Введение к работе
Актуальность проблемы.
В настоящее время высокоширотные пелагические экосистемы вызывают у морских биологов все больший интерес. Главным образом, это обусловлено заметным влиянием современных климатических изменений в Арктике. Следствием этих изменений стало сокращение площади ледового покрова арктического бассейна, изменения характера стратификации водной толщи и продолжительности периода вегетации. Такая значительная трансформация гидрофизических условий может повлечь за собой перестройку фитопланктонного сообщества как чувствительного компонента пелагических экосистем. В свою очередь изменения структуры фитопланктонного сообщества, являющегося первичным звеном трофической системы, будут определять качественный состав и количество доступных ресурсов для более высоких трофических уровней в арктическом регионе.
Чукотское море с его широким шельфом, занимающим около 6% всей шельфовой зоны Арктики, и прилегающие к шельфу более глубоководные северные области представляют собой уникальный район. Благодаря связи с Северной Пацификой через Берингов пролив, климатический сигнал на чукотском шельфе, предположительно, хорошо выражен и должен распространяться на глубоководные районы Арктики через взаимодействия в системе шельф - глубокий бассейн. Среднегодовой расход воды на чукотский шельф с юга составляет 0,8 Sv. Более теплые воды беринговоморского происхождения ускоряют сход льда весной и задерживают формирование ледового покрова осенью. Также, беринговоморские воды обеспечивают Чукотское море аллохтонными биогенными элементами, взвешенной и растворенной органикой, которые вовлекаются в местные продукционные циклы. Первичная продукция Чукотского моря оценивается от 20 до более чем 400 гС/м2/год. Такой разброс уровня продуктивности происходит за счет большой неравномерности распределения фитопланктона, и на фоне первичной продукции в среднем около 0,78 гС/м2/сутки выделяются области, где продуктивность вырастает до 8-9 гС/м2/сутки.
Несмотря на то, что исследования фитопланктона Чукотского моря начались еще в 30-х гг. прошлого века, немногочисленные работы не охватили такие труднодоступные районы, как континентальный склон и глубоководную часть Чукотского моря и моря Бофорта, а также каньон Барроу, лежащий между этими морями и играющий важную роль в обмене между шельфовой и глубоководной областями. Использованный в ранних работах материал чаще всего охватывал очень небольшой временной интервал, и, как правило, не имел достаточно хорошего пространственного разрешения.
Таким образом, пространственно-временная организация фитопланктонного сообщества в морях Западной Арктики, одного из ключевых регионов Северо-Ледовитого океана в наибольшей степени подверженного современным климатическим изменениям, была до настоящего времени изучена далеко не достаточно, что определяет актуальность данной работы.
Основной целью работы является исследование пространственно-временных изменений фитопланктонного сообщества в Беринговом проливе, Чукотском море и море Бофорта, и их связи с факторами среды. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
-
Описать таксономическую структуру фитопланктона и выделить виды и/или комплексы видов, характерные для разных сезонов в районе исследования.
-
Оценить количественные показатели фитопланктона, их сезонные изменения в разных областях акватории и вклад в эти показатели разных сезонных комплексов фитопланктона.
-
Выявить закономерности пространственного распределения сезонных комплексов и количественных характеристик фитопланктона на фоне межгодовых и сезонных изменений гидрофизических и гидрохимических параметров среды.
Научная новизна.
Настоящая работа представляет собой первое комплексное исследование фитопланктонного сообщества Чукотского моря и моря Бофорта, охватывающее последовательно 3 года и весенний и летний периоды, выполненное современными методами и дополненное детальными гидрофизическими и гидрохимическими наблюдениями. Впервые для этой акватории дано детальное описание структуры фитопланктонного сообщества и проведена оценка пространственной, межгодовой и сезонной изменчивости видового состава и обилия водорослей. Выявлены параметры среды, определяющие мезомасштабную изменчивость пространственного распределения фитопланктона. Получены новые представления о сезонном развитии водорослей в разных районах исследованной акватории в зависимости от сочетания гидрофизических и гидрохимических условий водной толщи.
Практическая значимость работы.
Данная работа дает новые представления о закономерностях пространственного распределения фитопланктона в весенний и летний периоды в Беринговом проливе, Чукотском море, море Бофорта и в каньоне Барроу, лежащего между этими морями. Результаты работы могут быть использованы при определении биопродуктивности исследованного района, и прогнозе ее изменений для оценки возможного влияния климатического сигнала на пространственно-временную изменчивость пелагической экосистемы в этих морях. Результаты работы также могут быть использованы в лекционных курсах об организации арктических экосистем.
Апробация работы.
Результаты работы были представлены на итоговой конференции по программе фундаментальных исследований Президиума РАН «Фундаментальные проблемы океанологии: физика, геология, биология, экология» (Москва, 2008); на международной научной конференции "Многофазные системы", I этап (НИС «Академик Сергей Вавилов», 2010); на XIII Международной научной конференции диатомологов «Диатомовые водоросли: современное состояние и перспективы исследований» (Борок, 2013), на ученом совете Направления экологии морей и океанов ПО РАН; а также на коллоквиумах
Лаборатории экологии планктона Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН (2008-2012гг.).
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 6 статей в рецензируемых журналах и четверо тезисов.
Структура и объем работы.
Диссертация изложена на 136 страницах и включает в себя следующие разделы: Введение, Обзор литературы, Океанографические условия и Основную часть, состоящую из 3-х глав, Заключение, Выводы, Список литературы и Приложение. Работа иллюстрирована 40 рисунками и 11 таблицами. Список литературы включает 92 источников, в том числе 70 - на иностранных языках.
Обзор литературы содержит три раздела. Первый раздел главы посвящен истории исследований фитопланктона в Чукотском море, Беринговом проливе и в прилегающих областях. Обобщение полученных в более ранних работах характеристик фитопланктона позволяет выделить несколько сезонных комплексов: ранневесенний, поздневесенний, летний и зимний, а также комплекс ледово-неритической флоры. Во втором разделе главы рассматриваются количественные характеристики ледовой флоры и фитопланктона в разные сезоны, дающие представления о неравномерности распределения численности и биомассы фитопланктона и о вкладе доминирующих видов в количественные оценки. Третий раздел главы посвящен анализу данных о продуктивности ледовой флоры и фитопланктона в районе исследований.
