авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Гидрохимическая структура и формирование биологической продуктивности вод в районе канарского апвеллинга

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Духова Людмила Анатольевна

ГИДРОХИМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА И ФОРМИРОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ ВОД

В РАЙОНЕ КАНАРСКОГО АПВЕЛЛИНГА

Специальность 25.00.28 – океанология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата географических наук

Калининград – 2010

Работа выполнена в ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии»

Научный руководитель доктор географических наук, профессор

Сапожников Виктор Вольфович

Официальные оппоненты: доктор географических наук

Фащук Дмитрий Яковлевич

доктор биологических наук, профессор

Саускан Владимир Ильич

Ведущая организация Государственный океанографический

институт имени Н.Н.Зубова

Защита состоится ____ апреля 2010 года в ____ часов на заседании диссертационного совета Д 212.084.02 при ФГОУ ВПО «Российский государственный университет имени Иммануила Канта» по адресу: 236040, г. Калининград, ул. Университетская, 2, ауд. 206; e-mail: ecogeography@rambler.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного университете имени Иммануила Канта по адресу: 236040, Калининград, ул. Университетская, 2.

Автореферат разослан «_______» ____________ 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат географических наук Г.М. Баринова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Район Канарского апвеллинга расположен у Северо-Западного побережья Африки от Гибралтарского пролива до островов Зеленого мыса. Как и другие районы апвеллинга в Мировом океане (Бенгельский - в Атлантическом, Калифорнийский и Перуанский – в Тихом), он характеризуется исключительно высокой биологической продуктивностью вод, что обусловлено подъемом в эвфотический слой промежуточных вод с повышенным содержанием биогенных элементов. При этом в верхнем слое океана создаются благоприятные условия для первичного продуцирования и формирования фитопланктонного сообщества - основы трофической цепи, конечным звеном которой являются массовые пелагические рыбы (сардина, ставрида, сардинелла, скумбрия, анчоус).

Биомасса и распределение этих промысловых видов рыб, испытывают существенные межгодовые изменения, которые связаны как с крупномасштабными атмосферными циркуляциями, так с изменчивостью среды обитания. Наблюдаемые резкие падения уловов, например, сардины с 5 млн. т в 1996 г. до 1 млн. т. в 1997 г. у берегов Западной Сахары, иногда объясняют декадными колебаниями продуктивности экосистемы апвеллинга, однако многолетние данные, подтверждающие такие изменения, практически отсутствуют. Для обеспечения стабильного и эффективного промысла в районе Канарского апвеллинга необходимо более глубокое понимание процессов формирования биологической и промысловой продуктивности вод и их изменчивости.

В последнее время важное значение приобретают расчетные методы оценки первичной продукции, основанные на знании пространственно-временной изменчивости гидрохимической структуры вод, которые позволяют более детально проанализировать изменения первичной продукции в промысловом районе.

В связи с этим выполненное автором исследование сезонной и межгодовой изменчивости гидрохимической структуры вод Канарского апвеллинга, ее влияния на биологическую продуктивность района и распределение массовых пелагических видов рыб представляется актуальным.

Основная цель работы – изучить влияние пространственно-временной изменчивости гидрохимических параметров на биопродуктивность вод и распределение массовых пелагических видов рыб.

Для достижения цели решались следующие задачи:

1. Анализ пространственно-временной изменчивости гидрохимических условий в районе Канарского апвеллинга.

2. Океанологическое районирование методом кластерного анализа с использованием гидрохимических данных.

3. Выявление основных гидрохимических показателей, влияющих на формирование биопродуктивности вод.

4. Расчет первичной продукции в районе Канарского апвеллинга.

5. Оценка влияния сезонной и межгодовой изменчивости гидрохимических условий на распределение промысловых скоплений пелагических видов рыб.

Научная новизна. Впервые на основе многолетних данных выполнен анализ пространственно-временной изменчивости содержания в водах Канарского апвеллинга минеральных форм фосфора и азота (нитратов, нитритов и аммония), растворенного кислорода и железа; определено содержание органических форм фосфора и азота (включая мочевину), что позволило проследить трансформацию азота и фосфора в продукционно-деструкционных процессах.

В качестве дополнительного показателя интенсивности апвеллинга и биопродуктивности вод предложено использовать гидрохимический индекс, рассчитанный по величине горизонтального градиента концентрации фосфатов в поверхностном слое; проведен анализ его пространственно-временной изменчивости.

Впервые с помощью метода кластерного анализа на основе среднемноголетних значений концентрации фосфатов и растворенного кислорода для теплого и холодного сезонов года разработана классификация поверхностных вод в районе Канарского апвеллинга; в результате выделено пять подрайонов.

Впервые по методу Вейхарта на основе пространственно-временной изменчивости гидрохимических параметров для летнего и зимнего сезонов 2004 г. и 2006-2008 гг. рассчитана суточная первичная продукция. Показано, что наиболее репрезентативны величины первичной продукции, рассчитанные по убыли содержания фосфатов в поверхностном слое.

Установлено, что сезонные миграции европейской сардины, круглой сардинеллы, западноафриканской и европейской ставрид в значительной степени определяются пространственно-временной изменчивостью гидрохимической структуры вод.

Практическая значимость работы. Выявленные закономерности распределения гидрохимических параметров позволяют лучше понять механизмы формирования зон высокой продуктивности вод в динамически сложном районе Канарского апвеллинга, где знание только гидрологических условий недостаточно. Расчетные методы оценки первичной продукции на основе этих закономерностей могут быть положены в основу более детального анализа изменчивости биологической и промысловой продуктивности района. Определение гидрохимического индекса дает возможность оценить интенсивность апвеллинга и продуктивность экосистемы в целом. Использование гидрохимических параметров, напрямую связанных с биопродуктивностью вод в моделях высокопродуктивных экосисистем прибрежных апвеллингов, позволит получить более надежные результаты при разработке промысловых прогнозов и при планировании промысла основных пелагических видов рыб в районе Центрально-Восточной Атлантики (ЦВА).

Основные защищаемые положения.

1. Пространственно-временная изменчивость гидрохимических параметров вод Канарского апвеллинга, обусловленная динамикой водных масс и интенсивностью продукционно-деструкционных процессов.

2. Классификация поверхностных вод по совокупности гидрохимических параметров с целью их более детальной характеристики на уровне подрайонов.

3. Расчет первичной продукции по уменьшению концентрации биогенных элементов с удалением вод от центра апвеллинга.

4. Правомерность использования гидрохимического индекса как показателя интенсивности апвеллинга и биопродуктивности вод.

5. Связи сезонных миграций промысловых пелагических видов рыб с пространственно-временной изменчивостью гидрохимических условий.

Личный вклад автора состоит в обработке и анализе первичных гидрохимических материалов, собранных в экспедициях АтлантНИРО в район Канарского апвеллинга в 1994-2008 гг. Автором впервые в летних рейсах 2006-2008 гг. выполнен полный комплекс определений биогенных элементов как в минеральной, так и в органической формах, кроме того были отработаны методики и проведено определение мочевины и железа.

Апробация работы. Основные результаты представлялись и обсуждались на ежегодных отчетных сессиях ВНИРО 2007-2008 гг., в лаборатории морской экологии отдела Экологических основ изучения биопродуктивности гидросферы ФГУП «ВНИРО», на Методическом Совете по океанологическим исследованиям АтлантНИРО, на расширенном семинаре кафедры географии океана факультета географии и геоэкологии Российского государственного университета им. Иммануила Канта (г. Калининград), а также на XIV Международной конференции по промысловой океанологии в 2008 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура диссертации: введение, 4 главы, заключение, список используемой литературы. Общий объем диссертации составляет 147 страниц печатного текста, включая 50 рисунков, 13 таблиц. Список литературы содержит 138 публикаций на русском и иностранных языках.

Автор искренне благодарен научному руководителю д.г.н., профессору В.В.Сапожникову, главному научному сотруднику АтлантНИРО д.г.н., профессору П.П. Чернышкову за помощь и внимание к работе, старшему научному сотруднику АтлантНИРО к.г.н. В.Н. Шнару за ценные советы и консультации в области промысловой океанологии, сотрудникам лаборатории морской экологии ФГУП «ВНИРО» к.б.н. Н.В Аржановой, к.х.н. Н.В. Мордасовой, к.б.н. А.И. Агатовой за консультации и обсуждение результатов исследований, сотруднику отдела научно-промысловой разведки АтлантНИРО Е.А. Смольяниновой, принимавшей участие в гидрохимических работах, к.г.н. Е.Н. Тимохину и к.г.н. И.Л. Глезе за помощь в математической обработке материалов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и задачи исследования, приведены основные положения, выносимые на защиту, отражена научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

Первая глава содержит физико-географическую характеристику района Канарского апвеллинга, описание климатических зон, в пределах которых располагается исследуемый район и основные характеристики атмосферной циркуляции. В этой главе представлен литературный обзор изученности экосистемы апвеллинга, приводится описание структуры водных масс, горизонтальной циркуляции вод и прибрежного апвеллинга, дается краткая характеристика гидрохимических условий района и их влияния на формирование зон повышенной биопродуктивности вод.

Во второй главе представлены сведения об использованных в работе материалах и методах их обработки. В основу положены результаты 24-х экспедиций АтлантНИРО в район ЦВА, выполненных в холодный и теплый период 1994-2008 гг. В летний период 2006-2008 гг., кроме традиционных многолетних определений минерального фосфора и растворенного кислорода, были получены данные по всем минеральным формам азота, кремнию и железу, а также органическим формам фосфора и азота (включая определение мочевины в 2008 г.).

Для анализа циркуляционных особенностей района использовались данные по аномалиям уровня океана, полученные из Интегрированной базы данных спутниковой альтиметрии Геофизического центра РАН.

Анализ распределения хлорофилла "а" и первичной продукции, измеренной радиоуглеродным методом, был проведен на основе результатов, полученных в 11-ти экспедициях АтлантНИРО в 1994-2004 гг.

В качестве данных по распределению рыб использовались материалы промысловой статистики и индексы поверхностной плотности SA (т/миля2) пелагических видов рыб (скумбрии, ставриды, сардинеллы, сардины, анчоуса), полученные в летний период во время выполнения 12-ти тралово-акустических съемок на шельфе Марокко и Мавритании (1995-2008 гг.).

Для расчета первичной продукции (по методу Вейхарта), использовались стехиометрическая модель органического вещества Редфилда-Ричардса и атомарное соотношение С:Si:N:P=106:23:16:1, которое позволяет рассчитать количество образовавшегося органического вещества (С) по уменьшению концентраций основных биогенных элементов (Р, Si и N) в поверхностном слое на широтном разрезе по формулам:

СР =Р*106*12 (1),

CSi =Si*106*12/23 (2),

СN =N*106*12/16 (3),

где СР, СSi, СN – первичная продукция, рассчитанная по убыли минерального фосфора (Р), кремния (Si) и суммарного азота (нитратов, нитритов и аммония) (N) в поверхностном слое в мг С/м3 соответственно; 12 – атомный вес углерода.

Для анализа гидрохимической структуры поверхностных вод был применен статистический метод кластерного анализа. В качестве данных были использованы среднемноголетние (1994-2008 гг.) значения температуры, солености, концентрации фосфатов и растворенного кислорода для холодного и теплого периодов года.

Третья глава посвящена анализу пространственно-временной (среднемесячной, сезонной и многолетней) изменчивости гидрохимической структуры вод Канарского апвеллинга. На основе данных, полученных в летние сезоны 2006-2008 гг., выявлены общие закономерности распределения и аккумуляция минеральных и органических форм азота и фосфора, а также растворенного кислорода, кремния и суммарного железа (Fe2+ и Fe3+). Разработана классификация пространственной структуры поверхностных вод шельфа Марокко и Мавритании на уровне пяти подрайонов.

Основные факторы, влияющие на гидрохимическую структуру вод Канарского апвеллинга: 1) прибрежный апвеллинг, интенсивность которого тесно связана с интенсивностью северо-восточного переноса воздушных масс; 2) циркуляция водных масс; взаимодействие северной и южной атлантических центральных водных масс (САЦВ и ЮАЦВ); Сенегало-Мавританский фронт (СМФ) и его миграция вдоль побережья Мавритании; 3) мезомасштабные процессы (образование вихревых структур, поперечных струй, меандров и др.); 4) процессы фотосинтеза и минерализации органических форм биогенных элементов.

Гидрохимическая структура вод во многом определяется локальными зонами апвеллинга с повышенным содержанием биогенных элементов и пониженными концентрациями кислорода, которые, как правило, приурочены к районам мысов и выступов, и их положение зависит от рельефа дна (каньоны, возвышенности и т.д.) и ширины шельфа. В океанической части, находящейся под влиянием олиготрофных вод субтропического антициклонического круговорота, количество биогенных элементов мало, а относительное содержание кислорода близко к 100%-ному насыщению.

В зоне прибрежного апвеллинга подъем вод происходит с глубин 150-200 м, расположенных ниже пикноклина. Концентрация биогенных элементов в промежуточном слое и глубина залегания пикноклина во многом определяют поступление их в поверхностный слой. В районе Канарского апвеллинга это зависит от взаимодействия САЦВ и ЮАЦВ, граница между которыми отчетливо выделяется по гидрохимическим параметрам и располагается практически в течение всего года в районе 21° с.ш. (мыс Кап Блан).

С северной водной массой на юг поступают более соленые, с меньшим содержанием биогенов и более насыщенные кислородом воды, а с южной - менее соленые, с большим содержанием биогенных элементов и менее насыщенные кислородом. Это приводит к меридиональному увеличению в слоях 200 - 500 м с севера на юг концентраций минерального фосфора от 0.4 - 1.1 до 1.8-2.1 мкг-ат/л (рис. 1) и нитратного азота от 6.7-11.0 до 23.5 -26.5 мкгат/л. Характер вертикального распределения нитратов и растворенного кремния повторяет характер распределение фосфатов.

 Вертикальное распределение минерального фосфора (мкг-ат/л) на меридиональном-0

Рис. 1. Вертикальное распределение минерального фосфора (мкг-ат/л) на меридиональном разрезе по материковому склону от 32° до 16° с.ш.

Усиление пассатной циркуляции и ее сезонный характер определяют сезонную изменчивость интенсивности апвеллинга и положения Сенегало-Мавританского фронта (СМФ), который хорошо прослеживается по температуре поверхностного слоя. В летний период года СМФ располагается в районе 21° с.ш. (мыс Кап Блан), а в холодный период мигрирует на юг до 8°-10° с.ш.

Значительное влияние на распределение биогенных элементов у побережья Северо-Западной Африки оказывает формирование различных мезомасштабных структур. Их возникновение может быть связано с неустойчивостью состава больших объемов шельфовых вод в процессе подъема их к поверхности. Большую роль при этом играют топографические факторы и устойчивость вдольберегового течения. Участки подъема изолиний к поверхности в большинстве случаев приурочены к подводным возвышенностям (рис. 1).

Характер распределения нитратов, фосфатов и растворенного кремния по периферии шельфа во многом обуславливают процессы фотосинтеза. В результате преобразования минеральных соединений азота, фосфора и кремния в органические в процессе фотосинтеза происходит обеднение ими поверхностного слоя и накопление их ниже пикноклина при деструкции органического вещества.

В летний период 2006-2008 гг. распределение гидрохимических параметров в поверхностном слое отражало основные особенности циркуляции вод и процессов фотосинтеза, а также различия в характеристиках вод южного и северного происхождения. Свойственный району с интенсивным апвеллингом подъем глубинных вод с температурой ниже 18°С находился в прибрежной зоне от 24°00 до 27°30 с.ш. Эти воды максимально недонасыщены по кислороду, в 2006 г его минимальное значение 4.27 мл/л (77.2%) отмечалось южнее мыса Бохадор (25°00 с.ш.). В отличие от растворенного кислорода для апвеллинговых вод характерны повышенные концентрации биогенных элементов: фосфатов - до 1.3-2.0 мкг-ат/л, нитратов - до 7.00-12.1 мкг-ат/л, кремния - до 15.3 мкг-ат/л.

В районе между 19°20 и 24°00 с.ш. кроме подъема вод сказывалось влияние более теплых поверхностных вод Северной ветви Межпассатного противотечения. Здесь отмечались участки с повышенными концентрациями биогенных элементов (фосфатов до 1.5 мкг-ат/л, нитратов до 7.8 мкг-ат/л, растворенного кремния до 9.0 мкг-ат/л) и пониженным содержанием кислорода (до 4.4 мл/л). Южная часть этого района находится под влиянием циклонического круговорота (Гвинейского купола).

Южнее мыса Тимирис (19°20 с.ш.) в летний период прибрежный апвеллинг не прослеживался. Вследствие выноса с юга прогретых океанических вод Гвинейского залива, температура на поверхности превышала 26°С. Средние концентрации биогенных элементов в поверхностном слое были низкими: содержание фосфатов варьировало от 0.1 до 0.5 мкг-ат/л, нитратов – от аналитического нуля до 0.5 мкг-ат/л, растворенного кремния от 1.0 до 6.0 мкгат/л. Здесь отмечалась характерная для тропической зоны гидрохимическая структура вод, однако в районе от 1820до 1740 с.ш. выделялся участок с повышенными концентрациями фосфатов (до 0.8 мкг-ат/л) и кремния (до 12.8 мкгат/л).

На расстоянии 35-40 км от зоны подъема вод содержание биогенных элементов становится чрезвычайно низким: фосфатов до 0.05-0.1 мкг-ат/л, растворенного кремния до 0.3 мкг-ат/л, концентрация нитратного азота падает практически до аналитического нуля. Относительное содержание растворенного кислорода при этом увеличивалось до 100% насыщения и более, что свидетельствует о преобладании здесь процессов фотосинтеза над процессами деструкции органического вещества.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.