ЛАБОРАТОРИЯ ПРЕСНОВОДНЫХ И МОРСКИХ ЭКОСИСТЕМ

Заведующая лабораторией

к.б.н. Воробьева Т.Я.

Лаборатория пресноводных и морских экосистем образована в 2009 году в результате объединения двух лабораторий: водных экосистем и экологии моря. Лаборатория экологии моря образована в 1990 году, лаборатория водных экосистем - в 1994 году.

Важнейшие результаты фундаментальных исследований лаборатории

1. Исследования в Арктических морях.
• На основе массовых измерений спектрального показателя ослабления света в Карском море ((1993, 1994 гг.), в прибрежных водах архипелагов Новая Земля и Земля Франца-Иосифа (1992 г.), в Баренцевом, Печорском море и Белом морях (1995, 1997, 1999 гг.) выявлены общие черти и особенности гидрооптической структуры в северных морях, выявлена связь этого показателя с водными массами и гидрологической структурой морей; установлена количественная связь показателя ослабления света на длине волны 530 нм, с концентрацией общей взвеси (in situ), что позволяет оперативно оценивать количество взвеси в любом районе моря с помощью зондирующих прозрачномеров, а также впервые получены спектральные зависимости показателя ослабления света морской воды in situ и коэффициента яркости моря с высоким спектральным разрешением в видимом диапазоне излучения для отдельных акваторий этих морей (1991-1999 гг).
• Показана неоднородность термохалинных полей глубоководной части Белого моря, определена сезонная составляющая их изменчивости; выявлено, что в формировании теплозапаса промежуточных вод в северной части Бассейна и Кандалашском заливе преобладающая роль принадлежит адвекции тепла из Горла (2005- 2009 гг).
• Разработана численная гидродинамическая модель Белого моря и устья реки Мезень с использованием метода «параллельных моделей» для исследования нелинейного взаимодействия между длинноволновыми движениями (2007-2009 гг).
• Исследован механизм формирования и разрушения неподвижного ледяного покрова у берегов (припая) из сезонных льдов. Показано, что процесс формирования и распространения зимнего устойчивого припая определяется одновременным воздействием комплекса факторов: морфометрией берегов и дна, шириной массива сплоченных льдов, динамическим воздействием на лед сил касательного напряжения течения и ветра, длительностью сохранения условия неподвижности и смерзания (спайки) льдов, толщиной смерзающихся льдов и интенсивностью термического нарастания льда снизу. Установлено, что постоянным фактором является морфометрия берегов и дна, остальные — имеют временную изменчивость разного масштаба. Разработанный математический аппарат позволяет рассчитывать ширину устойчивого припая в каждом конкретном районе (при наличии соответствующих гидрометеорологических данных) (2013 г.).
2. Исследования экологии морских млекопитающих.
• Установлено, что в Белом и юго-восточной части Баренцева моря белуха Delphinapterus Leucas обитает круглогодично. Наряду со сведениями о местах обитания белухи в период воспроизводства летом в Белом море это свидетельствует о существовании резидентного беломорской популяции белух. Подтверждено наличие в этой популяции нескольких репродуктивных стад белухи, в которых присутствуют все возрастные категории животных, в Онежском заливе (южное и западное) в Бассейне (Соловецкое и Жижгинское), в Двинском заливе (Унское и Мудьюгское), в Мезенском заливе. В таких стадах имеются локальные группировки (семьи), каждая из которых в период деторождения и выкармливания новорожденных молоком (июнь – август) имеет свой участок обитания в прибрежной зоне моря. (2004-2013 гг).
• Выполнена инвентаризация фауны морских млекопитающих российской Арктики на начало XXI века. Представлена характеристика арктических морей как территории обитания млекопитающих и рассмотрены особенности расселения млекопитающих. Составлен наиболее полный список животных, отмеченных в арктических водах России на рубеже веков, насчитывающий 29 видов, относящихся к 22 родам, 9 семействам и 2 отрядам. Из них 14 видов внесены в Красную книгу Российской Федерации, 3 вида в региональные Красные книги. Обилие видов расширяется за счет климатических изменений - наблюдается проникновение теплолюбивых видов из атлантических и тихоокеанских вод в арктический бассейн. Представлена биогеографическая характеристика каждого вида с учетом последних данных: пополнены уточняющие сведения по распределению и обобщению численности (2005 -2009 гг).
• Выполнена оценка роли морских млекопитающих в экосистеме Белого моря (2009 г.).
• Обобщены и систематизированы многолетние сведения об условиях существования пагофильных тюленей на дрейфующих и припайных льдах в период деторождения и выкармливания приплода. Получены сведения о гидрометеорологических и ледовых условиях в районах воспроизводства тюленей. Выявлены особенности многолетней изменчивости условий существования тюленей в период воспроизводства и влияния этих условий на динамику численности рассматриваемых популяций, в зависимости от степени адаптации животных к избранным условиям, а также факторы, определяющие поведение, распределение на льдах и распространение тюленей в ареале обитания. Рассмотрены особенности существования детенышей тюленей на льдах и выявлены факторы, определяющие их выживаемость в ранний постнатальный период жизни (2003 - 2013 гг).
• Мониторинг (2004-2006, 2011-2013 гг.) аварийного разлива мазута (М-100) в 2003 г в южной части Онежского залива Белого моря показал, что первый этап загрязнения НУВ акватории залива закончился ветровыми выбросами легких фракций мазута на берега островов и западный берег Онежского полуострова. Однако тяжелые фракции мазута, смешавшись с песчаной взвесью, осели на дно, образовав мазутно-песчаные агрегаты различной величины, и послужили источником вторичного загрязнения придонных вод. Эти загрязненные воды приливно-отливными течениями постепенно распространялись вдоль западного берега Онежского полуострова. В течение 10 лет концентрация НУВ в мазутно-песчаных агрегатах снизилась почти в 20 раз, в придонных водах концентрация НУВ уменьшилась в 2-3 раза по сравнению с 2005 г с 0,6–0,7 мг/л до 0,25–0,3 мг/л в 2011 г при этом оставалась высокой – на уровне 5-6 ПДК. Следовательно, процесс самоочищения вод залива от мазута ещё не закончился и контроль этого процесса необходимо продолжить и учитывать при планировании и реализации мероприятий по охране окружающей среды и эколого-гигиеническом мониторинге (2004-2016 гг).
3. Исследования в зонах смешения речных и морских вод.
• На основе анализа литературных сведений и экспедиционных работ установлено, что длина зон смешения морских и речных вод в устьях крупных рек Белого и Печорского морей (Северная Двина, Онега, Мезень, Печора) достигает в меженные периоды 20-30 км и более. Замыкающие створы у большинства рек находятся в десятках км от моря. В устьях, рек в условиях замедления скорости течений, усиливаются процессы трансформации и аккумуляции вещества в геобарьерах. Химический сток, рассчитанный применительно к замыкающему створу, часто значительно превосходит реальный вынос растворенных и взвешенных веществ в море. Показано, что преобразование химического вещества в устьях рек Обь и Северная Двина, являющихся геохимическими барьерами «река-море», происходит в результате количественной и качественной трансформации речного осадочного материала. В речных водах преобладают взвешенные формы многих элементов над растворенными формами. В зоне смешения речных и морских вод основная масса растворенных форм элементов преобразуется во взвешенные формы. Взвешенные формы осаждается на дно, разносятся вдоль побережий. В результате резко меняется соотношение раствор/взвесь. В водах Белого моря отмечается преобладание растворенных форм химических элементов (2001- 2005 гг.).
• Изучен механизм функционирования геобарьерной зоны «река-море» как естественного природного фильтра для приливных устьев рек (на примере р. Северная Двина). Охарактеризованы гидродинамический режим устьевой области и его влияние на формирование мутьевых потоков, процесс разделения и осаждения взвешенного вещества, сезонные миграции зон осаждения взвеси (2006-2009 гг).
• На основе комплексных исследований (распределения концентрации загрязняющих веществ, фито-, зоо- и бактериопланктона) выполнено районирование устьевой области Северной Двины с выделением зон экологического риска. Выявлена тенденция к снижению экстремальных значений содержания загрязняющих веществ за последние 30 лет по приоритетным для района показателям, как в устье Северной Двины, так и в Двинском заливе Белого моря (2010 г.).
• На примере крупнейшей европейской субарктической реки Северная Двина было изучено поведение форм растворенного органического углерода и микроэлементов в зависимости от солености в зоне смешения вод. С увеличением солености воды в зоне смешения речных и морских вод в Двинском заливе Белого моря обнаружено увеличение концентрации низкомолекулярных (менее 1 нм) биодоступных лабильных форм растворенного органического углерода, железа, алюминия и микроэлементов. Полученные выводы позволяют прогнозировать увеличение образования низкомолекулярных органических лигандов и ассоциированных микроэлементов в зоне смешения в ходе климатического потепления в высоких широтах (2013 г).
4. Исследования внутренних водоемов.
• Натурные и экспериментальные исследования компонентов биогеохимического цикла углерода демонстрируют, что статус большинства озер Европейской субарктики, их газообмен с атмосферой и обмен растворенных компонентов с осадком определяются концентрацией автохтонного и аллохтонного растворенного органического углерода. Интегральные величины первичной продукции и деструкции органического вещества, особенности вертикального распределения и соотношения форм растворенного углерода свидетельствуют о гетеротрофном статусе экосистем озер, приводящем к выделению углекислоты в атмосферу, в количестве, сопоставимом с транспортом углерода реками с водосбора в океан (2006-2010 гг).
• Разработана новая технология анализа in situ нанокомпонентов озерной воды (более 60 химических элементов включая органический углерод) методом диализных ячеек экспонированных на заданной глубине, позволяющая оценить концентрации, формы нахождения и потенциальную биодоступность тяжелых металлов и микроэлементов по всей толще водного столба озера, включая анаэробную зону (2010 г.).
• В Субарктике (Беломорско-Кулойское плато) обнаружено уникальное пресноводное меромиктическое озеро Светлое (рис.), которое в нижних слоях при нейтральном рН обладает почти десятикратным преобладанием растворенного двухвалентного железа над сульфидами, что позволяет рассматривать озеро как вероятный аналог раннепротерозойских низкосерных высокожелезистых водных бассейнов (2011 г.).
• В ходе совместных русско-французских исследований выявлены концептуально новые закономерности биогеохимических процессов трансформации углекислоты в системе тундровых болот и озер в различных регионах Западной Сибири, позволяющие более детально прогнозировать развитие арктического региона. Выявлено, что основными факторами выделения углекислоты в атмосферу в Западной Сибири выступают термокарстовые озера, формирующиеся в ходе природных процессов таяния мерзлых болот, установлена доминирующая роль бактериального звена в регулировании биогеохимического цикла углерода в термокарстовых озерах в контексте глобальных изменений климата (2010-2012 гг).
• На примере сезонно-стратифицированных по температуре субарктических озер рассмотрена важность аллохтонных процессов в биогеохимическом цикле углерода. Выбор объектов проведен по принципу контрастности в концентрации растворенного органического углерода (РОУ) и растворенного неорганического углерода (РНУ). Показано, что по степени уязвимости озер к внешним воздействиям и возможным изменениям климата, можно составить ряд: прозрачные воды негумифицированных мелких озёр < прозрачные воды глубоких негумифицированных озер < мелкие гумифицированные озера < глубокие гумифицированные озера (2014 г).