Биогеохимические характеристики поверхностного слоя и потоки СО2 в системе океан – атмосфера в заливах Западного Шпицбергена

Н. К. Алексеева✉, А. Л. Никулина, Е. В. Блошкина, Я. В. Швед, И. В. Рыжов, А. Е. Новихин, М. С. Махотин

Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт, Санкт-Петербург, Россия

✉ e-mail: nkalekseeva@aari.ru

Аннотация

Цель. Оценка пространственной изменчивости и сезонной динамики параметров карбонатной системы во фьордах Западного Шпицбергена по результатам экспедиционных исследований в весенний (апрель) и летний (август) сезоны 2023 г. – цель данной работы.

Методы и результаты. Изучены физико-химические параметры воды, такие как общая щелочность, рН и содержание биогенных компонентов. Анализ проб был выполнен в химико-аналитической лаборатории Российского научного центра на архипелаге Шпицберген (РНЦШ). Измерение рН проводилось с помощью лабораторного рН-метра Mettler Tolledo Seven Compact S220. Общая щелочность определялась методом прямого титрования соляной кислотой с визуальным определением точки эквивалентности. Концентрации фосфатов и силикатов, хлорофилла а измерялись стандартными спектрометрическими методами. Параметры карбонатной системы, направление и скорость потока СО2 были рассчитаны в программе Program Developed for CO2 System calculations. Обнаруженные сезонная динамика и вариабельность карбонатной системы тесно связаны с атмосферными условиями, сезонной изменчивостью водных масс, интенсивностью биопродуктивности. Полученные оценки потока углекислого газа по данным за август 2023 г. позволяют сделать вывод о его поглощении в Грёнфьорде (–1,52 ... –4,76 ммоль м–2· сут–1) и Исфьорде (–0,12 ... –1,0 ммоль м–2 ·сут–1) в этот период, в Биллефьорде наблюдается локальная область с положительно направленным потоком углекислого газа (1,2–2,6 ммоль м–2 ·сут–1).

Выводы. В результате выполненных исследований в заливах были выявлены выраженные сезонные колебания параметров карбонатной системы и потоков углекислого газа, сходные с колебаниями в других внутренних фьордах Шпицбергена. Полученные результаты подчеркивают значимость карбонатных параметров для понимания биогеохимического баланса биогеохимических процессов в морских экосистемах в условиях глобального изменения климата.

Ключевые слова

фьорды Западного Шпицбергена, морская карбонатная система, поток СО2, хлорофилл а, арагонит, Арктика

Благодарности

Сбор материала осуществлен в 2023 г. Арктическим и Антарктическим научно-исследовательским институтом (ААНИИ) на архипелаге Шпицберген в рамках Российской научной арктической экспедиции на архипелаге Шпицберген (РАЭ-Ш). Авторы выражают благодарность отделу координации и планирования научных исследований РАЭ-Ш за постоянное внимание к работе и качественную организацию полевых исследований, а также сотрудникам зимовочного состава РАЭ-Ш в пос. Баренцбург за оказанное содействие при выполнении полевых и лабораторных исследований. Работы выполнены в рамках Федеральной научно-технической программы в области экологического развития Российской Федерации и климатических изменений на 2021–2030 годы. Соглашение № 169-03-2024-072.

Для цитирования

Биогеохимические характеристики поверхностного слоя и потоки СО2 в системе океан – атмосфера в заливах Западного Шпицбергена / Н. К. Алексеева [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2024. Т. 40, № 6. С. 878–890. EDN VMGLYK.

Alekseeva, N.K., Nikulina, A.L., Bloshkina, E.V., Shved, Ya.V., Ryzhov, I.V., Novikhin, A.E. and Makhotin, M.S., 2024. Biogeochemical Characteristics of the Surface Layer and CO2 Fluxes in the Ocean – Atmosphere System in the Fjords of Western Spitsbergen. Physical Oceanography, 31(6), pp. 826-837.

Список литературы

  1. Seasonal dynamics of the marine CO2 system in Adventfjorden, a west Spitsbergen fjord / Y. Ericson [et al.] // Polar Research. 2019. Vol. 38. 3345. https://doi.org/10.33265/polar.v38.3345
  2. Loss of sea ice during winter north of Svalbard / I. H. Onarheim [et al.] // Tellus A: Dynamic Meteorology and Oceanography. 2014. Vol. 66, iss. 1. 23933. https://doi.org/10.3402/tellusa.v66.23933
  3. Warming of Atlantic Water in two west Spitsbergen fjords over the last century (1912–2009) / A. K. Pavlov [et al.] // Polar Research. 2013. Vol. 32. 11206. https://doi.org/10.3402/polar.v32i0.11206
  4. Bloshkina E. V., Pavlov A. K., Filchuk K. Warming of Atlantic Water in three west Spitsbergen fjords: recent patterns and century-long trends // Polar Research. 2021. Vol. 40. 5392. https://doi.org/10.33265/polar.v40.5392
  5. A long-term dataset of climatic mass balance, snow conditions, and runoff in Svalbard (1957–2018) / W. van Pelt [et al.] // The Cryosphere. 2019. Vol. 13, iss. 9. P. 2259–2280. https://doi.org/10.5194/tc-13-2259-2019
  6. Millero E. J. The Carbonate System in Marine Environments // Chemical Processes in Marine Environments / Eds. A. Gianguzza, E. Pelizetti, S. Sammartano. Berlin, Heidelberg : Springer, 2000. P. 9–41. (Environmental Science and Engineering Series). https://doi.org/10.1007/978-3-662-04207-6
  7. Блошкина Е. В., Фильчук К. В. Современное состояние вод фьордов Западного Шпицбергена // Проблемы Арктики и Антарктики. 2018. Т. 64, № 2. С. 125–140. EDN VOHLUQ. https://doi.org/10.30758/0555-2648-2018-64-2-125-140
  8. Effect of glacial drainage water on the CO2 system and ocean acidification state in an Arctic tidewater-glacier fjord during two contrasting years / A. Fransson [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2015. Vol. 120, iss. 4. P. 2413–2429. https://doi.org/10.1002/2014jc010320
  9. Late winter-to-summer change in ocean acidification state in Kongsfjorden, with implications for calcifying organisms /A. Fransson [et al.] // Polar Biology. 2016. Vol. 39, iss. 10. P. 1841–1857. https://doi.org/10.1007/s00300-016-1955-5
  10. Marine CO2 system variability in a high arctic tidewater-glacier fjord system, Tempelfjorden, Svalbard / Y. Ericson [et al.] // Continental Shelf Research. 2019. Vol. 181. P. 1–13. https://doi.org/10.1016/j.csr.2019.04.013
  11. Arctic Inshore Biogeochemical Regime Influenced by Coastal Runoff and Glacial Melting (Case Study for the Templefjord, Spitsbergen) / M. Pogojeva [et al.] // Geosciences. 2022. Vol. 12, iss.1. 44. https://doi.org/10.3390/geosciences12010044
  12. The marine carbonate system variability in high meltwater season (Spitsbergen Fjords, Svalbard)/ K. Koziorowska-Makuch [et al.] // Progress in Oceanography. 2023. Vol. 211, iss. 3. 102977. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2023.102977
  13. In-situ parameters, nutrients and dissolved carbon distribution in the water column and pore waters of Arctic fjords (Western Spitsbergen) during a melting season. / S. R. Saghravani [et al.]. Earth System Science Data, 2024. Preprint. 19 p. https://doi.org/10.5194/essd-2024-13
  14. Measurement of the Apparent Dissociation Constants of Carbonic Acid in Seawater at Atmospheric Pressure / C. Mehrbach [et al.] // Limnology and Oceanography. 1973. Vol. 18, iss. 6. P. 897–907. https://doi.org/10.4319/lo.1973.18.6.0897
  15. Wanninkhof R. Relationship between wind speed and gas exchange over the ocean revisited // Limnology and Oceanography: Methods. 2014. Vol. 12, iss. 6. P. 351–362. https://doi.org/10.4319/lom.2014.12.351
  16. Карбонатная система Амурского залива (Японское море) летом 2005 г. / П. Я. Тищенко [и др.] // Известия ТИНРО. 2006 Т. 146. С. 235–255. EDN HYZDTL.
  17. Березовская В. А., Ляндзберг Р. А. Факторы, влияющие на величину рН в прибрежных водах Камчатки // Вестник Камчатского государственного технического университета. 2004. № 3. С. 58–61. EDN NDHANN.
  18. Малинин В. H., Образцова А. А. Изменчивость обмена углекислым газом в системе океан-атмосфера // Общество. Среда. Развитие. 2011. № 4. С. 220–226. EDN OWVNJZ.
  19. Marine Carbonate System Parameters of the West Spitsbergen Fjords in Late Summer 2022 / N. K. Alekseeva [et al.] // Complex Investigation of the World Ocean (CIWO-2023). Proceedings of the VII International Conference of Young Scientists / Ed. T. Chaplina. Cham : Springer, 2023. P. 233–238. (Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences). https://doi.org/10.1007/978-3-031-47851-2_27

Скачать статью в PDF-формате