Наземные и морские экосистемы - Коллектив авторов

Основными физическими показателями различий между многолетними и однолетними льдами являются толщина и соленость. Как известно, чем старше лед, тем он мощнее и преснее, и наоборот (Мальмгрен, 1930). В условиях стабильного климата, многолетний морской лед – это целостная и устойчивая во времени экологическая система с постоянным видовым составом флоры и фауны (Мельников, 1989). Ее устойчивость сохраняется за счет поддержания среднеравновесной толщины вследствие летнего стаивания сверху и зимнего компенсационного нарастания снизу (Зубов, 1945). Это свойство, которое можно определить как гомеостаз ледового покрова – способность сохранять свою среднеравновесную толщину, имеет важное экологическое значение. Оно выражается в том, что вертикальная структура населяющих его биологических сообществ сохраняется в результате действия двух разнонаправленных потоков: первого – движения кристаллической структуры снизу вверх вследствие термодинамических процессов ледотаяния и ледообразования, и второго – встречного пассивного и/или активного движения самих организмов сверху вниз. Зимнее нарастание льда происходит снизу на уже существующий лед, толщина которого после летнего таяния сохраняется до 2 м, и организмы, заселяющие эти растущие снизу слои, находятся в мягких температурных условиях, близких к температуре морской воды (около -2 °С), что способствует их выживанию в зимний период. Наличие сбалансированной связи между районами продуцирования и выноса многолетнего льда из бассейна, особенности его циркуляции в совокупности с механизмами, поддерживающими постоянство видового состава ледовых организмов в пределах вертикальной кристаллической структуры, в целом определяют стабильность экосистемы многолетнего льда в пространстве СЛО.

Напротив, сезонные льды – это зависимая и неустойчивая во времени экосистема, продолжительность существования которой определяется комплексом факторов среды, среди которых наиболее важным считается температура. Формирование сезонных льдов начинается на открытой воде при низкой температуре воздуха. Когда образуются первые слои, то в ледовую кристаллическую структуру нижнего растущего слоя механически захватываются планктонные организмы, находящиеся в данный момент в воде. Поскольку качественный и количественный состав планктона в воде в осенне-зимний период беден, то количество включенных в лед организмов оказывается невелико. Те же организмы, которые оказываются механически включенными в лед, попадают в условия сильного охлаждения, поскольку верхняя поверхность контактирует с воздухом, температура которого в этот период понижается до минус 30–40 °С, и часть из них выживает, а большинство организмов из-за резкого охлаждения погибает. Вероятно, поэтому весной, в период максимального развития льда, в его толще встречаются единичные клетки водорослей, простейших и отдельные экземпляры беспозвоночных организмов, механически включенные в структуру льда в период зимнего роста. В осенний период, при низкой температуре воздуха и интенсивном накоплении снега на льду, могут возникать условия для формирования так называемого инфильтрационного льда (термин Буйницкого В.Х., 1973). Когда лед еще тонкий, и вес снега становится существенным по отношению к весу самого льда, то лед притапливается ниже уровня моря так, что морская вода вместе с клетками планктонных водорослей поднимается по капиллярной системе к границе «лед-снег». Поскольку снег является хорошим теплоизолятором, и света еще достаточно для фотосинтеза, то в этом слое создаются благоприятные условия для развития водорослей. Биомасса водорослей и концентрация синтезируемого ими органического вещества в этом слое многократно превышают такие показатели в воде подо льдом. Такие льды впервые были встречены в период работ экспедиции НЭС «Академик Федоров» в канадском секторе СЛО на 82° с.ш. и 170° з.д. в сентябре 2000 г. Формирование инфильтрационных льдов – явление типично антарктическое (Буйницкий, 1973), и в настоящий момент нет прямых свидетельств дальнейшего развития инфильтрационных льдов в СЛО. Однако можно предполагать, что это явление может найти продолжение в будущем, с учетом возрастающей роли сезонных льдов и увеличения снежных осадков в Арктике.

Сравнивая механизмы формирования этих двух типов морского льда, можно заключить, что главной причиной выявленных различий между составом биологических сообществ морского льда в 70-е годы и последнего десятилетия является то, что рассматривались и сравнивались две разные по структуре и функционированию экосистемы многолетнего и сезонного морского льда. Действительно, в первом случае постоянный видовой состав водорослей и фауны беспозвоночных поддерживался механизмами, формирующих среднеравновесную толщину, и процессами заселения и развития организмов в пределах вертикальной кристаллической структуры льда. В его составе преобладали водоросли бентического типа, адаптированные к обитанию в условиях твердого субстрата и способные к передвижению в узких межкристаллических пространствах льда. Во втором случае видовой состав ледовой флоры формировался непосредственно из воды и представлен, в основном, типичными планктонными формами, образующими длинные цепочки из клеток, и развивающимися преимущественно в нижнем слое льда или на его нижней поверхности (Мельников, 1989).

Таким образом, в современном морском арктическом ледяном покрове сосуществуют две различные по составу и функционированию экологические системы многолетнего и сезонного льда. Поскольку доля первой динамично уменьшается и одновременно возрастает доля последней, то на данном этапе происходит постепенное перестроение в экосистеме пелагиали СЛО. Если такая динамика сохранится, то можно предположить, что со временем морская Арктика будет приобретать черты морской Антарктики. Действительно, в Южном океане ледяной покров исчезает летом и восстанавливается зимой. Сезонные льды доминируют, занимая более 80 % площади ледового покрова в течение 8 месяцев, а многолетние – менее 20 % его площади (NASA, 1983). Сезонный лед в Южном океане развивается на акватории к северу от 70° ю.ш., в этих широтах нет продолжительной полярной ночи, и света зимой достаточно для поддержания фотосинтеза ледовой флоры (Melnikov, 1998). Суммарная органическая продукция Антарктики создается, в основном, фитопланктоном в летний период и частично флорой инфильтрационных льдов зимой. Напротив, весь морской арктический ледовый покров расположен к северу от 70° с.ш., и все биологические сообщества развиваются в более жестких условиях среды. В центральных районах, постоянно занятых морским ледяным покровом, суммарная органическая продукция складывается из продукции, создаваемой водорослями многолетнего льда (более 90 %), и продукции водорослей сезонных льдов и фитопланктона, на долю которых приходится менее 10 % (Мельников, 1989). В районах, где доминируют сезонные льды, например, на акватории арктических морей, вскрывающихся летом ото льда, органическая продукция фитопланктона составляет 97–99 % (Subba Rao, Platt, 1984). В настоящее время в центральных районах СЛО происходит перестроение функционирования экосистемы пелагиали к условиям сезонного цикла развития ледяного покрова, поэтому здесь следует ожидать рост органической продукции, создаваемой фитопланктоном, и уменьшение вклада ледовой флоры многолетних льдов. Такой цикл развития может привести к перестроению всей низшей трофической структуры океана и, возможно, отразится на всех высших звеньях трофической сети, включая рыб, птиц и млекопитающих.

Научные работы по проекту МПГ «ПАЛЭКС» в 2007–2009 гг. были выполнены коллективом сотрудников Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Арктического и антарктического научно-исследовательского института и Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН при финансовой поддержке Росгидромета, Российской Академии наук, Российского фонда фундаментальных исследований (грант РФФИ 08–05–00219) и НО «Полярный Фонд». Логистическая помощь экспедиции была оказана Экспедиционным центром Арктики и Антарктики «Полюс», Агентством ВИКААР, Ассоциацией Полярников России, Сводной Группой «Газпромавиа» и АК «Таймыр», которым выражается глубокая благодарность за содействие в организации и проведении исследований.

Атлас океанов. Северный Ледовитый океан. 1980. Глав. ред. Атласов океанов Центр. Картогр. Произв. ВМФ СССР, 184 с.

Буйницкий В.Х. 1973. Морские льды и айсберги Антарктики. Л.: ЛГУ, 255 с.

Захаров В.Ф. 1981. Льды Арктики и современные природные процессы. Л.: Гидрометеоиздат, 136 с.

Зубов Н.Н. 1945. Льды Арктики. М.: ГУСМП, 360 с.

Ильяш Л.В., Житина Л.С. 2009. Сравнительный анализ видового состава диатомовых водорослей льдов морей российской Арктики. Ж.: Журнал общей биологии. Т. 70, № 2, с. 143–154.