научная статья по теме ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННAЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ХЛОРОФИЛЛА “А” В АТЛАНТИЧЕСКОМ И ИНДИЙСКОМ СЕКТОРАХ ЮЖНОГО ОКЕАНА В ФЕВРАЛЕ–АПРЕЛЕ 2000 Г. ПО СПУТНИКОВЫМ И ЭКСПЕДИЦИОННЫМ ДАННЫМ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННAЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ХЛОРОФИЛЛА “А” В АТЛАНТИЧЕСКОМ И ИНДИЙСКОМ СЕКТОРАХ ЮЖНОГО ОКЕАНА В ФЕВРАЛЕ–АПРЕЛЕ 2000 Г. ПО СПУТНИКОВЫМ И ЭКСПЕДИЦИОННЫМ ДАННЫМ»

ОКЕАНОЛОГИЯ, 2007, том 47, № 4, с. 546-558

МОРСКАЯ БИОЛОГИЯ

УДК 581.132:574583:551507362

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ХЛОРОФИЛЛА "а" В АТЛАНТИЧЕСКОМ И ИНДИЙСКОМ СЕКТОРАХ ЮЖНОГО ОКЕАНА В ФЕВРАЛЕ-АПРЕЛЕ 2000 г. ПО СПУТНИКОВЫМ И ЭКСПЕДИЦИОННЫМ ДАННЫМ

© 2007 г. А. Б. Демидов, |В. И. Ведерников, С. В. Шеберстов

Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва

e-mail: demspa@rambler.ru Поступила в редакцию 26.06.2006 г., после доработки 24.07.2006 г.

В феврале и апреле 2000 г. в Южном океане между Африкой и Антарктидой концентрация хлорофилла в поверхностном слое (Схп) была невысокой (0.1-0.3 мг/м3). Зоны с повышенными величинами Схп (0.6-2.0 и более 2.0 мг/м3) располагались между Южным субтропическим и Субантарктическим фронтами, в районе Полярного фронта и к югу от Антарктической дивергенции. С февраля по апрель в открытых районах Южного океана наблюдалось общее снижение Схп. Аналогичная тенденция была отмечена в прибрежных морях Восточной Антарктики. На шельфе моря Космонавтов в верхнем перемешанном слое содержание хлорофилла составило 0.34-0.37 мг/м3. В районе континентального склона отмечено образование подповерхностного хлорофильного максимума (0.52-0.56 мг/м3) на глубине 20 м, который опустился до 70 м при переходе к глубоководному району. Положительная связь с высоким коэффициентом корреляции (r = 0.939) между экспедиционными (Схп) и спутниковыми (Csat) значениями позволяет сделать вывод о применимости алгоритма SeaWiFS для оценки содержания хлорофилла в поверхностном слое в исследованных районах Антарктики. Во время льдообразования в заливе Прюдс в течение пяти дней содержание хлорофилла в различных фазах молодого льда увеличилось в 2.9 раза, в то время, как в окружающей воде значения этого показателя оставались практически неизменными. Величины Csat превышали экспериментально полученные в шуге в 6.3 раза. Из-за больших площадей, занятых плавучим льдом, использование только спутниковых данных может привести к большим ошибкам в оценке продуктивности морей Восточной Антарктики.

ВВЕДЕНИЕ

Комплексных крупномасштабных исследований в Южном океане, захватывающих разные сезоны, выполнено немного [15]. Одним из часто используемых показателей продуктивности морских пелагических экосистем является содержание хлорофилла "а" в поверхностном слое океана. Однако, по имеющимся в настоящее время прямым экспедиционным данным практически невозможно описать картину изменчивости хлорофилла в большинстве открытых районов Южного океана [14].

В Атлантическом и Индийском секторах Южного океана между Африкой и Антарктидой исследования проводились в основном с октября по январь. Южной границей района работ, как правило, была кромка плавучих льдов [11, 12, 30, 41, 46, 47, 53]. Также ограничены во времени и пространстве исследования, проводимые в прибрежной зоне Восточной Антарктики [6, 21, 25, 33, 39, 50, 52]. Здесь и далее под Восточной Антарктикой подразумевается зона к югу от 65° ю. ш., расположенная между морями Уэделла на западе и Росса на востоке [14].

Существенным ограничением использования данных, полученных на борту судна, является их малое пространственно-временное разрешение. Этот недостаток может быть в значительной степени компенсирован привлечением к анализу больших массивов информации, полученных спутниковыми сканерами цвета океана. С другой стороны, возможность получить спутниковые данные может быть ограничена из-за большого количества облачных дней в высоких широтах и сложной ледовой обстановки на акваториях южнее Полярного фронта (ПФ). В исследованном нами районе количество таких дней в году, как правило, более 70%. Недостаток данных, в свою очередь может приводить к парадоксальным выводам, в частности о сезонной динамике хлорофилла [14]. Кроме того, содержание хлорофилла по спутниковым данным рассчитывается, исходя из информации, полученной из сравнительно узкого приповерхностного слоя океана, в то время как для экологических исследований необходимо знать распределение величин этого показателя в зоне фотосинтеза и глубже. В последнее время подвергаются сомнению оценки содержания хлорофилла и первичной продукции в столбе воды по

спутниковой информации [9]. Алгоритмы этих расчетов требуют совершенствования в особенности для Южного океана. По данным некоторых авторов, в прибрежных водах Антарктики на слой, который формирует регистрируемый сканером сигнал, приходится только от 3.6 до 10% интегрального хлорофилла и от 6.5 до 14.8% интегральной первичной продукции [34], а содержание хлорофилла на поверхности может слабо коррелировать с интегральными величинами этого пигмента в столбе воды из-за хорошо выраженных глубинных максимумов [52]. Из всего сказанного следует, что спутниковые и экспедиционные данные по содержанию хлорофилла, если это возможно, должны использоваться совместно, так как они дополняют и обогащают друг друга.

Особенностью гидрологической структуры поверхностных вод Южного океана является ее ярко выраженный фронтальный характер. В исследованном нами секторе выделяются четыре основных квазиширотных фронта: Северный Субтропический (ССТФ), Южный Субтропический (ЮСТФ), Субантарктический (САФ) и Полярный (ПФ) [1, 16, 22, 36, 37, 49]. Эти фронты представляют собой сложную систему взаимодействующих между собой вихревых образований, областей конвергенций и дивергенций, находящихся в стрежнях главных струй Антарктического циркумполярного течения (АЦТ) [2, 46]. Кроме этих фронтов в Южном океане отмечаются Антарктическая дивергенция (АД), располагающаяся у границы смены направления движения преобладающих поверхностных течений с западного на восточное [16] и Антарктический склоновый фронт (АСФ), занимающий положение у бровки континентального шельфа и в верхней части склона [26]. Среднее многолетнее положение основных фронтов и широтных зон в исследованном районе показано на рис. 1.

Экспериментальный этап наших работ проводился в 16-м рейсе НЭС "Академик Федоров" (февраль-апрель 2000 г.). Целью исследований было изучение пространственно-временных изменений хлорофилла в широтных зонах Южного океана, разграниченных основными гидрологическими фронтами, и морях восточного сектора Антарктики (МВА).

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

Работы проводились с 17 февраля по 13 апреля 2000 г. в 48-и точках на ходу судна и на 15-и станциях гидрологического полигона (рис. 1 и 2). Пробы воды отбирали с поверхности пластиковым ведром 1-2 раза в сутки. Время отбора проб выбирали как можно ближе к моменту пролета спутника при его максимальном угле положения над горизонтом (как правило близко к полудню по Гринвичу). На станциях гидрологического полигона в море Космонавтов, где исследовалось вертикальное распределение

ю.ш.

30(

40°

о <0.1 о 0.1-0.2 О 0.2-0.3 О 0.3-0.4 О 0.4-0.5 _ О 0.6-2.0

50°

60°

70°

62 ф

И

ЮСТФ

61 • 60 # САФ 0

59 о 1 • [ЙЦ ПФ

58 57 • • 2 о Ш

56 3 4 0

55 • 54 л АД 5 6 0 7

ст. Новолазаревская ГП 53-

ст. Молодежная"^

10° з.д.

10°

20°

30°

40°

50° в.д.

Рис. 1. Поверхностный хлорофилл "а" (мг/м3) 17-21.02 (светлые кружки) и 6-13.04.2000 г. (темные кружки) на разрезах между Африкой и Антарктидой. Сплошными линиями схематично показано среднее многолетнее положение основных гидрологических фронтов по [1, 16, 22]. ССТФ - Северный субтропический фронт; ЮСТФ - Южный субтропический фронт; САФ - Субантарктический фронт; ПФ - Полярный фронт; АД - Антарктическая дивергенция. Римские цифры в квадратах: I - моря Восточной Антарктики; II - Антарктическая зона; III - Антарктическая фронтальная зона; IV - Субантарктическая зона; V - Субтропическая фронтальная зона; VI - Субтропическая зона. Цифры рядом с кружками - номера станций.

хлорофилла, пробы были взяты при помощи СТБ-зонда с комплексом батометров объемом ~2 л в верхнем 125-и метровом слое после предварительного зондирования температуры и солености.

Определение содержания хлорофилла "а" (Сх) проводили спектрофотометрическим методом. Пробы воды объемом 2.9-11.8 л фильтровали через мембранные фильтры марки "Сынпор-4" (размер пор 0.85 мкм) с предварительно нанесенным на них слоем углекислого магния из расчета 10-15 мг на 1 см2 фильтрующей поверхности. Фильтры с осадком высушивали при комнатной температуре и хранили 2-3 месяца до анализа в морозильной камере холодильника при Т = -18-20°С, поместив в емкость со свежепрокаленным силикагелем. Экстракция осуществлялась два раза по 30 мин 90%-ным раствором ацетона. Очистку от механической взвеси проводили путем центрифугирования при 7000 об/мин. Пропускание полученных

ю.ш.

63°

64° 65° 66° 67° 68° 69° 70°

15° 25° 35° 45° 55° 65° 75° 85° 95°

В.Д.

Рис. 2. Поверхностный хлорофилл "а" (мг/м3) в морях Восточной Антарктики (24.02-29.03.2000 г.). Цифры рядом с кружками - номера станций.

1 1 1 1 1 1 1 1

- о 0.1-0.2 О 0.2-0.3 О 0.3-0.4 О 0.4-0.5 млре млре клсмлнавтлв слДрУЖрсТВА 19 млре ДЕЙВИСА 15

- О 0.5-0.6 О 0.6-2.0 035

0>2.0 °36 О 9 43 10 44 42 37 о ОО / \ 18

ЬлЯТ

51 45 1 J \ \/ ' РИСеМ-ТаРсРнА 4°1о83Ы к )ст. Мирный" 46 Og4^ V. Залив 20 f 052 47-50 g/V, ^Ч, n20J ~ ^ /ст. Молодежная ^ ^ XJ ~ / \ Прюдс (

12

- j АНТАРКТИДА 13 || 22

^ст. Прогресс 1 1

экстрактов определяли на однолучевом спектрофотометре СФ-46. Концентрацию Сх рассчитывали по формуле Джеффри и Хамфри [27] для смешанного фитопланктона.

Первичные спутниковые данные по содержанию хлорофилла "a" на поверхности (Схп) (Level-1 GAC (Global Area Coverage)), полученные сканером цвета SeaWiFS, рассчитывались по стандартному OC4v2 алгоритму [35]. Обработка этих данных была проведена по [28]. Осреднение спутниковых величин для сопоставления их с полученными в тот же день и в тех же координатах экспедиционными величинами хлорофилла было проведено для доступных пикселей в квадратах 9 х 9 км. При этом максимальное расстояние от ближайшего пикселя до точки отбора проб не превышало 5-ти километров. Карты распределения содержания спутникового хлорофилла, построенные по осредненным за месяц величинам, представлены на рис. 3-6.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Хлорофилл в воде по судовым данным. В феврале на квазимеридиональном разрезе от К

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком