Кокколитофориды в черном море

Кокколитофориды в черном море

Е. Н. Корчемкина 1* , Е. В. Маньковская 1 , Р. И. Ли 2

1 Морской гидрофизический институт РАН, г. Севастополь

2 Институт биологии южных морей имени А.О. Ковалевского РАН, Севастополь, Россия

Аннотация

Цель работы – представить и обсудить результаты оптических и биологических измерений, проводившихся в период цветения кокколитофорид. Использованы данные натурных измерений со стационарной океанографической платформы (район Южного берега Крыма, 44° 23′ с. ш., 33° 59′ в. д.) в июле 2012 г. (7–16 июля) и в мае 2017 г. (24–31 мая) и данные, полученные в экспедиции НИС «Профессор Водяницкий» по северной части Черного моря в июне 2017 г. (14–30 июня). Эти периоды наблюдений совпали с периодами интенсивного развития кокколитофорид. Рассмотрены и проанализированы результаты измерения глубины видимости белого диска, показателя ослабления направленного света и спектрального коэффициента яркости, а также биологические определения численности клеток кокколитофорид в пробах воды. Помимо натурных данных использовалась спутниковая информация о коэффициенте яркости моря и показателе рассеяния назад. Значения показателя ослабления света, коэффициента яркости, показателя рассеяния назад и биологические определения концентрации кокколитофорид повышены по сравнению с периодами отсутствия цветения. Глубина видимости белого диска имела аномально низкие значения. Численность клеток кокколитофорид, по биологическим данным, изменялась в диапазоне от 150 тыс. кл./л до 1.7 млн кл./л и в среднем составила 0.6 ± 0.4 млн кл./л. По этим данным, оценка концентрации сброшенных кокколитов составила (1.46 ± 0.42)•10 11 м -3 . Рассчитанные по спутниковым данным концентрации кокколитов в среднем составили: (1.29 ± 0.23)•10 11 м -3 в июле 2012 г., (1.32 ± 0.12)•10 11 м -3 в мае 2017 г. и (2.37 ± 0.69)•10 11 м -3 в июне 2017 г. Во время цветения наблюдалась высокая изменчивость не только оптических свойств, но и биологических, причем взаимосвязь между их пространственным распределением слабая. С оптической точки зрения показателем цветения оказывается численность кокколитов, а не клеток, что может привести к неверному описанию биологической ситуации.

Ключевые слова

Черное море, кокколитофориды, коэффициент яркости, глубина видимости белого диска, показатель ослабления света, показатель рассеяния света назад, концентрация кокколитов

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания по темам № 0827-2019-0002, № 0827-2019-0004 и № АААА-А18-118021490093-4.

Для цитирования

Корчемкина Е. Н. , Маньковская Е. В. , Ли Р. И. Влияние случаев цветения кокколитофорид на биооптические характеристики вод Черного моря по данным наблюдений в 2012 и 2017 годах // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2020. № 3. С. 1730. doi:10.22449/2413-5577-2020-3-17-30

DOI

Список литературы

1. Микаэлян А. С., Силкин В. А., Паутова Л. А. Развитие кокколитофорид в Черном море: межгодовые и многолетние изменения // Океанология. 2011. Т. 51, № 1. С. 45–53.
2. Многолетняя изменчивость прозрачности воды в Черном море и факторы, обусловившие ее сильное снижение в конце 80-х – начале 90-х годов / В. И. Маньковский [и др.]. Севастополь, 1996. 32 с. (Препринт / МГИ НАН Ук-раины).
3. Cokacar T., Oguz T., Kubilay N. Satellite-detected early summer coccolithophore blooms and their interannual variability in the Black Sea // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2004. Vol. 51, iss. 8. P. 1017–1031. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2004.03.007
4. Паутова Л. А., Микаэлян А. С., Силкин В. А. Структура планктонных фитоценов шельфовых вод северо-восточной части Черного моря в период массового развития Emiliania huxleyi в 2002–2005 гг. // Океанология. 2007. Т. 47, № 3. С. 408417.
5. Карабашев Г. С., Шеберстов С. В., Якубенко В. Г. Июньский максимум нормализованной яркости и его связь с гидрологическими условиями и цветением кокколитофорид в Черном море // Океанология. 2006. Т. 46, № 3. С. 331–343.
6. Balch W. M., Kilpatrick K. A., Trees C. C. The 1991 coccolithophore bloom in the central North. I. Optical properties and factors affecting their distribution // Limnol-ogy and Oceanography. 1996. Vol. 41, iss. 8. P. 1669–1683. doi:10.4319/lo.1996.41.8.1669
7. Корчемкина Е. Н., Ли М. Е. Аномальные оптические характеристики прибрежных вод Черного моря в июле 2012 года и их связь с концентрацией минеральной взвеси в воде // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2015. Т. 8, № 4. С. 101–105.
8. Ли М. Е., Мартынов О. В. Измеритель коэффициента яркости для подспутниковых измерений биооптических параметров воды // Экологическая безопас-ность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ–Гидрофизика, 2000. С. 163–173.
9. Маньковский В. И. Спектральный лабораторный прозрачномер с переменной базой // Системы контроля окружающей среды. Севастополь : ЭКОСИ–Гидрофи- зика, 2012. Вып. 17. C. 56–60.
10. Ли M. E. Разработки гидрооптических приборов в МГИ НАН Украины // Сис-темы контроля окружающей среды. Севастополь : ЭКОСИ–Гидрофизика, 2012. Вып. 17. С. 7–20.
11. Латушкин А. А. Спектральный измеритель коэффициента ослабления света для проведения океанографических подспутниковых исследований // Сучасні технології проектування керуючих та мехатронних систем – 2013 = Современные технологии проектирования управляющих и мехатронных систем: материали міжнародноЇ науково-технічної конференції (Севастополь, 16–19 квітня 2013 р.) / [науковий редактор О. Т. Барабанов]. Севастополь : Видавництво Севастопольського національного технічного унiверситету, 2013. С. 192–196
12. Сорокин Ю. И. К методике концентрирования фитопланктона // Гидробиологический журнал. 1979. Т. 15, № 2. С. 71–76.
13. Суханова И. Н. Концентрирование фитопланктона в пробе // Современные методы количественной оценки распределения морского планктона. М. : Наука, 1983. С. 97–105.
14. Ли М. Е., Латушкин А. А., Мартынов О. В. Долговременная изменчивость про-зрачности поверхностных вод Черного моря // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2018. Т. 11, № 3. С. 40–46. doi:10.7868/S207366731803005X
15. Маньковский В. И. Влияние состава взвеси на глубину видимости белого диска // Оптика атмосферы и океана. 2019. Т. 32, № 1. С. 24–28. doi:10.15372/AOO20190104
16. Optical properties of the particles in the Crimea coastal waters (Black Sea) / M. Chami [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2005. Vol. 110, iss. C11. C11020. doi:10.1029/2005JC003008
17. Распределение биооптических параметров в фотическом слое северной части Черного моря в период интенсивного цветения кокколитофорид / А. А. Латуш-кин [и др.] // Труды X Юбилейной Всероссийской конференции «Современные проблемы оптики естественных вод». СПб. : ХИМИЗДАТ, 2019. С. 125130.
18. Определение концентрации примесей в морской воде по спектру яркости восходящего излучения / М. Е. Ли [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2015. № 6. C. 17–33. doi:10.22449/0233-7584-2015-6-17-33
19. Перспективы улучшения точности оценки параметров кокколитофоридных цветений в Баренцевом море по спутниковым данным / О. В. Копелевич [и др.] // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14, № 7. С. 267–279. doi:10.21046/2070-7401-2017-14-7-267-279
20. Biological and optical properties of mesoscale coccolithophore blooms in the Gulf of Maine / W. M. Balch [et al.] // Limnology and Oceanography. 1991. Vol. 36, iss. 4. P. 629–643. https://doi.org/10.4319/lo.1991.36.4.0629

Источник

Штормы Черного моря влияют на зимнее цветение «известкового» фитопланктона

Крымские ученые по спутниковым измерениям обнаружили и исследовали ежегодное зимнее цветение особого вида фитопланктона в Черном море — кокколитофорид. Именно эти водоросли придают воде молочно-лазурный оттенок, а после цветения образуют на дне известковые отложения, из которых и состоит, например, школьный мел. Возможная причина кроется в действии интенсивных штормов. Действие сильных ветров помогает переносить питательные вещества из глубинных морских слоев в верхний освещенный, что и вызывает цветение. Исследование проводилось при поддержке грантов Российского научного фонда. Статья опубликована в Journal of Marine Systems.

«Наблюдаемое в последнее время изменение климата приводит к необходимости изучения процессов поглощения и выделения углекислого газа в атмосфере Земли. Образование кокколит существенно влияет на углеродный цикл в океане, преобразуя углекислый газ из атмосферы. Эти водоросли играют важную роль в транспорте неорганического углерода и образовании донных осадков, что приобретает особую значимость в связи с проблемой углекислотного загрязнения атмосферы», — заключила одна из авторов работы Елена Кубрякова, младший научный сотрудник Морского гидрофизического института РАН.

Одним из наиболее распространенных видов фитопланктона, обитающего в Черном море, являются кокколитофориды вида Emiliania huxley. Эти водоросли имеют важную особенность: они преобразуют углекислый газ в карбонат кальция, создавая вокруг себя скелет из известняковых пластин — кокколит. Этот процесс значительно влияет на баланс неорганического углерода, способствуя сокращению количества углекислого газа в атмосфере. После цветения — периода активного размножения водорослей — кокколиты оседают, образуя известковые отложения на дне океанов и морей, из которых впоследствии и состоит, например, школьный мел.

Несмотря на то, что размер водорослей составляет всего несколько микрометров, они изменяют оптические свойства вод, когда количество клеток во время цветений достигает нескольких миллионов в литре. В это время из-за сильного рассеяния света на кокколитах воды Черного моря приобретают красивый молочно-лазурный оттенок, что позволяет наблюдать за такими цветениями из космоса.

Наиболее сильные цветения кокколитофорид в различных регионах Мирового океана обычно наблюдаются летом. Поэтому до сих пор ученые фокусировались на исследовании механизмов, способствующих активному развитию кокколитофорид именно в теплый период года. Считается, что важным фактором, дающим преимущество кокколитофоридам по сравнению с другими водорослями, является наличие кокколитов, которые защищают клетку от воздействия интенсивной солнечной радиации.

Российские ученые из Морского гидрофизического института РАН (Севастополь), используя многолетние спутниковые измерения и данные погружающихся буев Bio-Argo с оптическими сенсорами, показали, что в Черном море сильные цветения кокколитофорид наблюдаются и в осенне-зимний период. Авторы соотнесли периоды активного размножения водорослей с условиями, которые могли на них повлиять: температура, плотность воды, скорость ветра и другие. Оказалось, что зимой резкий рост кокколитофорид обыкновенно наблюдается через 1-2 недели после интенсивных морских штормов. Действие сильных ветров способствует переносу питательных веществ из глубинных морских слоев в верхний освещенный, что и вызывает цветение.

Интересно, что высокая активность кокколитофорид наблюдается обыкновенно во время ослабления цветений других видов фитопланктона. Возможно, причина цветения кокколитофорид в холодный период года связана с особой структурой кокколит, которые могут выполнять роль фотонных кристаллов, позволяющих фокусировать свет в клетку в период низкой освещенности, а также с тем, что зоопланктон неохотно поедает эти водоросли.

Источник