CC BY
20
ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ УДК 553.078.2
С.Л. Шевырев, М.Ж. Шевырева, Н.В. Шатров
ШЕВЫРЕВ СЕРГЕЙ ЛЕОНИДОВИЧ - кандидат геолого-минералогических наук, старший преподаватель кафедры геологии, геофизики и геоэкологии Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток).
ШЕВЫРЕВА МАХАБАТ ЖАГПАРОВНА - бакалавр Школы экономики и менеджмента (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). E-mail: [email protected]
ШАТРОВ НИКОЛАЙ ВЛАДИМИРОВИЧ - аспирант кафедры геологии, геофизики и геоэкологии Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). E-mail: [email protected]
ОБ ОЦЕНКЕ ЭНДОГЕННОГО ФАКТОРА РАЗВИТИЯ БИОГЕОЦЕНОЗА ЗАЛИВА ПЕТРА ВЕЛИКОГО ПО ДАННЫМ MODIS AQUA
Для выявления влияния эндогенного фактора на прибрежно-морские биогеоценозы на дистанционной основе проведен анализ данных космического аппарата Modis Aqua, полученных для акватории залива Петра Великого Японского моря. Исследование позволило сделать предположение о влиянии тектонического фактора на развитие водных экосистем шельфа окраинных морей и дать рекомендации по его выявлению.
Ключевые слова: космические съемки, дистанционный мониторинг, эндогенная активность, газогеохимия, мониторинг метана.
On the endogenous factor of the biogeocenosis development in the Gulf of Peter the Great according to the data of MODIS AQUA. Sergei L. Shevyrev, Mahabat Zh. Shevyreva, Nikolai V. Shatrov, School of Engineering, Far Eastern Federal University, Vladivostok.
To determine the action of endogenous factors on the coastal marine biogeocoenoses, there has been made an analysis of the remote data for the waters of the Gulf of Peter the Great obtained from the space apparatus Modis Aqua. The analysis enables us to make the suggestion that the tectonic factor acts on the development of aquatic ecosystems of the continental shelves of marginal seas and the advice how to reveal it.
Key words: space images, remote sensing analysis, endogenous activity, gaseous geochemistry, monitoring of the methane.
© Шевырев С.Л., Шевырева М.Ж., Шатров Н.В., 2013
Исследование выполнено при поддержке программы «Научный фонд ДВФУ» (проект 12-05-13000-м-03) и компании British Petroleum.
Данные дистанционного зондирования шельфа, предоставляемые спектрорадио-метром Modis спутников Aqua и Terra, являются источником информации о состоянии морских экосистем, выявляемой изучением полей взвеси и оптических свойств водной поверхности, отраженных на космофотоснимках (КФС).
Изучению экологического состояния залива Петра Великого, а также его Амурского и Уссурийского заливов посвящен ряд работ [1, 2 и др.]. По спутниковым наблюдениям прослеживаются закономерности изменения фитобиоценозов Амурского залива в течение вегетационного сезона - теплого времени года. Концентрация хлорофилла в поверхностном слое воды рассматривается как функция температуры (связанная с интенсификацией развития фитобиоценозов), так и в отношении локализации источников поступления биогенов, т.е. эвтрофирования водоема. Последнее происходит при обогащении воды биогенными элементами, особенно азотом и/или фосфором, и органическими веществами, вызывающими ускоренный рост водорослей и высших растений [1, 2, 6]. Биогенные вещества попадают в водоем вследствие деятельности рек, коммунальных и промышленных стоков, а также сжигания ископаемого топлива.
Мониторинг акваторий производился по космическим наблюдениям со спутников Aqua (спектрорадиометр Modis). Наблюдения обрабатывались в программе Seadas 6.4 с помощью программы l2gen до второго уровня. По нерегулярной сети станций производился сбор данных (применялись продукты sst и chlor_a). Выявлены основные источники биогенных элементов, расположенные в Амурском заливе (сточные сооружения Владивостока, устье р. Раздольная), а также в заливе Посьета. Установлено локальное превышение фоновых концентраций в акватории залива Петра Великого и прилегающей акватории. На ряде станций Амурского залива существенно превышен критический уровень концентрации хлорофилла, установленный [7] в 8 мкг/л.
По нерегулярной сети из 50 виртуальных станций (точек периодического наблюдения, имеющих привязанные географические координаты) производилась обработка архивных данных за 2010 г. (sst и chlor_a) с вычислением параметров связи изменений температуры и концентрации хлорофилла: коэффициентов корреляции и ковариации.
Анализ хода кривых температуры и концентрации хлорофилла позволил определить динамику состояния водных экосистем залива Петра Великого. Как показало наше исследование, она различна для Амурского и Уссурийского заливов, а также для мористой части залива Петра Великого (рис. 1). На рисунке случай А показывает наличие прямой связи, а Б - наличие обратной связи между этими параметрами в прибрежной и мористой частях залива.
Для Амурского и Уссурийского заливов, с их существенным влиянием рек и антропогенной деятельности, малыми глубинами и прогревом вод, концентрация хлорофилла возрастает постепенно с увеличением температуры, а затем постепенно уменьшается (рис. 2).
Для мористой части наблюдается пик в начале вегетационного сезона, далее резкое уменьшение концентрации хлорофилла, а затем постепенное ее увеличение, т.е. в данном случае влияние температуры не является руководящим фактором для формирования фитобиоценозов (рис. 3). Такая динамика характерна для выделенных акваторий мористой части залива Петра Великого.
Учеными, занимающимися мониторингом концентраций метана для акваторий морей Дальнего Востока России [4], установлено постепенное увеличение его концентрации для акваторий Охотского и Японского морей с наступлением осени. Сопоставление выделенной по коэффициенту корреляции «зоны обратной связи» температуры и хлорофилла согласуется с исследованиями [7], показавшими наличие повышенных концентраций метана в водах залива Петра Великого к югу от островов Путятина и Аскольд, которые, как предполагается, связаны с сейсмической активностью в подстилающей акваторию залива земной коре в 2008-2010 годах (рис. 4). О связи эманации углеводородов из недр и развитием биосообществ указывалось в [5].
Рис. 1. Расположение станций наблюдения по заливу Петра Великого и кривые изменения температуры поверхности воды, концентрации хлорофилла и линии их корреляции. Обозначения: А - случай прямой связи между температурой («Т») и концентрацией хлорофилла а («еЫог_а»), Б - случай обратной связи; цифры в квадратиках: 1 - фигуративные точки и корреляционная линия по годовым наблюдениям на станции; 2 - кривая изменения температуры; 3 - кривая изменения концентрации хлорофилла а
Рис. 2. Станции наблюдения залива Петра Великого, показавшие ковариацию и прямую связь между температурой водной поверхности и хлорофиллом, замеренным по материалам Modis Aqua. Обозначения (цифры в квадратиках): 1 - фигуративные точки и корреляционная линия по годовым наблюдениям на точке; 2 - кривая изменения температуры; 3 - кривая изменения концентрации хлорофилла а
Рис. 3. Станции наблюдения залива Петра Великого, показавшие обратную связь между температурой водной поверхности и хлорофиллом а, замеренным по материалам Modis Aqua. Обозначения см. рис. 2
Рис. 4. Карта районирования акватории залива Петра Великого по корреляции температуры и хлорофилла. Обозначения: 1 - районирование акватории по коэффициенту корреляции (г) температуры и концентрации хлорофилла а; 2 - поля повышенных концентраций метана (по [6]); 3 - эпицентры землетрясений в 2008-2010 гг.
Допустимо, что наличие такой обратной связи температуры и хлорофилла свидетельствует об эндогенном притоке биогенов, не фиксируемом на единичном снимке, но отражающемся в жизненном цикле водных экосистем. Возможность выявления такой связи на дистанционной основе может способствовать развитию биоиндикационной методики оценки экологического влияния эндогенной активности на дне акваторий.
Итак, мы можем сделать следующие выводы.
1. По акватории залива Петра Великого наблюдается изменчивая картина сезонной динамики зависимости концентраций хлорофилла и температуры, измеренных по спутниковым данным.
2. Пространственное распределение коэффициента корреляции и ковариации этих параметров позволяет провести районирование акватории. Для выделенных районов можно предположить различные условия существования морских экосистем и факторы, влияющие на них.
3. Сопоставление морфологии регионов с отрицательной обратной связью хлорофилла и температуры с полями метана (по [3]) позволяет предположить их выраженность на дистанционной основе в сезонной изменчивости концентрации хлорофилла и ее зависимости от температуры.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Воронков П.П. Гидрохимический режим залива Петра Великого Японского моря // Вопросы химии моря / ред. П.П. Воронков. Л.: Гидрометиоиздат, 1941. С. 42-102.
2. Звалинский В.И., Тищенко П.П., Михайлик Т.А., Тищенко П.Я. Оценка экологического состояния залива Петра Великого // Современное экологическое состояние залива Петра Великого Японского моря: монография / отв. ред. Н.К. Христофорова. Владивосток, 2012. С. 75-113.
3. Мишукова Г.И., Пестрикова Н.Л., Мишуков В.Ф., Яновская О.С. Распределение метана и расчет его потоков на границе вода-атмосфера на акватории северо-западной части Японского моря в теплый сезон // Подводные исследования и робототехника. 2011. № 1. С. 68-74.
4. Обжиров А.И., Соснин В.А. и др. Мониторинг метана в Охотском море / отв. ред. А.И. Обжиров, А.Н. Салюк, О.Ф. Верещагина. Владивосток: Дальнаука, 2002. 250 с.
5. Пестрикова Н.Л., Обжиров А.И. Распределение метана и газогидратов на Сахалинском восточном склоне Охотского моря // Подводные исследования и робототехника. 2010. № 1. С. 65-71.
6. Andersen J.H., Schlüter L., Erterbjerg G. Coastal eutrophication: recent developments in definitions and implications for monitoring strategies, J. Plancton Research, 2006, Vol. 28, рр. 621-628.
7. Eutrophication of Water (OECD), Monitoring Assessment and Control, Research of the Organization for Economic Cooperation and Development, Paris, 1982.
REFERENCES
1. Voronkov PP. Hydrochemical regime of Peter the Great Bay, Sea of Japan. Questions of marine chemistry, ed. PP Voronkov. AL, Gidrometeoizdat, 1941. P. 102. [Voronkov P.P. Gidrohimicheskij rezhim zaliva Petra Velikogo Japonskogo morja // Voprosy himii morja / red. P.P. Voronkov. L.: Gidrometioizdat, 1941. S. 42-102].
2. Zvalinsky VI, Tishchenko PP, Mikhailik TA, Tishchenko PY. Evaluation of the ecological state of the Gulf of Peter the Great. Contemporary state Peter the Great Bay, Sea of Japan, monograph, min. ed. Hristoforova NK, Vladivostok , 2012. P. 113. [Zvalinskij V.I., Tishhenko P.P., Mihajlik T.A., Tishhenko P.Ja. Ocenka jekologicheskogo sostojanija zaliva Petra Velikogo // Sovremennoe jekologicheskoe sostojanie zaliva Petra Velikogo Japonskogo morja: monografija / otv. red. N.K. Hristoforova. Vladivostok, 2012. S. 75-113].
3. Mishukova GI, Pestrikova NL, Mishukov VF, Yanovska OS. The distribution of methane and the calculation of its fluxes at the water -atmosphere system in the waters of the north- western part of the Sea of Japan in the warm season. Underwater research and robotics , 2011;1:68-74. [Mishukova G.I., Pestrikova N.L., Mishukov V.F., Janovskaja O.S. Raspredelenie metana i raschet ego potokov na granice voda-atmosfera na akvatorii severo-zapadnoj chasti Japonskogo morja v teplyj sezon // Podvodnye issledovanija i robototehnika. 2011. № 1. S. 68-74].
4. Obzhirov AI, Sosnin VA etc. Monitoring of methane in the Okhotsk Sea. Min. ed. AI Obzhirov, AN Saluki, OF Vereshchagin. Vladivostokб Dal'nauka, 2002. 250 р. [Obzhirov A.I., Sosnin V.A. i dr. Monitoring metana v Ohotskom more / otv. red. A.I. Obzhirov, A.N. Saljuk, O.F. Vereshhagina. Vladivostok: Dal'nauka, 2002. 250 s.].
5. Pestrikova NL, Obzhirov AI. The distribution of methane and gas hydrates on the Sakhalin eastern slope of the Okhotsk Sea. Underwater research and robotics, 2010; 1:65-71. [Pestrikova N.L., Obzhirov A.I. Raspredelenie metana i gazogidratov na Sahalinskom vostochnom sklone Ohotskogo morja // Podvodnye issledovanija i robototehnika. 2010. № 1. S. 65-71].
6. Andersen J.H., Schlüter L., Erterbjerg G. Coastal eutrophication: recent developments in definitions and implications for monitoring strategies. J. Plancton Research, 2006;28:621-628.
7. Eutrophication of Water (OECD), Monitoring Assessment and Control, Research of the Organization for Economic Cooperation and Development, Paris, 1982.
