На начальном (подготовительном) этапе работы по проекту ПАЛЭКС было важно оценить многочисленные факты наблюдаемых изменений окружающей среды в высоких широтах северного полушария (см., например, Serreze et al., 2000). Для оценки изменений научные сотрудники проекта использовали как собственные результаты наблюдений, так и литературные данные. Выполнявшаяся работа по оценке изменений в Арктике была необходима для правильной постановки научных задач по гидрофизическим, гидрохимическим, криобиологическим и геохимическим проблемам, которые были включены в качестве приоритетных в научную программу исследований ПАЛЭКС. Ниже, кратко, приводятся свидетельства основных изменений во взаимодействующей системе «атмосфера-лед-океан» в СЛО. В данном изложении под компонентом этой системы – «атмосфера» – подразумевается ее нижний, приледный слой, а под компонентом – «океан» – его верхний перемешанный слой.

1.1. Изменения в атмосфере.
В настоящее время в СЛО четко зафиксированы: (1) повышение температуры воздуха в приземной  атмосфере и (2) изменения в циркуляции и давлении атмосферы (Walsh et al., 1996; Proshutinsky and Johnson, 1997; Johnson et al., 1999; Serreze and Hurst, 2000; и др.). Видно (рис. 1), что, начиная с 70-х годов, наблюдается заметное повышение температуры воздуха, как в средних широтах (45-55°с.ш.), так и над океаном (60-90°с.ш.) (Overland et al., 1997). За период с 1946 по 1997 г. в СЛО зафиксировано четыре циклональных и четыре антициклональных режима циркуляции атмосферы. Современные данные измерений давления в приземном слое атмосферы предполагают, что климатическая система «океан-лед-атмосфера» функционирует в антициклональном режиме (по: Proshutinsky and Johnson, 1997; Johnson et al.,1999).

1.2. Изменение толщины многолетнего ледового покрова.
В 60-80 годах, средне равновесная толщина недеформированного льда в амеразийском суббассейне составляла 3-5 м (Busuev, 1968; Koerner, 1973; Wadhams, 1981 и др.). По сравнению с 1975-1976 гг., когда толщина льда после летнего ледотаяния по данным СП-22 и AIDJEX (Melnikov, 2000; McPhee et al.,1997) в антициклональном круговороте моря Бофорта составляла 2-3 м, в октябре 1997 г. при организации ледового лагеря экспедиции SHEBA в том же районе, она понизилась до 1.5 м, к октябрю 1998 г. до 1 м. В Канадском секторе СЛО в тот же период имело место смещение кромки льда к северу приблизительно на 2-3 градуса, что подтверждает спутниковую информацию о сокращении площади ледового покрова в этом районе почти на 30% за последние два десятилетия (Cavaliery et al., 1997), при этом заметно изменилась толщина морского льда в целом для всего океана. Такое заметное уменьшение толщины льда за последние два десятилетия могло быть следствием интенсивного таяния, вызванное глобальным потеплением атмосферы. В 70-е годы максимальная сумма градусо-дней с отрицательной температурой воздуха приходится на февраль-март, в 1997-1998 гг. в период дрейфа станции SHEBA – на декабрь. Таким образом, уменьшение продолжительности холодного периода, с одной стороны, и возрастание количества тепла, поступающего из атмосферы на ледовую поверхность – с другой, способствовало сокращению площади и толщины арктического ледового покрова от его средне равновесного значения 3-5 м в 60-70 годы до 1,5-2 м в настоящее время.

1.3. Соленость и биогенные компоненты.
Сравнивались средние значения солености и концентрации биогенных элементов (минеральных форм фосфора и кремния) в многолетних и однолетних льдах по наблюдениям на СП-22 в 1975-1981 гг. и на SHEBA в 1997-1998 гг. в Канадском секторе СЛО. Средние значения солености многолетнего льда на СП-22 и SHEBA  приблизительно одинаковые (около 1 psu/m2), однако значения солености однолетнего льда на SHEBA  выше таковых на СП-22 (2.2 psu/m2 и 1.6 psu/m2, соответственно). Концентрация минерального кремния под м2 и многолетнего, и однолетнего льда на СП-22 выше таковых, чем на SHEBA в 5-7 раз. Заметное уменьшение числа видов и низкая численность клеток диатомовых (основных потребителей кремния при фотосинтезе), вероятно, может быть следствием низкого содержания кремния в толще всех исследованных морских льдов на станции SHEBA.

1.4. Ледовая флора и фауна.
Сравнивались списки видов ледовых водорослей в пробах из Канадского сектора СЛО. Список идентифицированных видов на станциях СП-22 и SHEBA, насчитывает 102 таксона, среди которых 84 вида или 76% от общего числа выявлено на станции СП-22, 26 видов или 23% выявлено на станции SHEBA. Самой важной и интригующей особенностью морских льдов со станции SHEBA  является почти полное отсутствие интерстициальной фауны. Наблюдения, выполненные по изучению видового состава флоры и фауны морских льдов из Канадского сектора СЛО (экспедиция «Арктика-2000», август-сентябрь 2000 г.; ICEX-03, апрель 2002; СП-33, октябрь 2004 г.-апрель 2005 г.), также выявили заметное снижение численности видов и количества особей в собранных пробах, что подтверждает сделанные ранее выводы об изменениях в составе биологических сообществ, связанных с обитанием в толще многолетних арктических льдов.
В ходе 2-й Китайской Арктической Экспедиции в июне-сентябре 2003 г.  отмечено подавляющее преобладание бактерий (по биомассе) над диатомовыми водорослями (84.7 и 3.5%, соответственно), что, несомненно, связано с изменениями в структуре биологических сообществ, вследствие изменений окружающей среды в заданном районе Арктики (личное сообщение Shao Ko, Шанхайский Университет).
На основании сравнения данных, полученных в Канадском секторе СЛО в период 1975-1981 гг. и в настоящее время, были сделаны выводы, что:

• Современные популяции ледовых диатомовых водорослей малочисленны, как по числу видов, так и по численности клеток;
• В настоящее время возросла роль пресноводных водорослей над морскими водорослями;
• Резко сократилась численность беспозвоночных животных.

Можно предполагать, что современная экосистема морского льда, вследствие действия этих факторов, перестраивается с типично морской на солоновато-водную экологическую систему (Melnikov et al., 1998).

1.5 Распреснение и потепление верхнего слоя океана.
Вследствие интенсивного таяния морского льда, наблюдается опреснение и потепление поверхностных вод, контактирующих с ледовым покровом. Начиная с середины 70-х годов соленость воды в одном и том же районе антициклонального круговорота моря Бофорта понизилась в слое 0-50 м от 30-31‰ (СП-22, 1975-81 и AIDJEX, 1975) до 27-28‰ (SHEBA), а температура воды в этом слое повысилась на 0.3°С (МсPhee et al., 1997; 1998; Morison et al., 1998). Сток пресных талых вод способствовал формированию подо льдом мощной солоноватой прослойки до глубины 30-35 м и образованию острого галоклина мощностью 2-3 м, который сохраняется в течение всей зимы, что, вероятно, было своеобразным физическим барьером для турбулентного перемешивания между водами, контактирующими с ледовой поверхностью и лежащими глубже 35 м.

1.6. Биогенные элементы, растворенный кислород и хлорофилл.
Среднесезонные концентрации минерального кремния уменьшились в пределах поверхностных вод неравномерно: на станции SHEBA в слое 0-30 м в 2,4 раза (зима) и в 1,7 раза (лето) в сравнении с теми же периодами на станции СП-22, что позволяет указать на заметное перестроение гидрохимического режима поверхностных арктических вод, контактирующих с морским ледовым покровом. 
Различие между летними и зимними значениями концентраций кислорода на станции SHEBA составило 0.41 мл/л, а на СП-22 – 0.01 мл/л, что дает основание предполагать о существенных изменениях кислородного режима в поверхностной воде подо льдом за время, прошедшее с 1979 г. (СП-22) по 1998 г. (SHEBA), дрейфовавших в пределах антициклонального круговорота моря Бофорта.
Рост концентрации хлорофилла_а на станции SHEBA составил 0.273 mg/l за летний период 1998 г., а на СП-22 (лето 1977 г.) его концентрация увеличилась на 0.159 mg/l, т.е. за двадцатилетний период различие между концентрациями хлорофилла_а на SHEBA и станциях СП составило 0.114 mg/l. Выявленный рост содержания хлорофилла_а         
в подстилающей лед воде  (приблизительно на  30%.) может быть следствием интенсификации процесса фотосинтеза подо льдом из-за наблюдаемого заметного роста величин концентрации растворенного кислорода в поверхностной воде от 0.01 мл/л (СП-22) до 0.41 мл/л (SHEBA). Причиной увеличения средне сезонных концентраций хлорофилла_а и растворенного кислорода в воде подо льдом, является заметное уменьшение средней толщины ледового покрова.

1.7 Изменения в составе биологических сообществ.
Результаты анализа видового состава фитоценозов, развивавшихся в Канадском секторе СЛО за прошедшие два десятилетия, показали, что индекс сходства между видовым составом обоих фитоценозов составляет менее 10%, т.е. качественная эволюция видового состава может служить индикатором наблюдаемых гидрологических и гидрохимических изменений, происходящих в настоящее время в поверхностных арктических водах (Zhitina, Melnikov, 2000). Для представителей фауны, отмеченных на СП-22 и станции SHEBA, следует отметить существование некоторых различий в процентном соотношении представителей доминирующих групп беспозвоночных.

Таким образом, за прошедшие два десятилетия в пределах антициклонального круговорота Канадского сектора СЛО произошли заметные изменения в окружающей среде и изменения состава и структуры биологических сообществ, связанных с их развитием в поверхностной арктической водной массе, у поверхности льда. Основные причины выявленных изменений в структуре сообществ, связаны с изменениями гидрофизических и гидрохимических характеристик поверхностных вод, контактирующих с морским ледовым покровом.

На основании выполненного анализа собственных и литературных данных было высказано предположение о причинах наблюдаемых изменений в СЛО. Наиболее важные из них следующие причины:

• Потепление в Арктике привело к уменьшению ледового покрова, как по площади, так и по толщине, вследствие более интенсивного таяния;
• Как следствие таяния, за последние два десятилетия происходит интенсивное накопление пресной талой воды в пределах поверхностного 0-30(50) м слоя;
• Гидрологические и гидрохимические характеристики верхнего океана заметно изменились: вода стала более теплой, более пресной и с меньшим содержанием питательных веществ;
• Наличие острого пикноклина препятствует активному обмену между водами, лежащими глубже и богатых биогенными веществами, с бедными подледными водами, что заметно сказывается на качественном и количественном составе фито- и зоопланктона верхнего океана;

В результате, в пределах верхнего океана происходит перестроение структуры экосистемы: она теряет черты типично морской и становится солоновато-водной системой.