http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=d4e90064-bd73-47b9-a74e-35bbea593ad7&print=1© 2024 Российская академия наук
В 2009 году было официально объявлено об окончании Международного полярного года (МПГ). Его итоги показали, что с 2007 по 2009 год около 50 тысяч учёных и специалистов приняли участие более чем в 200 научно-исследовательских проектах.
О биологических исследованиях Института Океанологии имени П. П. Ширшова в рамках МПГ и о том, какие перемены могут ожидать животный мир Арктики, рассказала старший научный сотрудник института, руководитель исследований зоопланктона арктического бассейна Ксения Кособокова.
– Российские биологи, в том числе сотрудники нашего института, имеют большой опыт работы в Арктике. Первыми русскими экспедициями по изучению биологии арктического региона были Мурманская экспедиция для научно-промысловых исследований 1898–1907 годов, работавшая в Баренцевом море (Линко, 1907), и Русская Полярная экспедиция 1900–1903 годов на судне «Заря» под руководством барона Э. В. Толля. Последовавшие за ними русские и советские северные экспедиции до 1935 года также проходили в шельфовых районах – Белом, Баренцевом морях и на сибирском мелководье. В 1935–1937 годы были организованы три первые высокоширотные экспедиции на ледоколе «Садко». Новый этап в изучении биологии Арктики наступил с организацией дрейфующих научно-исследовательских станций «Северный Полюс» («СП»). Экипаж первой станции в составе И. Д. Папанина, П. П. Ширшова, Е. К. Фёдорова и Э. Т. Кренкеля в 1937–1938 годы в течение 9 месяцев дрейфовал на льдине от Северного Полюса до Гренландии. Легендарные герои-полярники П. П. Ширшов и И. Д. Папанин были в числе основателей нашего института, так что мы можем гордиться более чем 70-летней историей арктических исследований.
Со времени проведения третьего МПГ прошло 50 лет. Готова ли оказалась отечественная научная база для работы на международном уровне?
– Российская наука оказалась, конечно, готовой с точки зрения научного багажа и опыта исследователей. Наши специалисты имели и имеют огромный опыт и знания в области биологии полярных районов, но, к сожалению, суда нашего института редко работают в Арктике, так как у нас нет ледоколов, и наши суда не имеют ледового класса. Исключение – судно «Профессор Штокман», у которого усилена обшивка. Большинство судов нашего института было построено для работ в умеренных и тропических районах Мирового океана. И, хотя они совершили не одну экспедицию в Антарктику, работают они обычно в открытой воде, то есть там, где нет льда. Когда появляется лёд, капитаны обычных судов стараются уйти от него подальше. Погода в море меняется очень быстро, внезапно переменится ветер, и судно может затереть льдом. Ходить на обычных судах вблизи кромки льда небезопасно. Научный ледокол, готовый для исследований во льдах, есть у института Арктики и Антарктики (ГУ ААНИИ, Санкт-Петербург). Это ледокол «Академик Фёдоров». К сожалению, ему часто приходится служить транспортным судном. Летом он доставляет грузы и полярников в Арктику, высаживая экипажи дрейфующей станций «СП» на льдины, а в другой сезон (нашей зимой, то есть антарктическим летом) он ходит с полярниками в Антарктику. Научные исследования часто проводятся на нём попутно. Когда мы подошли к МПГ, других судов, готовых работать в полярных районах, у нас не было. Так что мы испытывали трудности в плане логистики. Однако многие наши полярные исследователи хорошо известны, и поэтому они были приглашены в международные ледокольные экспедиции.
Какие исследования удалось провести российским биологам в МПГ?
Сотрудниками нашего института была организована комплексная экспедиция в Карское море на судне «Профессор Штокман». Такой экспедиции там не было уже несколько лет. Исследования проводились по всем направлениям морской биологии, изучались течения и структура водных масс, химия воды и многие другие вопросы, связанные со структурой и функционированием морских планктонных сообществ этого моря. Результаты экспедиции опубликованы в пятом номере журнала «Океанология» за этот год.
Вторая экспедиция, в которой активное участие принимали сотрудники нашего института, была организована в рамках российско-американской программы «РУСАЛКА». Её задача – долгосрочные наблюдения за изменениями морских сообществ в Арктике (Russian-American Long-term Census of the Arctic, RUSALCA). Они проводятся в Чукотском море под эгидой РАН и NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration – Национального управления океанических и атмосферных исследований). Эта программа направлена на изучение всех уровней морских сообществ – от бактерий до высших млекопитающих. Исследования проводятся с 2004 года, и планируется, что они продлятся до 2012 года. Каждые четыре года в рамках программы «РУСАЛКА» организуются комплексные экспедиции, уже состоялось две: в 2004 и 2009 годах. Последняя как раз и была экспедицией Международного полярного года, она принесла очень интересные результаты.
Кроме того, в рамках МПГ сотрудники института принимали участие в международной экспедиции немецкого исследовательского ледокола «Поларштерн» (нем. Polarstern – «Полярная звезда»). Работы экспедиции стартовали к северу от Шпицбергена и проводились на разрезах с юга на север, пересекавших край шельфа, континентальный склон и продолжавшихся настолько далеко на север, насколько позволяли ледовые условия. Достигая труднопроходимые районы над ложем океана, ледокол возвращался и повторял маршрут, сместившись по параллели на восток. Почему так делается? Потому что такие разрезы пересекают поток вод, поступающих в Арктику из Атлантики. Атлантические воды не заходят на арктический шельф, они более тяжёлые, чем поверхностные распресненные арктические воды, и распространяются вдоль края континентального склона. В задачи этой экспедиции входило исследование закономерностей поступления атлантических вод в Арктику и изменений, происходящих в их циркуляции в последние годы в связи с изменением климата, а также наблюдения за связью планктонных сообществ с циркуляцией атлантических вод.
Эти течения как-то влияют на обитающие в воде организмы?
– Популяции зоопланктона, которые мы изучаем, держатся у поверхности весь летний период, потому что здесь они могут найти подходящую пищу. Большая часть планктонных организмов в Арктике питается фитопланктоном, а последний, в свою очередь, развивается у поверхности, потому что ему нужен свет. Питаясь фитопланктоном, растительноядный зоопланктон в течение летнего периода накапливает жир, а дальше погружается на глубины, где около 9 зимних месяцев он «зимует» за счёт накопленного жира. Когда начинает таять лёд и размножаются водоросли, растительноядный зоопланктон вновь поднимается к поверхности.
Размеры планктонных организмов настолько малы, что планктон не способен противостоять движению течений. Поэтому планктонные организмы пассивно парят в океане и их распределение полностью зависит от движения воды. По этой причине биологам, специалистам по планктону, всегда очень важно работать вместе с гидрофизиками, специалистами, изучающими особенности циркуляции вод и течений. Просто зачерпнуть воды и сказать: здесь я нашёл такого-то планктонного «зверя» – нам недостаточно. Если этого «зверя» никогда здесь не было и вдруг он появился в большом количестве, то первое, что нужно знать планктонологам: откуда поступила эта вода, каковы её температурные характеристики. Только тогда можно объяснить, почему её население такое, а не другое.
Есть ли какие-нибудь опасения, связанные с изменением климата?
– Существуют некоторые вполне очевидные опасности для арктической экосистемы. В настоящее время Арктика – это очень хорошо организованный холодильник. Лёд не позволяет прогреваться поверхностному слою, температура которого близка к точке замерзания – 1,7 ºC. Все обитающие здесь организмы хорошо приспособлены к этим условиям, но очень чувствительны и быстро погибают при повышении температуры. Воды, поступающие из Атлантики, – более солёные и чуть более тёплые (0 – +1ºC). Границу атлантической воды проводят по нулевой изотерме (линии, соединяющей точки с температурой 0°С). За последние годы было отмечено повышение температуры атлантического слоя на 1,5 ºC, что в дальнейшем могло бы привести к усилению перемешивания арктических и атлантических вод и нарушению сложившегося равновесия. По этой причине могут измениться условия, к которым приспособлена современная фауна.
Тем не менее не всё так трагично. Пример тому – работы нашего института в Белом море. Оно расположено в субарктической зоне и рассечено посередине Полярным кругом. В Белом море поверхностный слой прогревается летом до +15 ºC, а ниже 50 метров вода всегда сохраняет минусовую температуру. В этом море прекрасно существуют арктические планктонные животные. Весной и осенью, когда поверхностные воды охлаждены, они поднимаются к поверхности, но как только вода начинает теплеть, они опускаются на глубины и там спасаются. Интересно, что эти животные отделены мелководным прогревающимся шельфом Баренцева моря от остальной части их ареала (район обитания), но при этом они прекрасно существуют в Белом море с его поверхностным прогревом. До тех пор пока сохранится холодная вода на глубине, с ними ничего страшного не произойдёт. Также и в Арктическом бассейне. До тех пор пока на глубинах сохраняется низкая температура, особой угрозы для современных планктонных сообществ нет.
Значит, в случае потепления Арктики эта экосистема может сузиться или перейти в какие-то другие ареалы?
– Других районов, куда эта экосистема могла бы перейти, пожалуй, нет. А вот сузиться – возможно, да. Сейчас усилилось таяние многолетнего льда: он становится тоньше, и сокращается его площадь. Но к зиме всё опять замерзает как раньше из-за приполюсного положения океана. Однолетний лёд всё равно будет присутствовать в Арктике 9 месяцев, только он станет тоньше.
То есть увеличилась динамика таяния и замерзания?
– Увеличилась амплитуда изменений площади ледового покрытия. Но в толще воды пока существенных изменений температуры не происходит. Трудно сказать, как долго сохранится такая ситуация. Ведь лёд ещё и гасит волну, поэтому при штормовых ветрах не происходит сильного перемешивания. Если океан будет сильно прогреваться с поверхности, будет перемешиваться, то может нарушиться существующий температурный режим.
Если говорить о Канадском бассейне Арктики, то нужно помнить, что в него поступают тихоокеанские воды, которые попадают туда через Берингов пролив и Чукотское море. С ними в Чукотское море поступает очень много планктона. Этот планктон приспособлен к более высоким температурам и, попадая в более холодное Чукотское море, он полностью погибает. Огромная масса отмирающей органики осаждается на дно. По этой причине его донная фауна очень богата. В его юго-западной части есть отдельные участки, где на дне обитает богатейшая популяция моллюсков с биомассой до 2 килограммов на 1 м2. В этом участке ими кормятся моржи. Существует опасение, что в случае усиления поступления в Арктику тихоокеанских вод, имеющих более высокую температуру, тихоокеанская субарктическая фауна может продвинуться дальше в Арктику. Она может постепенно адаптироваться к местным условиям, особенно при потеплении, и вытеснить арктическую фауну. Беда в том, что в среднем большинство этих тепловодных животных имеет меньшие размеры, чем массовые арктические формы. И хотя это измеряется в пределах миллиметров, для тех, кто ими питается, могут наступить тяжёлые времена. Как правило, потребители планктона, будь то птицы или рыбы, ориентируются на размер жертвы. Исчезновение привычных пищевых объектов может привести к подрыву их кормовой базы и перестройке всего сообщества.
Значит, основные изменения в арктической экосистеме могут начаться с низшего трофического уровня?
– Да, именно изменения в низших звеньях трофической цепочки могут очень сильно влиять на судьбу более высоких уровней. Если жертва становится меньше, хищник её не знает или не умеет ловить. Например, хищник фильтрует свою жертву щетинками, промежуток между щетинками у него большой, и мелочь сквозь них проскакивает. То есть следующий трофический уровень страдает из-за того, что жертвы стали мельче. И, таким образом, могут страдать и млекопитающие, и птицы. Подобный поворот событий вполне возможен.
Проводились ли какие-нибудь исследования на эту тему?
– Изменения в экосистемах Чукотского моря под влиянием изменений климата как раз и составляют основную цель исследований по программе «РУСАЛКА», о которой мы уже говорили.
На сегодняшний день уже прослеживается какая-то динамика?
– Сравнение результатов, полученных в экспедициях «РУСАЛКИ» в 2004 году и во время МПГ в 2009 году, пока не даёт оснований говорить о существенных перестройках планктонных экосистем Чукотского моря. Однако биологи, изучающие донную фауну, уже зарегистрировали проникновение в это море некоторых видов, которые встречались ранее только в более южных районах. Такие же результаты были получены и при изучении фауны рыб. Это пока только единичные находки нетипичных видов, однако, и они уже могут служить сигналом проникновения субарктической фауны в Арктику. Те, кто работает с китами, говорят, что они также стали заходить гораздо севернее, а следовательно, они находят в северных районах подходящий корм. Это означает, что и макропланктон, которым они питаются, тоже стал появляться в больших количествах в более северных районах.
Вероятно, организация каждой экспедиции требует немалых средств.
– Это, несомненно, так. В каждом государстве для участия в МПГ было подано много проектов, и каждая страна проводила их отбор внутри себя. К сожалению, не было создано единого международного фонда финансирования МПГ – в странах деньги на исследования выделялись из внутренних ресурсов. Кроме экспедиций, о которых уже говорилось, в рамках МПГ в России проводились и другие исследования. Некоторые финансировались международными программами. Например, по программе «РУСАЛКА» мы получаем финансирование как от РАН, так и с американской стороны. Поддержка NOAA помогает оплатить аренду судна, которая стоит исключительно дорого. Академия наук оплачивает наше участие в экспедиции, но, к сожалению, пока не существует финансируемой программы, которая покрывала бы наши расходы на дальнейшую работу с материалами экспедиций, и это большая проблема.
Какие могут произойти изменения в экологии живых организмов Арктики, если сохранятся наметившиеся тенденции изменения климата?
– Как уже говорилось, изменения могут пойти в самых разных направлениях. Если температура воды существенно повысится, виды, массово привносимые из более тёплых районов, но вымирающие сейчас, могут утвердиться в Арктике. Изменится состав организмов, взаимоотношения между ними, трофические связи. Это необязательно приведёт к повышению продуктивности вод, так как полностью будет нарушено существующее равновесие в экосистеме и начнутся её необратимые перестройки. Кроме того, высшие трофические звенья, обитающие сейчас в окраинной части Арктики, могут пострадать в случае таяния льда и уменьшения его площади. Если лёд будет таять, это заставит животных уходить на север, а на севере отсутствует их кормовая база.
МПГ – это два года исследований, точечный снимок того, что было в 2007–2008 году. Правда, в России сейчас говорят о том, чтобы провести Полярное десятилетие. Это прозвучало в апреле на конференции по результатам МПГ, состоявшейся в ААНИИ в Санкт-Петербурге. Конечно, работы в Арктике необходимо продолжать, потому что, когда изменения начнутся, они пойдут лавинообразно. Наблюдая за планктонными экосистемами, мы пока существенных изменений не видим. Но есть очевидные предпосылки к началу таких изменений в связи с изменениями климата, и мы должны постоянно наблюдать за текущей ситуацией, чтобы их увидеть.