукотского моря и моря Бофорта - акватории с
выраженным уменьшением ледового покрова:
«Мощность» потоков вещества и энергии
(толщина стрелок)
при продолжительном ледовом
покрове
при уменьшении продолжительности
ледового покрова
Прогноз. Отклик бентоса:
• Снижение биомассы
организмов с раковинами
(например, двустворчатых
моллюсков) из-за повышения
кислотности воды
• Увеличение зараженности
организмов паразитами
Долговременный прогноз:
При полном освобождении Арктики от ледового
покрова - новый облик морских экосистем с трансарктическим обменом видов с большим видовым
богатством за счет пополнения тихоокеанскими и
атлантическими видами
Аналогично тому, что, возможно,
происходило 3.5 млн лет назад в
теплый Плиоценовый период
Продуктивность одних экосистем возрастет (Баренцево
море), других – снизится (Чукотское море, море Бофорта,
Белое море (?))
Потоки вещества и энергии и, возможно, состав ключевых
видов претерпят существенные изменения
При освобождении арктического шельфа ото льда станут
доступны для добычи залежи нефти, газа и других
полезных ископаемых на шельфе Арктики
Арктика – 1/5 всех еще не разработанных
залежей полезных ископаемых на планете
Потенциал
добычи нефти
Разработка залежей –
увеличение загрязнения
Возрастание риска
аварийных
разливов нефти
Низкая скорость разложения
углеводородов!
Выделение парниковых
газов (СО2), «черного
углерода» (сажи) и ртути
при «выжигании»
ископаемых
Аварийные разливы нефти влияют на
представителей ВСЕХ трофических
уровней, начиная с мельчайших
продуцентов и заканчивая хищниками
высших трофических уровней (птицы и
млекопитающие)
Наиболее наглядные проявления – гибель
птиц и млекопитающих в результате
гипотермии из-за нефтяной пленки
Особенно подвержены риску места массового скопления птиц и
млекопитающих – птичьи базары и лежбища млекопитающих
В настоящее время НЕ
существует эффективных
методов очистки морских
вод от нефтяного
загрязнения, особенно в
присутствии льда!!
К загрязнению ведут
также аварии,
связанные с
судоходством (включая
нефтяные танкеры),
интенсивность
которого возрастает
Места аварий судов,
приведших к загрязнению
арктических и
субарктических вод в
период с 1995 г. по 2004 г.
Отслужившие радиоактивные отходы, в том числе
реакторы атомных подводных лодок, во времена СССР
затапливались в арктических морях. Например, в
районе Новой Земли
В арктических морях
затоплена одна атомная
подводная лодка, пять
реакторных отсеков с
корабельными и судовыми
ядерными установками, 19
судов с радиоактивными
отходами на борту, 735
радиоактивных конструкций
и блоков, а также свыше 17
тыс. контейнеров с
радиоактивными отходами.
Для принятия взвешенных
решений по эксплуатации
Арктики необходимо
расширение научных
исследований
Спасибо за внимание!
Вопросы?