Обоснование

Основная цель Международного полярного года (МПГ) состояла в оценке состояния полярных экосистем в условиях изменения климата, и разработке системы мониторинга и прогнозирования. Идея проекта «Панарктическая ледовая дрейфующая экспедиция» (ПАЛЭКС), целью которого является мониторинг физических, химических и биологических характеристик морского льда и контактирующих водных масс в околополюсном районе Северного Ледовитого океана (СЛО), полностью соответствовала идеологии МПГ. Важной особенностью мониторинга является то, что все исследования проводятся с использованием стандартных методов полевых наблюдений, а также сбора и обработки собранных материалов. Именно такой подход в проведении исследований в одном географическом районе (рис.) и в одно и тоже время года дает надежную информацию о реальном состоянии морского льда и водной среды и является основой для оценки эволюции этой системы в условиях изменяющегося климата. Так, за период 2007-2010 гг. удалось выявить следующую динамику:

Лед. Средняя толщина морского льда в период максимального развития составила 171, 181, 183 и 162 см в 2007, 2008, 2009 и 2010 гг., соответственно. Отмечено увеличение встречаемости сезонных льдов при заметном уменьшении доли многолетних; кроме того, отмечено возрастание торосистости льда.

Вода. Верхний перемешанный слой на 0.3ºС теплее климатической нормы, а верхняя граница атлантической водной массы продолжает располагаться на 30 м выше при сравнении с климатической нормой. Наличие относительно пресной воды в перемешанном слое и галоклине существенно препятствует передаче тепла от атлантических вод ко льду.

Биота. Численность видов микроводорослей, связанных с обитанием в толще льда и на его морской поверхности, заметно сокращается: 62, 45, 31 и 27 видов, соответственно, в 2007, 2008, 2009 и 2010 гг. Фауна, связанная с обитанием внутри льда и на границе «лед-вода», почти полностью исчезла.

Дрейф ледовой базы «Барнео», где проводились комплексные исследования
в период работ ПАЛЭКС весной 2007-2010 гг.

На основании полученных материалов в ПАЛЭКС 2007-2010 гг. можно заключить, что в настоящее время в морском ледовом покрове СЛО существуют две различные по составу и функционированию экологические системы сезонного и многолетнего льда. Поскольку доля первого постепенно возрастает, то на данном этапе происходит постепенное перестроение в экосистеме пелагиали СЛО. Если такая динамика сохранится, то можно предположить, что со временем морская Арктика будет приобретать черты морской Антарктики. Для понимания, оценки и прогнозирования дальнейших изменений необходимо продолжение мониторинга водно-ледовой экологической системы в околополюсном районе СЛО.

Полевые работы в 2011 г.

• Океанографические наблюдения. Основная цель наблюдений - изучение распределения температуры, солености и векторов течений в пределах поверхностных арктических вод, в водах галоклина и атлантических водах. Исходя из цели, задачами гидрофизических исследований является: 1. определение параметров дрейфа льдины; 2. вертикальное зондирование температуры и солености верхних водных масс; 3. запись характеристик слоя галоклина для определения его мезомасштабной изменчивости, и 4. сбор, в фоновом режиме, информации о синоптических характеристиках атмосферы во время дрейфа.
• Измерения толщины снежного и ледового покрова. На мезомасштабном полигоне планируется провести измерения толщины снежно-ледового покрова по направлениям N, S, E, W на расстоянии 1-2 км от базовой станции через каждые 100 м, используя шнековый мотобур и возможности снегоходов.
• Гидрохимические наблюдения. Батометрическое зондирование по стандартным горизонтам 0, 5, 15, 50, 150 и 300 м с использованием 5-л батометров “Niskin” для получения водных проб на предмет измерения концентраций биогенных элементов (кремния и фосфора). Частота зондирования – раз в 3 дня. Собранные пробы будут храниться в темном холодном месте, затем доставляться на континент в замороженном виде и все измерения гидрохимического комплекса будут выполняться в стационарных условиях лаборатории ИО РАН.
• Геохимия загрязнений. Для оценки уровня концентрации загрязняющих веществ в пробах снега и оценки их источников и масштабов дальнего переноса, а также для определения роли Арктики в глобальном балансе углерода и загрязняющих веществ будет организован сбор проб снега для дальнейшего анализа уровня загрязнения природной среды органическими углеводородами, тяжелыми металлами, стойкими органическими загрязнителями, определен уровень радиоактивного загрязнения. Отбор проб будет производиться на удалении от базового лагеря, исключающем локальное антропогенное влияние.
• Криобиологические исследования. Наблюдения будут организованы на ледовых полигонах, удаленных от лагеря на 1-2 км для исключения возможного локального загрязнения. Отбор ледовых кернов будет проводиться с помощью керноотборника фирмы KOVAKS раз в три дня в зависимости от ледовой обстановки и метеоусловий. В отбираемых ледовых пробах будут выполнены измерения солености, концентрации хлорофилла а и биогенных элементов, а также определения видового состава биоты (в стационарных условиях ИО РАН и БИН РАН).
• Планктонные исследования. Планктонные ловы будут выполнены 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 месте, а все таксономические определения будут выполнены в стационарных условиях ИО РАН. Для проведения планктонных работ будет подготовлена лунка, оснащенная теплой палаткой и гидрологической лебедкой «Северный Полюс» (разработка ААНИИ).

Организация наблюдений.

В 2011 г., ледовая дрейфующая база «Барнео», ежегодно организуемая на 89°30’ с.ш., будет использоваться как платформа для организации полевых наблюдений. Важной особенностью планируемых полевых работ в период проведения ПАЛЭКС-2011 является расширение акватории сбора ледовых и снежных проб с использованием вертолетов.
После доставки на ледовую базу «Барнео» всего снаряжения и научной группы, в 100-150 м от базового лагеря будет построена гидрологическая лунка, где будут организованы гидрофизические, гидрохимические и гидробиологические наблюдения.

Основная задача на начальном этапе – адаптация персонала, тестирование и интеркалибрация гидрофизических зондов, испытание оборудования, проведение тренировочных работ с мотоледобурами и керноотборниками, инструментами и пр. Исходя из опыта предыдущих экспедиций, при условии устойчивой погоды на подготовительный период уходит 3-4 дня, после чего начинаются полевые работы в базовом лагере.

Мобильная группа на снегоходе с санями и необходимым снаряжением для проведения измерений толщины снежного и ледового покрова будет проводить работы в направлениях «север-юг-восток-запад» от базового лагеря. Проведение таких работ зависит от состояния ледового массива в районе дрейфа, состояния техники, погодных условий и др. Решение о проведении таких работ будет приниматься после анализа всех текущих факторов на месте. Наблюдения в период ПАЛЭКС-2011 включают:

• СТD-зондирование водной толщи от поверхности до нижней границы атлантической водной массы;
• батометрический отбор проб в водном слое 0-300 м по стандартным горизонтам 0, 5, 15, 50, 150 и 300 м;
• вертикальные сетные ловы планктона по горизонтам 0-50, 0-150 и 0-300 м;
• измерение толщины снежно-ледового покрова в пределах мезомасштабного полигона в направлениях N,S,E,W на удалении 2-3 км от базового лагеря;
• отбор проб снега на предмет геохимического анализа на удалении 2-3 км от базового лагеря;
• отбор ледовых кернов на предмет криобиологического анализа; сбор кернов будет проводиться, как мобильной группой, так и при вылетах на вертолете к удаленным точкам от базового лагеря.

На заключительном этапе персонал экспедиции подготавливается к эвакуации: производит очистку территории лагеря от мусора, подготавливает оборудование и все снаряжение, а также собранные пробы и полученные материалы к отправке на континент.

Литература по проекту ПАЛЭКС

• Мельников И.А. (2007) Панарктическая ледовая дрейфующая экспедиция. Океанология, 47(6): 952-954
• Мельников И.А. (2008) Исследования на ледовой дрейфующей станции в апреле 2008 г. Океанология, 48(6): 952-953
• Мельников И.А (2008) Современная экосистема арктического морского льда: динамика и прогноз. Доклады РАН, 423(6): 1-4
• Мельников И.А. (2008) Панарктическая ледовая дрейфующая экспедиция: апрель 2008. Инф. Бюллетень «Новости МПГ», 17: 5-8
• Melnikov I.A. 2009. Recent sea ice ecosystem in the Central Arctic Ocean: a review. In: J.Ninoul and A.Kosianoi (eds.) "Influence of Climatic Change on Changing Arctic and Subarctic Conditions", Springer, p.57-71
• Мельников И.А. (2010) Панарктическая ледовая дрейфующая экспедиция: апрель 2009. Океанология, 50(2): 319-320
• Мельников И.А. (2010) Панарктическая ледовая дрейфующая экспедиция: апрель 2010. Океанология, 50(2): 1-2
• Мельников И.А., Гогорев Р.М. (2010). Оценка состояния экосистемы морского льда центрального Арктического бассейна по данным наблюдений в период проведения МПГ. В сб. Природные процессы в полярных областях Земли/ Отв. ред. В.М. Котляков. «Наземные и морские экосистемы», т.5, с.325-335
• Мельников И.А. (2010). Исследование состояния экологической системы «лед-вода» в околополюсном районе Северного Ледовитого океана (по материалам ПАЛЭКС). Информационно-аналитический сборник ААНИИ «Российские полярные исследования»,1: 18-20.
• Мельников И.А., Зезина О.Н. (2010). Донные животные на льду в центральной Арктике. «Природа», 6:17-21.
• Писарев С.В. (2008). Температурно - соленостные характеристики водных масс котловины Амундсена в Арктическом бассейне: изменения, начавшиеся в 1990-е годы, продолжаются. Природные процессы в полярных областях Земли/ Отв. ред. В.М. Котляков. – М.: ИГ РАН, ИФЗ РАН, 2008.
• Шевченко В.П., Лисицын А.П., Виноградова А.А. и др. (2009) Эоловый и ледовый перенос и потоки вещества (включая экотоксиканты) в Арктике по исследованиям 2006-2008 гг. В сб. Природные процессы в полярных областях Земли/ Отв. ред. В.М. Котляков. «Наземные и морские экосистемы», т.5, с.325-335