«Щорічно з'являється і зникає цілий крижаний континент»

«Щорічно з'являється і зникає цілий крижаний континент»

Ігор Мельников – вчений, який відкрив життя в товщі льоду, – розповідає про процеси, що відбуваються в Північному Льодовитому та Південному океанах з кінця XX століття.

***

На наших очах, буквально за одне покоління, з нашою планетою відбулись такі серйозні глобальні зміни клімату та середовища, яких вона, ймовірно, не відчувала за всю історію людства. Більшість з них – результат швидкого зростання технологічної активності людини, що сприяє катастрофічним змінам на регіональному та планетарному рівнях, причини яких ми тільки починаємо усвідомлювати. Здавалося б, технічний прогрес досяг високого рівня розвитку, здатного задовольнити всі потреби людства при найнижчому рівні впливу на природу. Але на практиці все виходить навпаки. Не торкаючись обговорення всього різноманіття взаємин «людина – природа», зупинимось на подіях, які розгортаються в даний час в полярних областях. Саме там мені протягом чотирьох десятиліть пощастило вивчати біорізноманіття морських льодів, їх склад, структуру і динаміку.

Полярні області часто називають ключовими, маючи на увазі їх вплив на клімат. Сумарна площа морського льоду в Північному та Південному океанах порівняна з площею Африки. На відміну від Північного океану, морські льоди якого як би затиснуті між континентами, льоди Південного, навпаки, знаходяться за межами континенту, тому його льодовий покрив дуже динамічний і відчуває потужний вплив вітру та течій. У північних широтах лід не тане цілий рік, за що Північний океан і називають Льодовитим. Його основний компонент – багаторічні льоди, а сезонних мало. В Антарктиці, навпаки, морський крижаний покрив має сезонний характер, оскільки майже повністю зникає влітку і знову відновлюється взимку. Таким чином, на поверхні планети щорічно з'являється і знову зникає цілий крижаний Африканський континент – можна собі уявити, яку роль морські льоди грають в її кліматичній системі. Однак це тільки фізична складова морського льоду. На мій погляд, набагато цікавіші його мешканці. У тропіках флора і фауна розвиваються в умовах добового ритму дня і ночі та високої температури, яка дуже слабо змінюється. В Арктиці та Антарктиці весь тваринний і рослинний світ функціонує в тривалі полярні дні і ночі при низькій температурі. У цьому сенсі умови на Північному і Південному полюсах схожі, однак не у всьому.


Діатомеї і дінофлагелляти

Діатомеї – найпростіші одноклітинні водорості розміром не більше 0,1 мм, які мають панцир з кремнезему. Вони зустрічаються в прісній і морській воді, в мулі і сирій землі, у мохах і лишайниках. Діатомові – наймасовіші за чисельністю видів організми в планктоні морів і океанів і, як виявилось, в морських льодах Арктики та Антарктики. Дінофлагелляти – найпростіші джгутикові з розвиненим внутрішньоклітинним панциром (на фото). Їх клітини містять хлорофіл, а харчуватись вони можуть мінеральними речовинами з навколишнього середовища. Однак серед дінофлагеллят зустрічаються і хижаки, які поїдають діатомей і дрібних планктонних тварин. Деякі джгутикові, наприклад ночесвітки, здатні до люмінесценції. Вони – причина світіння морської води.


Мешканці льодів

Чим же відрізняються біологічні співтовариства морських льодів Арктики і Антарктики? Як в арктичних, так і в антарктичних льодах мешкають численні мікроскопічні водорості і безхребетні тварини. В їх розподілі є свої специфічні особливості, причому в багаторічних арктичних льодах вони проявляються особливо помітно. Так, верхній шар багаторічного льоду населений переважно прісноводними зеленими водоростями. У товщі льоду незалежно одна від одної розвиваються дві рослинні спільноти: перша – діатомові, що складається в основному з морських представників, друга – все ті ж прісноводні водорості. Серед тварин, які постійно живуть в товщі льоду, зустрічаються черв'яки – нематоди та війчасті черви, а також кліщі і найпростіші. Важливо відзначити відповідність розмірів льодових організмів довжині міжкристалічних просторів. Довгі діатомові водорості, витягнуті нематоди, пластичні війчасті черви і інші організми вдало вписуються в міжкристалічні пустоти нижніх шарів льоду. Так, війчасті черви довжиною 5 мм і шириною 1 мм виявлені в нижніх шарах льоду, де середній діаметр каналів стоку дорівнює 7 мм. Натомість у нематод довжина становить 5-8 мм, а ширина – 150-300 мікрон, що значно менше розмірів каналів. Найпростіші організми (тінтінніди, амеби, джгутикові, одноклітинні водорості) куди менші за комірки в кризі, де вони мешкають в проміжних та верхніх шарах. Протяжність форм і пластичність тварин і водоростей, їх здатність до пересування у вузьких каналах виявились дуже доречними для життя між кристалами льоду. Під льодом утворюються скупчення водоростей, які нагадують зарості ламінарій на мілководді в Арктичних морях. Фауна, яка тут мешкає, налічує близько 50 видів, з яких майже 40 – дрібні рачки. Там же живуть два види тріскових риб.

Як було зазначено, морський крижаний покрив Південного океану має сезонний характер, тому його мешканці свого роду тимчасові. Це типово планктонні форми мікроскопічних водоростей, головним чином діатомові. Вони проникають в кригу на ранніх стадіях її утворення і потім розвиваються в її товщі, створюючи колосальну кількість органічної речовини за допомогою фотосинтезу. Це відбувається в так званих інфільтраційних льодах. Формуються вони у такий спосіб. Коли лід ще тільки утворюється на відкритій воді, його товщина перевищує товщину снігового покриву і основна маса льоду знаходиться вище рівня моря. По мірі накопичення снігу лід притоплюється нижче рівня моря. Вода крізь сніг просувається до межі розділу «сніг – лід», несучи з собою планктонні водорості, які розвиваються під снігом, утворюючи колосальну біомасу, що значно перевищує біомасу фітопланктону у воді під льодом. Інфільтраційний лід – явище типове для Південного океану. Цей феномен ще в кінці XVIII століття описав Джеймс Кук під час свого плавання в Антарктиці, заносячи в корабельний журнал записи про проходження крізь бурі льоди. Тоді ще ніхто не знав, що колір кризі надають головним чином діатомові водорості. Дивно, але на півночі – в Арктиці – інфільтраційні льоди ніколи не зустрічались аж до останнього часу. У 1997 році ми вперше знайшли їх у морі Бофорта. Там з'явились нові види в планктоні – тихоокеанські гості. Змінились і самі льоди, і підлідний водний шар. Цьому потрібно було знайти пояснення.


Крихітні полярники

У товщі льоду і підлідному шарі мешкає безліч організмів, чию роль в біосфері важко переоцінити, хоча не всіх їх видно неозброєним оком.

1. Діатомові водорості роду Chaetoceros. Клітини з'єднані в прямі або зігнуті ланцюжки, від яких відходять гострі щетинки-хети, що захищають колонію від хижаків. Колонії можуть мати різні форми і розміри, в залежності від кількості загального слизу і способу з'єднання
2. Клітини прісноводних діатомових водоростей-фрагіллярій, примикаючи одна до одної, часто утворюють довгі стрічки. Фрагіллярії зустрічаються і в солонуватих водоймах, вони служать індикаторами чистоти води
3. Діатомова водорість роду Diploneis з мінералізованою оболонкою – панциром з кремнезему
4. Арктична водорість Melosira arctica. Злипаючись, клітини мелозіри утворюють довгі нитки, які звисають з нижньої поверхні льоду
5. Черв'як олігохета (ліворуч) поїдає водорість (праворуч). Олігохети служать кормом для риб. Серед мешканців дна ці черв'яки займають одне з перших місць по біомасі
6. Личинка циклопа (циклопоїда). Циклопи – ракоподібні, рухаються у воді стрибками за допомогою сильних антен. Дорослий циклоп харчується личинками і мальками та приймає колір з'їденої їжі

7. Рачок-гарпактицида Hastigerella psamma, знайдений в льоду разом з комаром. Більшість гарпактицид повзає по дну і донним рослинам. Вони мають тонке і довге тіло, що дозволяє переміщатись в вузьких капілярних ходах
8. 9. Дінофлагелляти зустрічаються здебільшого у складі морського планктону. Розмір цих організмів становить від десятків мікрон до 2 мм. Деякі з дінофлагеллят закуті в панцир, розділений надвоє косою борозною
10. Ногохвістки – дрібні членистоногі. Найбільше поширені в тропіках, однак зустрічаються також в Арктиці й Антарктиці. У полярних широтах ногохвістки добре пристосовані до холодів. Їх організм виробляє речовини-антифризи, які запобігають утворенню кристалів льоду всередині клітин і між ними
11. Кумовий рачок Diastylis goodsiri – дрібне членистоноге, яке нагадує за формою пуголовка. Живе у водах зниженої солоності
12. Ракоподібні Calanus – планктонні тварини, що зустрічаються на всіх глибинах. Харчуються діатомовими водоростями, фільтруючи їх з води


Міжнародний полярний рік

Важливо зрозуміти, локальні ці зміни або ж вони відбулись і в центральних районах океану. Всі ці питання висіли в повітрі і були названі пріоритетними при складанні програм досліджень Міжнародного полярного року в 2007-2008 роках. Його проведення стало дуже доречним, оскільки за попередні десятиліття накопичилось багато невирішених наукових проблем. Рішення треба було шукати терміново, причому шукати усім світом. Від Інституту океанології РАН я представив проект «Панарктичної льодової дрейфуючої експедиції» (ПАЛЕКС), мета якої вимір фізичних, хімічних та біологічних параметрів водного середовища та морського льоду в районі Північного полюса. Чому саме там? Багаторічні морські льоди виносяться з центрального Арктичного басейну в протоку Фрама через Північний полюс, тому при спостереженнях в приполярному районі можна отримати дані про водно-льодову систему, яка сформувалась раніше в центральному басейні. Можна багато чого сказати про товщину крижин і снігу, їх фізико-хімічні характеристики і видовий склад мешканців льоду. Щорічно в приполярному районі експедиційний центр «Полюс» організовує для туристів льодову базу «Барнео», де нам надали можливість вести польову роботу. Це місце зручне як з точки зору науки, так і логістики.

У 2007-2011 роках відбулось п'ять експедицій до географічного полюсу. Наші льодові бази дрейфували на південь у бік протоки Фрама (протока між Гренландією і Шпіцбергеном), так що всі спостереження виконувались практично в одному і тому ж районі. Що ми встановили за ці п'ять років? Перш за все домінування сезонних льодів. Частка багаторічного льоду помітно зменшилась і тепер становить не більше 10% від всієї площі морського покриву. Найбільш несподіваним виявилось скорочення числа видів льодової флори з 63 в 2007 році до 21 в 2011-му. Помітно впала чисельність діатомових водоростей, проте зросла кількість цист дінофлагеллят. Подібність між спільнотами організмів дуже слабка: лише чотири види виявились спільними для всіх зібраних проб. Тварин всередині льоду не знайдено зовсім, а в складі підлідної фауни з 14 видів амфіпод, які спостерігались раніше, знайдено лише два. За п'ять років тепла атлантична вода піднялась на 30 метрів ближче до поверхні. Це, ймовірно, прискорює передачу тепла від води до льоду і його танення.


Четвертий МПР

Міжнародний полярний рік (МПР) – період одночасних спостережень в полярних широтах, проведених декількома державами за єдиною методикою. Проводився в 1882-1883, 1932-1933, 1957-1958 і 2007-2008 роках. Під час четвертого МПР було остаточно встановлено, що в XXI столітті площа снігового покриву в арктичних широтах росте, а тривалість холодного сезону скоротилась. Це можлива причина збільшення кількості повеней, паводків та інших стихійних лих в Євразії та Північній Америці.


В умовах стабільного клімату багаторічний морський лід – це цілісна і стійка в часі екосистема. Сталість видового складу флори і фауни зберігається завдяки двом різноспрямованим потокам: рухові кристалічної структури знизу вгору через танення і утворення льоду і зворотному рухові самих організмів зверху вниз. Зимове наростання льоду відбувається знизу на вже існуючий лід, товщина якого після літа тримається на рівні до двох метрів. Організми заселяють наростаючі знизу шари в м'яких температурних умовах (всього –2°С), що сприяє їх виживанню взимку.

Натомість, сезонні льоди – це залежна і нестійка в часі екосистема, час життя якої визначається насамперед температурою. Сезонні льоди формуються на відкритій воді в осінні морози. При цьому наростаючі вниз кристали захоплюють з води планктон. Оскільки якісний і кількісний склад планктону восени і взимку бідний, в лід планктонних організмів вмерзає зовсім небагато. Більшість з них гине, потрапляючи зі звичної теплої води в лід, верхній шар якого охолоджується до мінус 30-40°С. Далі починається снігопад. Тонкий лід притоплюється снігом нижче рівня моря, і морська вода разом з планктоном піднімається по капілярах до межі «лід – сніг». Оскільки сніг – хороший теплоізолятор, а світла для фотосинтезу ще достатньо, в цьому шарі створюються сприятливі умови для розвитку водоростей. Тому обсяги синтезованої ними органічної речовини багаторазово перевищують біомасу планктону в підлідному шарі.

Інфільтраційні льоди – явище, типове для Антарктики, і поки немає прямих свідчень їх подальшого поширення в північних широтах. Проте їх поява в Арктиці може продовжитись в майбутньому з урахуванням того, що сезонні льоди в північних полярних широтах зустрічаються все частіше, атмосфера стає все вологішою і снігу там випадає все більше. Сьогодні в арктичному льодовому покриві сусідять дві різні за складом і функціонуванням екосистеми багаторічного і сезонного льоду. Оскільки частка першої динамічно зменшується, а роль останньої постійно зростає, на наших очах відбувається поступова перебудова екосистеми відкритої частини Північного Льодовитого океану. Якщо це триватиме, з часом морська Арктика все більше буде нагадувати морську Антарктику.


Де собака порився

Часто, коли мені кажуть, що в науці все давно відкрито, я згадую історію, яка сталась на станції СП-33 в жовтні 2004 року. Тоді в льодовому керні був знайдений комар. Виявлені там же рачок-гарпактицида і малощетинковий черв'як олігохета ніколи раніше не зустрічались в фауні морського льоду. То були рештки типово бентосних видів, тобто організмів, що живуть на дні і в тій частині берега, яка оголюється під час відливу. Через кілька місяців станційна лайка відкопала в льоду гальку, дрібне каміння, водорості, стулки молюсків, морські зірки і губки.

Як же опинились ці тварини в глибокій частині океану на відстані тисячі кілометрів від берега? У прибережній зоні арктичних морів через багаторазовий контакт з дном в лід вмерзають як мінеральні частинки опадів, включаючи гальку, так і бентосні мешканці. Навесні і влітку частина цього льоду виноситься в глибоководні райони моря разом з вмороженими тваринами.

У міру зимового наростання і літнього танення льоду ці включення просуваються вгору і через рік-півтора можуть опинитись на поверхні. Саме стільки часу лід дрейфує від сибірських морів в центр океану, де цікавий собака відкопав мушлі. Так народилась наша гіпотеза, що дрейф льодів може служити оригінальним засобом розселення фауни і флори в північних полярних широтах. Що стосується комара, то, найімовірніше, бідолаха був теж механічно захоплений льодом на узбережжі Чукотського моря і доставлений до полюса «зайцем».


Його світлість

Одного разу, повернувшись з чергової арктичної експедиції, я мав честь розмовляти про наукові дослідження в полярних областях з високопоставленим чиновником. Моя позиція полягала в тому, що для розуміння причин змін у живому і фізичному середовищі необхідні серйозні фінансові вливання в науку. Кошти, які виділяються на вивчення цих актуальних проблем, мізерно малі в порівнянні з наслідками, якими чреваті катастрофічні зміни в Арктиці та Антарктиці. «Знаєте, – говорив я йому, – коли грають у футбол дві команди, наприклад «Челсі» і «Реал» (Мадрид), по полю бігає більше двох мільярдів доларів, що в кілька разів перевищує бюджет Російської академії наук».

Людство, як за часів Стародавнього Риму, сходить з розуму, вимагаючи хліба і видовищ. Сьогодні воно стоїть перед дилемою: виживемо ми чи ні. Полярні екосистеми, від яких залежить клімат всієї планети, крихкі, нестійкі і дуже чутливі до забруднень, а морські льоди і їх біота – найважливіші індикатори цих змін. «Потрібно те і те», – продовжував я і розповів чиновнику про собаку, який розкопав бентосні організми на крижині дрейфуючої станції СП-33. Навіть собаки починають розуміти важливість проблем і як можуть допомагають нашим вченим. Невже дехто не наслідуватиме її прикладу? Чиновник мовчав.

 

 

Коментарі

Ввійдіть або зареєструйтесь, щоб залишати коментарі.
Читайте також
Типи та особливості сонячних батарей для індивідуальної енергетичної установки

Використання енергії сонця дозволяє економити дорогу електроенергію, яка постачається в будинки енергетичними компаніями, і навіть заробляти на поставках енергії в електричну мережу, якщо останнє передбачено місцевим законодавством. З цією метою все більше власників приватних будинків монтують на дахах індивідуальні сонячні електростанції. Та прогрес не стоїть на місці, сьогодні ринок пропонує далеко не одне рішення цієї проблеми. У зв'язку з цим, розглянемо основні типи сонячних батарей для індивідуальної енергетичної установки та їх особливості.

X

Вхід

Завантажую...