Химическая океанография арктических морей России (стр. 2 )

Береговая линия Карского моря сложна и извилиста. Восточные берега Новой Земли изрезаны многочисленными фьордами. Материковое побережье также изрезано. Основными заливами Карского моря являются: Енисейский, Пясинский и Таймырский, а также Байдарацкая, Обская, Тазовская и Гыданская губы. Менее извилисто западное побережье островов Северная Земля. Побережье Карского моря принадлежит к различным морфологическим типам берегов. Преимущественно, это абразионные, но встречаются аккумулятивные и ледяные берега. Восточные берега Новой Земли обрывистые и холмистые, а материковое побережье местами низменное и пологое, местами обрывистое.

Море Лаптевых располагается между побережьем Сибири, полуостровом Таймыр, островами Северная Земля и Новосибирскими островами. Граница с Арктическим бассейном проведена от мыса Арктического (Северная Земля) до границы материкового склона к северу от острова Котельный (точка с координатами 79° с. ш. и 139° в. д.). На западе соединяется с Карским морем проливами Вилькицкого, Шокальского и Красной Армии, а на востоке - с Восточно-Сибирским морем проливами Дмитрия Лаптева, Этерикан и Санникова, а также на обширном пространстве к северу от Новосибирских островов. Площадь моря Лаптевых около 662 тыс. км2, объем воды 353 тыс. км3. Средняя глубина моря 578 м, а наибольшая - 3385 м. Глубины менее 50 м занимают 53 % площади моря.

В море Лаптевых несколько десятков островов общей площадью 3784 км2, расположенных преимущественно в юго-западной части моря. В северо-восточной части моря расположены острова Столбовой и Бельковский.

Основные заливы моря Лаптевых: Хатангский, Анабарский, Оленекский, Янский и губа Буор-Хая - все они очень мелкие (глубина до 20 м).

Восточно-Сибирское море расположено у северо-восточных берегов Азии между Новосибирскими островами и островом Врангеля. Северная граница с Арктическим бассейном проведена от точки 79° с. ш. и 139° в. д. до точки 76° с. ш. и 180° в. д. С Чукотским морем соединяется проливом Лонга и севернее острова Врангеля. Площадь моря составляет 913 тыс. км2. Средняя глубина 45 м, а объем воды 49 тыс. км3. Глубины менее 50 м занимают около 72 % площади моря. Рельеф дна выровненный, полого понижающийся к северу (Атлас Океанов, 1980). Преобладающая глубина в западной и центральной частях моря составляет всего 10¸20 м, а в восточной части моря глубина 30¸40 м. Характерной особенностью дна является подводная многолетняя мерзлота и реликтовый лед, покрытые слоем донных отложений. В южной части моря есть неглубокие желоба - затопленные участки русел рек доледникового и ледникового времени и депрессии тектонического происхождения. В море располагается несколько островных групп: Новосибирские острова, Медвежьи, Айон и Шалаурова. Новосибирские острова состоят из трех групп островов: Ляховские острова (острова Большой Ляховский и Малый Ляховский), острова Анжу (острова Котельный, Земля Бунге, Фаддеевский и Новая Сибирь) и острова Де-Лонга (острова Беннета, Жохова, Жанетты и Генриетты). Рельеф Новосибирских островов весьма разнообразен: Ляховские острова, острова Котельный и Новая Сибирь - холмистые, с отдельными горами; остров Земля Бунге - низменный и при нагонных ветрах, вызывающих подъем уровня, частично притапливается. Острова Де-Лонга высокие и скалистые. Острова Медвежьи и Айон расположены у южного берега Восточно-Сибирского моря. Некоторые острова целиком сложены из ископаемого льда и песка и подвергаются интенсивному разрушению.

Основные заливы Восточно-Сибирского моря: Чаунская губа, Колымский залив, Омуляхская и Хромская губы. Береговая линия изрезана относительно слабо. Южный берег Восточно-Сибирского моря до устья реки Колымы представляет собой однообразную равнину. К востоку от устья Колымы берег гористый, отдельные вершины достигают высоты 1000 м.

Чукотское море расположено у Чукотского полуострова и полуострова Аляска. Северная граница с Арктическим бассейном проведена условно от точки 76° с. ш. и 180° в. д. до точки 72° с. ш. и 157° з. д. (меридиан мыса Барроу). Соединяется с Беринговым морем на юге Беринговым проливом, на западе с Восточно-Сибирским морем, а на востоке с морем Бофорта. Площадь моря 596 тыс. км2. Средняя глубина 77 м, объем моря 42 тыс. км3. Глубины менее 50 м занимают 56 % моря. Шельф разрезают с севера два подводных каньона: Геральд (примерно вдоль 175° з. д.) и Барроу (примерно параллельно побережью Аляска). В северной части моря расположено несколько подводных возвышенностей. Берега преимущественно гористые, береговая линия изрезана слабо. Островов мало: Врангеля, Геральд, Колючин. Наиболее крупные заливы: залив Коцебу и Колючинская губа.

Арктические моря являются окраинными морями Северного Ледовитого океана и расположены на обширном шельфе (Рис. 1). Их объединяет не только общее место расположения, но также общие черты физико-географических, климатических и гидрологических условий. Все эти моря очень мелкие, глубины до 50 м составляют от 40 до 70 % площади морей. Исключением можно считать глубокие желоба в Карском море и северную часть моря Лаптевых, где географическая граница проведена без учета морфологических данных. В состав моря Лаптевых включена часть котловин Нансена и Амундсена с глубинами более 3500 м. Мелководные районы морей представляют наибольший интерес для оценки переноса и трансформации химических веществ, а их гидрохимическая структура сложна и изменчива. При этом увеличивается значение таких факторов, как изрезанность береговой линии, наличие заливов, островов и островных групп, геологическое строение и абразия берегов, формы микрорельефа дна, строение и состав донных отложений и т. п.

3.1. Климатические особенности арктических морей

Арктические моря находятся за северным полярным кругом в суровых климатических условиях. В зависимости от широты полярная ночь продолжается от 2 до 4 месяцев, столько же длится полярный день. Средние температуры воздуха над морями зимой составляют от -20 до -35 °С. Самая низкая температура воздуха характерна для моря Лаптевых, где в северных районах минимальные значения ниже -50 °С. В Карском и Чукотском морях климат несколько мягче, так как сказывается влияние в первом случае Атлантического, а во втором - Тихого океанов. Летом воздух прогревается до 10¸15 °С в южных районах морей, а в северных до 0 °С, но иногда в течение лета в некоторых районах сохраняются отрицательные температуры. Устойчивый переход температуры через 0 °С на положительные значения в южных частях арктических морей происходит в середине июня. Осенний переход температуры через 0 °С происходит в конце августа, а в западных районах Карского моря в конце сентября. Изменчивость дат перехода температуры через 0 °С значительная. Самые ранние и самые поздние даты могут отличаться на 1,5¸2 месяца. Причина такого колебания сроков заключается в особенностях атмосферной циркуляции и ледовых условий отдельных лет (Советская Арктика, 1970).

Солнечная радиация - один из основных источников тепла и энергии для биохимических процессов. Годовой приток суммарной солнечной радиации на поверхность арктических морей составляет 2700¸3000 МДж/м2. Около 70 % суммарной солнечной радиации приходится на долю рассеянной радиации. Восточно-Сибирское море является самым солнечным из морей Сибирского шельфа. Продолжительность солнечного сияния над его акваторией за год в сумме составляет 1200 часов (только в апреле 250¸300 часов). Благодаря высокой прозрачности арктического воздуха здесь очень велика интенсивность прямой радиации, которая на 10¸15 % выше, чем в умеренных широтах (Черниговский и Маршунова, 1965).

В годовом ходе наибольшее поступление солнечной радиации приходится на май-июнь (40¸50 % годовой суммы). Однако, в это время моря еще покрыты сплошным льдом и снегом с высокой отражательной способностью. Поэтому 60 % приходящей радиации уходит в атмосферу. В среднем за год сумма поглощенной радиации поверхностью арктических морей не превышает 1000¸1500 МДж/м2, а в северных районах - 800 МДж/м2. Если наибольшее поступление радиации отмечается в мае - июне, то максимальное поглощение приходится на июль и август, когда снежный покров тает. Радиационный баланс арктических морей за год положительный. Однако, с сентября по апрель он отрицательный. В южных частях арктических морей его величины сравнимы со значениями радиационного баланса умеренных широт (Черниговский и Маршунова, 1965).

Атмосферная циркуляция над арктическими морями определяется влиянием Исландской и Алеутской депрессий, а также Арктического и Сибирского максимумов атмосферного давления (Советская Арктика, 1970). Атмосферная циркуляция имеет ярко выраженный сезонный характер. Зимой атмосферная циркуляция в западном районе Арктики определяется наличием двух центров действия атмосферы: Исландского минимума и Сибирского максимума. С ложбиной исландского минимума связаны основные траектории циклонов, перемещающихся с запада на восток и вызывающих над акваторией Карского моря и западной частью моря Лаптевых резкие повышения температуры воздуха и усиления ветра. Барическое поле обуславливает преобладание над морями в зимний период ветров с южной составляющей (Атлас Арктики, 1985). Атмосферная циркуляция над Восточно-Сибирским морем зимой определяется областью пониженного давления над северной частью и отрогом высокого давления над южной частью. На северо-западный район моря нередко в зимнее время выходят глубокие циклоны с северо-запада, где они, как правило, заполняются.

Весной (апрель - май) происходит перестройка атмосферной циркуляции, и летом характер барического поля по сравнению с зимним меняется на противоположный (Советская Арктика, 1970). Развивается активная циклоническая деятельность над континентом, а над Карским морем формируется область повышенного атмосферного давления. В связи с этим над Карским морем в летний период преобладают ветры северных и северо-восточных направлений, то есть имеют устойчиво выраженный характер летнего муссона (Атлас Арктики, 1985). В летние месяцы северные части морей Лаптевых и Восточно-Сибирского находятся преимущественно под влиянием южной периферии Арктического антициклона. Поле повышенного давления эпизодически разрушается глубокими циклонами со стороны Карского моря при западно-восточном переносе воздушных масс в Арктике. Выходы циклонов с запада в летнее время наблюдаются не более двух раз в месяц. Более часто наблюдаются выходы циклонов с юга и юго-запада. Южные циклоны приносят теплые воздушные массы со стороны материка. Чукотское море большую часть года находится под влиянием Алеутской депрессии.

3.2. Ледовые условия в арктических морях

Арктические моря объединяет то, что большую часть года они покрыты льдом, толщина которого к концу зимы достигает 2 м. Важной особенностью ледовых условий морей сибирского шельфа является широкое развитие припая, внешняя кромка которого располагается в некоторых районах в сотнях километров от побережья. За кромкой припая располагаются дрейфующие льды, которые при отжимных ветрах отступают от кромки, при этом образуются заприпайные полыньи, играющие важную роль в формировании гидрологического режима (Захаров, 1966; 1996). В ряде районов создаются условия, при которых заприпайные полыньи имеют стационарный характер.

Льды арктических морей в основном однолетние, только в Восточно-Сибирском море доля многолетних льдов достигает 20 % от площади. Однако в отдельные годы количество многолетних льдов может существенно меняться (Захаров, 1996). Первые признаки разрушения льда появляются в мае. Процесс очищения морей ото льда продолжается около трех месяцев. В конце сентября в северных районах начинается образование нового льда. К началу ноября арктические моря от Новой Земли до Берингова пролива покрыты сплошным льдом (Захаров, 1996). Образование и таяние льда оказывает огромное влияние на формирование водных масс. Кроме того, ледовые условия: распространение припая, расположение и развитие заприпайных полыней, интенсивность ледообразования и таяния льда, положение кромки дрейфующих льдов летом и т. д. - все они имеют большое значение для формирования гидрологической и гидрохимической структуры морей, и учитываются при оценке переноса и трансформации веществ в арктических морях и за их пределы (Dethleff, 1995; Eicken et al., 1995; Reimnitz et al., 1995). В тоже время действуют обратные связи. В зависимости от химического состава льда, от количества вмерзших в лед осадков и от того, как развиты колонии диатомовых водорослей на льду и подо льдом, меняются многие свойства ледяного покрова, в том числе его отражательная способность.

3.3. Речной сток в арктические моря

Общей особенностью арктических морей является то, что на их климатические, ледовые, гидрологические, гидрохимические, биологические и седиментологические условия оказывает влияние огромный сток пресной воды с материка и островов (Иванов, 1976). Наибольшему влиянию речного стока подвержено Карское море, в которое реки Енисей, Обь, Надым, Пур, Таз, Пясина, Нижняя Таймыра и множество малых рек сбрасывают в среднем 1347,4 км3 воды (Иванов, 1976; Атлас Арктики, 1985), и более 150 млн. тонн взвешенных и растворенных органических и минеральных веществ ежегодно. В море Лаптевых за год поступает 766,7 км3 пресной воды и 70 млн. тонн взвешенных и растворенных веществ со стоком рек Лена, Хатанга, Анабар, Оленек, Яна и многих других менее крупных рек. В Восточно-Сибирское море речной воды поступает существенно меньше, только 250 км3. Считается, что Чукотское море испытывает незначительное влияние речного стока (Никофоров и Шпайхер, 1980; Русанов и др., 1976). Действительно сток наиболее крупной реки, впадающей в Чукотское море, - Амгуемы, составляет всего 8 км3 в год, а общий сток пресной воды в море - 78,3 км3. Однако при оценке водного баланса Чукотского моря следует учитывать сток реки Юкон, которая впадает в Берингово море, но часть ее стока переносится Юконским течением через Берингов пролив на север и оказывает влияние на гидрологические и гидрохимические условия в Чукотском море. Если добавить к стоку рек в Чукотское море сток реки Юкон, то суммарный сток пресной воды составит около 300 км3, что сопоставимо с речным стоком в Восточно-Сибирское море.

Важно отметить, что речной сток в моря поступает в течение года крайне неравномерно. От 70 до 90 % стока сбрасывается в летние месяцы. Так как питание рек в основном снеговое, то в период паводка, в конце мая и в июне наблюдаются наибольшие расходы воды в реках, сопровождаемые ледоходом. Поступление речной воды в моря имеет «залповый» характер, и оно совпадает по времени с началом таяния снега на льду и с разрушением морского льда.

Крупнейшие реки: Енисей, Лена и Обь - дренируют огромную территорию Западной и Восточной Сибири. Доля дождевого питания этих рек достигает 30¸40 %, а подземного 10¸15 %. Половодье на этих реках растягивается во времени до июля - августа. Основная часть растворенных и взвешенных веществ сбрасывается в моря в период паводка. Зимой речной сток минимальный, многие крупные реки перемерзают до дна уже в декабре, и их сток до мая практически нулевой. Перемерзают до дна даже некоторые крупные протоки реки Лена.

3.4. Гидрологические особенности арктических морей

Вода в поверхностном слое арктических морей большую часть года имеет отрицательную температуру, равную температуре замерзания при соответствующей солености или близкую к этой температуре. Сезонная изменчивость теплового состояния поверхностных вод определяется, как годовым ходом радиационного баланса и температурой воздуха, так и адвекцией тепла из соседних морей и рек, под воздействием чего происходит нагревание воды от температуры ледообразования до относительно высоких значений температуры воды, наблюдающихся в августе - сентябре.

С глубиной температура меняется, но в большинстве районов арктических морей под главным пикноклином она отрицательная. Исключением является слой теплой атлантической воды, поступающей из Арктического бассейна в моря Карское и Лаптевых по глубоководным желобам.

Ключевым вопросом при изучении структуры арктических морей является вопрос о водных массах. Поскольку данная работа посвящена исследованию гидрохимической структуры и одной из основных задач является оценка химических свойств водных масс, то вопросы формирования, движения и трансформации водных масс будут рассматриваться на протяжении всей работы. В этой главе лишь коротко указаны основные положения, постулированные в работах, выполненных ранее по этой проблеме.

Водные массы арктических морей были определены по температуре и солености (Березкин, 1939; Тимофеев, 1960; 1961; 1962; Никифоров и Шпайхер, 1980). В Карском море выделяют: поверхностную воду Арктического бассейна, поверхностную воду Карского моря, баренцевоморские воды, атлантические воды и речные воды. В море Лаптевых выделены: поверхностная вода Арктического бассейна, поверхностная вода моря Лаптевых, атлантическая вода, придонная вода, располагающаяся под атлантической, и речная вода. Такой же ограниченный набор водных масс с похожими названиями выделяли и в Восточно-Сибирском море (Никифоров и Шпайхер, 1980; Добровольский и Залогин, 1982). В Чукотском море основное внимание уделялось изучению потока воды из Тихого океана. В Беринговом проливе выделено несколько различных водных масс тихоокеанского происхождения (Федорова и Янкина, 1965; Коучмен и др., 1979; Рыжов и др., 1984).

Попытка дополнить и развить теорию формирования водных масс с использованием гидрохимических параметров существенных успехов не принесла (Гурьянова и Мусина, 1960; Казеева. 1960; Русанов и Беляков, 1972; Русанов и Васильев, 1976; Русанов и др., 1976; Рыжов и др., 1984), так как за основу были взяты водные массы, выделенные по термохалинным характеристикам. Авторы использовали ту же номенклатуру и те же подходы к анализу морской среды, допуская при этом принципиальные ошибки: произвольное толкование определения “водная масса”, игнорирование основных положений теории о структуре и структурных зонах Мирового океана (Степанов, 1970; 1974; 1983). Не учитывалось время образования водной массы, и нарушался принцип типологии о необходимом и достаточном количестве параметров для выделения таксона. Более плодотворным было использование гидрохимических параметров при исследовании водных масс Арктического бассейна (Белышева 1970; Беляков и Русанов, 1971; Мусина, 1960; Русанов, 1974; 1975; Русанов и Шпайхер, 1979), видимо, потому что структура Арктического бассейна более устойчива, чем структура арктических морей.

Циркуляция водных масс в арктических морях

В арктических морях циркуляционные системы характеризуются значительным разнообразием, сложностью и изменчивостью. Их изменчивость связана с неравномерным поступлением речных вод и с переменой ветров. Изменение направления преобладающих ветров приводит к перестройке общей системы обращения вод, которая сформировалась в зависимости от плотности воды, рельефа дна и силы Кориолиса. Для арктических морей характерно циклоническое обращение водных масс. Квазистационарные циклонические системы выделены в юго-западной части Карского моря, для морей Лаптевых и Восточно-Сибирского в целом и в северо-западной части Чукотского моря (Атлас Арктики, 1985; Кулаков, 1993 а; 1993 б). Инструментальные данные о течениях в арктических морях очень ограничены, а результаты моделирования иногда слишком далеки от действительности. Поэтому, руководствуясь общей теорией циркуляции вод в Северном Ледовитом океане (Трешников и Баранов, 1972; Никифоров и Шпайхер, 1980), можно предположить, что над каждым понижением рельефа дна (над котловиной, впадиной или желобом) в арктических морях, а также в каждом заливе существуют циклонические круговороты. Напротив, над возвышенными элементами рельефа дна и вокруг всех островов следует ожидать антициклоническое движение воды. Очень интересное, но мало изученное распределение потоков воды имеет место в желобах и подводных долинах арктических морей (Dmitrenko et al., 1995).

Основными потоками, определяющими циркуляцию поверхностных вод Карского моря, являются следующие постоянные течения: Ямальское, Обь-Енисейское, Восточно-Новоземельское, "Святой Анны" и Западно-Таймырское (Советская Арктика, 1970; Атлас океанов, 1980; Добровольский и Залогин, 1982).

Система постоянных течений в поверхностном слое моря Лаптевых образует довольно хорошо выраженную циклоническую циркуляцию вод (Советская Арктика, 1970; Атлас океанов, 1980; Добровольский и Залогин, 1982). Вдоль берега материка, с запада на восток, следует прибрежное течение. В восточной своей части оно усиливается Ленским течением. Большая часть его, на подходах к Новосибирским островам принимает сначала северо-западное, а затем и северное направление и в виде Новосибирского течения, вливается в Трансарктическое течение, идущее с востока на запад. В районе Северной Земли воды южной периферии Трансарктического течения принимают генеральное направление на юг и в виде Восточно-Таймырского течения достигают прибрежного потока, замыкая тем самым циклонический круговорот поверхностных вод моря. Часть вод Новосибирского течения уходит через пролив Санникова в Восточно-Сибирское море.

В поверхностном слое Восточно-Сибирского моря хорошо просматривается прибрежное течение, следующее с запада на восток и уходящее через пролив Лонга в Чукотское море (Pavlov et al., 1996). Отчетливо выражено также поступление вод из моря Лаптевых через пролив Санникова. Что касается циклонического круговорота, столь характерного для всех морей северного полушария, то он смещен в восточную часть Восточно-Сибирского моря, причем его центр находится в районе о. Врангеля. Воды северной периферии круговорота уходят в генеральном направлении на северо-запад и вливаются в Трансарктическое течение. Скорости постоянных течений небольшие и лишь местами превышают 5 см/с.

В Чукотском море выделяют: Чукотское (юго-западный поток вдоль Чукотского полуострова) и Тихоокеанское течения, причем последнее разделяется на три ветви: Аляскинскую, Врангелевскую и Лонговскую (Кулаков, 1993).

Приливные течения и приливные колебания уровня в арктических морях небольшие, за исключением Хатангского залива, где в сизигию амплитуда колебания уровня возрастает до 2 м. Сгонно-нагонные колебания уровня могут превышать 2,5 м.

В арктических морях выявлено семь типов элементарных процессов с определенным комплексом гидрологических условий, куда входят циркуляция вод, термогалинные поля, характер и перемещение ледяного покрова, а также колебания уровня (Крутских, 1978). Формирование каждого типа связано с определенными метеорологическими условиями.

3.5. Гидробиологические особенности арктических морей

Структура, распределение и функционирование экосистем арктических морей зависит от глубины, рельефа дна, состава и свойств грунта и донных отложений, гидрологических, ледовых, а также гидрохимических условий. В связи с чем, видовое богатство экосистем распределено в морях неравномерно (Голиков и др., 1983; Голиков, 1984).

Биогеографическое деление арктического шельфа разрабатывалось по отдельным видам животных и растений многими исследователями. В соответствии с происхождением и распространением видов выделены следующие биогеографические группы: широко распространенные бореально-арктические, которые встречаются в бореальных водах Тихого и Атлантического океана, а также в Арктике; высокобореально-арктические, встречающиеся в высокобореальных водах, которые подразделяются на тихоокеанские, атлантические и широко распространенные; всесветные - распространенные повсеместно (Голиков и др., 1994). Важной особенностью арктических морей является существование в эстуарно-арктических и ледовых комплексов.

Фитопланктон и первичная продуктивность

В течение короткого арктического лета гидрохимические условия во всех структурных зонах неразрывно связаны с жизненным циклом фитопланктона. Микроводоросли в поверхностной структурной зоне используют накопленные за зиму биогенные элементы для своего развития и выделяют кислород при фотосинтезе. В более глубоких слоях происходит разложение и растворение отмирающих клеток или их остатков, при этом происходит обогащение воды минеральными биогенными элементами, а на окисление расходуется растворенный в воде кислород. Растворенные и взвешенные вещества подвергаются сложнейшей переработке, в которой большую роль играют бактерии. Последняя стадия трансформации веществ происходит в донных отложениях.

Клетки микроводорослей в арктических морях появляются во второй половине апреля, что связано с увеличением солнечной активности и светового дня. Максимум плотности поселения микроводорослей отмечается обычно в середине июля. Пик цветения продолжается не более 10 дней. В середине августа в некоторых районах существует второй пик развития фитопланктона (Галкина и др., 1994). Продолжительность вегетационного периода в арктических морях 3¸4 месяца (Усачев, 1947). Он начинается в июне и кончается в сентябре. Сезонные изменения не имеют ни строго определенных календарных сроков, ни определенной пространственной последовательности. В центральных районах морей, кроме весны, на небольшой срок выражено лето. Периоды цветения водорослей могут быть и короткими, и затяжными. Биологическое лето может наступить значительно раньше и охватить северные районы, которые в другие годы в это же календарное время находились в весеннем состоянии. Главные причины межгодовых различий в наступлении биологических сезонов - метеорологические, гидрологические и ледовые условия. В открытых районах арктических морей развитие фитопланктона происходит в очень короткий промежуток времени с одним пиком «цветения» при быстром переходе ранневесеннего комплекса в поздневесенний, совмещенный с летним (Ширшов, 1936).

Сборы ледовых водорослей, проведенные с дрейфующих и припайных, в основном однолетних льдов на акватории Карского моря в 1989 и 1990 гг в экспедициях ААНИИ "Север-41" и "Север-42", позволяют утверждать, что развитие одноклеточных водорослей, главным образом, диатомовых, активно происходит в марте, апреле и в мае. Основная биомасса сосредоточена в нижнем слое льда толщиной около 1 см, реже до 3,5 см, на границе с водной толщей. Возможно, во второй половине мае или в июне, по мере таяния льдов, ледовые водоросли попадают в водную толщу; большая часть их оседает на дно, а меньшая - поддерживает популяции некоторых видов фитопланктона. Таким образом, продолжительность вегетационного периода одноклеточных планктонных и ледовых водорослей в Карском море составляет около 8 месяцев. Также есть основания предполагать, что интервал между весенними пиками биомассы во льду и в водной толще может составлять около 3¸3,5 месяцев (Околодков, 1988; 1992).

В течение вегетационного периода происходит смена видового состава в фитопланктонном сообществе арктических морей (Ширшов, 1936; 1937). В арктических морях преобладают диатомовые водоросли (Усачев, 1968; Полякова, 1997; Рыжов и др., 1984; Гогорев, 1994). В Чаунской губе, например, более 88 % общего числа видов фитопланктонного сообщества приходится на долю диатомовых водорослей, явление широко распространенное для арктических морей, но установлено неожиданно большое количество бореальных и широко распространенных видов, в то время как лишь 5,9 % приходится на долю собственно арктических видов (Галкина и др., 1994).

В арктических морях планктонная фауна в целом является типично морской и солоноватоводно-морской. Значительная доля пресноводных и пресноводно-солоноватоводных видов свидетельствует о влиянии пресноводного стока. На основе анализа видовых комплексов проводится районирование арктических морей по данным отдельных экспедиций (Гогорев, 1994).

Существует тенденция уменьшения средней продуктивности открытых районов арктических морей по мере продвижения с запада на восток (Ширшов, 1936; Усачев, 1947; 1968; Зенкевич, 1963). Годовая продукция открытых вод Баренцева моря составляет 2500¸3000 ккал/м2/год, в Карском море - 1250¸1500 ккал/м2/год, в море Лаптевых - 400¸500 ккал/м2/год, в Восточно-Сибирском море - 90¸120 ккал/м2/год. Однако, в арктических морях есть районы с аномально высокой продуктивностью фитопланктона: кромка дрейфующего льда, заливы, зоны апвеллинга и др. Например, в порту Певек зарегистрирована первичная продуктивность до 2000 ккал/м2/год, причем в фитоценозе отмечено большое количество видов микроводорослей, способных хорошо развиваться в загрязненной воде (Галкина и др., 1994).

Зоопланктон

В арктических морях в зоопланктоне преобладает группа веслоногих рачков - копеподы. Среди них доминируют несколько видов, которые являются растительноядными (Кособокова, 1994). Характер их распределения и особенности биологии накладывают отпечаток на облик всего планктонного сообщества, так как они составляют до 98 % биомассы планктона (Kosobokova et al., 1993; 1995). В условиях резко выраженной цикличности в развитии фитопланктона - пищи для зоопланктона, у копепод выработались комплексы адаптаций, позволяющие им с максимальной выгодой использовать короткий период обилия пищи и переживать затем длительные неблагоприятные в трофическом отношении периоды (Кособокова, 1994; Kosobokova et al., 1995).

Численность и биомасса зоопланктона в летний период в арктических морях наблюдается в очень широких пределах (Атлас Арктики, 1985). Например, численность зоопланктона в Чукотском море в августе 1976 г достигала 8100 экз/м3, а средняя биомасса зоопланктона 356 мг/м3 (от 01.01.01 мг/м3), наиболее высокие значения были характерны для южной части моря, в водах тихоокеанского происхождения, а наименьшие - в водах, поступающих из Арктического бассейна (Павштикс, 1984).

Некоторые виды зоопланктона являются надежными индикаторами происхождения водных масс (Степанова, 1937; Павштикс, 1984; Тимофеев, 1994). В море Лаптевых обнаружен уникальный для Арктики феномен: сообщество эвфаузиид, состоящее из псевдопопуляции трех видов, которые не размножаются, а их обилие полностью зависит от поступления животных с атлантической водой (Тимофеев, 1994).

Бентос

По образному выражению , если планктон - «погода», то бентос - это «климат» моря. Действительно, видовой состав бентосных организмов отражает региональные особенности морской среды и донных отложений, сформировавшиеся за длительный период времени.

Влияние окружающей среды на распределение донных биоценозов можно рассмотреть на примере моря Лаптевых, подверженного воздействию многих факторов: и речного стока, и атлантических водных масс, а в северо-восточных районах периодическому влиянию тихоокеанских водных масс. Это море большую часть года покрыто льдом: хорошо развит припай, заприпайные полыньи, зона дрейфующего льда - все элементы ледовых условий, определяющие структуру водной толщи. В море Лаптевых разнообразный рельеф дна - от обширного мелководья в южной части до океанских глубин на севере. С состав донных осадков также отличается большим разнообразием.

В приливной зоне до глубины 1¸2 м донные биоценозы Gammarus setosus на каменистом основании, или бедные биоценозы полихет на илистом дне существуют только летом, так как зимой лед оказывает разрушительной действие на эти участки арктических морей (Sirenko et. al., 1995).

Для приустьевых участков, вытянутых узкой полосой вдоль побережья, на глубине от 2 до 11 м и при солености придонной воды от 5 до 18 ‰ характерны эстуарные биоценозы таких индикаторных видов, как Portlandia aestuariorum, Cyrtodaria kurriana, Saduria entomon glacialis и Mysis relicta (Петряшев и др., 1994; Гуков, 1991; 1994; Sirenko et. al., 1995;).

К северу от этих биоценозов на глубине от 22 до 45 м на илистых грунтах располагается биоценоз Leonucula belotti c субдоминантными видами Saduria sabini, Nephthys sp., Portlandia siliqua и офиуры. Северо-западнее этой экосистемы в центральных и западных районах моря на глубинах 31¸34 м, на грунтах от илистого песка до глинистого ила располагается биоценоз Tridonta borealis с субдоминантными видами полихет, офиур, асцидий и морских лилий. Севернее на глубине 30¸60 м доминируют офиуры Ophiocten sericeum (Петряшев и др., 1994; Petryashov et al., 1999).

На материковом склоне находится широкий пояс биоценоза офиур Ophiocten sericeum + Ophiacanta bidentata + Ophiopleura borealis в субдоминантную группу попадают полихеты, моллюски, губки, альционарии, голотурии и равноногие раки. Далее до глубины 2000¸2500 м идет пояс биоценоза с доминированием полихет, а глубже располагается биоценоз с доминированием глубоководных арктических видов голотурий Elpidia glacialis и Kolga hyalina, ежей, полихет, амфипод, губок, моллюсков (Петряшев и др., 1994; Sirenko et. al., 1995).

Районирование биоценозов в море Лаптевых хорошо согласуется со схемой среднего многолетнего распределения кремния - индикатора влияния речного стока на поверхности моря.

На распределение и видовой состав донных биоценозов в Карском море влияет близость Атлантического океана, а Чукотское море и большая часть Восточно-Сибирского моря находятся во власти тихоокеанских видов.

4. Гидрохимическая структура арктических морей России

Формирование гидрохимической структуры арктических морей происходит под влиянием комплекса внешних и внутренних факторов. К внешним факторам системы относятся материковый сток и водообмен с соседними морями и с Арктическим бассейном. Внутренние факторы системы это: гидрометеорологические условия, циркуляция водных масс в пределах географических границ моря, которая зависит от гидрометеорологических условий и рельефа дна; образование и таяние льда, неравномерность распределения ледяного покрова и, как следствие, неравномерность обмена веществом и энергией между морем и атмосферой; гидробиологические условия, биохимические и физико-химические процессы в воде; обмен энергией и веществом с донными осадками, который контролируется глубиной и рельефом дна, составом донных отложений и циркуляцией воды в придонной структурной зоне. Действие различных факторов и направленность процессов в большой степени взаимосвязано и изменяется во времени с явно выраженной цикличностью, причем наибольшая амплитуда изменений характерна для годового цикла.

4.1. Карское море

Перечисленные выше внешние и внутренние факторы прямо или косвенно воздействуют на гидрохимическую структуру во всех районах Карского моря, но с разной интенсивностью. По интенсивности воздействия внешних факторов Карское море следует разделить на три части: Центральную, Юго-Западную и Северную (Рис. 2). Центральная часть моря находится под преимущественным влиянием речного стока. На Юго-Западную часть моря прямое влияние стока Оби и Енисея не распространяется, и ее гидрохимическая структура формируется под влиянием внутренних факторов, а также водообмена с Печорским и Баренцевым морями. В Северной части моря преобладает влияние водообмена с Баренцевым морем и с Арктическим бассейном.

Поверхностная структурная зона в Центральной части Карского моря в летний период

Океанографические съемки, выполненные в навигационный период, фиксируют в поверхностной структурной зоне Карского моря результат сложного взаимодействия речной воды, сбрасываемой в паводок рекам Обь и Енисей, с морскими водными массами, сформированными в зимний период. В этом процессе участвуют также большие объемы пресной воды, высвобождаемые в результате таяния морского и речного льда. Интенсивность перемешивания этих трех разных по химическим свойствам вод зависит от погодных условий: направления и силы ветра, температуры воздуха и облачности, которая регулирует поступление солнечной радиации. Кроме того, биологические и физико-химические процессы непрерывно, но с изменяющейся интенсивностью участвуют в формировании химических свойств водных масс, образующихся в результате перемешивания.