Гидрохимическая обстановка в прикромочной зоне ледовых полей в Баренцевом море весной 2016 года

Матишов Г.Г., Волков В.А., Денисов В.В. О структуре циркуляции теплых атлантических вод в северной части Баренцева моря // Докл. РАН. 1998. Т. 362, № 4. C. 553-556.

Матишов Г.Г., Дженюк С.Л., Моисеев Д.В. Климат и большие морские экосистемы Арктики // Вестн. РАН. 2017. Т. 87, № 2. С. 110-120 (doi: 10.7868/S0869587317020086).

Миронов Е.У. Ледовые условия в Гренландском и Баренцевом морях и их долгосрочный прогноз. СПб.: Изд. ААНИИ, 2004. 320 с.

Ожигин В.К., Ившин В.А. Водные массы Баренцева моря. Мурманск: Изд. ПИНРО, 1999. 48 с.

Ellingsen I., Slagstad D., Sundfjord A. Modification of water masses in the Barents Sea and its coupling to ice dynamics: a model study // Ocean Dynamics. 2009. V. 59. P. 1095-1108. (doi: 10.1007/s10236-009-0230-5).

Hansen B., Christiansen S., Pedersen G. Plankton dynamics in the marginal ice zone of the central Barents Sea during spring: carbon flow and structure of the grazer food chain // Polar Biol. 1996. V. 16. P. 115-128 (doi: 10.1007/BF02390432).

Matishov G.G., Matishov D.G., Moiseev D.V. Inflow of Atlantic-origin waters to the Barents Sea along glacial troughs // Oceanology. 2009. V. 51, № 3. P. 321-340.

Pronounced anomalies of air, water, ice conditions in the Barents and Kara Seas, and the Sea of Azov / G.G. Matishov, S.L. Dzhenyuk, D.V. Moiseev, A.P. Zhichkin // Oceanologia. 2014. V. 56(3). P. 445-460 (doi: 10.5697/oc.56-3.445).

Sea surface wind and Sea ice in the Barents Sea using microwave sensing data from Meteor-M N1 and GCOM-W1 satellites in January-March 2013 / L.M. Mitnik, ML. Mitnik, G.M. Chernyavsky et al. // Izv. Atmos. Ocean. Phys. 2016. V. 52. 1041 p. (doi: 10.1134/S000143381609019X).

SBE 19plus SEACAT PROFILER. User Manual. Version 012. Bellevue: Washington, USA, 2005.

Thermochaline convection in the edge-ice zone in the Barents Sea to the east of Spitsbergen / V.M. Kushnir, E. Hansen, V.K. Pavlov et al. // Physical Oceanography. 2003. V. 13. 361 р. (doi: 10.1023/B:POCE.0000013233.69589.d1).

Trends in hydrological and ice conditions in the Large Marine Ecosystems of the Russian Arctic during periods of climate change / G.G. Matishov, S.L. Dzhenyuk, D.V. Moiseev, A.P. Zhkhkin // Environmental Development. 2016. V. 17, № S1. P. 33-45 (doi: 10.1016/j.envdev.2015.10.001).

УДК 551.46

Т.Г. Ишкулова, И.А. Пастухов

Мурманский морской биологический институт КНЦ РАН, г. Мурманск, Россия

ГИДРОХИМИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА В ПРИКРОМОЧНОЙ ЗОНЕ ЛЕДОВЫХ ПОЛЕЙ В БАРЕНЦЕВОМ МОРЕ ВЕСНОЙ 2016 ГОДА

Аннотация

В статье рассматривается распределение гидрохимических параметров, наблюдавшееся в прикромочной зоне ледовых полей в Баренцевом море в апреле 2016 г. Использованы данные, собранные в ходе морской экспедиции на борту НИС "Дальние Зеленцы". Представлены количественные характеристики гидрохимических параметров - кислорода, рН, фосфатов, нитритов, кремния.

T.G. Ishkulova, I.A. Pastukhov

Murmansk Marine Biological Institute KSC RAS, Murmansk, Russia

HYDROCHEMICAL SITUATION IN THE MARGINAL ICE ZONE IN THE BARENTS SEA IN SPRING 2016

Abstract

The distribution of hydrochemical parameters observed in the edge zone of ice fields in the Barents Sea in April 2016 has been considered in the paper. The data collected during the sea expedition on board R/V "Dalnie Zelentsy" are used in this study. Quantitative characteristics of the hydrochemical parameters - oxygen, рН, phosphates, nitrites, silicate - have been presented.

В апреле 2016 г. сотрудниками Мурманского морского института были проведены комплексные исследования в северо-восточной части Баренцева моря в рамках госзадания при финансировании Федерального агентства научных организаций России. В прикромочной зоне ледовых полей данного района на 22 станциях проведено изучение гидрохимического состояния водных масс. Определение параметров гидрохимического комплекса осуществляли общепринятыми методами (Руководство ..., 1993).

Актуальность данных работ определяется тем, что наличие устойчивого ледового покрова существенно влияет на гидрохимический режим акватории. Во-первых, выделяющиеся из морского льда при его опреснении соли изменяют (в сторону увеличения) химический состав подледных вод, что в свою очередь воздействует на их конвективное перемешивание. Во-вторых, солевой состав этих водных масс зависит от наличия ледового покрова, который препятствует проникновению света под лед, что особенно заметно в весенний период (Гидрометеорология ..., 1992).

Общая картина распределения гидрохимических параметров в районе исследований имеет некоторые характерные черты. Так, наибольшие градиенты содержания биогенных элементов наблюдаются в верхнем 50-метровом водном слое, наиболее подверженном воздействию солнечного света, прогревающего данный водный слой и активирующего продукционные процессы. Так же на отдельных станциях отмечается повышенное количество некоторых биогенов в водном столбе, чему способствует слабая стратификация водных слоев, характерная для Баренцева моря в рассматриваемый сезон (Ильин, 1990). Еще одной характерной чертой района является наличие холодных и соленых придонных водных масс, располагающихся ниже 150 м на большей части исследованной акватории. По гидрологическим параметрам такие водные массы определяются как зимние баренцевоморские (Химические ..., 1997; Ожигин, Ившин, 1999; Климатические ..., 2010). По результатам фитопланктонных исследований, полученным в данной экспедиции, в водных массах исследованной акватории не наблюдается заметной продукционной деятельности, поэтому характер распределения параметров гидрохимического комплекса является следствием физико-гидрологических процессов.

В водных массах исследованной акватории количество фосфатов и нитритов уменьшается с севера на юг, а с востока на запад наблюдается тенденция увеличения содержания кислорода

и водородного показателя. Количественные характеристики большинства параметров гидрохимического комплекса соответствуют среднесезонным величинам по Баренцеву морю и согласуются с литературными данными (Жизнь ..., 1985; Гидрометеорология ..., 1992; Химические ..., 1997) [например, по сообщению Г.И. Несветовой (2002), среднемноголетняя концентрация фосфатов в апреле - 47.5 мкг/л]. Необходимо отметить, что диапазон изменения водородного показателя на акватории находится в узких пределах - от 7.7 до 8.1, что, вероятно, является следствием отсутствия стратификации и активности фитопланктона.

На станциях 27 и 31 (рис. 1) присутствуют водные массы, отличающиеся максимальными для района исследований концентрациями кислорода и фосфатов. Вертикальное распределение данных биогенных элементов на этих двух станциях довольно сходно. Содержание фосфатов в поверхности составило 57-60 мкг/л, кислорода - 8.5-9.1 мл/л. На горизонте 25 м насыщенность кислородом имеет максимальную для района исследований величину - 108.4 %. Далее по мере продвижения в глубину высокие, по сравнению с остальными станциями, показатели данных биогенов сохраняются. В придонном слое ст. 27 отмечено максимальное для района исследований содержание фосфатов - 87.2 мкг/л.

Я "Й 45 60 Ш Ш Ш Щ& тЯ 60 Ш 60 в-д

Рис. 1. Распределение фосфатов (мкг/л) и кислорода (мл/л) по горизонтам на станциях

в апреле 2017 г.

Содержание нитритов в Баренцевом море незначительно - не выше 15.0 мкг/л (Жизнь ..., 1985; Гидрометеорология ..., 1992). Их максимальная концентрация обнаружена нами на ст. 51 в поверхностном горизонте -7.4 мкг/л. Среднее количество данного биогена в водных массах района равно 1.9 мкг/л. На поверхности область с минимальным содержанием нитритов (от 0 до 1.5 мкг/л) локализуется на станциях 17-26. Глубже эта область увеличивается, и в придонном слое охватывает всю исследованную акваторию (рис. 2). В северо-восточной части района,

на станциях 38, 44, 50 и 51, в водном слое 50-0 м обнаружено наибольшее количество нитритов, с максимумом на глубине 50 м на ст. 51 (8.6 мкг/л). По литературным данным (Гидрометеорология ..., 1992), более высокое содержание нитритов наблюдаются в зоне кромки льдов на востоке, в тех местах, где фотосинтез начался раньше. И, несмотря на то, что заметной активности фитопланктона не выявлено, наличие таких количеств нитритов позволяет считать данную зону наиболее перспективной для обнаружения центров цветения (Ильин, 1990).

С: Ш ОМ

Ж 40 45 50 55 60 в д.

Рис. 2. Распределение нитритов (мкг/л) по горизонтам на станциях в апреле 2017 г.

Распределение кремния в водных массах района исследований характеризуется как пятнистое. Максимальная концентрация зафиксирована на ст. 31 в придонном горизонте - примерно 83 мкг/л. Минимальные количества кремния отмечены на ст. 42, где в водном столбе от поверхности до дна его содержание увеличивалось от 30 до 50 мкг/л. По литературным данным (Жизнь ..., 1985), минимальные значения данного параметра отмечены в зоне полярного фронта. По результатам наших исследований содержание кремния

вблизи ледовой кромки также довольно низкое, в среднем примерно 60 мкг/л. По мнению В.В. Волковинского (1968), данный биогенный элемент может являться лимитирующим фактором для развития холодолюбивых видов фитопланктона если содержание кремния в воде менее 280 мкг/л.

Придонный слой исследованной акватории выделяется количеством и соотношением параметров гидрохимического комплекса. Ему свойственны высокие средние концентрации фосфатов (50 мкг/л) и кремния (60 мкг/л). Также на данном горизонте обнаружены минимальные для района исследований концентрации нитритов (0.3 мкг/л на ст. 55) и кислорода (6.1 мл/л при насыщенности 75.3 % на ст. 50).

С Температура %о Соленость

30 -,-,-,-,-, 0.0 -,-,-,-,-

Он 25 м 50 м 100 м Дно 0 м 25 м 50 м 100 м Дно

> уч.1 И УЧ-2 Й- УЧ-З

Рис. 3. Вертикальное распределение осредненных по горизонту гидролого-гидрохимических параметров в апреле 2017 г.: участок 1 - станции 16-26, участок 2 - станции 27-42, участок 3 - станции 44-55

Район наших исследований находится на границе расположения основных типов вод Баренцева моря - арктических, атлантических и баренцевоморских, в так называемой полярной фронтальной зоне (Ожигин, Ившин, 1999; Климатические ..., 2010). По пространственному местоположению и характеру вертикального распределения гидролого-гидрохимических параметров исследованную акваторию в прикромочной

зоне ледовых полей мы условно подразделили на 3 участка. На рисунке 3 представлено вертикальное распределение биогенных элементов в выделенных зонах. Выявлены следующие характерные для них черты: 1) наиболее теплая и соленая водная масса на станциях 16-25 является самой обедненной биогенными элементами; 2) максимальные показатели водородного потенциала и низкие концентрации кислорода присущи наименее соленым водным массам на станциях 44-55 (воды на этих станциях по гидрологическим параметрам определяются как арктические).

Таким образом, анализ распределения гидрохимических показателей позволил установить, что на исследованной акватории состояние водных масс определяется в основном физико-гидрологическими условиями. Выявлено, что в придонном горизонте на большей части акватории располагаются водные массы, которые имеют высокую соленость, низкую температуру, минимальное содержание нитритов и кислорода и максимальное - остальных изученных нами параметров гидрохимического комплекса. Необходимо отметить, что:

1) наиболее высокое количество нитритного азота (маркера продукционных процессов) обнаружено на ст. 51;

2) содержание кремния в водных массах исследованной акватории ниже величины, необходимой для развития холодолюбивых видов фитопланктона. Эти противоположные по своим последствиям факты показывают необходимость дальнейшего изучения данного района.

Литература

Волковинский В.В. Основные факторы среды, лимитирующие уровень первичной продукции в океане // Методы рыбохозяйственных химико-океанографических исследований. Ч. 2. М.: Изд-во ВНИРО, 1968. С.125-135.

Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. 1. Баренцево море. Вып. 2. Гидрохимические условия и океанологические основы формирования биологической продуктивности. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. 181 с.

Жизнь и условия ее существования в пелагиали Баренцева моря. Апатиты: Изд. КФ АН СССР, 1985. 218 с.

Ильин Г.В. Океанографическая структура фронтов Баренцева и Норвежского морей весной 1989 года // Экология, воспроизводство и охрана биоресурсов морей Северной Европы: Тез. докл. III Всесоюз. конф., Мурманск, 25-29 июня 1990 г. Мурманск, 1990. С. 40-42.

Климатические изменения морских экосистем Европейской Арктики / Г.Г. Матишов, С.Л. Дженюк, Д.В. Моисеев, А.П. Жичкин // Проблемы Арктики и Антарктики. 2010. № 3(86). С. 7-21.

Несветова Г.И. Гидрохимические условия функционирования экосистемы Баренцева моря. Мурманск: Изд. ПИНРО, 2002. 295 с.

Ожигин В.К., Ившин В.А. Водные массы Баренцева моря. Мурманск: Изд. ПИНРО, 1999. 47 с.

Руководство по химическому анализу морских вод. Руководящий документ. Л.: Гидрометеоиздат, 1993. 265 с.

Химические процессы в экосистемах северных морей (гидрохимия, геохимия, нефтяное загрязнение) / Г.Г. Матишов, Л.Г. Павлова, Г.В. Ильин и др. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 1997. 404 с.