Структура и динамика донных природных комплексов береговой зоны Черного и Белого морей

Актуальность. Интерес к изучению береговой зоны моря объясняется расширением хозяйственного использования ее природных ресурсов, что требует детального анализа структуры подводных ландшафтов и их динамики. Основы исследований в этой области географии заложены в работах К. К. Маркова, Е. Ф. Гурьяновой, В. В. Шаркова, КМ. Петрова.

Преобладающая часть современных исследований подводных ландшафтов, или донных природных комплексов (ДПК) ориентирована на изучение их пространственной структуры, оставляя в стороне вопросы динамики. Исследование явлений и процессов без учета их временной изменчивости является недостаточным, поскольку отсутствие данных о динамике исследуемых ДПК в значительной степени затрудняет возможности прогноза последствий реализуемых хозяйственных проектов. Таким образом, для оценки природно-ресурсного потенциала и выработки стратегии устойчивого использования береговой зоны моря и для разработки регламентов ее охраны представляется целесообразным использование ландшафтных методов.

Цель работы — выявление закономерностей структуры и динамики (сезонной, межгодовой и катастрофической) донных природных комплексов береговой зоны моря на примере ключевых участков Черного и Белого морей:

Для достижения поставленной цели предусмотрено решение следующих основных задач:

• Обзор существующих подходов и методов изучения динамики ландшафтов суши, береговых геоморфологических систем и донных биоценозов.

• Проведение сезонных, межгодовых ландшафтных съемок модельных полигонов и составление крупномасштабных карт подводных ландшафтов (масштабом 1:10 000).

• Выявление геоэкологических особенностей выделенных ландшафтов и проведение сравнительной оценки их структуры в разных физико-географических условиях.

• Оценка межгодовой, сезонной изменчивости изученных ландшафтов, типизация их состояний.

• Выделение на черноморском полигоне исследований участков береговой зоны моря с катастрофическими изменениями подводных ландшафтов и получение их количественной характеристики.

• Разработка предложений по хозяйственному использованию исследованных участков береговой зоны, с учетом особенностей их ландшафтной структуры и динамики.

Предмет и объект исследования. Структура и динамика донных природных комплексов (ДПК). в границах исследованных участков береговой зоны Черного (п-ов Абрау, Мыс Малый Утриш) и Белого (Кандалакшский залив, губа Нильма) морей в диапазоне глубин от 0 до 40 м.

Выбор полигонов проводился с учетом наибольшей представительности типов ДПК, расположенных в интервале глубин от береговой линии до изобат 40 м, где естественные динамические процессы проявляются наиболее интенсивно. Они сформированы в условиях моря с выраженными и невыраженными пршшвно-отливнымп явлениями и граничат с различными геоморфологическими типами берегов.

Личный вклад автора в исследования. Автор принимал непосредственное участие в организации, планировании и проведении экспедиционных работ, сборе и обработке полученного материала. Постановка задач, методические подходы и теоретические обобщения также принадлежат автору. Моделирование структуры течений и расчет волновой нагруженности акватории выполнены совместно со специалистами ГОИН и ИО РАН (И.М. Кабатченко, Е. В. Борисовым и A.JI. Бреховских), что отражено в совместных публикациях.

Научная новизна Впервые была изучена ландшафтная структура участка прибрежной зоны моря, сформированная под воздействием приливных течений (Кандалакшский залив, Белое море), а также ландгттафтная структура подводной части берегового оползня (полуостров Абрау, Черное море). Выявлены основные факторы динамики подводных ландшафтов для изученных участков: изучена их сезонная, межгодовая и катастрофическая динамика.

Основные защищаемые положения:

• Физико-географические особенности формирования донных ландшафтов исследуемых регионов.

• Выявленные закономерности ландшафтной структуры береговой зоны Белого (губа Нильма, Кандалакшский залив) и Черного море (п-ов Абрау, мыс Малый Утриш).

• Индикаторы динамики и состояний ДНК (сезонных, годовых, многолетних) изученных полигонов и ее масштабы.

• Закономерности динамики подводных ландшафтов береговой зоны.

Теоретическая и практическая значимость работы.

1. Выявленные закономерности структуры и динамики ДНК исследуемых участков Белого и Черного морей могут использоваться для развития геоэкологических исследований окраинных и внутренних морей.

2. Результаты исследований могут служить основой при планировании различных видов хозяйственной деятельности в исследованных районах.

3. Установленные механизмы и индикаторы динамики ДНК могут быть использованы при прогнозировании возможных последствий природных и антропогенных изменений в береговой зоне моря.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы обсуждались на конференциях: посвященной 50-летию ИНГ им. академика Е. К. Федорова и посвященной 70-летию дрейфа станции «СП-1» (ИНГ им. академика Е. К. Федорова, г. Москва, 2006, 2008 г), XI Международной ландшафтной конференции (МГУ им. М. В. Ломоносова, г. Москва, 2006 г), Международной Береговой конференции (ЮОИОРАН, г. Геленджик, 2007 г), конференции студентов и молодых ученых «Ломоносов — 2008» (МГУ им. М. В. Ломоносова, Москва, 2008 г), конференции «Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность» (ИВП РАН, Москва,.

2008 г.), а также на научных семинарах в Государственном Океанографическом Институте им. Н. Н. Зубова (г. Москва, 2008 г) Институте Географии РАН (г. Москва, 2008 г.) и в Научном Центре UNIFOB (г. Берген, Норвегия, 2008 г).

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, из них в журналах, рекомендованных ВАК — 1 работа.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, изложенных на 146 страницах машинописного текста. Работа иллюстрирована 42 картами и схемами, 16 таблицами и 15 фотографиями.

Список литературы

содержит 158 наименований, из них 9 на иностранных языках.

выводы.

1. Применение водолазного метода при изучении ландшафтной структуры и динамики береговой зоны позволило выявить ряд его преимуществ и недостатков. С одной стороны, он позволяет проводить непосредственно описания ДПК, определять границы и смену состояний ландшафтов, отбирать при необходимости пробы грунта и бентосных организмов для характеристики их современного состояния, производить выборочную подводную фотосъемку. С другой — существенным его недостатком, выявленным нами в процессе исследований, является трудоемкость постановки трансекты в строго заданном месте с определенным направлением (с отклонением не более 1 м), что является необходимым условием для сравнимости результатов повторяющихся во времени наблюдений и ландшафтных описаний. Наличие при установке трансекты волнения, течений и ветра делает задачу трудновыполнимой, а зачастую и невозможной.

2. Подводные ландшафты беломорского полигона сформированы при активном действии приливных течений. Предложена классификация ДПК, в основу которой положены различия в скоростях приливных течений. На ее основе выделены типы местностей: ДПК с высокими скоростями течений (которым соответствуют проливы и морские пороги) и ДПК со средними скоростями течений (которым соответствуют участки выровненного побережья) и ДПК с низкими скоростями течений (которым соответствуют бухты и заливы). Урочища выделяются по принадлежности к экологическому ярусу и характеру донных отложений ряды фаций выделяются по основным сообществам макрофитобентоса. Всего выделено 3 местности. 4 сложных урочища, 7 простых урочищ и 16 рядов и мозаик фаций. Предложенную классификацию представляется целесообразным использовать при составлении карт ДПК Карельского побережья Кандалакшского залива Белого моря в масштабе 1:10 000−1:100 000.

3. Подводные ландшафты черноморского полигона сформированы под действием береговых оползневых процессов и волнового воздействия. Выделены основные типы местностей: абразионные не осложненные оползневым телом, абразионно-аккумулятивные, осложненные оползневым телом и аккумулятивные, частично осложненные оползневым телом. Всего выделено 3 местности, 5 сложных урочищ, 10 простых урочищ и 17 рядов фаций. Урочища выделяются по принадлежности к мезоформам рельефа и характеру донных отложений, ряды фаций выделяются по основным сообществам макрофитобентоса Предложенную классификацию представляется целесообразным использовать при составлении карт ДПК в масштабе 1:10 000−1:50 000.

4. В годовом состоянии ДПК черноморского полигона впервые выделены зимние и летние состояния. Сезонная динамика ДПК обусловлена сменой интенсивности действия таких внешних факторов как: волновой активности и температуры. В качестве индикаторов сезонной динамики ДПК принята биомасса и видовой состав макрофитобентоса Наибольшие различия в биомассе и видовом составе (до 80%) приурочены к глубинам до 2 м, с глубиной сезонные различия биомассы и видового разнообразия уменьшаются до глубины 20 м.

5. В годовом состоянии ДПК беломорского полигона выделены основные виды состояний — летние, зимние, весенние и осенние. На Белом море сезонная динамика ДПК связана с изменением интенсивности действия и набора внешних факторов ландшафтной динамики, таких как: освещенность, температура, ледовая абразия. В качестве индикатора сезонной динамики ДПК здесь выбрана биомасса макрофитобентоса. Наибольшие сезонные изменения биомассы (до 100%) приурочены к глубинам до 5 м. С глубиной — до 15 м — сезонные различия биомассы макрофитобентоса уменьшаются. Сезонная динамика ДПК беломорского полигона затухает на 5 м ближе к поверхности, по сравнению с Черным морем, что связано с развитием зимой на Белом море ледового покрова и низкой инсоляцией.

6. Межгодовая динамика ДПК беломорского полигона выражена в заилении отдельных участков вдольбереговых проливов, что явилось причиной сокращении проективного покрытия багрянок ~ на 70%, мидий на 60% и губок на 80%. Межгодовая динамика затронула ДПК ранга сложных урочищ, количество выделов ранга рядов фаций снизилось с 16 до 13.

7. Межгодовая динамика ДПК черноморского полигона проявилась в сокращении ареала произрастания важной промысловой цистозейры в результате снижения прозрачности вод Черного моря и повышенной антропогенной нагрузки. За последние 35 лет нижняя граница произрастания водорослей Cystoseira barbata и С. crinitia поднялась с глубины 32 м до 10−12 м. В связи с этим, запасы водорослей на полигоне исследований сократились на 19%, а площадь распространения сообществ — на 66%. Межгодовая динамика затронула ДПК ранга простых урочищ и рядов фаций.

8. Катастрофическая динамика ДПК на черноморском полигоне проявилась в быстром изменении ландшафтной структуры береговой зоны в результате оползневых процессов. Основные изменения заключались в увеличении расчлененности подводного рельефа, площадей, занятых псефитовыми отложениями (с 3 до 56%), а также увеличении биомассы макрофитобентоса (с 1,4−2,8 до 6−9 кг/м2), проективного покрытия бентосных сообществ (с 20 до 50%) и частного природно-ресурсного потенциала (филлофоры — с 0,16 до 0,23 т/га/год, цистозейры — с 0,025 до 0,075 т/га/год).

9. По результатам исследований рассчитан частный природно-ресурсный потенциал ДНК береговой зоны моря. Полученные оценки не позволяют рекомендовать в изученных ДПК промысел водорослей, вследствие их низких запасов. Проведенная оценка пригодности изученных ДПК для размещения марикультурных хозяйств позволила сделать заключение, что наиболее пригодными (индекс пригодности 2) для выращивания устриц и мидий на черноморском полигоне являются ДПК аккумулятивных песчаных и илисто-песчаных равнин. На беломорском полигоне максимальной степенью пригодности для выращивания ламинарии обладают ДПК выровненного берега (индекс пригодности 2 и 3), ДПК проливов и морских порогов (индекс пригодности 3). Последние два типа ДПК также являются наиболее пригодными (индекс пригодности 2) для выращивания мидий.