LLC
«DVS LTD»

Federal State Budget Scientific Institution
Federal Research Center "Marine Hydrophysical Institute of RAS"

Remote Sensing Department


Проект РФФИ и РГО 17-05-41102
"Аномальные цветения фитопланктона в западных морях России - проявления в данных ДЗЗ, возможные причины возникновения и влияние на характеристики экосистемы"


Project | Baltic sea | Barents Sea | Black sea | Caspian sea

Аномальные цветения фитопланктона в Баренцевом море

Баренцево море является самым западным из арктических российских морей. Его площадь составляет около 1405 тыс.км, средняя глубина - 200 м. С юга Баренцево море ограничено берегом Европы. Новая Земля, острова Медвежий, ЗФИ, Шпицберген, и Вайгач окружают его с других сторон. Баренцево море сообщается с Карским, Белым, Норвежским морями и Арктическим бассейном. Его климат самый теплый среди шельфовых морей Северного Ледовитого океана. Вследствие притока теплых вод Атлантики, Баренцево море никогда не замерзает полностью. Даже зимой около ¼ его площади свободна от льда.

В океанах за последнее время резко возросло количество водорослей - кокколитофоридов. Кокколитофориды - обширная группа мелких одноклеточных планктонных водорослей, образующих на поверхности клетки известковые пластинки - кокколиты. Кокколиты прекрасно сохраняются в ископаемом состоянии и широко используются в стратиграфии (определение относительного геологического возраста осадочных горных пород, расчленении толщ пород и корреляции различных геологических образований). В ископаемом состоянии остатки кокколитофорид известны с кембрия. В большом количестве они встречаются в породах мелового и третичного возраста.

До сих пор считалось, что увеличение содержания углекислого газа в атмосфере и двуокиси углерода в воде уничтожает кокколитофориды. Почти четверть всего диоксида углерода, выброшенного в результате человеческой деятельности в атмосферу, растворяется в океане. Здесь эти вещества вступают в химическую реакцию, увеличивая кислотность, и снижая концентрацию карбонатов, так необходимых для нормального существования обитателей морского дна. Оболочки и скелеты кораллов, раковин и улиток разрушаются в условиях повышенной кислотности вод. Исследования показали, что подкисление воды благоприятно влияет на развитие кокколитофорид – одноклеточных растений, окруженных оболочкой из карбоната кальция. Эксперименты показали, что кокколитофориды реагируют на рост концентрации CO2 в атмосфере значительным увеличением продукции. Эти экспериментальные данные подтверждаются результатами послойного изучения кокколитофорид в донных морских отложениях, показавшими, что за последние 220 лет скелеты кокколитофорид стали массивнее в среднем на 40%. Оказалось, что по мере роста концентрации CO2 кокколитофориды уверенно наращивают как производство биомассы, так и кальцификацию. Скорость роста клеток несколько снизилась, однако сами клетки стали крупнее, а скелеты массивнее.

Наиболее актуально использование спутниковых данных для изучения закономерностей и особенностей пространственной и временной изменчивости цветений в различных природных условиях, в зависимости от происходящих климатических изменений и антропогенного воздействия.

Последствия изменения климата особенно заметны в Арктике, где потепление в два раза быстрее глобального среднего [Serreze and Barry, 2011]. С 1998 по 2008 год масштабы зимнего морского льда сократились примерно на 50% и частично объясняются увеличением притока воды в Атлантический океан. По оценкам бюджетов водных ресурсов, за последнее десятилетие расширение поверхности воды Атлантического океана в Баренцевом море составило 30-40% [Dalpadado et al., 2012; Йоханнесен и др., 2012]. Однако на основе наиболее обширных гидрографических данных in situ, имеющихся на сегодняшний день, Oziel et al. [2016] предполагают, что объем Atlantic Water за последние 30 лет вырос более чем в два раза. Объем арктических вод сократился в два раза, а объем Баренцева моря остался относительно неизменным.

Циркуляция основных водных масс складывается из Атлантической воды, Арктической воды, Норвежского прибрежного потока и воды Баренцева моря.

Кокколитофоры, по-видимому, продвигаются в некоторые субарктические моря и изменение климата индуцированное потеплением и стоком пресной воды может вызвать увеличение частоты цветения кокколитофора в Баренцевом море.

В августе, когда полярный фронт и кромка льда двигаются на север, самые высокие концентрации кальцита ограничены в южной части полярным фронтом. Условия высокой освещенности вызывают цветение Е. Huxleyi. Статьи о естественном цветении Е. Huxleyi свидетельствуют о том, что все они встречаются в сильно стратифицированной воде, где MLD (глубина перемешенного слоя) обычно ~ 10-20 м, и всегда ≤ 30 м.

С помощью встроенных методик сайта https://giovanni.gsfc.nasa.gov/ по данным прибора MODIS c разрешением 4 км рассчитаны и построены временные ряды осредненных по площади среднемесячных значений концентрации хлорофилла Chl в мг/м³, яркости восходящего излучения на основе спутниковых измерений на длине волны 555 нм - Rrs555 в sr-1 и поверхностной температуры моря SST в °С.

Time Series Area-Averaged of Chl-a concentration monthly 4 km
Рис.1. Временной ряд осредненной по площади концентрации хлорофилла в (мг/м³)

На рис.1 представлена временная изменчивость осредненной по площади Баренцева моря концентрации хлорофилла за период 2002-2019 гг. Наблюдаются высокие регистрируемые значения концентраций и существенная межгодовая изменчивость. В годовом ходе чётко выделяются два максимума и относительный минимум в период от апреля по сентябрь месяц и абсолютный зимний минимум. Наибольшие значения первого максимума значений хлорофилла maxСhl-1 наблюдаются в 2003, 2004, 2010, 2011, 2016 и 2018 годах, высокие значения второго максимума maxСhl-2 можно отметить в 2007, 2011, 2015, 2016, 2017 годах. Максимальные значения для первого случая - maxСhl-1 = 5.25 мг/м³, maxСhl-2 = 8.8 мг/м³.

Time Series Area-Averaged of Rrs555 concentration monthly 4 km
Рис.2. Временной ряд осредненной по площади яркости восходящего излучения Rrs555

График на рис.2 представляет собой временную изменчивость осредненной по площади Баренцева моря спектральной яркости восходящего излучения на длине волны 555 нм - Rrs555 в зависимости от года за период 2002-2019 гг. Для Rrs555 характерна значительная внутригодовая изменчивость. График имеет зимние минимумы и ярко выраженные летние максимумы. Значения Rrs555 лежат в пределах 0.0008÷0.0065 sr-1. Максимальная величина Rrs555 наблюдалась в 2012 году. Высокие значения максимумов приходятся на 2010, 2011, 2016 и 2018 гг.

На рис.3а дана карта среднего ежемесячного значения Rrs555 за июль, на рис.3б - за август месяц, осредненные за все годы периода. По картам можно определить максимальные средние значения осредненной яркости Rrs555. В июле max Rrs555, не более 0.0075, в августе порядка ~ 0.015, что в два раза выше аналогичных величин предыдущего месяца.

Average Rrs555 concentration monthly 4 km in July months
Рис.3а. Картa средних ежемесячных значений Rrs555 за июль, осредненных за период с 2002 по 2019 годы
Average Rrs555 concentration monthly 4 km in August months
Рис.3b. Картa средних ежемесячных значений Rrs555 за август, осредненных за период с 2002 по 2019 годы
Time Series Area-Averaged of SST at 11 microns monthly 4 km
Рис.4. Временной ряд осредненной по площади температуры морской поверхности (SST)

Литература:

  1. F. Rey and H. Loeng (1985), The influence of ice and hydrographic conditions on the development of phytoplankton in the Barents Sea. // in Marine Biology of Polar Regions and Effects of Stress on Marine Organisms, edited by J. Gray and M. E. Christiansen, pp. 49–63, John Wiley, London.

  2. M. C. Serreze and R. G. Barry (2011), Processes and Impacts of Arctic Amplification: A Research Synthesis. // Global and Planetary Change, Vol.77, Issues 1–2, pp. 85-96, DOI: 10.1016/j.gloplacha.2011.03.004

  3. P. Dalpadado, R. B. Ingvaldsen, L. C. Stige, B. Bogstad, T. Knutsen, G. Ottersen, and B. Ellertsen (2012), Climate effects on Barents Sea ecosystem dynamics. // Journal of Marine Science, Vol.69, Issue 7, pp. 1303–1316, DOI: 10.1093/icesjms/fss063

  4. В. Ю. Александров, О. М. Йоханнессен (2012), Изменения толщины льда в Арктике с конца 19 века. // Проблемы Арктики и Антарктики, № 4(94), с. 63-73.

  5. L. Oziel, J. Sirven and J.-C. Gascard (2016), The Barents Sea frontal zones and water masses variability (1980–2011). // Ocean Science, Vol.12, pp. 169-184, DOI: 10.5194/os-12-169-2016

Спутниковые изображения

3349x1562 (1.30 MB)
19.08.2009
3496x1648 (1.81 MB)
31.08.2010
3395x1481 (1.44 MB)
14.08.2011
3387x1481 (1.13 MB)
15.08.2011
3577x1534 (1.07 MB)
17.08.2011
1841x889 (734.73 KB)
05.08.2012
1850x889 (684.66 KB)
24.08.2012
1488x690 (325.08 KB)
01.08.2013
1364x703 (302.34 KB)
21.08.2013
1455x697 (346.52 KB)
03.08.2014
3402x1555 (1.16 MB)
29.07.2015
1920x904 (557.87 KB)
06.07.2016
1920x904 (674.96 KB)
20.07.2016
1500x706 (322.13 KB)
26.08.2017
1481x694 (322.18 KB)
28.08.2017
1461x692 (276.23 KB)
05.09.2017
3624x1562 (1003.79 KB)
30.07.2018

Remote Sensing Department (together with LLC "DVS LTD")
Federal State Budget Scientific Institution Federal Research Center "Marine Hydrophysical Institute of RAS"
2, Kapitanskaya St., Sevastopol, 299011, Russian Federation
Phone: +7 (8692) 54-50-65
© 2002—2020

If you have a questions or comments about this site, please send mail to webmaster