Содержание к диссертации
Введение
1. Влияние среды на поведение пелагических рыб
1.1. Создание и разрушение промысловых скоплений пелагических рыб
1.2. Форма скоплений рыб
2. Основные процессы в океане и сбор информации
2.1. Морские течения, фронтальные зоны и их структура в основных промысловых районах
- Создание и разрушение промысловых скоплений пелагических рыб
- Форма скоплений рыб
- Морские течения, фронтальные зоны и их структура в основных промысловых районах
Создание и разрушение промысловых скоплений пелагических рыб
Основной вопрос промысловой океанологии в части КРП: где, когда, сколько, т.е. место, время, уловы и желательно - спосо бы лова, технология лова и обработки. С этим связан выбор типа судна, орудий лова, способа обработки - это экономика и требования рынка.
Специалисты давно изучают вопрос почему и как рыба создает скопления, что этому способствует, что разрушает их. Работы С. Бредера (1965), О. Хелперна (1965) и X. Парра (1968) за рубежом, Д. В. Радакова, В. Р. Протасова, Н. П. Сбикина, Б. П. Мантейфеля, С. Г. Зуссер и др. (1955-1970) в нашей стране - только частично отвечают на эти вопросы. При этом существуют противоречия, споры и самое главное - нет ясной и четкой теории, объясняющей эти главные черты поведения рыбы. Практика промысла диктует свои требования и игнорировать их невозможно.
Общая ошибка и общая беда - отсутствие синхронизации между сбором данных по состоянию рыбы и океанографическими характеристиками. Кроме того, связи пытались установить между рыбой и отдельными элементами или группой элементов (Т, S, 02, биогены и пр.), при этом постоянно споря какой элемент
"весит" больше в информационном плане. Еще одна ошибка: фетишизация трофического фактора без различия сезонов, например Б. П. Мантейфель, С. Г. Зуссер (1955, 1968). В настоящей работе автор исходил из понимания, что в океане, даже в части тропических промысловых районов существует сезонность и рыбы зависят от этого (А. В. Родин, 1983).
Кроме того, тактика квазимгновенных микро- и мезосъемок в районах промысла дала возможность синхронизации поведения и распределения рыбы и развития океанологических процессов. Это еще одно отличие от предшественников - именно процессы и поведение рыбы исследовались вместе, а отдельные элементы или группы элементов - только как показатели.
Скоплением в настоящей работе называется такой концентрированный объем рыбы, который дает промысловые (экономически эффективные) уловы, вне зависимости от типа судна, орудий лова и пространственного построения. Ареалы массовых пелагических рыб - мойвы, путассу, скумбрии, ставриды, сардины, сельди и др. - приурочены либо к бореальным и умеренным районам, либо к районам с адвекцией холодных вод (Перу, Намибия, Мавритания, Калифорния т.д.). По этой причине все перечисленные виды в сво-ем развитии приспособлены к сезонным изменениям условий окружающей среды и адекватно реагируют на них изменением биологического состояния. Теплому сезону соответствует нагульный период рыб, холодному - зимовальный (диапауза), а перед сменой холодного на теплый происходит нерест. В эти три главных периода жизненного цикла рыб их поведение и биологические характеристики - степень созревания половых продуктов, жирность, накормленность и др. - сильно отличаются.
В нагульный период основная цель рыбы найти корм и обеспечить себе жировые запасы для последующей зимовки (без пищи) и нереста (с эпизодическим питанием). Приуроченность рыбы к пище общеизвестна (например, Б. П. Мантейфель, 1955) и основными видами пищи являются зоопланктон, фитопланктон и для крупных пелагических хищников - более мелкая рыба, которая все равно привязана к тому же зоопланктону (А. Н. Андрия-шев, 1954). В нагульный период пелагические планктофаги обычно используют в пищу два вида зоопланктона: прошлогодний (зимовальный фонд) и планктон весенней генерации (А. В. Родин, 1977). Обе формы зоопланктона разнесены по вертикали в первую половину нагула: планктон весенней генерации находится в верхнем слое, а зимовальный фонд в глубинных слоях или на дне (А. В. Родин, 1977; 1983).
Скопления нагульной рыбы формируются вокруг скоплений пищи, т.к. в этом случае процесс питания происходит по линии наименьших энергозатрат, т.е. рыба остается с положительным балансом энергии. Скопления пищи (зоопланктона) концентрируются в зонах гидрологических фронтов, районах конвергенции вод с различными температурно-соленостными характеристиками. При смешении этих вод происходит уплотнение и локальная конвекция. Теплые воды, как правило, несут в поверхностном слое зоопланктон весенней генерации. Накапливаясь, в силу динамических причин, в зонах конвергенции, зоопланктон увлекается вглубь конвективными (вертикальными) потоками. Однако градиент плотности морской воды настолько значителен, что глубже слоя скачка плотности, который, как правило, соответствует слою скачка температуры воды, планктон не погружается и накапливается в нем. Эту гипотезу автор подтвердил в 1976-;-1978 гг. в экспедиционных исследованиях (А. В. Родин, 1977; 1979; 1983). К этим же результатам позже пришли и норвежские ученые (X. Луенг и Д. Элертсен и др., 1980). Автору удалось связать условия "запирания" с частотой Вяйсяля-Брента (А. В. Родин, 1983): где WQ - характерная вертикальная скорость особи зоопланктона; h - толщина пикноклина; N - частота Вяйсяля-Брента. Зоопланктон зимовального фонда точно также "запирается" в главном термоклине, либо находится на грунте, на склонах банок и желобов. Таким образом, зоопланктон накапливается в горизонтальной плоскости в зонах конвергенции, а по вертикали его концентрируют либо архимедовы силы в слоях скачка плотности, либо грунт.
Рыба в районах нагула концентрируется вокруг этих скоплений зоопланктона, т.е. причина скоплений рыбы в нагульный период скопления пищи. Последнему способствуют: конвергенция теплой (как правило, носитель зоопланктона) и холодной вод, стратификация вод в зоне гидрологического фронта.
Разрушение подобных условий - а это конвективное перемешивание - приводит к разрушению нагульных скоплений, но формирует зимовальные скопления. Это происходит следующим образом. К концу нагула пелагические рыбы увеличивают жирность до максимальных значений 23-25 %, что приводит к увеличению ее удельного веса. Собственное утяжеление и конвективное перемешивание способствуют погружению рыбы в более глубокие слои. Это погружение происходит до тех пор, пока рыба не дойдет до того уровня, где она может плавать без всяких на-то усилий. Этот уровень или глубина определяется либо равной плотностью рыбы и воды, либо положением главного термоклина, либо дном. В Норвежском море для путассу могут встречаться все три варианта. В Баренцевом и Норвежском морях для сельди и мойвы -это дно, для скумбрии Ирландского шельфа - дно, для окуня моря Ирмингера - главный термоклин. Если рыба погружается на слой скачка плотности в районе конвергенции - то это скопления, если в ядре водных масс - то скоплений не будет. Если рыба оседает на дно в районе крутых свалов и склонов банок или желобов - скопления, если на ровные платформы - их не будет. Здесь проявляется концентрирующая роль орографии дна. Поэтому для создания скоплений зимовальной рыбы нужна конвергенция, главный термоклин либо дно с определенной орографией. Конец зимовального периода связан с развитием (созреванием) половых продуктов, уменьшением жирности и уменьшением удельного веса рыбы. Она перемещается в верхние слои воды и начинает формировать преднерестовые скопления.
Форма скоплений рыб
В практике промышленного рыболовства большое значение имеет правильный выбор орудий лова при промысле той или иной рыбы. Известно, что даже один вид рыбы можно ловить различными орудиями лова, например, треску в Баренцевом море ловят донными и разноглубинными тралами, ярусами, но не ловят кошельковым неводом. Мойву в море Лабрадор не ловят ярусами, а ловят тралами или кошельковым неводом. Таких примеров множество. Выбор орудия лова - это выбор типа судна, технологии обработки, в конечном итоге - это прибыль или убыток. Есть ли возможность предполагать форму скопления рыбы, как это сделать?
Следует заметить, что терминология о формах скопления рыб в настоящее время еще не устоялась; активно дискутируются вопросы о стайном поведении рыб.
Традиционно сложилось, а в специальной литературе укрепилось мнение о том, что рыба может быть "стайной" и "нестайной", "пелагической" и "непелагической", что все пелагические рыбы - стайные и т.п. (Б. П. Мантейфель, 1955). Однако из (той же) литературы пока непонятно, что такое стая, т.к. разные авторы вкладывают в этот термин различный смысл. Если в термин "стая" вкладывается понятие о большом количестве рыбы, т.е. смысл скопления, то это одно. Если же речь о геометрической форме, способе пространственного построения особей в скоплении, то это, по-моему мнению, совершенно другое.
Б. П. Мантейфель (1955) пишет, что "животные держатся вместе в силу инстинкта стайности", далее он определенно употребляет понятие: "стайные рыбы представляют особую ценность в хозяйственном отношении". Таким образом, "стайность" - это свойство, присущее определенным видам рыб. Если "стайность" употреблена в смысле скопления, то, как известно, рыбы не всегда находятся в скоплениях, это и есть один из предметов нашего интереса. Если "стайность" - это о форме построения скопления, то необходимо разобраться в том, какой смысл вкладывают в этот термин разные авторы.
Основные определения стаи можно найти у Д. В. Радакова (1965) и С. Бредера (1964). УД. В. Радакова определение стаи рыб как "временной" группы особей обычно одного вида, которые находятся (все или большей частью) в одной фазе жизненного цикла, активно поддерживают взаимный контакт и проявляют или могут проявлять в любой момент организованность действий, биологически полезную, как правило, для всех особей данной группы. Внешний облик стаи может часто и сильно изменяться в зависимости от состояния рыб и условий, в которых они находятся, отличается от определения С. Бредера. Последний считал стаей рыб только такую группу, в которой все особи ориентированы в одном общем направлении, находятся на одинаковом расстоянии друг от друга и идут с одинаковой скоростью, т.е. С. Бредер (1970) признает сгаей движущуюся группу рыб. Оставим пока эти определения и узнаем, что говорится в море у рыбаков при обмене информацией. В отличие от ученых, рыбаки стихийно, а точнее в результате многолетнего опыта, пришли к тому, что движущееся скопление мойвы, сардины или сельди и т.п. обозначают термином "стая" или "косяк", гораздо реже - "спичка". Рыбу стоячую или малоподвижную - "дорожка" или "поляна", реже - " лента". Эти определения связаны со специфической информацией гидроакустических поисковых приборов - эхолотов и гидролокаторов. Дело в том, что при кошельковом лове пелагических рыб и несколько реже при разноглубинном траловом, широко используют приборы и в режиме локации, и в режиме эхолотирования. При локации информация воспринимается на слух и пишется на ленту самописца, при эхолотирования - только на ленту самописца. Скопление, которое имеет четкий отраженный сигнал, четкие контуры, активно смещается в пространстве, на эхограмме фиксируется в виде "спички", отсюда и термин - это стая. Скопление на слух нечеткое, "рыхлый" отражающий сигнал, не имеет ясных контуров, не имеет вектора скорости в пространстве, фиксируется на эхограмме в виде "ленты", "дорожки" - по нашей терминологии - это агрегация.
Опыт показывает, что вне зависимости от вида рыбы скопления первого рода (в терминологии автора "стаи") много плотнее скоплений второго рода (в терминологии автора "агрегации"). На стаях, при облове одной стаи кошельковым неводом отцеживается объем морской воды примерно 2 105 м3 и обычный улов мойвы - 100-200 т. За один час траления отцеживается объем в 2-Ю6 м3 и улов составляет 10-20 т. Можно считать, что плотность стай на 2 порядка выше, чем агрегаций. Эти расчеты проводились без учета разницы в коэффициентах уловистости тралов и кошельковых неводов, считая ее несущественной для этой задачи. При работе на стаях рыбаки знают их большую подвижность и постоянно используют гидролокатор, при работе на агрегациях в этом нет необходимости, т.к. они почти неподвижны и достаточно только эхолота.
Гидроакустические приборы в опытных и умелых руках -мощное средство для уникальных наблюдений. Довольно часто автору во время работы на мойвенных путинах в Баренцевом море приходилось наблюдать переформирование агрегаций в стаи. Происходило это в течение коротких промежутков времени: от 6-8 часов до 10-40 минут. Наиболее часто это было при суточных вертикальных миграциях мойвы. В августе-сентябре, когда освещенность в условиях полярного дня в течение суток не меняется, мойва совершает суточные вертикальные миграции. Они бывают с периодом 12 часов или 24 часа. В любом случае утром рыба опускается из верхних слоев (30-70 м) на грунт или близко ко дну, а вечером поднимается. Перед опусканием к грунту или перед подъемом вверх мойва обычно находится в агрегациях, но в момент подъема рыба собирается в косяки. Точно такую же картину, но более сложную, можно наблюдать на промысле путассу в Норвежском море или на промысле сельди в Северной Атлантике в летний период; скумбрии, ставриды, сардины и пр. в других районах Мирового океана. Комментарий к этим наблюдениям может быть такой: когда рыбе нужно двигаться вверх или вниз, она создает специфическое скопление, которое следует называть стаей.
Облов различного вида скоплений не только приносит разный результат по массе улова, но и по биологическим характеристикам. Наблюдения на мойве, путассу и сельди дали интересные возможности сопоставления. Например, уловы кошельковых неводов дают размерный ряд в 1.5-2.0 раза короче, чем уловы разноглубинных тралов (табл. 1)
Объясняется это просто: кошельковым неводом предпочитают ловить стаи, т.к. агрегации дают непромысловые уловы и их избегают. На стайной рыбе размерный ряд короткий, с меньшей дисперсией, т.к. длина рыбы отражает ее энергетический потенциал. Поэтому при совершении миграции происходит естественный отбор, при котором остаются в стае только те особи, энергетические возможности которых примерно одинаковы, и это отражает их размерный ряд. Напротив, агрегация формируется из нескольких стай, но она не движется, или нагул (откорм) или зимовка (диапауза, анабиоз), поэтому размеры рыбы никак не влияют на возможность концентрации их в одном месте.
Интересные результаты дал гематоанализ на промысле путассу: у стайной рыбы содержание гемоглобина гораздо выше, чем у рыбы, выловленной в агрегациях. Такая же картина наблюдается у сельди, скумбрии и ставриды, к сожалению на других рыбах проверить эту закономерность пока не удалось. Содержание гемоглобина показывает степень возбуждения рыбы: максимальное содержание - рыба находится в активном миграционном состоянии, минимальное - рыба находится в покое.
Морские течения, фронтальные зоны и их структура в основных промысловых районах
Известно, что границы водных масс или фронтальные зоны (ГОСТ "Океанология", 1973) подвержены значительной сезонной и межгодовой изменчивости. В более ранних работах автора в качестве примера приводились фронтальные разделы в Баренцевом и Норвежском морях, в Северной Атлантике и других районах (А. В. Родин 1982; 1983; 1999).
Межгодовая изменчивость положения фронтальной зоны в Норвежском море достаточно подтверждена натурными данными (рис. 2.1). Различия составляют сотни миль. Изменчивость наблюдается в различии значений основных характеристик: температуры, солености, содержания биогенов и др. (В. А. Боровков, 1981).
Анализируя основные течения в Норвежском море в летний период 1980, 1981 и 1982 гг., можно отметить следующее. Граница Восточно-Исландского течения (ВИТ) существенно изменяется от года к году на своей южной и юго-восточной периферии. В эти годы и метеорологические условия над акваторией Гренландско-Таймырского ЕСР отличались также существенно. Это отражалось прежде всего в полях атмосферного давления и ветра. Повторяемость и скорость северо-западного ветра в июне 1980 г. была меньше, чем в июне 1981 г., и значительно меньше, чем в июне 1982 г. При сопоставлении данных по скорости ветра в створе м. Ланганес (Исландия) - о. Ян-Майен за теплую половину годов (апрель-сентябрь) 1980-1991 гг. их помесячно с площадью вод ВИТ, были получены коэффициенты корреляции от 0.73 до 0.81. Тот же анализ для Северо-Атлантического течения (CAT), которое переходит в Норвежское течение (НТ) показал тесную связь с полем ветра в створе Фареры - Норвегия (коэффициенты корреляции от 0.7 до 0.8). Таким образом можно утверждать, что в данном случае связь течений, формирующих основные черты гидрологического режима Норвежского моря с макросиноптическими процессами налицо. Анализ положения центров действия атмосферы (ЦДА) показал, что положение Исландского минимума и Азорского максимума, а также полярного антициклона обеспечивают те или иные траектории циклонов над акваторией Гренланд-ско-Таймырского ЕСР. Положение фронтального раздела у Фарерского цоколя ( р-63 с.ш.) определяется полем ветра на широте —70 с.ш. (створ м. Ланганес - о. Ян-Майен).
Точно также существует и сезонная изменчивость, но кроме адвекции, в этом случае добавляются процессы теплоотдачи в осенне-зимний период, как наиболее существенные, что показали исследования ААНИИ в Норвежской энергоактивной зоне (ЭАЗО) в 1989 г. Результатом конвективных процессов на севере и востоке моря в холодный период года являются фронтальные зоны, которые прослеживаются не только на значительных глубинах 200 и 300 м, но и на поверхности (А. В. Родин, 1982). Анализ положения фронтальных разделов в южной Паци-фике (Перу, Чили), северной Пацифике (Охотское, Берингово море), Юго-Западной Атлантике, Юго-Восточной Атлантике и других районах подтверждает тесную связь флуктуации фронтов во времени и пространстве в межгодовом и сезонном масштабах с макросиноптическими процессами. Механизм воздействия связан с доминирующими в районах течениями.
Новые технические возможности (STD-зонды) и тактика ме-зо- и макросъемок (с шагом до 5 миль) дали возможность изучить более подробно структуру фронтальных зон. Каждая из них представляет собой сложную упаковку меандров и вихрей с большой изменчивостью синоптического и более крупных масштабов. Меандры и вихри - это обязательные атрибуты любого фронта. Вдоль контура меандров всегда существует обтекающий их поток, который может быть прямо противоположным генеральному течению (рис. 2.2). Эти - вдольфроитальные течения - назовем их так, т.к. еще нет устойчивого термина, играют существенную роль
Не останавливаясь на существующей классификации вихрей и меандров (В. М. Каменкович, А. С. Монин, 1975), можно сказать, что особый интерес для промысловой океанологии представляют фронтальные и топогенные. Последовательные микросъемки в Северной Атлантике и Южной Пацифике показали трансформацию меандров в образования подобные вихрям и собственно вихри. При взаимном проникновении двух различных по характеристикам вод друг в друга происходит отторжение меандра. Коротко это описывается так. Сначала, после отторжения, новое "тело " в "чужой" водной массе превращается в однопо-лостный гиперболоид:
Таким образом, сезонность интенсивности меандрирования объясняется активностью взаимодействия атмосферы и океана, а также вертикальной структурой фронтальной зоны. В зимний период угол наклона фронтальной зоны близок к 0. В этом случае "канал" для вдольфронтального течения узкий. Атмосферные процессы очень активные и дрейфовая составляющая в течениях велика. К концу лета угол наклона фронтальной зоны велик, а атмосферные процессы (в частности, скорость ветра) менее активны, чем зимой. Коэффициент меандрирования уменьшается. Это хорошо подтверждается натурными наблюдениями (табл. 2.1).
Описанные выше процессы характерны для районов открытого океана. Во внутренних морях процессы меандрирования и вихреобразования, на примере Черного моря, подробно описаны в других работах (например, Д. Я. Фащук, 1986). Важное для промысла Баренцево моря отличается от открытого океана глубинами (200-400 м) и географическим положением - коэффициент открытости - 1.4. Процессы меандрирования для него характерны в зимне-весенние месяцы с января по май, когда угол наклона фронтальной зоны близок к нулю, адвекция теплой атлантической воды усиливается (М. Г. Глаголева, Л. И. Скриптунова, 1976), а границы льда и положение фронтальной зоны крайнее западное. Приток теплой воды в этих условиях напоминает эффект трубки, когда при узком канале необходимо пропустить большую массу
