Зимнее «цветение» кокколитофорид в Черном море по спутниковым данным и измерениям буев Био-Арго: межгодовая изменчивость и возможные причины возникновения

Кокколитофориды являются одним из доминирующих типов фитопланктона в Черном море [7, 8], существенно влияя на трофическую структуру и сезонную сукцессию видов в бассейне. Кроме того, известняковые чешуйки-кокколиты вызывают сильное рассеяние света, а после цветений водорослей они оседают на дно и являются одной из основных составляющих известковых пород на дне океана и в частности Черного моря [3, 4]. Таким образом, эти водоросли играют важную роль в транспорте неорганического углерода в донные осадки, что приобретает особую значимость в связи с проблемой углекислотного загрязнения атмосферы [9, 12]. По данным натурных и спутниковых наблюдений отмечается регулярное «цветение» кокколитофорид Emiliania huxleyi в начале лета. В [5] совместный анализ спутниковых данных и измерений буев Био-Арго позволил описать изменчивость зимнего «цветения» кокколитофорид, ранее зафиксированного также в ряде экспедиционных работ [2, 10, 11].
В настоящей работе на основе оптических и инфракрасных измерений данных спутника MODIS-Aqua за 2003-2017 гг. исследуется межгодовая изменчивость зимних «цветений» кокколитофорид в Черном море и основные вызывающие её факторы.
Анализ спутниковых данных позволил условно выделить годы с интенсивным «цветением» кокколитофорид, охватывающим всю глубоководную часть моря, с локальными «цветениями» и годы, в которые зимнее «цветение» кокколитофорид не наблюдалось.
В январе 2005 г. и в конце декабря 2012 г. – в январе 2013 г. «цветение» наблюдалось практически по всей центральной части моря со значениями коэффициента отражательной способности Rrs от 0.007 до 0.01 ср-1, что по оценкам [5] соответствует 1.9-4.6∙106 кл/л. Отметим, что в январе 2005 г. высокие значения Rrs наблюдались в центрах циклонических круговоротов и отсутствовали в районе континентального склона. В период зимнего «цветения» 2012-2013 гг. высокие значения Rrs также зафиксированы вблизи континентального склона в восточной и южной частях моря. В некоторые годы интенсивные «цветения» кокколитофорид сконцентрированы, в основном, в восточной части моря вблизи берега (декабрь 2005 г. – январь 2006 г.) или в восточном циклоническом круговороте (декабрь 2006 г., февраль 2007 г.).
За период 2003-2017 гг. было выявлено 8 периодов с локальными зимними «цветениями» кокколитофорид: 2003-2004 гг., 2007-2008 гг., 2010-2011 гг., 2011-2012 гг., 2013-2014 гг., 2014-2015 гг., 2015-2016 гг., 2016-2017 гг. Эти осенне-зимние периоды характеризовались значениями площади «цветения» от 2 до 6 ∙104 км2, а главное – они наблюдались не по всему бассейну, а в локальных областях: чаще всего (4 случая из 8) в южной части моря, как, например, в декабре 2015 г. – январе 2016 г., в 2 случаях в восточной части и по одному разу в западной части и юго-восточной. В октябре 2005 г. такое «цветение», вызванное действием интенсивного квазитропического циклона, было особенно сильным. Во второй декаде ноября 2003 г. наблюдались высокие значения Rrs, характеризующие «цветение» кокколитофорид, положение которого совпадало с положением антициклонического вихря в западной части моря. В январе-феврале 2012 г. области «цветения» кокколитофорид также совпали с положением антициклонического вихря – Батумского антициклона – и находились в восточной части моря.
Анализ показал, что зимние «цветения» кокколитофорид в период с 2003 по 2017 гг. регистрировались, как правило, через 5-14 дней после действия штормов. При этом максимальные концентрации кокколитофорид наблюдается в условиях с большой толщиной верхнего квазиоднородного слоя (ВКС) (40-50 м). Отмечена отрицательная корреляция между межгодовой изменчивостью зимних «цветений» кокколитофорид и завихренностью ветра. Зимние «цветения» кокколитофорид наблюдаются в периоды со слабой завихренностью ветра. Например, самая большая завихренность ветра была в 2008-2010 гг., когда «цветения» были наименее выражены. В годы с низкими значениями завихренности ветра циклоническая циркуляция в Черном море слабая, не наблюдается ярко выраженный подъем изопикн в центре моря, что сопровождается заглублением ВКС [1].
Сопоставление межгодовой изменчивости зимних «цветений» кокколитофорид с концентрацией хлорофилла «а» показало, что в периоды зимних «цветений» наблюдаются низкие значения концентрации хлорофилла «а». Это обратная зависимость также хорошо наблюдается в пространственном распределении этих полей. В Черном море чередуются годы с сильными зимними «цветениями» кокколитофорид и годы с высокими значениями концентрации хлорофилла «а» в зимний период.
Возможно, доминирование кокколитофорид вызвано более глубоким ВКС в годы со слабой циркуляцией. При недостаточной освещенности при больших ВКС развитие диатомовых ограничено, так как рост их концентрации вызывает эффект самозатенения и еще большее уменьшение компенсационной глубины. Штормовые условия вызывают дополнительное интенсивное вовлечение биогенных веществ в ВКС [6], которые остаются доступными для кокколитофорид, менее интенсивно влияющих на ослабление света, что вызывает их "цветения" в зимний период.
Исследование зависимости зимних «цветений» кокколитофорид и завихренности ветра проводилось по гос. теме №0555-2019-0002. Обработка спутниковых данных выполнена в рамках гранта РНФ 19-77-00029. Исследование влияния штормовых ветров на возникновение аномальных "цветений" кокколитофорид поддержано грантом РФФИ 17-05-41102-РГО_а.