CC BY
5
Буканова Т.В. Тенденции эвтрофирования юго-восточной части Балтийского моря по спутниковым данным: Дис. ... канд. геогр. наук (25.00.28). Калининград, 2014. 142 с.
Евтушенко Н.В., Шеберстов С.В. Использование данных спутникового сканера MODIS-AQUA для исследования циклов цветения фитопланктона в Балтийском море // Современные проблемы дистанционного зондирования земли из космоса. 2016. Т. 13, № 3. С. 114-124.
Aminot A., Rey F. Standard procedure for the determination of chlorophyll a by spectroscopic methods. Denmark, Copenhagen: Int. Coun. Explor. Sea, 2000. 18 p.
Bailey S.W., Werdell P.J. A multi-sensor approach for the on-orbit validation of ocean color satellite data products // Remote Sensing Environment. 2006. Vol. 102. P. 12-23. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.rse.2006.01.015
Determination of photosynthetic pigments in sea-water. Monographs on Oceanographic Methodology. Paris: UNESCO, 1966. 69 p. URL: https://unesdoc. unesco.org/ark:/48223/pf0000071612
Features of the distribution of chlorophyll-a concentration along the western coast of the Novaya Zemlya Archipelago in spring / P.R. Makarevich, V.V. Vodopianova,
A.S. Bulavina, P.S. Vashchenko, T.G. Ishkulova // Water. 2021. Vol. 13, № 24. Article № 3648. URL: https://doi.org/10.3390/w13243648
Makarevich P.R., Vodopianova V.V., Bulavina A.S. Dynamics of the spatial chlorophyll-a distribution at the polar front in the marginal ice zone of the Barents Sea during spring // Water. 2022. Vol. 14, № 1. Article № 101. URL: https://doi.org/10. 3390/w14010101
Quality information document. Ocean colour production centre. For the atlantic and arctic observation products / S. Pardo, T. Jackson, B. Taylor, J. Netting, B. Calton,
B. Howey. 2021. Iss. 2.2. 33 p.
Vodopianova V.V., Vaschenko P.S., Bulavina A.S. Monitoring of chlorophyll-a concentration in the ice edge zone of the Barents Sea in 2017-2018 // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. Vol. 263, Article № 012005. URL: https://doi.org/10.1088/1755-1315/263/1Z012005
Voipio A. The Baltic Sea. Amsterdam: Elsevier, 1981. 418 p.
DOI: 10.37614/2307-5252.2022.4.10.004 УДК 574.583 + 556.047 (268.45)
В.В. Водопьянова, А.С. Булавина, П.Р. Макаревич
Мурманский морской биологический институт РАН, г. Мурманск, Россия
ТЕРМОХАЛИННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ХЛОРОФИЛЛА НА СТАНДАРТНОМ РАЗРЕЗЕ "КОЛЬСКИЙ МЕРИДИАН" В АПРЕЛЕ 2021 ГОДА
Аннотация
В Баренцевом море основная часть годовой первичной продукции пелагиали формируется во время весеннего сукцессионного цикла. Цветение фитопланктона
сопровождается повышением его общей численности и биомассы. Концентрация хлорофилла а отражает изменения биомассы фитопланктона и может служить показателем его продукционных характеристик. В апреле 2021 г. были изучены термохалинные характеристики водной толщи и распределение концентрации хлорофилла а на стандартном разрезе "Кольский меридиан", который находится на пути распространения теплых вод Нордкапского течения и опресненных вод Мурманского прибрежного течения. По разрезу были выделены прибрежные, атлантические и арктические воды. Концентрация хлорофилла а в прибрежных водах изменялась в среднем от 0.57 до 0.86 мг/м3 (максимум 1.1 мг/м3), в атлантических - от 0.1 до 0.34 мг/м3 (максимум 0.50 мг/м3). На станции, расположенной в области интенсивного взаимодействия двух типов вод (в области соленостного и температурного фронтов), были отмечены максимальные концентрации хлорофилла а (0.96-1.39 мг/м3). Расположение и протяженность зон повышенных (или пониженных) концентраций хлорофилла а согласовались с чередованием водных масс. Начало ранневесеннего цветения фитопланктона было приурочено к прибрежной зоне Центрального Мурмана.
Ключевые слова: хлорофилл а, весеннее цветение, водные массы, Баренцево море.
V. V. Vodopyanova, А. S. Bulavina, P.R. Makarevich
Murmansk Marine Biological Institute RAS, Murmansk, Russia
THERMOHALINE CHARACTERISTICS AND SPATIAL DISTRIBUTION OF CHLOROPHYLL ALONG THE STANDART TRANSECT "KOLA SECTION" IN APRIL 2021
Abstract
In the Barents Sea, the major part of the annual primary pelagic production is formed during the spring phytoplankton bloom. A phytoplankton bloom is understood as an annually recurring increase in its total biomass. Chlorophyll a concentration reflects changes in phytoplankton biomass and can serve as an indicator of production characteristics. In April 2021, the thermohaline characteristics of the water column and the distribution of chlorophyll a concentrations along a standard transect "Kola Section" were studied. The Transect was located in the path of the warm waters of the Nordkapp current and the desalinated waters of the Murmansk coastal current. Coastal, Atlantic and Arctic waters were defined along the Transect. Chlorophyll a concentrations in coastal waters varied on average from 0.57 to 0.86 mg/m3 (maximum 1.11 mg/m3), in Atlantic waters from 0.11 to 0.34 mg/m3 (maximum 0.50 mg/m3). At the station located in the area of intensive interaction of two types of waters (in the area of salinity and temperature fronts) maximum concentrations of chlorophyll a (0.96-1.39 mg/m3) were noted. The location and extent of zones of increased (or decreased) chlorophyll a concentrations agreed with the alternation of water masses. The beginning of the early spring phytoplankton bloom was in the coastal zone of Central Murman.
Keywords: chlorophyll a, spring bloom, water masses, Barents Sea.
Введение. В Баренцевом море весеннее развитие фитопланктона
начинается в конце апреля-начале мая. Этому событию предшествует
формирование благоприятного для микроводорослей светового режима во всей толще мелководного Баренцевоморского шельфа, наиболее низкие за весь годовой гидрологический цикл значения температуры воды (до -1.5 °C), а также наличие в пелагиали максимальных годовых концентраций минеральных форм биогенных элементов. Начало вегетации фитопланктона приурочено в первую очередь к зонам прибрежья восточного мелководья и прикромочным районам (Biological ..., 2000).
Изучение хода весеннего развития микрофитопланктона и его пигментного состава дает возможность получения более полной картины сезонной сукцессии и продукционного цикла первичных продуцентов Баренцева моря, так как большая часть годовой биомассы арктического фитопланктона продуцируется во время весеннего сукцессионного цикла. Показателем общего обилия фитопланктона служит количество хлорофилла а.
Баренцево море находится на пути проникновения атлантических вод в Северный Ледовитый океан. Стандартный океанографический разрез "Кольский меридиан" расположен на пути распространения теплых вод Нордкапского течения и опресненных вод Мурманского прибрежного течения. Положение разреза позволяет изучить влияние сразу нескольких типов водных масс на весеннее развитие фитопланктона.
Цель работы - изучение ранневесенних концентраций хлорофилла а и особенностей их распределения в водах различного генеза вдоль стандартного океанографического разреза "Кольский меридиан".
Материал и методы. Работы были проведены в ходе рейса научно-исследовательского судна "Дальние Зеленцы" с 8 по 12 апреля 2021 г. (рис. 1).
Для описания гидрологической структуры водных масс в районе исследований были использованы материалы рейсового отчета (Рейсовый ..., 2021). На 11 станциях выполнен комплекс гидрологических работ. Температуру и соленость воды определяли с помощью СТД-зонда SEACAT SBE 19 plus V2 (Sea-Bird Scientific, США). Для определения положения границ водных масс на поверхности моря были вычислены горизонтальные градиенты температуры и солености. В качестве критерия наличия фронтальной зоны принимались значения градиентов температуры и солености, превышающие климатические градиенты для Баренцева моря (0.01 °С/км и 0.001 PSU/км) (Воды ..., 2016).
Отбор проб морской воды для определения концентраций хлорофилла а (мг/м3) осуществляли в фотическом слое пелагиали на горизонтах 0, 25, 50 м. Использовали батометры Нискина на 5 и 10 л (Hydro-Bios, Германия). Всего было отобрано и обработано 18 проб (6 станций). Мы придерживались методических рекомендаций (Aminot, Rey, 2000), основанных на классическом методе определения концентраций хлорофилла а ЮНЕСКО (Determination ..., 1966). Отклонений от методики не допускалось. Пробы воды объемом 5 л для
каждого горизонта фильтровали немедленно на вакуумной установке в судовой лаборатории. Использовали мембранные фильтры Владипор диаметром 47 мм и размером пор 0.6 мкм. После фильтрации фильтры, сложенные пополам осадком внутрь, хранились в морозильной камере в эксикаторе с силикагелем при температуре -20 оС. Дальнейшая обработка образцов проводилась в стационарной гидрохимической лаборатории. Осадок экстрагировали 90 %-м ацетоном. После гомогенизации проводили центрифугирование образцов при 8000 об/мин. Концентрацию хлорофилла a в экстракте определяли на спектрофотометре Nicolet Evolution 500 (Spectronic Unicam, Великобритания).
Рис. 1. Карта-схема расположения станций отбора проб в апреле 2021 г. Положение кромки льда указано по: Remote ..., 2007; https://worldview.earthdata. nasa.gov/
Fig. 1. Location of stations in the April 2021. The ice edge location according to: Remote ..., 2007; https://worldview.earthdata.nasa.gov/
Результаты и обсуждение. Центральная часть разреза "Кольский меридиан" пересекает потоки теплых атлантических вод системы Нордкапского течения, южная - воды Мурманского прибрежного течения, северная - достигает арктических вод.
Граница распространения опресненных прибрежных вод определялась на поверхности моря между станциями 74 и 73. Градиент солености на поверхности моря между этими станциями составлял 0.002 PSU/км. Соленость прибрежных вод колебалась в пределах 34.44-34.65 PSU, температура - 3.4-3.6 оС (рис. 2).
Рис. 2. Температура и соленость на разрезе "Кольский меридиан" Fig. 2. Water temperature and salinity at the Transect "Kola Section"
На станциях 73-67 выделены атлантические воды центральной ветви Нордкапского течения. Максимальная соленость была отмечена
на станциях 70-72 на глубине около 100 м - 34.95 PSU. На станции 66 от поверхности до 100 м располагались арктические воды, имеющие отрицательную температуру (-1.2 оС) и пониженную соленость (34.44 PSU), придонный слой был занят трансформированной атлантической водой (0.8 оС, 34.84 PSU) (рис. 2).
Концентрация хлорофилла а Разрез "Кольский меридиан" включал станции, выполненные в различных водных массах (рис. 3). Станции 74, 75 и 76 находились в прибрежных водах, концентрации хлорофилла а были достаточно высокими во всем слое 0-50 м - 0.65±0.04 мг/м3 (0 м), 0.86±0.28 мг/м3 (25 м), 0.57±0.08 мг/м3 (50 м). Максимальное содержания хлорофилла отмечено на горизонте 25 м - 0.91 и 1.11 мг/м3.
Рис. 3. Концентрация хлорофилла a на разрезе "Кольский меридиан". Красная линия - температурный фронт, синяя - соленостный фронт
Рис. 3. Concentrations of chlorophyll a at the Transect "Kola Section". Red line - temperature front, blue line - salinity front
Станции 67, 72 и 73 были выполнены в атлантических водах. На станциях 67 и 72, расположенных в атлантических водах за пределами фронтальной зоны, концентрации хлорофилла а были низкими - не более 0.34±0.23 мг/м3 (25 м), на ст. 73 высокими - максимум 1.39 мг/м3 (50 м). Обращает на себя внимание ст. 73, которая находится вблизи области распространения прибрежных вод. Термохалинные характеристики водной толщи на ст. 73 больше соответствовали атлантической воде, чем прибрежной. Однако, соленостный фронт на поверхности моря проходил между станциями 74 и 73, а температурный - между станциями 73 и 72. Таким образом, ст. 73 оказалась в области интенсивного взаимодействия двух типов вод. В атлантических водах мы не обнаружили высоких концентраций хлорофилла. Это позволяет предполагать, что причина более высоких концентраций хлорофилла на ст. 73 кроется в развитии фитопланктона, поступающего из прибрежных вод.
Весеннее цветение - это ежегодное и кратковременное повышение биомассы и численности фитопланктона. Начало весенней вегетации фитопланктона в незамерзающих частях Баренцева моря начинается в конце марта-начале апреля и приурочено в первую очередь к мелководным районам юго-восточной части баренцевоморской акватории и водам вблизи кромки льда (Biological ..., 2000). Весенний максимум развития фитопланктона формируется в основном за счет ранневесенних арктобореальных неритических диатомовых водорослей (Makarevich et al., 2012). В открытой части Баренцева моря регистрируется один весенний максимум развития фитопланктона. Концентрации могут достигать значений около 5 мг/м3 (Features ..., 2021; Makarevich et al., 2022). Максимум цветения непродолжителен, и после этого происходит быстрое снижение показателей продуктивности сообществ пелагических микроводорослей. Мощное (стремительное) цветение микроводорослей приводит к быстрому падению запасов питательных веществ в верхних слоях пелагиали, а наличие резкой стратификации препятствует пополнению этого запаса из нижележащих слоев (Кузнецов, Шошина, 2003).
По нашим данным, в апреле 2021 г. концентрации хлорофилла a в прибрежных водах Центрального Мурмана изменялись в среднем от 0.57±0.08 до 0.86±0.28 мг/м3, что является высоким показателем для этих вод и характеризует стадию активного развития в сукцессионном цикле фитопланктонного сообщества. Прибрежные воды Баренцева моря отличаются несколькими вспышками развития фитопланктона (от 3 до 4) за вегетационный период, однако среднее содержание хлорофилла в период активного развития в прибрежной зоне на юго-западе Баренцева моря невысоко и составляет порядка 1 мг/м3 (Кузнецов, Шошина, 2003).
Самые низкие концентрации хлорофилла а в период исследований были характерны для атлантических вод (станции 67, 72), где концентрации изменялись в среднем от 0.11±0.06 до 0.34±0.23 мг/м3 (максимум 0.50 мг/м3). Столь низкие концентрации хлорофилла означают, что в атлантических водах активизация весеннего развития фитопланктона еще не наступила. По некоторым данным концентрации хлорофилла a в атлантических водах в мае могут достигать значений около 5 мг/м3 (Features ..., 2021). На станции 73, расположенной в атлантической водной массе и в области соленостного и температурного фронтов, концентрации хлорофилла а были максимальными для разреза "Кольский меридиан" - до 1.39 мг/м3. Отсутствие значимых концентраций хлорофилла a (не > 0.50 мг/м3) на других станциях, выполненных в атлантической воде, позволяет предположить, что высокие концентрации хлорофилла обусловлены влиянием прибрежных вод и возможной адвекцией фитопланктона из прибрежной зоны.
Заключение. Особенности пространственного распределения хлорофилла а, наблюдаемые нами в весенний период 2021 г. на стандартном разрезе "Кольский меридиан" - это результат влияния водных масс различного генеза. Расположение и протяженность зон повышенных (или
пониженных) концентраций хлорофилла a согласуются с чередованием водных масс. Локальные максимумы хлорофилла были зарегистрированы в прибрежной зоне Центрального Мурмана и в атлантической воде в области влияния прибрежных вод, что свидетельствует о приуроченности начала ранневесеннего цветения фитопланктона на юго-западе Баренцева моря к прибрежным районам.
Авторы благодарят сотрудников Мурманского морского биологического института РАН за отбор проб в экспедиционных условиях.
Работа выполнена по теме "Планктонные сообщества арктических морей в условиях современных климатических изменений и антропогенного воздействия" (№ госрегистрации 121091600105-4) в рамках государственного задания ММБИ РАН.
Литература
Воды Баренцева моря: структура, циркуляция, изменчивость / В.К. Ожигин, В.А. Ившин, А.Г. Трофимов, А.Л. Карсаков, М.Ю. Анциферов. Мурманск: Изд-во ПИНРО, 2016. 260 с.
Кузнецов Л.Л., Шошина Е.В. Фитоценозы Баренцева моря (физиологические и структурные характеристики). Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2003. 308 с.
Рейсовый отчет комплексной экспедиции на НИС "Дальние Зеленцы" в Баренцево море (10.03-14.04.2021 г.) / Ред. П.Р. Макаревич. Мурманск: Изд. ММБИ РАН, 2021. 99 с.
Aminot A., Rey F. Standard procedure for the determination of chlorophyll a by spectroscopic methods. Denmark, Copenhagen: Int. Coun. Explor. Sea, 2000. 18 p.
Biological atlas of the Arctic seas 2000: Plankton of the Barents and Kara seas, 2000. URL: https://www.nodc.noaa.gov/OC5/BARPLANK/start.html (Дата обращения 20.03.2022).
Determination of photosynthetic pigments in sea-water. Monographs on Oceanographic Methodology. Paris: UNESCO, 1966. 69 p. URL: https://unesdoc. unesco.org/ark:/48223/pf0000071612
Features of the distribution of chlorophyll-a concentration along the western coast of the Novaya Zemlya Archipelago in spring / P.R. Makarevich, V.V. Vodopianova, A.S. Bulavina, P.S. Vashchenko, T.G. Ishkulova // Water. 2021. Vol. 13, № 24. Article № 3648. URL: https://doi.org/10.3390/w13243648
Makarevich P.R., Druzhkova E.I., Larionov V.V. Primary producers of the Barents Sea // Diversity of Ecosystems. 2012. P. 367-393. DOI: 10.5772/37512
Makarevich P.R., Vodopianova V.V., Bulavina A.S. Dynamics of the spatial chlorophyll-a distribution at the polar front in the marginal ice zone of the Barents Sea during spring // Water. 2022. Vol. 14, № 1. Article № 101. URL: https://doi.org/ 10.3390/w14010101
Remote sensing of the sea ice in the Northern Sea Route. Stusies and applications / O. Johannessen, V.Yu. Alexandrov, I.E. Frolov, S. Sandven, L.H. Petersson, L.P. Bobylev, K. Kloster, V.G. Smirniv, Y.U. Mironov, N.G. Babich. Chichester, UK: Praxis Publ., 2007. 464 p. + Index. URL: https://www.nersc.no/sites/www.nersc.no/ files/front-matter.pdf
