30 Апр

О БИОЛОГИЧЕСКИХ И ТОКСИКОЛОГИЧЕСКИХ ПРЕДИКТОРАХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ В АНТАРКТИКЕ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

В отношении пелагиали антарктической зоны океана ярким примером климатических изменений в ней (потепления) в 70-е – 80-е годы прошлого столетия является проникновение массового представителя макропланктона – сальпы Томпсона – в ареал антарктического криля (Euphausia superba) [16, р. 1881]. По данным разных авторов [13, р. 897; 9, р. 415; 6, р. 132;14, р. 33; 1, с. 882] эти туникаты благодаря высокой пищевой активности и численности способны создавать существенную конкуренцию растительноядным планктерам, в т.ч. антарктическому крилю, а косвенно – негативно сказываясь на численности большинства потребителей последнего (рыб, птиц, головоногих, млекопитающих).

В отношении прибрежной зоны Антарктиды исследования, проводимые разными странами, свидетельствуют о «наложении» на фактор потепления климата фактора загрязнения.

Современными исследованиями выявлено интенсивное загрязнение антарктической экосистемы тяжелыми металлами [7, р. 592; 8, р. 119;  2, с. 178;  10, р. 409, 12, р. 143; 11, р. 409; 18. р. 357 и др.], которое оказалось сопоставимо с таковым в наиболее эксплуатируемых человечеством морских акваториях.

Предыдущими исследованиями в районе Украинской Антарктической станции  «Академик Вернадский» (УАС) нами было обнаружено повышенное содержание тяжелых металлов в донных осадках и в грунтах о-вов Аргентинского архипелага, выявлена аккумуляция тяжелых металлов разной токсичности в организмах массовых видов фито-зообентоса, макропланктона и рыб [3, с. 237;  17, с. 3]. Высокие концентрации  в среде и в гидробионтах кадмия и цинка – индикаторов характера  загрязнения — свидетельствуют о его природном (тектоническом) происхождении и о смыве тяжелых металлов с материка и островов Антарктиды при таянии льда в результате потепления климата в Антарктике. Наблюдавшееся в Атлантической части Антарктики резкое снижение запаса криля  ассоциируется с ингибированием воспроизводства рачка, икра которого развивается на дне мелководий [17, с. 24], подверженного загрязнению, и свидетельствует о масштабности этого явления.

Интенсивность процессов биоаккумуляции  морскими организмами различных поллютантов в различных акваториях изучалась многими исследователями — как отечественными, так и зарубежными.  При этом основное внимание уделялось представителям высших трофических уровней и макрофитам. Однако  данные, полученные для  биологических объектов с длительным жизненным циклом, не позволяют оценить время выноса загрязнителей и, соответственно, судить о межгодовой изменчивости процесса потепления климата в Антарктике. «Чисто климатические» исследования оказались явно недостаточными, что породило противоречивые мнения метеорологов и океанографов относительно этого явления. Полученные нами результаты дали основание использовать в качестве показателя временных изменений климата уровни загрязненности тяжелыми металлами компонентов биоты с коротким жизненным циклом, а также данные об обилии в водах шельфовой зоны личинок E. superba. Тем самым может быть выполнена объективная оценка межгодовой динамики процесса потепления в Антарктике, приводящего к смыву с материка этих загрязнителей.

Поэтому в  плане поиска предикторов улучшения экологической ситуации в антарктической экосистеме нами предложен ежегодный мониторинг в виде оценки степени загрязненности объектов с коротким жизненным циклом – фито-зоопланктона и зеленых макрофитов прежде всего кадмием и цинком – явных загрязнителей природного происхождения [5, с.  150].

На начальном этапе работ для достижения поставленной цели использованы материалы по указанным объектам, собранные и зафиксированные в прежние годы (2002-2009 гг.). По всем биологическим объектам выполнено предварительное биологическое обследование – индикация видов и их количественная оценка в пробах [4, с. 204-208]. В определенном смысле представляют интерес и полученные нами сведения о содержании исследуемых токсикантов в донных отложениях района [4, с. 209].

В ходе 1-ой Украинской Антарктической экспедиции (1997 г.) были получены сведения о содержании некоторых тяжелых металлов в воде и во взвеси в прибрежных и открытых водах  Атлантической части Антарктики [2, с. 1818-182]. Мы воспользовались этими табличными данными для расчета коэффициентов накопления тяжелых металлов (отношение концентраций в изучаемом объекте и в среде) взвесью (рис. 1).  Т.о., взвеси и, очевидно, планктону принадлежит важная роль в процессах самоочищения морской экосистемы от загрязнения.

Как следует из рис.2А содержание Cd и  Zn в фитопланктоне района исследований практически во все сезоны 2007 г. было повышенным. При выраженном тренде возрастания содержания этих элементов в микроводорослях от весны к лету в некоторых случаях наблюдалось изменение в их соотношениях, в малой  степени  связанные  с  составом  доминантов среди водорослей.  Последнее свидетельствует о большой степени зависимости загрязненности водорослей от содержания этих металлов в воде, а точнее – от состава поступающего загрязнения.

Рисунок 1. Зависимость величин коэффициентов накопления тяжелых металлов

во взвеси от содержания металлов (мкг.г-1) в прибрежных и открытых водах Атлантической части Антарктики (рассчитана нами по данным Н.И. Рясинцевой с соавторами [2, с. 181-182]). Пунктирные линии соответствуют ПДК содержания этих металлов в морской воде [15]

Более «чёткая» динамика загрязненности в сезонном и межгодовом аспектах наблюдалась в отношении мезозоопланктона (рис. 2Б) в 2002-2007 гг. Из приведенных иллюстраций следует, что в ряде исследованных лет наибольшее накопление токсикантов в зоопланктоне происходило в 2005 г., при этом соотношение в содержании Cd и  Zn в планктерах практически мало изменялось.

Содержание токсикантов в зеленых макрофитах (рис. 3), взятых из разных участков в разные годы, оказалось чрезвычайно различным, что, безусловно, характеризует гетерогенность поля переноса загрязнителей. В связи с этим данные

по содержанию поллютантов в прикрепленных формах не могут быть использованы для суждения  о загрязненности района в целом.

Рисунок 2. Сезонная и межгодовая динамика накопления Cd и Zn фитопланктоном (А)  и зоопланктоном (Б) в районе Украинской антарктической станции (УАС). 1 – сезонные изменения средней температуры обитания, 2 — ПДК содержания этих металлов в пищевых продуктах по [5, с. 13]

Рисунок 3. Сезонная и межгодовая динамика накопления Cd и Zn зелеными макрофитами Monostroma hariotii Gain (1) и Cladophora repens (J. Agardh) Harvey (2) в районе УАС. Пунктирная линия соответствует ПДК содержания этих металлов в пищевых продуктах по [5, с. 13]

Т.о., судя по наличию загрязнения во всех исследованных короткоживущих компонентах (фитопланктон, зоопланктон, зеленые макрофиты) кадмием и цинком, процесс потепления климата в Антарктике имел место во все годы исследований в период с 2002 по 2009 гг. Разная степень загрязненности исследованных компонентов, вероятно, обусловлена гетерогенным полем сноса токсикантов, в том числе в вертикальном плане: пресная вода с тающего ледника, имея меньшую плотность, распространяется преимущественно в верхнем слое соленой морской воды, загрязняя в первую очередь пелагическую зону.

Существенным дополнительным критерием к этому заключению является полное отсутствие в исследованных пробах зоопланктона личинок антарктического криля Euphausia superba Dana.

В связи с этим дальнейший мониторинг биоты на основании принятого подхода должен осуществляться в отношении фито- зоопланктона, взвеси (включающей в себя детрит и микропланктон) и личинок антарктического криля.

Литература

1.Ломакин П.Д., Самышев Э.З. Океанографические условия в районе Южных Шетландских островов в марте-апреле 1997, 1998 г.г. и их влияние на распределение криля и сальп // Океанология. 2004. Т. 44, № 6. С.882-891.

2.Рясинцева Н.И., Савин П.Т., Секундяк Л.Ю., Доценко С.А. Некоторые результаты изучения загрязнения воды и донных отложения различных районов Субантарктики // Бюлл. Украинского Антарктич. центра. 1998. Вып. 2. С. 178-190.

3.Самышев Э.З. Особенности структуры и функционирования экосистемы в районе УАС «Академик Вернадский» // Украинский Антарктический журнал.  2009.  Вып. 8. С. 237-266.  (URL: http://www.uac.gov.ua/custom_ content_source_list /uaj/uaj8/UAJ_N_8_237-266.pdf)

4.Самышев Э.З., Минкина Н.И., Копытов Ю.П., Чудиновских Е.С., Игнатьев С.М. Загрязненность прибрежной экосистемы тяжелыми металлами как показатель климатических изменений в Антарктике // Украинский антарктический журнал.  2014. Вып. 13. С. 198-213. (URL: http://www.uac.gov.ua/custom_content_source_list /uaj/uaj13/uag13_198.pdf)

5.Совга Е.Е. Загрязняющие вещества и их свойства в природной среде /НАН Украины, Морской гидрофизический институт, Черноморское отделение Московского государственного университета. – Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2005. — 237 с.

6.Самышев Э.З., Бибик В.А., Савич М.С. и др. К проблеме о состоянии популяции антарктического криля и пелагической экосистемы в регионе моря Скоттия // Бюлл. УАЦ. 1997. Вып. 1. С. 132-136.

7.Ahn I.-Y., Lee S.H., Kim K.T. et al. Baseline heavy metal concentrations in the Antarctic clam, Laternula elliptica in Maxwell Bay, King George Island Antarctica. // Marine Pollution Bulletin. 1996. V.32, N 8/9. P. 592-598.

8.Ahn  I.-Y., Chung K. H., Cho H. J. Influence of glacial runoff on baseline metal accumulation in the Antarctic limpet Nacella concinna from King George Island. // Marine Pollution Bulletin. 2004. V.49.  P. 119-141.

9.Dubishar C.D., Bathman U.V. Grazing impact of copepods and salps on phytoplankton in the Atlantic sector of the Southern Ocean //Deep Sea Res. 11, Jan.-Feb. 1997.  V. 44 (1-2).  P. 415-433.

10.Hanfland C., Geibert W., Vöge I. Tracing Marine Processes in the Southern Ocean by Means of Naturally Occurring Radionuclides / Antarctica. Contribution to Global Earth Sciences: Proc. of the IX Int. Symp. of Antarctic Earth Sciences (Postdam, 2003).  Springer: 2003.  P. 409-413.

11.Kahle J., Zauke J.P. Trace metals in Antarctic copepods from the Weddell Sea (Antarctica) // Chemosphere.  2003.  V. 51.  P. 409-417.

12.King C.K., Riddle, M.J. Effects of metal contaminants on the development of the common Antarctic sea urchin Sterechinus neumayeri and comparison of sensitivity with tropical and temperate echinoids //Mar Ecol Prog Ser . 2001. V. 215. P. 143-154.

13.Loeb V., Siegel V., Holm-Hansen O. et al. Effects of sea-ice extent and krill or salps dominance on the Antarctic food web // Nature. 1997.  N 387. D. 9. Р. 897-900.

14.Minkina N.I., Samyshev E.Z., Chmyr V.D., Seregin S.A. The relative evaluation of assimilation of primary production by krill, salps and bacterioplankton in Atlantic Sector of Antarctic (ASA) under the conditions of mass development of gelatinous animals // Proc. of the Second Intern. Sympos. on Krill (Santa Cruz, USA, 23-27 Aug. 1999).   Santa Cruz, 1999.  P. 33-35.

15.Niederlandische Liste. Atlasten Spektrum 3/95. // PTS limits and levels of concern in the environment, food and human tissues. 1995. Is. 3. P. 29-32. (URL: http://www.amap.no/documents).

16.Pakhomov E.A., Froneman P.W., Perissinotto R. Salp/krill interactions in the Southern Ocean: spatial segregation and implications for the carbon flux //Deep Sea Res. 2002.  P.II, V.49. P. 1881-1907.

17.Samyshev E. Z. The structure and functioning of Antarctic marine coastal ecosystems in the conditions of natural and anthropogenic contaminations // Морской эколог. журн. 2011. Т.10, № 2. − С. 3-25.

 18.Vodopivez C., Mac Cormack W.P., Villaamil E. et al. Evidence of pollution with hydrocarbons and heavy metals in the surrounding of Jubany Station // Berichte zur Polar und Meeresforschung. V. 571 2008/ Report on POLAR AND Mar.Res. The Antarctic ecosystem of Potter Cove, King George Island (Isla 25 de Mayo). Synopsis of research performed 1999-2006 at the Dallmann Lab. and Jubany Station (C. Wiencke, G.A. Ferreyra, D. Abele and S. Marenssi -Eds.).  p. 357-364.

О БИОЛОГИЧЕСКИХ И ТОКСИКОЛОГИЧЕСКИХ ПРЕДИКТОРАХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ В АНТАРКТИКЕ
Written by: Самышев Эрнест Зайнуллинович, Минкина Наталья Иосифовна, Чудиновских Елена Сергеевна
Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
Date Published: 03/30/2017
Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.04.2015_04(13)
Available in: Ebook