Программа Панарктической ледовой дрейфующей экспедиции в 2010 г. (ПАЛЭКС-2010)

I. Введение.

В последние десятилетия в Арктике наблюдается четкий температурный тренд в сторону потепления. Как следствие потепления, в Северном Ледовитом океане (СЛО) выявлено заметное уменьшение площади и толщины ледового покрова (рис. 1 и 2), повышение температуры и солености поверхностных вод. Так, по наблюдениям в околополюсном районе СЛО экспедициях ПАЛЭКС в 2007-2009 гг. выявлено уменьшение средней солености в слое 0-30 м почти на 3‰, а его температура повысилась на 0.2°С (рис. 3), что привело к изоляции морского льда от ниже лежащих морских вод и, как следствие, к изменению в составе биологических сообществ, как в толще льда, так и в поверхностных водах подо льдом.

Рис. 1. Уменьшение площади и толщины морского льда в СЛО за последние два десятилетия. Слева – средняя площадь за 15-летний период (1985-2000), а справа – площадь за 2008 г. Шкала показывает толщину льда в годах (чем толще лед, тем он толще и visa-versa) (http://nsidc.org/data/seaice_index/n_plot.html )

Рис. 2. Встречаемость размерных групп морского льда в околополюсном районе СЛО по данным наблюдений в ПАЛЭКС в 2007-2008 гг

Рис. 3. Распределение солености и температуры в 0-100 м водном слое в околополюсном районе СЛО. Данные получены для одного и того же дня – 12 апреля 2007 г. (зеленая), 12 апреля 2008 г. (синяя) и 12 апреля 2009 г. (красная). Видно заметное распреснение и потепление в 0-30 м. Данные ПАЛЭКС.

Проект ПАЛЭКС направлен на проведение мезомасштабных междисциплинарных и многолетних наблюдений в околополюсном пространстве СЛО и его задачи совпадают с задачами, поставленными перед научным сообществом в период проведения МПГ, а именно: (1) оценка состояния полярных экосистем в условиях изменяющегося климата, и (2) разработка системы мониторинга и прогнозирования. Выбор околополюсного района для проведения исследований неслучаен по двум причинам: научной и логистической.

Известно, что многолетние морские льды, образующиеся на акватории СЛО, выносятся из центрального Арктического бассейна, главным образом, через Северный Полюс в пролив Фрама, поэтому при организации мезомасштабных многолетних наблюдений в околополюсном районе можно получать данные, характеризующие процессы в водно-ледовой системе, сформировавшейся ранее в центральном бассейне. Толщина снежного и ледового покровов, их физико-химические характеристики, данные о видовом составе ледовой биоты и планктона, в целом, могут быть индикаторами изменений и «рассказать» о состоянии экосистемы морского льда и приледового слоя воды в СЛО в условиях современного потепления климата.

Для выполнения программы исследований по проекту ПАЛЭКС была выбрана дрейфующая ледовая база «Барнео», ежегодно организуемая в околополюсном районе экспедиционным центром «Полюс», имеющий большой опыт в организации ледовых лагерей, начиная с организации дрейфующей станции СП-32 в 2002 г. (www.barneo.ru ). На рис. 4 показаны дрейфы ПАЛЭКС в 2007-2009 гг., которые показывают почти параллельный дрейф, что позволяет нам говорить о мониторинге практически одного и того же географического района в СЛО.

Рис. 4. Дрейф ПАЛЭКС в 2007-2009 гг.

II. Обоснование ПАЛЭКС 2010.

Выполненные исследования по проекту ПАЛЭКС в 2007-2009 гг. (Мельников, 2007; 2008; 2009) показали, что получаемая информация о физических, химических и биологических характеристиках морского льда и контактирующих водных массах в околополюсном районе СЛО важна для оценки состояния системы «вода-лед» и динамики природных процессов в этом трудно доступном районе Арктики. Вместе с тем, очевидно, что необходимо проведение регулярного мониторинга системы «морской лед-верхний океан» в центральном Арктическом бассейне по единой научной программе с использованием единых методов полевых наблюдений, сбора и обработки собранных материалов, проведения стандартных синхронных измерений океанологических параметров. Именно такой подход в проведении исследований в одном географическом районе и в одно и тоже время года может дать надежную информацию о реальном состоянии морского льда и водной среды СЛО и быть основой для оценки эволюции этой системы в условиях изменяющегося климата.

III. Программа исследований.

Здесь кратко перечисляются основные виды наблюдений, которые включены в качестве приоритетных при проведении полевых работ.

Гидрофизические наблюдения.
Основная цель наблюдений - изучение распределения температуры, солености и векторов течений в пределах поверхностных арктических вод, в водах галоклина и атлантических водах. Для этого будут выполняться:

• (1) ежедневные CTD зондирования в 0-300(1000) м водном слое, измерения векторов течений в пределах поверхностных арктических вод и водах галоклина;
• (2) вывешивание CTD кос (одной или нескольких) в пределах поверхностных арктических вод или вод галоклина для организации непрерывных измерений;
• (3) установка в пределах ледовых лагерей и обслуживание (при необходимости) существующих автономных буев для измерения характеристик верхнего слоя океана;
• (4) установка и еженедельное считывание данных с гидрофизических зондов, установленных в контактной зоне «вода-лед».

Измерения толщины снежного и ледяного покрова.
На мезомасштабном полигоне планируется провести измерения толщины льда по направлениям N, S, E, W на расстоянии 10-12 км от базовой станции через каждые 100 м, используя шнековый мотобур «Танако» и возможности снегоходов. Для измерения пространственно временной изменчивости толщины льда и высоты снега в районе проведения наблюдений будут выполнены профильные измерения морфометрических характеристик торосов и измерения толщины снежного покрова на ровном и торосистом льду.

Гидрохимические наблюдения.
Будет выполнено батометрическое зондирование по стандартным горизонтам с использованием 1-л батометров “Niskin” для получения водных проб на предмет измерения концентраций биогенных элементов (кремния и фосфора) в слое 0-300 м. Собранные пробы будут храниться в темном холодном месте. Все измерения гидрохимического комплекса будут выполняться в стационарных условиях лабораторий ГОИНа или ИО РАН. Частота зондирования – раз в 3 дня.

Криобиологические исследования.
Наблюдения будут организованы на ледовых полигонах, удаленных от лагеря на 100-200 м для исключения возможного локального загрязнения. Сборы ледовых кернов будут проводиться с помощью керноотборника фирмы «Kovaks». В собранных пробах будут проводиться измерения: толщины, температуры, солености, хлорофилла (по флуоресценции), концентрации биогенных форм кремния и фосфора, а также видового состава биоты (в стационарных условиях БИН и ИО РАН).

Планктонные исследования.
Планктонные ловы выполняются послойно сетью Джеди (37х50 см и планктонным газом 150 мкм) без замыкания по стандартным горизонтам: 0-50, 0-200 и 0-300 м. Частота сборов: раз в 3 дня. Собранные пробы будут храниться в темном холодном месте, и все таксономические определения будут выполняться в стационарных условиях ИО РАН. Для проведения планктонных работ необходимо иметь лунку с теплой палаткой, оснащенная гидрологической лебедкой с 3 мм тросом и планктонные сети Джеди.

Подледные водолазные исследования.
В период полевых работ планируется выполнить комплексные криопелагические исследования подо льдом с использованием легководолазной техники, для чего будут использоваться специально разработанные пробоотборники для сбора криопелагической фауны с нижней поверхности морского льда, а также пробы воды из контактного слоя «вода-лед». Для получения информации о морфометрических характеристиках нижней поверхности льда и скоплений биологических сообществ у льда в экспедиции будет использоваться управляемый подводный аппарат «Гном» (ИО РАН) с передачей и записью видеоизображений на компьютер. Предполагается провести наблюдения с «Гномом» под различными типами льда в районе дрейфа ледовой база «Барнео».