На протяжении более 100 лет во всем мире проводятся мониторинговые исследования фитопланктона с целью обнаружения токсичных цветений воды, вызванных массовым развитием одноклеточных водорослей, содержащих опасные для жизни человека и морских организмов токсичные вещества. Токсичные цветения становятся причиной массовой гибели морских млекопитающих, птиц, рыб и пищевых отравлений у человека.

Использование современных информационных спутниковых технологий с целью своевременного обнаружения и диагностики цветений морской воды, причиной которых является развитие потенциально токсичных видов водорослей, давно применяется в мировой практике.

О.Н. Ясакова, ст. научный сотрудник Южного научного центра РАН;

А.В. Корчагина, гл. специалист отдела обеспечения портовой деятельности ФГБУ «АМП Черного моря»

В северо-восточной части Черного моря подобные исследования проводят специалисты Южного научного центра РАН с применением технических средств службы морского порта Новороссийск, а также при информационной поддержке ИТЦ «СКАНЭКС». В результате сотрудничества, в частности, удалось в марте 2008 года обнаружить обширный «красный прилив» вдоль северо-восточного шельфа Черного моря, вызванный развитием потенциально токсичного вида динофитовых водорослей Scrippsiella trochoidea (Stein) Balech (Ясакова, Бердников, 2008).

Другой, менее масштабный случай «красного прилива», связанный с вегетацией динофитовой водоросли Heterocapsa rotundata (Lohmann) G. Hansen и планктонных инфузорий Myrionecta rubra (Lochmann) Jankowski и Mesodinium pulex Claparedeet & Lachmann, был обнаружен в порту Новороссийск в июле 2011 года (Ясакова, Кренева, 2012).

Нужна региональная служба мониторинга

В последние десятилетия случаи цветения воды в Черном море значительно участились и находятся в непосредственной зависимости от поступления в прибрежную зону моря авто- и аллохтонной органики (Нестерова, 1979, 2001; Зернова, 1983; Velikova et al., 1999; Vershinin, Kamnev, 2001; Moncheva et al., 2001; Вершинин, Моручков, 2003; Вершинин и др., 2005; Terenko, Terenko, 2005, 2007). Надо отметить, что обилие фитопланктона при наличии блокирующего слоя, который не дает возможности кислороду проникать в нижние слои воды, может спровоцировать гипоксию в прибрежной зоне моря, что представляет определенную опасность как для гидробионтов, так и для человека. Сведения о распределении и динамике развития планктонных водорослей, полученные с привлечением космических технологий, целесообразно использовать для создания государственной региональной службы мониторинга во всех районах РФ, где ведется добыча морских биоресурсов (Вершинин, Орлова, 2008).

В 2012 году в Черном море с начала мая по конец июля наблюдали цветение воды, вызванное массовым развитием абсолютно безобидного нанопланктонного вида кокколитофорид Emiliania huxleyi (Lohmann) W.W. Hay & H.P. Mohler. Интенсивное развитие кокколитофорид – естественное явление для Черного моря в весенне-летний период. Максимальная численность Emiliania huxleyi обычно наблюдается в верхних слоях моря (0-50 м), постепенно уменьшаясь с глубиной.

Однако вследствие низких зимних температур в 2012 году цветение было более продолжительным (май – июль) и более интенсивным, чем в предыдущие годы (Станичный, ИТЦ «СКАНЭКС», 2012). На оптических снимках Terra и Aqua, любезно предоставленных ИТЦ «СКАНЭКС», в течение трех месяцев можно было наблюдать характерные для кокколитофорид белые разводы различной степени интенсивности, охватившие всю поверхность Черного моря (рис. 1, 2).

Рис. 1. Восточная часть акватории Черного моря. Снимок Aqua/MODIS, дата съемки – 28 мая 2012 года

Рис. 2. Восточная часть акватории Черного моря. Снимок Terra/MODIS, дата съемки – 18 июня 2012 года

Оптические снимки Terra и Aqua зафиксировали, что цветение Emiliania huxleyi началось в восточной части моря, затем охватило центральную часть и только потом распространилось на западную часть моря. При этом область цветения не распространялась на северо-западный шельф моря (район Одессы): синий цвет воды оставался без видимых изменений.

Исследования, проведенные сотрудниками ЮНЦ РАН в северо-восточной части моря в этот период, показали, что цвет воды имел молочно-белый оттенок, прозрачность не превышала 2 м (тогда как прозрачность воды в открытом районе моря обычно достигает 10-15 м), численность кокколитофорид (4-16 млн кл/л) была на порядок выше, чем в прошлые годы. Массовое развитие Emiliania huxleyi в северо-восточной части моря в мае – июне в 2002–2005 годах было менее интенсивным – до 1,5 млн кл/л (Суханова, 1995; Mikaelyan et al., 2006; Паутова и др., 2007). Максимальная численность водорослей отмечалась на шельфе у г. Сочи (6 млн кл/л) во второй половине июня 2004 года.

Emiliania huxleyi наиболее обычный вид кокколитофорид, встречающийся почти во всех морях, за исключением полярных областей. Большинство видов кокколитофорид обитает в умеренных и теплых водах, бедных питательными веществами, богатых кислородом, с рН 8-8,05 и температурой выше 8°С (Deflandre, 1952). Из 47 видов Coccolitophorida, зарегистрированных в Черном море, только Emiliania huxleyi является массовым видом, ее развитие наблюдают с февраля по октябрь.

Холодные зимы 1998, 1999, 2006 и 2008 годов способствовали более интенсивному и продолжительному цветению воды, вызванному этим видом, чем в предыдущие и последующие годы (Незлин, 2001; Паутова и др., 2007; Силкин и др., 2009; Станичный, 2012). Высокие величины численности и быстрый рост популяции достигаются благодаря высокому темпу деления клеток Emiliania huxleyi. В Черном море в последнее время численность этого вида ежегодно достигает уровня цветения, и отмечается тенденция к усилению ее развития, что подтверждают спутниковые наблюдения (Cokacar et al., 2001; Burenkov et al., 2006).

В июне 2012 года оптические спутниковые снимки демонстрировали увеличение концентрации хлорофилла на шельфе северо-восточной части Черного моря, что указывало на цветение воды в прибрежной зоне моря, связанное с интенсивным развитием диатомовых водорослей. Эти предположения были подтверждены экспедиционными исследованиями: в шельфовой зоне моря в этот период одним из доминирующих видов фитопланктона была диатомовая Cerataulina pelagica (Cleve) Hendey.

Развитию диатомовых водорослей как наиболее требовательного компонента планктона к биогенной насыщенности вод, вероятно, способствовало поступление в прибрежную зону моря минеральных веществ (особенно различных форм азота) во время ветрового апвеллинга, в то время как рост Emiliania huxleyi в Черном море в основном ограничивается концентрацией фосфора (Силкин и др., 2009).

Мезозойская эра и белые скалы Дувра

В последние годы изучению кокколитофорид (рис. 3) уделяется повышенное внимание, что связано со способностью этих организмов регулировать уровень содержания СО₂ в атмосфере и, как следствие, влиять на температурный режим и климатические условия нашей планеты. Как известно, повышение температуры воздуха в результате сжигания огромного количества топлива в последние десятилетия неуклонно увеличивает концентрацию СО₂ в атмосфере Земли и может привести к парниковому эффекту.

Рис. 3. Кокколитофорида Emiliania huxleyi – самый многочисленный и продуктивный вид из всех морских организмов с известковым скелетом. Во время массового цветения плотность популяции этого вида может достигать 115 тыс. клеток на 1 мл морской воды при площади района цветения до сотен тысяч кв. км. (Рис. взят из статьи Yasakova, O.N., Okolodkov, Y.B., Chasovnikov, V.K. Increasing contribution of coccolithophorids to the phytoplankton in the northeastern Black Sea // Marine Pollution Bulletin/124, 2017. P. 526-534.)

Однако этого не происходит благодаря тому, что СО₂ интенсивно потребляется некоторыми живыми организмами, в том числе кокколитофоридами. Они переводят углекислый газ в нерастворимую форму карбоната кальция СаСО₃ в виде ажурной клеточной оболочки, состоящей из отдельных известковых пластин-кокколитов, которые после гибели клеток тонут и становятся одним из главных составляющих донных осадков в океане (Paasche, 2001; Riebessell, 2004; Engel et al., 2005).

Строительство огромного числа кокколитов из атомов кальция и углерода с последующим погружением в нижние слои океана в конечном счете регулирует количество СО₂ в атмосфере и в некоторой степени снижает вероятность возникновения парникового эффекта. Отложение кокколитов на дне океана происходит в форме известняковых пород – например, белые скалы Дувра в значительной части состоят из кокколитов, упавших на дно моря миллионы лет назад. Начиная с мезозойской эры кокколитофориды являются главными производителями карбоната кальция в Мировом океане и основным биологическим фактором, регулирующим глобальные климатические изменения. Надо отметить также, что углекислый газ, растворяясь в воде, превращается в угольную кислоту (H₂CO₃), что повышает кислотность морской воды и негативно отражается на морских организмах с кальцитовым скелетом.

Кокколитофориды – одни из немногих организмов, которые способны превращать Н₂СО₃ в CaCO₃ в составе их клеточных оболочек и тем самым спасать от разрушения коралловые рифы (Debora Iglesias-Rodriguez et al., 2008). Прозрачная, обычно бесцветная кальциевая оболочка кокколитофорид очень эффективно преломляет свет в толще воды и делает цветение E. huxleyi легко заметным из космоса. Молочно-бирюзовое цветение воды кокколитофоридами ныне отмечается в самых различных районах Мирового океана и может охватывать сотни тысяч квадратных километров морской поверхности, что наглядно демонстрируют космические снимки, сделанные у юго-западного побережья Англии в июле 1999 года и берегов Корнуолла, Великобритания и Бретани, Франция в июне 2004 года (Emiliania huxleyi bloom, Wikipedia). Районы, охваченные цветением кокколитофорид, обладают высокой отражающей способностью, при этом большое количество света и тепла возвращается обратно в атмосферу, а не идет на «отопление» океана (рис.4).

Рис. 4. Цветение кокколитофорид в Атлантическом океане, космоснимок

Изучение цветения воды в Черном море планомерно продолжается, что обусловлено необходимостью сохранения нормального функционирования черноморских экосистем, а также предотвращения вреда здоровью человека и гибели морских обитателей.

(Ясакова, Бердников, 2012; Ясакова, Станичный, 2012; Yasakova, Chasovnikov, Okolodkov, 2017.)

Морские порты №8 (2025)