Океанология, 2023, T. 63, № 6, стр. 1027-1030

Экспедиция рейса № 80 НИС “Профессор Гагаринский” была организована Тихоокеанским океанологическим институтом им. В.И. Ильичева в период c 15 июня по 18 июля 2022 г. Основной задачей экспедиции являлась оценка абиотических факторов среды, которые могли способствовать интенсивному цветению токсичных микроводорослей, вызвавших массовую гибель морских организмов в Авачинском заливе Камчатки и на прилегающих акваториях в 2020 г., а также оценка иных возможных экологических рисков в прибрежной зоне полуострова Камчатка, связанных с климатическими изменениями и другими природными факторами. Для этого была проведена комплексная гидролого-гидрохимическая съемка на прилегающей к юго-восточной части Камчатки акватории Тихого океана, которая позволит выявить крупномасштабные межгодовые изменения, происходящие в западной Субарктике Тихого океана, оценить региональные процессы, связанные с динамикой вод синоптического масштаба, а также локальные воздействия, обусловленные влиянием материкового стока. Исследования биогеохимических процессов в прибрежной зоне моря были проведены как в Авачинском заливе, его нескольких бухтах, включая Авачинскую губу, так и на северо-восточном шельфе о. Сахалин в Набильском заливе и прилегающей акватории Охотского моря. Для изучения короткопериодной изменчивости океанологических характеристик были установлены донные автономные буйковые станции (АБС) с измерителями океанологических характеристик на шельфе Сахалина и в Авачинском заливе, а также выполнен мониторинговый разрез в заливе Петра Великого Японского моря (рис. 1).

Рис. 1.

Схема работ экспедиции ТОИ ДВО РАН на НИС “Профессор Гагаринский” (рейс № 80) в дальневосточных морях и северо-западной части Тихого океана в июне–июле 2022 г. Точками показано положение океанографических станций, треугольниками – положение АБС; изобаты в метрах. На врезках: (а) распределение солености (епс) в поверхностом слое в районе юго-восточной Камчатки; (б) – распределение температуры воды (°С) на разрезе через Камчатский вихрь (КВ); положение станций СТД-зодирований показано тонкими вертикальными линиями.

Общее количество гидрологических станций с СТД-зондированиями составило 156, в том числе с отбором проб воды на химические анализы – 91. На 21 станции отобраны пробы фитопланктона из поверхностного слоя воды с помощью сетки, на 12 станциях отобраны пробы с помощью батометра для анализа видового состава фитопланктона. Выполнено 19 станций с отбором проб донных осадков. Отобрано 19 проб для анализа диатомовых водорослей, 18 проб на анализ спор токсичных микроводорослей и 13 проб на биотестирование. При работах с лодки в прибрежной зоне выполнено 15 станций в Набильском заливе, 4 станции в плюме р. Налычева (Авачинский залив), 11 станций и по одной пробе снега и воды из водопада в б. Вилючинской, а также 1 проба из р. Авача. Поставлено две АБС на шельфе о. Сахалин и две в Авачинском заливе. В экспедиции проанализировано по 580 проб воды на стандартные гидрохимические параметры: растворенный кислород, биогены (фосфаты, нитраты, нитриты, силикаты), щелочность, pH и 150 проб на аммоний. Законсервировано для анализа в лаборатории ТОИ ДВО РАН 150 проб на общий азот и фосфор, по 48 проб на макрокомпонентный состав воды и стабильные изотопы ¹⁸О и D, 127 проб на хлорофилл-а, 84 на гуминовые вещества, 45 на растворенный органический углерод и 120 на соленость.

В качестве основных предварительных результатов можно отметить следующее:

1. Отмечено повышенное содержание биогенных элементов, как в подповерхностных, так и в промежуточных тихоокеанских водах, в сравнении с данными 1990–2000-х гг., что свидетельствует о развивающейся эвтрофикации этого района Мирового океана.

2. Обнаружено существенное влияние материкового стока на гидрохимические характеристики вод Авачинского залива. Значительное распреснение поверхностного слоя до 26–27 епс зарегистрировано в прибрежных бухтах и на расстоянии до 10 миль от берега, воды с соленостью ниже 32 епс и повышенным содержанием биогенных элементов прослеживались на удалении до 100 миль.

3. Выявлены локальные области с повышенной концентрацией хлорофилла-а как в прибрежной зоне, так и в открытом океане, свидетельствующие об интенсивном цветении фитопланктона, признаки которого также наблюдались визуально по прозрачности воды, наличию пленок ПАВ и пены.

4. Исследование прибрежных акваторий Авачинского залива (б. Вилючинская, приустьевая акватория р. Налычева) в период интенсивного таяния снега на прилегающих горных склонах показало значительное влияние речного стока на гидрохимический режим прибрежных вод океана. Многочисленные ручьи и водопады, где концентрация нитратов превышала 35 мкмоль/л, являются точечными источниками биогенных элементов, в их непосредственной близости визуально наблюдались признаки цветения микроводорослей.

5. Отмечено повсеместное повышение концентрации фосфатов в придонных слоях воды в бухтах Вилючинская и Авачинская, до 3 и 5 мкмоль/л соответственно, при относительно низкой их концентрации в реках (около 0.5 мкмоль/л). Причины столь высокой концентрации фосфора в придонной воде, обнаруженные источники азота и отклонения азот-фосфорных соотношений от классического соотношения Редфилда требуют дальнейшего исследования.

6. На акватории Авачинского залива в период работ выявлено два вихревых образования синоптического масштаба, диаметром около 90 км (антициклон) и 50 км (циклон). По результатам гидрологических измерений, включая глубоководные до дна (3150 м), показано, что движение вихрей контролируется донной топографией.

7. Основная роль циклонического вихря заключается в подъеме обогащенных биогенными элементами глубинных вод у континентального склона залива. Установлено, что их выход, в первую очередь, осуществляется по подводным каньонам.

8. Детальная съемка антициклонического вихря, сформировавшегося в Авачинском заливе, показала важную роль вихревых структур в адвекции прибрежных вод в океан и формировании благоприятных условий для цветения фитопланктона на прилегающих океанских акваториях, простирающихся до района северных Курильских островов.

9. Полученные в экспедиции результаты позволяют сформулировать предварительную гипотезу о природе экологической катастрофы у берегов Камчатки: явление возникновения аномального цветения водорослей обусловлено сопряжением биогеохимических и гидрологических факторов – речного стока и подъема глубинных вод в заливе, вызванного прибрежным ветровым и динамическим апвеллингом в период максимального прогрева и эвтрофикации вод Субарктики Тихого океана, а также орографическими и топографическими особенностями Авачинского залива.

10. Получены пробы морских и речных вод, планктона и донных осадков для проведения специальных анализов в лабораториях ТОИ ДВО РАН, ННЦМБ ДВО РАН и ДВФУ, необходимых для выполнения комплексной межведомственной программы “Экологическая безопасность Камчатки: изучение и мониторинг опасных природных явлений и антропогенных воздействий”.

11. Анализ качественного и количественного состава диатомовых водорослей на основе собранных проб донных осадков позволит охарактеризовать современное экологическое состояние Авачинского залива и Авачинской губы.

12. Биотестирование проб донных осадков позволит получить характеристику экологического состояния изучаемой акватории, оценить уровень загрязнения среды.

13. Получены новые данные по структуре вод на шельфе о. Сахалин в начале летнего периода, которые свидетельствуют об интенсивном водообмене поперек шельфа и скатывании зимних холодных вод в глубокую часть котловины.

14. Впервые проведены биогеохимические исследования Набильского залива о. Сахалин. Зарегистрирована высокая интенсивность первичного продуцирования – высокая концентрация хлорофилла-а (около 15 мкг/л), практически полное изъятие биогенных элементов в водах залива, концентрация гуминовых веществ, достигающая 46 мгС/л, что почти в два раза выше, чем в эвтрофированных реках Приморского края, таких как Раздольная и Туманная.

15. Получено распределение океанографических характеристик на мониторинговом разрезе в заливе Петра Великого Японского моря для июня и июля, что позволит оценить внутригодовую изменчивость структуры вод и динамику бентического фронта, характеризующую процессы сезонного апвеллинга и даунвеллинга.

Источники финансирования. Экспедиция проводилась за счет средств, предоставленных Минобрнауки России. Исследования выполнялись по Программе фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2021– 2023 гг., подпрограмма 2 “Фундаментальные и поисковые научные исследования”, направление 1.5.8. Океанология, раздел 1.5.8.7. Комплексные и междисциплинарные исследования океанов и морей, темы №№ 6 и 11 (рег. №№ 121021700346-7, 121-21500052-9), а также в рамках Комплексной межведомственной программы “Экологическая безопасность Камчатки: изучение и мониторинг опасных природных явлений и антропогенных воздействий” (рег. № 122012700198-9).