Материалы 17-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», Москва, ИКИ РАН, 2019 год

(http://conf.rse.geosmis.ru)

Зимнее «цветение» кокколитофорид в Черном море по спутниковым данным и измерениям буев Био-Арго: межгодовая изменчивость и возможные причины возникновения

Кубрякова Е.А. (1), Кубряков А.А. (1), Станичный С.В. (1)
(1) Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Российская Федерация
Кокколитофориды являются одним из доминирующих типов фитопланктона в Черном море [7, 8], существенно влияя на трофическую структуру и сезонную сукцессию видов в бассейне. Кроме того, известняковые чешуйки-кокколиты вызывают сильное рассеяние света, а после цветений водорослей они оседают на дно и являются одной из основных составляющих известковых пород на дне океана и в частности Черного моря [3, 4]. Таким образом, эти водоросли играют важную роль в транспорте неорганического углерода в донные осадки, что приобретает особую значимость в связи с проблемой углекислотного загрязнения атмосферы [9, 12]. По данным натурных и спутниковых наблюдений отмечается регулярное «цветение» кокколитофорид Emiliania huxleyi в начале лета. В [5] совместный анализ спутниковых данных и измерений буев Био-Арго позволил описать изменчивость зимнего «цветения» кокколитофорид, ранее зафиксированного также в ряде экспедиционных работ [2, 10, 11].
В настоящей работе на основе оптических и инфракрасных измерений данных спутника MODIS-Aqua за 2003-2017 гг. исследуется межгодовая изменчивость зимних «цветений» кокколитофорид в Черном море и основные вызывающие её факторы.
Анализ спутниковых данных позволил условно выделить годы с интенсивным «цветением» кокколитофорид, охватывающим всю глубоководную часть моря, с локальными «цветениями» и годы, в которые зимнее «цветение» кокколитофорид не наблюдалось.
В январе 2005 г. и в конце декабря 2012 г. – в январе 2013 г. «цветение» наблюдалось практически по всей центральной части моря со значениями коэффициента отражательной способности Rrs от 0.007 до 0.01 ср-1, что по оценкам [5] соответствует 1.9-4.6∙106 кл/л. Отметим, что в январе 2005 г. высокие значения Rrs наблюдались в центрах циклонических круговоротов и отсутствовали в районе континентального склона. В период зимнего «цветения» 2012-2013 гг. высокие значения Rrs также зафиксированы вблизи континентального склона в восточной и южной частях моря. В некоторые годы интенсивные «цветения» кокколитофорид сконцентрированы, в основном, в восточной части моря вблизи берега (декабрь 2005 г. – январь 2006 г.) или в восточном циклоническом круговороте (декабрь 2006 г., февраль 2007 г.).
За период 2003-2017 гг. было выявлено 8 периодов с локальными зимними «цветениями» кокколитофорид: 2003-2004 гг., 2007-2008 гг., 2010-2011 гг., 2011-2012 гг., 2013-2014 гг., 2014-2015 гг., 2015-2016 гг., 2016-2017 гг. Эти осенне-зимние периоды характеризовались значениями площади «цветения» от 2 до 6 ∙104 км2, а главное – они наблюдались не по всему бассейну, а в локальных областях: чаще всего (4 случая из 8) в южной части моря, как, например, в декабре 2015 г. – январе 2016 г., в 2 случаях в восточной части и по одному разу в западной части и юго-восточной. В октябре 2005 г. такое «цветение», вызванное действием интенсивного квазитропического циклона, было особенно сильным. Во второй декаде ноября 2003 г. наблюдались высокие значения Rrs, характеризующие «цветение» кокколитофорид, положение которого совпадало с положением антициклонического вихря в западной части моря. В январе-феврале 2012 г. области «цветения» кокколитофорид также совпали с положением антициклонического вихря – Батумского антициклона – и находились в восточной части моря.
Анализ показал, что зимние «цветения» кокколитофорид в период с 2003 по 2017 гг. регистрировались, как правило, через 5-14 дней после действия штормов. При этом максимальные концентрации кокколитофорид наблюдается в условиях с большой толщиной верхнего квазиоднородного слоя (ВКС) (40-50 м). Отмечена отрицательная корреляция между межгодовой изменчивостью зимних «цветений» кокколитофорид и завихренностью ветра. Зимние «цветения» кокколитофорид наблюдаются в периоды со слабой завихренностью ветра. Например, самая большая завихренность ветра была в 2008-2010 гг., когда «цветения» были наименее выражены. В годы с низкими значениями завихренности ветра циклоническая циркуляция в Черном море слабая, не наблюдается ярко выраженный подъем изопикн в центре моря, что сопровождается заглублением ВКС [1].
Сопоставление межгодовой изменчивости зимних «цветений» кокколитофорид с концентрацией хлорофилла «а» показало, что в периоды зимних «цветений» наблюдаются низкие значения концентрации хлорофилла «а». Это обратная зависимость также хорошо наблюдается в пространственном распределении этих полей. В Черном море чередуются годы с сильными зимними «цветениями» кокколитофорид и годы с высокими значениями концентрации хлорофилла «а» в зимний период.
Возможно, доминирование кокколитофорид вызвано более глубоким ВКС в годы со слабой циркуляцией. При недостаточной освещенности при больших ВКС развитие диатомовых ограничено, так как рост их концентрации вызывает эффект самозатенения и еще большее уменьшение компенсационной глубины. Штормовые условия вызывают дополнительное интенсивное вовлечение биогенных веществ в ВКС [6], которые остаются доступными для кокколитофорид, менее интенсивно влияющих на ослабление света, что вызывает их "цветения" в зимний период.
Исследование зависимости зимних «цветений» кокколитофорид и завихренности ветра проводилось по гос. теме №0555-2019-0002. Обработка спутниковых данных выполнена в рамках гранта РНФ 19-77-00029. Исследование влияния штормовых ветров на возникновение аномальных "цветений" кокколитофорид поддержано грантом РФФИ 17-05-41102-РГО_а.

Ключевые слова: Черное море, «цветение» кокколитофорид, буи Био-Арго
Литература:
  1. Кубряков А.А., Белокопытов В.Н., Зацепин А.Г., Станичный С.В., Пиотух В.Б. Изменчивость толщины перемешанного слоя в Черном море и ее связь с динамикой вод и атмосферным воздействием // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 5. С. 233–247. doi:10.22449/0233-7584-2019-5-233-247.
  2. Суханова И.Н. Феномен массового развития кокколитофорид в позднеосенний период в Черном море // Докл. РАН. 1995. Т. 340. № 2. С. 256–259.
  3. Coolen J. 7000 years of Emiliania huxleyi viruses in the Black Sea // Science. 2011. Vol. 333. No. 6041. P. 451–452. doi: 10.1126/science.1200072
  4. Hay B.J., Honjo S., Kempe S., Ittekkot V.A., Degens E.T., Konuk T., Izdar E. Interannual variability in particle flux in the southwestern Black Sea // Deep Sea Research Part A. Oceanographic Research Papers. 1990. Vol. 37. No. 6. P. 911–928.
  5. Kubryakov A.A., Mikaelyan A.S., Stanichny S. V. Summer and winter coccolithophore blooms in the Black Sea and their impact on production of dissolved organic matter from Bio-Argo data // Journal of Marine Systems. 2019. Vol. 199. 103220.
  6. Kubryakov A.A., Zatsepin A.G., Stanichny S.V. Anomalous summer-autumn phytoplankton bloom in 2015 in the Black Sea caused by several strong wind events // Journal of Marine Systems. 2019. Vol. 194. P. 11-24.
  7. Mikaelyan A.S., Pautova L.A., Pogosyan S.I., Sukhanova I.N. Summer bloom of coccolithophorids in the northeastern Black Sea // Oceanology. 2005. Т. 45. С. S127.
  8. Mikaelyan A.S., Silkin V.A., Pautova L.A. Coccolithophorids in the Black Sea: their interannual and long-term changes // Oceanology. 2011. Т. 51. №. 1. С. 39–48.
  9. Riebesell U. Effects of CO2 enrichment on marine phytoplankton // J. of Oceanography. 2004. V. 60. P. 719−729.
  10. Stelmakh L.V. Microzooplankton grazing impact on phytoplankton blooms in the coastal seawater of the southern Crimea (Black Sea) // International Journal of Marine Science. – 2013. – Vol. 3. No. 15. doi: 10.5376/ijms.2013.03.0015
  11. Yasakova O.N., Okolodkov Y.B., Chasovnikov V.K. Increasing contribution of coccolithophorids to the phytoplankton in the northeastern Black Sea // Marine pollution bulletin. – 2017. Vol. 124. No. 1. P. 526–534.
  12. Zondervan I., Rost B., Riebesell U. Effect of CO2 concentration on the PIC/POC ratio in the coccolithophore Emiliania huxleyi grown under light-limiting conditions and different daylengths // J. of Experimental Marine Biology and Ecology. 2002. V. 272. P. 55–70.

Дистанционные исследования поверхности океана и ледяных покровов

281