Закономерности экосистемных процессов в Азовском море

Монография содержит новейшие результаты исследований океанологических процессов в Азовском море. Выявлены Закономерности многолетних изменений океанологического режима, обусловленные климатическими воздействиями и антропогенными факторами. Изучены изменения биопродуктивности Азовского моря, дана гидроэкологическая оценка предельно допустимых преобразований стока рек, при которых обеспечивается сохранение качества природной среды и биоресурсного потенциала моря.
Для экологов, биологов, студентов и аспирантов соответствующих специальностей.
Введение
Океанологические исследования Азовского моря проводятся уже более ста лет. За это время накоплен большой объем натурных данных о всех компонентах морской экосистемы, выявлены многие закономерности их функционирования и взаимодействия. Важный вклад в познание Азовского моря внесли многие ростовские организации - Ростовский госуниверситет, АзНИИРХ, Гидрохимический институт и др. Много работ в море выполнили сотрудники московского ГОИНа, Донской устьевой станции из Азова, а также из украинских учреждений ЮгНИРО, УкрАзНИИРХ и др. В 1990-е гг. экспедиционная активность на Азовском шельфе существенно снизилась.
С 1997 г.происходит планомерное расширение океанографических и экосистемных работ в бассейне Азовского моря Мурманским морским биологическим институтом (ММБИ). В последние годы к этим исследованиям подключился Южный научный центр Российской академии наук (рис. 1). Результаты экспедиций позволили расширить существующие представления о рельефе дна, донных отложениях, термохалинной структуре вод, состоянии планктона, бентоса, а также рыб и морских млекопитающих водоема. Получены оригинальные данные о радиоактивном загрязнении донных осадков шельфа.
Наряду с собственными натурными и экспериментальными исследованиями одной из основных задач научного присутствия ММБИ на Азовском море является архивация и систематизация под экосистемным углом зрения первичной информации, накопленной институтами и учреждениями Приазовья. Такой подход к изучению гидродинамических и гидробиологических явлений предусматривает формирование компьютерной базы данных в единых форматах и применение математического моделирования механики морских процессов.
Результаты исследований последних лет наиболее полно представлены в цикле монографий, подготовленных и изданных Мурманским морским биологическим институтом в 1997-2004 гг. (все ссылки на этот цикл даны в [Комплексный мониторинг…, 2004, т. VI], см. также рис. 2). Тем не менее до настоящего времени недостает обобщающих работ, в которых океанологические проблемы Азовского моря рассматриваются и решаются на основе комплексного подхода, включающего анализ временных рядов и выявление связей между параметрами морской среды и экосистемами, математическое моделирование экосистемных процессов, оценки информационных потребностей для проведения океанологических исследований.
Настоящей работой Мурманский морской биологический институт продолжает публикации монографического плана о современном состоянии экосистемы Азовского моря, ее эволюции под влиянием природных и антропогенных факторов. В книге отражен комплексный подход ММБИ к изучению среды и биоты Азовского моря, оценке закономерностей, происходящих в нем и его бассейне гидрометеорологических, океанологических и биологических процессов.
Азовское море - исключительный объект в отношении природных условий. По своему положению море, в сущности, представляет почти изолированный шельфовый водоем, окруженный плодородной степью. Небольшие размеры моря, малые глубины, четко выраженная континентальность климата со свойственным ему неравномерным увлажнением в совокупности формируют уникальную термохалинную обстановку и обусловливают богатую биологическую продуктивность бассейна.
В условиях семиаридного климата Азовское море имеет ряд специфических черт, в частности: большой приток суммарной солнечной радиации, положительный за год радиационный баланс, обусловливающий относительно высокую температуру воды; характер циркуляции атмосферы, определяющий, в частности, интенсивное ветровое перемешивание вод; большой относительно объема моря приток обогащенных биогенными веществами речных вод, что обусловливает положительный пресный баланс, пониженную примерно втрое по сравнению с водами океана соленость и высокую концентрацию биогенных солей.
Жизненно важную роль в формировании азовской экосистемы играет изменение солености вод и гидрохимического режима в целом. Уровень солености вод Азовского моря во многом зависит от пресного баланса и водообмена с Черным морем. Внутри-вековые вариации солености азовских вод предопределены долгопериодной эволюцией климата [Гаргопа, 2000]. За последние 15 лет уровень солености азовских вод принял естественные величины -10-12%о. Основной природообусловленной причиной современного понижения солености Азовского моря является . увеличение повторяемости западного и северного типов макропроцессов в холодное время года.
Азовское море представляет собой уникальную экосистему эстуарного типа. Высокая биологическая и рыбопромысловая продуктивность мелководного (до 8-13 м) Азовского моря во многом обусловлена режимом и объемом речного стока Дона и
Кубани. Многочисленные песчаные косы придают особый колорит экологическим процессам на внутриматериковом шельфе. Высокая рыбопродуктивность азовского бассейна во многом связана с наличием огромных площадей русловых, пойменных и лиманных пастбищ проходных и полупроходных рыб, размножение которых обеспечивается высоким и продолжительным весенне-летним половодьем. Для Азовского моря характерны малая инерционность и быстрая реакция на изменчивость речного стока и атмосферных процессов, определяющих большую пространственно-временную изменчивость параметров не только океанографических, но и биологических процессов.
В морской экологии наиболее остро стоит проблема экоси-стемного моделирования, а также связанная с ней проблема информационного обеспечения исследований (мониторинга). Азовское море дает хороший пример реализации такого подхода, когда еще во второй половине 1960-х гг. группой ростовских ученых под руководством академика И.И. Воровича была создана первая имитационная модель моря, заслужившая общее признание [Рациональное..., 1981]. Аналогичные работы для Баренцева моря в 1980-е гг. были связаны с модельными разработками в рамках проекта "Баренцево море" и PROMARE (Норвегия).
Анализ и моделирование океанологических процессов в Азовском море представляют собой самостоятельную проблему фундаментальной науки. Научно-технические разработки в этом направлении могут быть полезны при проведении аналогичных исследований на других шельфовых акваториях.
В книге обращается внимание на ряд феноменальных явлений, которые в принципе известны, но пока не рассматриваются на должном уровне в экосистемных расчетах, прогнозах и моделях. К новейшим феноменам мы относим такие явления, как современное распреснение азовских вод, внезапно последовавшее после почти 40-летнего цикла осолонения водоема; отражение радиоактивного чернобыльского следа в Азовском бассейне в 1986 г.; вспышки биологического загрязнения, связанные с интенсивным развитием гребневика (Mnemiopsis leidyi) с 1989 г. и резким ростом численности пиленгаса, завезенного с Дальнего Востока, а также с массовым размножением и расширением ареала серебряного карася (Carassius auratus gibelio). Особый феномен антропогенного характера, который проявился в 1990-е гг. и продолжается по сей день, - промышленный перелов промысловых рыб и совпавший во времени несанкционированный лов (браконьерство) в беспрецедентных размерах. Мы исследуем отдельные аспекты указанных воздействий, которые изменяют азовскую экосистему.
Не менее актуальны прикладные задачи океанологических исследований Азовского моря. Одна из наиболее острых проблем социально-экономического развития региона - восстановление запасов ценных промысловых рыб, которые в прошлом обеспечивали благополучие многочисленного населения прибрежных городов и поселков и составляли важную часть продовольственных ресурсов страны. Состояние промысловых запасов определяется сложным набором причинно-следственных связей, начиная с изменчивости основных океанологических характеристик - температуры и солености морской воды. Знание закономерностей океанологического режима необходимо также для расчетов ассимиляционной емкости водоема (заведомо очень ограниченной в силу его мелководности), оценки транспортных и рекреационных возможностей, разработки мероприятий по защите берегов.
Настоящая монография подводит некоторый итог океанологических исследований ММБИ и ЮНЦ РАН. Показано, что, несмотря на антропогенные преобразования режима Азовского моря, ключевыми факторами развития его экосистемы остаются климатообразующие процессы и чрезмерное изъятие промысловой биоты.
В первой части книги представлены новые результаты исследований многолетней изменчивости океанологических параметров и влияющих на них факторов. Актуальность этого направления связана с тем, что на Азовском море долговременные тренды представляют собой результат наложения независимых воздействий. Вековые изменения климата становятся особенно отчетливыми, начиная с 1990-х гг. При этом остается открытым вопрос о том, насколько они могут быть обусловлены естественными климатическими флуктуациями и может ли быть на их фоне выделен антропогенный тренд на глобальное потепление. Данные морских наблюдений, свободные от локальных термических искажений, которые могут сказаться на данных наземных метеостанций, могут служить надежным индикатором глобального потепления или его отсутствия. Соленость изменяется также под влиянием совокупности факторов, ведущим среди которых признается антропогенное уменьшение речного стока (в настоящее время режим зарегулированных рек стабилизировался, и последствия изъятия стока скомпенсированы). Короткопериодные вариации солености зависят от процессов смешения азовских, черноморских и пресных вод. При недостатке данных инструментальных наблюдений над течениями они могут быть достоверными показателями динамики вод и скорости их обновления, что в свою очередь влияет на гидрохимический режим и биопродуктивность моря.
Выявленные зависимости между океанологическими и биологическими показателями позволяют оценить устойчивость морской экосистемы по отношению к речному стоку и обосновать квоты на вылов тех или иных промысловых видов. В монографии приведены оценки предельно допустимого изъятия стока рек, при котором сохраняется рыбохозяйственный потенциал Азовского моря.
Вторая часть монографии посвящена разработке и апробации новых методов и научно-методических подходов к моделированию океанологических процессов и информационному обеспечению исследований. Эффективным средством описания замкнутых морских бассейнов с отчетливо выраженными пространственными границами и экосистемными уровнями являются компартментальные модели. В монографии представлены результаты их разработки и применения для решения нескольких фундаментальных и прикладных океанологических задач - выявления трофодинамики водоема, оценки интенсивности литодинамиче-ских процессов, расчета баланса и миграции радионуклидов, поступивших в Азовское море из атмосферы и с речным стоком в результате аварии на Чернобыльской АЭС.
Проблема информационного обеспечения актуальна при проведении любых океанологических исследований, а тем более для корректной интерпретации их результатов. Однако ей часто не уделяют должное внимание, что может привести к нерациональному использованию экспедиционных средств, снижению достоверности оценок и прогнозов состояния морской среды и экосистем. Методология информационного обеспечения, основанная на вероятностной интерпретации океанологических данных как реализаций периодически коррелированных случайных процессов, позволяет дать объективную оценку имеющихся информационных ресурсов, выявить пробелы в информационном обеспечении и возможности использовать альтернативные источники данных. Авторы сочли целесообразным показать возможности нового подхода на примере нескольких шельфовых морей России. Это позволяет правильно сформулировать приоритеты информационного обеспечения, которое в настоящее время во многом следует стандартным схемам сбора и анализа океанологических данных, не всегда оптимальным в конкретной физико-географической обстановке и при специфической совокупности антропогенных воздействий