Особенности функционирования озер Восточной Антарктиды

УДК 574.5(1-923.1/.2)

А. В. Толстиков*, А. Н. Шаров**

*Институт водных проблем Севера Карельского НЦ РАН,
Петрозаводск, Россия, tolstikov@nwpi.krc.karelia.ru
**Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН,
Москва, Россия, sharov_an@mail.ru

PECULIARITIES OF LAKES FUNCTIONING
IN THE EASTERN ANTARCTICA

A. V. Tolstikov*, A. N. Sharov**

* Institute of Northern Water Problems Karelian RC RAS, Petrozavodsk, Russia
**Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry RAS, Moscow, Russia

В период с декабря 2010 по апрель 2011 г. Институтом водных проблем Севера Карельского НЦ РАН проводились исследования антарктических озер в составе 56 Российской антарктической экспедиции Арктического и Антарктического научно-исследовательского института. Изучались разнотипные озера, расположенные в трех оазисах: Холмы Тала, Ширмахера, Холмы Ларсеманн. Цель работы заключалась в выявлении особенностей современного состояния физико-химического и биологического режимов типичных озер антарктических оазисов и сравнении данных с результатами, полученными ранее другими авторами. Задачи исследования включали изучение изменчивости гидрофизических параметров – сезонной и долгопериодной (сравнение с предыдущими исследованиями), изучение изменчивости концентраций биогенных элементов и особенностей структуры биологических сообществ озер, исследование вертикальной структуры донных осадков. Всего обследовано 27 озер: в оазисе Холмы Тала – 13, в оазисе Ширмахера – 11, в оазисе Холмы Ларсеманн – 3.

Озера данных оазисов представляют собой озерно-речные системы, котловины которых расположены на разных уровнях относительно друг друга и связаны между собой временными водотоками, прорывающимися в соседний водоем по уклону раз в год или раз в несколько лет в теплое время. В результате этого процесса перераспределяются значительные объемы воды, соответственно, происходит изменение уровня озер. Безусловно, это оказывает самое мощное внешнее воздействие на изменчивость структуры озерных экосистем.

Озера оазиса Холмы Тала можно разделить на три типа. К первому относятся глубокие озера, покрытые льдом в течение всего года, которые характеризуются обратной температурной стратификацией, температура придонных вод около 4 ºС. Летом вдоль берегов образуются закраины. Это оз. Лагерное (глубина 5 м) и Глубокое (глубина 30 м). Ко второму типу относятся мелкие озера, промерзающие до дна. В теплое время года в них по берегам образуются закраины, но большую часть озера покрывает лед. Глубины озер этого типа около 3 м (Овальное, Стоковое, Разливное). К третьему типу относятся мелкие озера, ледяной покров которых летом сходит полностью, и наблюдается изотермия водной массы. Глубины таких озер менее 2 м. Работы в оазисе Холмы Тала показали, что тепло в озера поступает за счет стока талых вод, а также интенсивной солнечной радиации. В силу того, что на ледяной поверхности глубоких озер практически полностью отсутствует снежный покров большую часть лета, и водная масса содержит мало взвеси, 10–15 % от измеренной приходящей солнечной радиации (до 5 Вт/м2) достигало глубины 30 м (оз. Глубокое).

Фитопланктон этих озер крайне беден, благодаря чему обеспечивается высокая прозрачность воды (до 15 м), в то время как в оазисе Ширмахера взвесь, поступающая с талой водой от ледников и снежников, значительно снижает прозрачность воды, и, оседая, способствует накоплению аллохтонных минеральных веществ в донных отложениях.

Первичная продукция во всех изученных озерах осуществляется преимущественно за счет водорослей бентоса и бактерий. Исследование сезонной динамики планктона в озерах, постоянно покрытых льдом, мощностью 3 м, показало отсутствие водорослей и животных в толще воды. В планктоне вскрывающихся озер обнаружены преимущественно зеленые водоросли Shaerocystis scroeteri Chodat, 1897 и Cosmarium leave Rabenhorst, 1868, из представителей зоопланктона – коловратки Bdeloidea.

Для глубоких озер оазиса Ширмахера в теплый период года также характерна обратная температурная стратификация. В конце летнего сезона (28 февраля 2011 г.) в придонном слое оз. Глубокого (оазис Ширмахера) нами обнаружены разновозрастные коловратки нескольких видов в концентрации 10 тыс. экз./м3, причем 5 % самок с яйцами. Это говорит о том, что данные популяции находились в стадии роста.

В окрестностях Холмов Ларсеманн находятся свыше 150 озер, которые считаются наиболее важной экологической характеристикой этого оазиса. Некоторые из них (восточная часть п-ова Брокнес) имеют самую давнюю историю донных отложений среди всех поверхностных озер Антарктики. Здесь нами исследованы несколько мелких озер (глубина до 5 м), в которых интенсивные процессы газообразования в донных осадках приводят к всплытию цианобактериальных матов. В планктоне оз. Степпед обнаружено аномальное для Антарктиды (более 1 тыс. экз./м3) обилие веслоногих рачков кладоцер Daphniopsis studeri Ruhe, 1914. На дне озера в цианобактериальных матах обнаружено значительное скопление тихоходок (Tardigrada), коловраток Notholca sp. и нематод Plectus sp. Обильное развитие беспозвоночных в оз. Степпед, вероятно, связано с гнездованием поморников на берегах, которые приносят с пометом большое количество биогенных веществ, преимущественно фосфора.

На дне некоторых озер Антарктиды обнаружен мох (Короткевич, 1958; Симонов, 1971, Li et al., 2009). В оазисе Холмы Тала нами не было найдено ни одного озера с содержанием мха в донных пробах, в то время как в озерах оазисов Ширмахера и Холмы Ларсеманн они встречаются во многих водоемах. Мох на дне оз. Глубокого (оазис Ширмахера) имеет три ярко выраженных слоя на разной глубине колонки. Скопления стеблей говорят о благоприятных для роста мха условиях. В оз. Поморник
(оазис Ширмахера) и оз. Прогресс (оазис Холмы Ларсеманн) на дне обитает наиболее распространенный в Антарктиде (Li et al., 2009) глубоководный мох Bryum pseudotriquetrum P. G. Gärtner, B. Meyer & Scherbius, 1802, а в оз. Глубоком (оазис Ширмахера) – Plagiothecium orthocarpum Mitten., 1869, которого в других озерах Антарктиды пока не обнаружено. Различие обилия мха в слоях донных отложений говорит об изменении климата в прошлом. Массовое развитие мха, по-видимому, связано с наиболее благоприятными для него периодами.

Донные сообщества цианобактерий и беспозвоночных представляют собой основную биологическую компоненту антарктических озер. В верхних слоях донных осадков доминируют коловратки и тихоходки. Основу матов составляют нитчатые цианобактерии Oscillatoriales: Pseudanabaena frigida (Fritsch) Anagn, 2001, Nostoc sp., Oscillatoria sp. и др. В мелких озерах также наиболее развиты донные сообщества, которые составляют организмы, способные формировать покоящиеся стадии или впадать в анабиоз, что позволяет выживать при высыхании летом и промерзании мелких озер зимой. Накопление донных отложений в глубоких озерах происходит со скоростью примерно 0,5 мм/год, что хорошо видно по чередованию разноцветных слоев колонки донных осадков. Такая слоистая структура цианобактериальных матов объясняется различной интенсивностью роста водорослей и цианобактерий в течение года, и может использоваться для определения возраста осадков и оценки климатических изменений в прошлом.

Таким образом, особенности функционирования озерных экосистем в Антарктиде в первую очередь зависят от ледового режима, который регулирует колебания температуры водной массы и летнюю конвекцию. При вскрытии озер происходит резкое охлаждение водной массы в результате ветро-волнового перемешивания и активного испарения с поверхности. В данных условиях, а также при низком содержании биогенных веществ в воде, развитие экосистем идет по бентосному типу.

Донные отложения озер антарктических оазисов являются архивами палеоклиматических данных. Микробиологические и геохимические исследования донных осадков позволят проследить эволюцию микробного разнообразия, реконструировать химические процессы в разные эпохи климатической истории Земли, а наличие мха в пробах может считаться хорошим маркером климатических событий прошлого.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ «Реакция озер на изменения климата» № 10-05-00963.


Zoocenosis — 2011
Біорізноманіття та роль тварин в екосистемах: Матеріали VІ Міжнародної наукової конфе­ренції. – Дніпропетровськ: Вид-во ДНУ, 2011. – С. 149-151.

Розповісти колегам:

Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники