Характеристики морей таблица: Моря России в таблице омывающие страну (8 класс, география)
Моря в России
Территория России омывается водами 12 морей и одного моря-озера. Они принадлежат к бассейнам трех океанов — Атлантического (Балтийское, Черное и Азовское), Северного Ледовитого (Белое, Баренцево, Карское, Лаптевых, Восточно-Сибирское и Чукотское) и Тихого (Берингово, Охотское и Японское). К области внутреннего стока относится Каспийское море-озеро.
Суммарная площадь морской акватории России самая большая в мире и составляет около 8,6 млн км2 (2,4% площади Мирового океана), около 3,9 млн км2 составляет шельф, 4,7 млн км2 — глубоководные области.
Протяженность береговой линии российских морей составляет 60 985 км, в т. ч. побережья морей Северного Ледовитого океана 39 940, Тихого океана — 17 740, Балтийского моря — 660, Азовского и Черного — 1185, Каспийского моря — 1460 км.
Разнообразно геологическое строение морей. Окраинные моря на севере страны располагаются, в основном, в пределах платформенных областей на шельфе, окраинные дальневосточные моря занимают переходную зону от континента к океану, их котловины находятся между подводными окраинами материка и островными дугами.
В арктическом поясе располагаются почти все российские моря Северного Ледовитого океана, за исключением юго-западной части Баренцева и Белого морей, которые относятся к субарктическому поясу.
В умеренном поясе располагаются Балтийское и Азовское моря и северо-западная часть Черного моря, остальная акватория Черного моря относится к субтропическому поясу. На границе умеренного и субтропического поясов находится Каспийское море.
Российские моря обладают огромным ресурсным потенциалом. Велики запасы биологических ресурсов, особенно в Баренцевом и Охотском морях. В конце XX в. на шельфах арктических, дальневосточных морей и на севере Каспийского моря обнаружены значительные запасы углеводородного сырья, в Арктике разведаны новые месторождения твердых полезных ископаемых. Огромны энергетические ресурсы, такие, как энергия приливов, волнения, ветровая, термическая.
Большинство морей России находится под мощным антропогенным воздействием. Наиболее ярко негативные последствия этого воздействия на морские экосистемы проявляются в морях, омывающих берега Европейской части России, а также в прибрежных частях Японского моря.
Все моря имеют важное транспортное значение.
Общая характеристика морей
Общая характеристика морейОбщая характеристика морей
Баренцево море
Окраинное море Северного Ледовитого океана, между северным берегом Европы и островами Вайгач, Новая Земля, Земля Франца-Иосифа, Шпицберген и Медвежий. Район Баренцева моря, расположенный к востоку от о. Колгуев, называется иногда Печорским морем. Площадь 1405 тыс. км2, средний объём воды 282 тыс. км3, средняя глубина 200м.
Море расположено в пределах материковой отмели, но, в отличие от других подобных морей, большая часть его имеет глубину 300-400м, средняя глубина — 229м и максимальная — 600м. Южная часть дна имеет глубину преимущественно менее 200м и отличается выровненным рельефом.
Климат Баренцева моря находится под влиянием тёплого Атлантического океана и холодного Северного Ледовитого океана. Частые вторжения тёплых атлантических циклонов и холодного арктического воздуха определяют большую изменчивость погодных условий. Зимой над Баренцевым морем преобладают юго-западные, весной и летом — северо-восточные ветры. Часты штормы. Средняя температура воздуха в феврале изменяется от -25°С на Севере до -4°С на Юго-западе. Средняя температура августа 0°С, 1°С на Севере, 10°C на Юго-западе. В течение года над морем преобладает пасмурная погода. Годовое количество осадков от 250 мм до 500 мм .
Баренцево море богато различными видами рыб, растительным и животным планктоном и бентосом. Баренцево море имеет большое народно-хозяйственное значение как район интенсивного рыбного промысла и морской путь, связывающий Европейскую часть России с портами западных и восточных стран.
Карское море
Окраинное море Северного Ледовитого океана. Расположено между побережьем Западно-Сибирской равнины, островами Новая Земля, Земля Франца-Иосифа и Северная Земля. Площадь около 880 тыс. км2, средняя глубина 127 м, максимальная 620 м, объём вод 112 тыс. км3.
Карское море расположено в пределах материковой отмели, поэтому около 40% его площади занимают глубины менее 50 м и лишь 2% — более 500 м.
Климат арктический, суровый: 3-4 мес. в году длится полярная ночь, 2-3 мес. — полярный день. Средняя температура января от -20 до -28 °С, июля от 6 до-1 °С. Зимой часты штормовые ветры, вьюги и метели, летом — снежные заряды и туманы.
Большую часть года море покрыто льдом.
Карское море — часть трассы Северного Морского пути. Главный порт — Диксон. В связи с открытием в Обь-Енисейском районе крупных месторождений нефти и природного газа роль карских морских путей сильно возросла.
Вернуться на главную страницу
Госдоклад — «Вода России»
Территория России омывается водами 12 морей (таблица 1.24) Атлантического, Северного Ледовитого и Тихого океанов, а также внутриматерикового Каспийского моря. Суммарная протяженность береговой линии российских морей составляет более 60 тыс. км.
Таблица 1.24 – Характеристика морей, омывающих территорию Российской Федерации
Море | Тип моря | Площадь, тыс. км2 | Объем, тыс. км3 | Глубины, сред./макс., м | Площадь бассейнов морей*, тыс. км3 | Сток, км3/ год | Средняя температура воды | Солёность верхнего слоя | Величина приливов | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
янв.-февр. | июль-август | |||||||||
Бассейн Северного Ледовитого океана | ||||||||||
Баренцово | Материково-окраинное | 1424 | 316 | 222/513 | 525,7 | 163,0 | 0…+5 | 32-35 | 6,1 | |
Белое | Внутреннее | Около 90 | 6 | 67/351 | 709,8 | 215,0 | -0,5…-1,9 | +7…+5 | 23-30 | 10 |
Карское | Материково-окраинное | 883 | 98 | 111/596 | 5739,5 | 1315,0 | -1,5…+1,7 | 0…6 | 10-34 | 0,8 |
Лаптевых | Материково-окраинное | 662 | 353 | 533/3534 | 3692,9 | 720,0 | -0,8…+1,7 | +0,8…+10 | 20-30 | 0,5 |
Восточно-Сибирское | Материково-окраинное | 913 | 49 | 54/915 | 1295,5 | 260,0 | -0,2…+1,7 | 0…+7-8 | 20-32 | 0,25 |
Чукотское | Материково-окраинное | 595 | 42 | 71/1256 | 101,0 | 72,0 | -1,6…+1,8 | -0,1…+4 | 24-32 | 1,5 |
Бассейн Тихого океана | ||||||||||
Берингово | Окраинное, смешанное материково-океанического типа | 2315 | 3796 | 1640/5500 | 569,7** | 400,0 | -1,5…+3 | +4…+11 | 28-35 | 8,3 |
Охотское | Окраинное, смешанное материково-океанического типа | 1603 | 1316 | 821/3521 | 1695,4 | 600,0 | -1,5…+1,8 | 25-33 | 13,2 | |
Японское | Окраинное-океаническое | 1062 | 1631 | 1536/3720 | 124,3 | 212,0 | 0…+4 | +18-20 (+25–27) | 33,5- 34,7 | 3 |
Бассейн Атлантического океана | ||||||||||
Балтийское | Внутреннее | 419 | 21,5 | 51/470 | 257,0 | 433,0 | -1 | +15…+17 | 2-10 | 0,7 |
Черное | Внутреннее | 422 | 555 | 1315/2210 | 63,6 | 346,0 | -0,5…+7 | +25…+26 | 14-18 | 0,1 |
Азовское | Внутреннее | 39 | 0,29 | 7/15 | 464,1 | 36,7 | ~0 | +23…+24 | 12-14 | 0,1 |
Бессточное море | ||||||||||
Каспийское | Море-озеро | 396 | 78 | –/1025 | 1695,4 | 286,0 | +0…10 | +24…+28 | 1-2 | – |
Общая площадь морской акватории, попадающей под юрисдикцию Российской Федерации, составляет около 8,6 млн км2, в т. ч. побережья морей Северного Ледовитого океана – 39940, Тихого океана – 17740, Балтийского моря – 660, Азовского и Черного – 1185, Каспийского моря – 1460 км. Около 3,9 млн км2 приходится на шельф и 4,7 млн км2 на глубоководные области.
Характерные особенности морей:
Баренцево – связь с Атлантическим и Северным Ледовитым океанами, узкими проливами – с Карским морем;
Белое – связь с Баренцевым морем через пролив Горло, Беломорско-Балтийским каналом – с Балтийским, Волго-Балтийским водным путем с Азовским, Каспийским и Черным морями;
Карское – проливами Вилькицкого, Шокальского, Красной Армии сообщается с морем Лаптевых; связь с центральным бассейном Арктики открытая, широкая;
Лаптевых – проливами Санникова, Этерикан и Дмитрия Лаптева сообщается с Восточно-Сибирским морем; связь с центральным бассейном Арктики открытая, широкая;
Восточно-Сибирское – проливом Лонга сообщается с Чукотским морем, к северу открыто и имеет широкие связи с Арктическим бассейном;
Чукотское – широкая связь с Арктическим бассейном;
Берингово – береговая линия 13300 км, открытая связь с Тихим океаном, с водами Арктического бассейна – через узкий Берингов пролив;
Охотское – береговая линия 10444 км; через 19 Курильских проливов сообщается с Тихим океаном, через сравнительно мелководные (до 100 м) проливы Лаперуза и Татарский – с Японским морем;
Японское – связано с Охотским морем проливами Невельского и Лаперуза, с Тихим океаном – проливом Цугару и с Восточно-Китайским морем – Корейским проливом;
Балтийское – длина береговой линии на территории Ленинградской области около 350 км, Калининградской – 160 км; связь с Атлантическим океаном через Северное море;
Черное – длина береговой линии 4090 км. Связь Керченским проливом с Азовским морем, проливом Босфор – с Мраморным морем, с Атлантическим океаном – через Мраморное и Средиземное моря;
Азовское – глубоко врезано в сушу; к территории России относится главным образом западная и восточная части моря;
Каспийское – длина береговой линии около 7 тыс. км, в пределах России – 695 км.
Около 60% суммарного стока рек страны поступает в окраинные моря Северного Ледовитого океана. Общая площадь водосбора морских бассейнов этого океана в России составляет около 13 млн км2, или почти три четверти территории государства.
Урок 3. МОРЯ, ОМЫВАЮЩИЕ ТЕРРИТОРИЮ РОССИИ | Поурочные планы по географии 8 класс
Урок 3. МОРЯ, ОМЫВАЮЩИЕ ТЕРРИТОРИЮ РОССИИ
19.08.2014 20171 0Задачи: сформировать знания о природных условиях и ресурсах морей, омывающих территорию России; обучать умениям характеризовать природные условия и ресурсы морей, пользуясь картами и планом; познакомить с путями рационального использования ресурсов морей, экологическими проблемами и природоохранными мероприятиями.
Ход урока
I. Проверка знаний и умений по теме «Географическое положение России».
Возможные варианты проверки:
1. Работа на контурной карте.
Задание: подписать крайние точки и пограничные государства.
2. Фронтальная беседа по вопросам плана «Характеристика ГП России».
3. Индивидуальная письменная проверка знаний:
Вопросы и задания:
• Дайте определение понятиям «географическое положение», «государственная граница», «территориальные воды».
• Охарактеризу йте положение России в пределах материка Евразия. В каких широтах располагается большая часть страны? Широтное положение какой из крупных стран мира больше всего похоже на широтное положение России?
• Каким образом географическое положение и размеры России повлияли на её природу, население и хозяйство?
• Вычислите, во сколько раз территория России больше территории Китая (площадь Китая равна 9,6 млн кв. км). Рассчитайте протяженность России с севера на юг по меридиану 80° в. д. и с запада на восток по параллели 60° с. ш.
II. Вводная беседа и подготовка к восприятию новых знаний.
Учитель. На Земле 54 моря. Наша страна омывается тринадцатью, из них 12 принадлежат бассейну Мирового океана, а Каспийское море относится к внутреннему бессточному бассейну. Самое большое и глубокое море, омывающее берега России, — Берингово (площадь — 2315 тыс. кв. км, средняя глубина — более 1500 м, максимальная — 5500 м). Самое маленькое и мелкое море России — Азовское (площадь — 39 тыс. кв. км, средняя глубина — около 8 м, максимальная — 15 м). Самым теплым морем России считается Черное, самым холодным — Чукотское. Самое соленое море — Японское.
Все моря России очень разнообразны и по природным условиям, и по природным ресурсам, и по степени их изученности и освоенности.
Приступая к изучению природных условий и ресурсов морей России, необходимо познакомиться с планом характеристики морей.
Задание: учащиеся записывают план в тетрадь, чтобы потом иметь возможность самостоятельно характеризовать моря России.
ПЛАН ХАРАКТЕРИСТИКИ МОРЕЙ РОССИИ
1. Физико-географическое положение моря.
2. Рельеф дна и геологическая история происхождения морской котловины.
3. Климатические условия морей: замерзаемосгь, течения.
4. Сравнительная характеристика солености.
5. Биологические ресурсы.
6. Использование ресурсов человеком.
7. Экологические проблемы.
III. Получение новых знаний.
I . Общая характеристика морей России изучается школьниками в процессе работы с картой атласа «Моря России» (с. 28-29). Учитель дает наводящие вопросы, которые помогают освоить данный блок знаний.
Вопросы и задания:
1) По карте определите, к бассейнам каких океанов относятся моря, омывающие берега России.
2) К бассейну какого океана принадлежит наибольшее число морей, омывающих нашу страну?
3) Назовите все моря России.
4) На какие две группы можно разделить все моря России?
Таким образом, учащиеся подходят к определению понятий «окраинное море» и «внутреннее море». Определения записываются в тетрадь.
Окраинное море — это море, прилегающее к материку и слабо обособленное от океана полуостровами или островами.
Внутреннее море — это море, глубоко вдающееся в сушу и сообщающееся с океаном проливами.
5) По карте определите, какие моря России относятся к окраинным, а какие — к внутренним.
2. На следующем этапе урока учитель знакомит с природными особенностями морей различных бассейнов.
Моря Северного Ледовитого океана являются окраинными, за исключением Белого моря, которое соединяется с Баренцевым морем проливом Горло. Все моря мелководны и располагаются в пределах шельфа. В четвертичное время после таяния покровных ледников произошел подъем уровня Мирового океана, и его воды затопили низкие берега севера Евразии. Глубина морей на шельфе редко превышает 200 м. Солёность морей зависит от количества речной воды, поступающей с материка. Больше всего опреснены реками Карское и море Лаптевых. Все моря круглый год покрыты плавающими льдами. В конце лета на два месяца (август и сентябрь) освобождаются ото льда лишь их прибрежные части. Но и в это время северные ветры могут пригнать к берегам многолетние льды с торосами высотой до 10 м. И зимой, и летом бывают густые туманы. Всё это создает большие трудности для судоходства. Фритьоф Нансен назвал эти края «страной льда и тьмы», а известный немецкий писатель Стефан Цвейг окрестил их еще более мрачно — «страна белой смерти». Только Баренцево море отличается относительно благоприятными климатическими условиями, которые обеспечиваются тёплыми водами Северо-Атлантического течения. Несмотря на неблагоприятные природные условия по морям Северного Ледовитого океана осуществляется регулярное судоходство. Современные ледоколы большую часть года, даже во время полярной ночи, проводят караваны торговых судов по всему Северному морскому пути. Это самый короткий водный путь от западных до восточных окраин России. Впервые за одну навигацию он был пройден экспедицией О. Ю. Шмидта в 1932 году.
Моря Тихого океана находятся в полосе природных контрастов. Здесь взаимодействуют разнородные тектонические плиты, поэтому все моря характеризуются контрастами рельефа дна и большими глубинами. Подвижки литосферных плит сопровождаются подводными и прибрежными землетрясениями. Они вызывают цунами — гигантские волны — высотой до 30 м, движущиеся со скоростью 400 — 700 км/ч. Над дальневосточными морями находится зона контакта морских и континентальных воздушных масс. В этой зоне возникают мощные циклоны. Во всех морях бывают сильные штормы, ураганы. Густые туманы затрудняют судоходство. Для морей характерны высокие приливы. Особенно велики они в Пен- жинской губе Охотского моря, где вода поднимается на 14 м. По рыбным богатствам моря Тихого океана занимают ведущее место. Особенно велика ценность лососевых рыб. Помимо рыбы в морях добывают крабов, трепангов, кальмаров, креветок, морских гребешков. Моря Дальнего Востока дают более 40 % всей рыбы и морепродуктов, добываемых в России. В том числе почти 100 % сайры, около 90 % лососевых, примерно 80 % морского окуня, 70 % камбалы, 50 % сельди, около 95 % креветок, 50 % моллюсков и водорослей. Ведется ограниченный промысел нерпы и белухи.
Моря Атлантического океана являются внутренними и имеют лишь ограниченные связи с Атлантикой через сложную систему проливов. По этой причине во всех морях практически отсутствуют приливы; в них почти не проникают теплые атлантические воды; множество рек приносит большое количество пресной воды. Поэтому солёность морских вод невелика и колеблется от 17 до 2-3 промилле. В результате все моря зимой замерзают. Балтийское, Азовское и северная часть Черного морей находятся в пределах шельфа, т. е. мелководны. Южная часть Черного моря, наоборот, очень глубоководна, т. к. заполняет геосинклинальный прогиб. Разница температур в морях особенно велика летом. Балтийское море прохладное, летом температура не превышает 15 — 18 °. Черное и Азовское моря значительно теплее, температура достигает 25 ° и выше. Животный мир беден. Однако эти моря имеют важное транспортное значение и являются известными российскими здравницами.
Каспийское море-озеро относится к внутреннему бессточному бассейну. Располагается среди сухих степей, полупустынь и пустынь. В него впадают крупные реки, которые несут много пресной воды. Но Каспий отличается высокой солёностью, т. к. в условиях жаркого климата вода испаряется и концентрация солей увеличивается. Содержит большие рыбные запасы, представленные такими ценными видами, как осетр, белуга, стерлядь, севрюга, судак, вобла, сельдь, килька. Водится и тюлень.
Главные признаки морей учащиеся записывают в тетради в виде таблицы:
Океаниче ский бассейн | Моря | Природные особенности | Ресурсы |
1 | 2 | 3 | 4 |
Северный Ледовитый океан. | Баренцево, Белое, Карское, Лаптевых, Восточно-Сибирское, Чукотское | Окраинные, мелководные, опресненные, суровые климатические условия | Дешевый транспортный путь, энергия морских приливов и отливов (Ки- слогубская ПЭС на Баренцевом море), биологические ресурсы |
Тихий океан | Берингово, Охотское, Японское | Глубоководны, сложная сейсмическая обстановка (цунами, вулканизм), мощная циклональная деятельность вызывает штормы и ураганы, высокие приливы | Биологические ресурсы, дешевый транспортный путь |
Окончание табл.
|
3. Для того чтобы сформировать умение характеризовать природные условия и ресурсы морей, учитель, пользуясь картами и планом, организует работу по характеристике одного из морей. Учащиеся в процессе совместной устной работы учатся отмечать основные природные особенности моря и объяснять его хозяйственное значение. За основу берется карта «Моря России» (с. 28 — 29 в атласе).
IV. Закрепление материала.
С целью закрепления полученного материала проводится практическая работа на контурной карте. Необходимо нанести объекты номенклатуры (задание 4 на с. 34 — 35 в рабочей тетради).
Также проводится беседа по следующим вопросам и выполняются задания:
1. Какие большие полуострова и заливы имеются в северных морях, омывающих берега России?
2. Проследите по карте, как меняется глубина этих морей с удалением от берега.
3. Какими причинами объясняются суровость и особенности климата морей Арктики?
4. Почему Белое море, расположенное южнее Баренцева, замерзает на продолжительный срок, на 6-7 месяцев в году, в то время как Баренцево море в основном не замерзает?
5. Объясните, с чем связана большая по сравнению с другими глубина морей Тихого океана.
6. Солёность морей Тихого океана равна 33-35 промилле, в то время как солёность Белого, Карского и моря Лаптевых в три раза меньше. Объясните причины этого явления.
7. Какими причинами объясняются значительные богатства рыбы морей Дальнего Востока, если известно, что в Чукотском море обитает 60 видов рыб, а в Японском — 603 вида.
8. Найдите на карте проливы, соединяющие внутренние моря России с океаном.
9. Найдите на карте крупные порты России.
10. Расскажите о морских ресурсах России.
11. От чего следует беречь и охранять моря?
V. Подведение итогов урока.
Домашнее задание: § 2, закончить выполнение задания на контурной карте, охарактеризовать Охотское море, пользуясь планом и картой.
«Роснефть» выпустила новые экологические атласы
ПАО «НК «Роснефть» совместно с негосударственным институтом развития «Иннопрактика» в рамках серии «Экологические атласы морей России» выпустила атласы «Баренцево море» и «Виды — биологические индикаторы состояния морских арктических экосистем».
Атлас Баренцева моря состоит из 6 тематических глав и представляет собой собрание научных данных по физической географии, океанологии, гидрометеорологии, экологии. В издании собрана подробная информация о типизации берегов Баренцева моря, приведены актуальные сведения о морских млекопитающих, птицах, рыбах, бентосе и планктоне. Атлас содержит более 55 тематических карт-схем акватории и прибрежной зоны Баренцева моря, множество графиков, схем, сводных таблиц и художественных иллюстраций.
В атласе отражены результаты многолетнего экологического мониторинга и научно-исследовательской деятельности ПАО «НК «Роснефть» на лицензионных участках Компании. Собранные данные позволили актуализировать ранее известные сведения и дополнить современные представления о динамике окружающей среды. В издании также представлены результаты специальных работ по изучению морских млекопитающих – белого медведя и моржа, которые выполнены в рамках корпоративной программы сохранения биоразнообразия морских экосистем. Целью программы является обеспечение защиты популяции редких видов животных, по состоянию которых можно судить в целом о балансе природы Арктики.
Одним из этапов реализации данной программы является подготовка атласа видов — биологических индикаторов состояния морских арктических экосистем. В издании описано свыше 60-ти видов обитателей северных широт, представлена краткая характеристика морей Российской Арктики, обобщены методы биологической индикации и дана оценка биоразнообразия на лицензионных участках «Роснефти». Издание содержит уникальные художественные иллюстрации, карты и фотографии из экспедиций Компании.
Над атласами работали специалисты «Арктического научного центра» Компании и ведущих институтов России. Это — МГУ имени М.В. Ломоносова, Институт океанологии имени П.П. Ширшова РАН, Государственный океанографический институт имени Н. Н. Зубова (ГОИН), Полярный научно-исследовательский институт морского рыбного хозяйства и океанографии имени Н. М. Книповича (ПИНРО), Зоологический институт РАН, Мурманский морской биологический институт (ММБИ).
Атласы доступны для свободного скачивания:
Атлас «Баренцево море»
Атлас «Виды — биологические индикаторы состояния морских арктических экосистем»
Справка:
В 2019 году «Роснефть» совместно с негосударственным институтом развития «Иннопрактика» выпустила уникальный атлас «Российская Арктика. Пространство, время, ресурсы». В Атласе значительное внимание уделяется природной среде и ресурсам Арктики, также подробно освещены история, культура, этнография, экономика, социальная сфера, инфраструктура и перспективы развития полярных регионов.
«Роснефть» и «Иннопрактика» в рамках серии «Экологические атласы морей России» выпустили следующие издания — «Карское море», «Море Лаптевых» и «Морские млекопитающие Российской Арктики и Дальнего Востока», экологический атлас Черного и Азовского морей. В атласах представлены актуальные сведения по физической географии, океанологии, гидрометеорологии, экологии, а также по распространению морских млекопитающих, полученные в результате научно-исследовательской деятельности НК «Роснефть» в Арктике. Для разделов, посвященных типизации морских берегов, была адаптирована международная система индексов экологической чувствительности (ESI).
Департамент информации и рекламы
ПАО «НК «Роснефть»
28 декабря 2020 г
Сравнение дальневосточных морей и северной части Тихого океана по интегральным характеристикам сетного зоопланктона эпипелагиали Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»
2017
Известия ТИНРО
Том 188
УДК 591. 9:574.583(265+268)
И.В. Волвенко*
Тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный центр, 690091, г. Владивосток, пер. Шевченко, 4
СРАВНЕНИЕ ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫХ МОРЕЙ
И СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ ТИХОГО ОКЕАНА ПО ИНТЕГРАЛЬНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ СЕТНОГО ЗООПЛАНКТОНА ЭПИПЕЛАГИАЛИ
По результатам широкомасштабных планктонных съемок, выполненных ТИНРО-центром в 1984-2013 гг. большой сетью Джеди с площадью входного отверстия 0,1 м2, дается сравнение Чукотского, Берингова, Охотского, Японского морей и сопредельной части Тихого океана по видовому разнообразию, его компонентам и другим интегральным характеристикам зоопланктона. Эти характеристики рассчитаны для всей обследованной акватории площадью почти 7 млн км2 и отдельно для каждого водоема. Тихоокеанские воды опережают все моря по видовому богатству, но отстают от них по концентрации особей (экз./м3) и равномерности распределения их по видам. Средние размеры особей только в Беринговом море больше, чем в океане. Видовое разнообразие меньше, чем в океане, только в Чукотском море, а плотность населения (г/м3) — только в Японском море. Среди морей Чукотское занимает 1-е место по плотности и концентрации планктона, 2-е по вы-равненности видов по обилию, 3-е по размерам особей, последнее по видовому богатству и разнообразию. Берингово море на 1-м месте по средним размерам планктеров, на 2-м по числу видов, разнообразию и плотности, на 3-м по концентрации и на последнем по равномерности видовой структуры. Охотское море на 2-м месте по размерам особей, на последнем по их концентрации и на 3-м по всем остальным показателям. Японское море занимает 1-е место по видовому богатству, выравненности и разнообразию, 2-е по концентрации особей, но последнее по их средним размерам и, как следствие, — по плотности населения. При этом плотность планктона в соответствии с концентрацией биогенов возрастает в направлении с юга на север (но абсолютное его обилие в большей степени зависит от величины водоема). В этом же направлении увеличиваются средние размеры особей, а в противоположном—равномерность их распределения по видам (исключение для обеих характеристик — Чукотское море). Ранг водоема по разнообразию совпадает с его рангом по видовому богатству. Последнее возрастает с севера на юг (исключение — Охотское море), но сильно зависит от обследованной площади и еще больше — от обследованного объема воды. С привлечением литературных сведений в масштабах водоемов обнаружены некоторые неожиданные статистически значимые связи интегральных характеристик планктона с теми же характеристиками макрофауны пелагиали и дна, а также с продукционными показателями планктона. Причины и биологический смысл большинства этих связей пока не поддаются рациональной интерпретации. Их проверка на других уровнях пространственной шкалы будет продолжена в следующих публикациях.
Ключевые слова: сравнение водоемов, северная Пацифика, восточная Арктика, зоопланктон, обилие, видовое богатство, биоразнообразие, выравненность видовой структуры, размеры животных.
* Волвенко Игорь Валентинович, доктор биологических наук, главный научный сотрудник, e-mail: [email protected].
Volvenko Igor V., D.Sc., principal researcher, e-mail: [email protected].
Volvenko I.V. Comparative study of the Far-Eastern Seas and the North Pacific by integral parameters of net zooplankton in the epipelagic layer // Izv. TINRO. — 2017. — Vol. 188. — P. 37-53.
Species diversity and other integral parameters of zooplankton community in the Japan, Okhotsk, Bering, Chukchi seas and adjacent Pacific waters (total area close to 7.0 . 106 km2) are compared on the data obtained in the large-scale surveys conducted by Pacific Fish. Res. Center (TINRO) in 1984-2013. Standard Juday net with mesh size 0.186 mm and mouth area 0.1 m2 was used for sampling. Among four seas, the Chukchi Sea takes the 1st place by abundance (ind./m3) and biomass (mg/m3) of zooplankton, 2nd by species evenness, 3rd by mean size of organisms, and the last by species richness and diversity. The Bering Sea is the 1st by mean size of animals, 2nd by species richness, diversity and biomass, 3rd by abundance, and the last by species evenness. The Okhotsk Sea takes the 2nd place by mean size of zooplankton, the last by its abundance, and the 3rd by other parameters. The Japan Sea is the 1st by species richness, evenness and diversity, 2nd by abundance, and the last by mean size of zooplankton and therefore by its biomass. Zooplankton in the Pacific waters has the lowest abundance, but its biomass is higher there in comparison with the Japan Sea. Species richness is the highest in the Pacific, but species diversity is higher there than in the Chukchi Sea and species evenness is the lowest. Mean size of zooplankton organisms in the Pacific is rather large but smaller than in the Bering Sea. In general, zooplankton abundance increases northward in accordance with nutrients supply, as well as the mean size of animals (with exclusion of the Chukchi Sea), but uniformity of the species abundance has opposite tendency (except the Chukchi Sea again). The rank in biodiversity coincides with the rank in species richness. The latter decreases from south to north (with exclusion of the Okhotsk Sea), but depends strongly on size of the surveyed area and surveyed volume of water. Some unexpected statistically significant relationships are found between the integral parameters of zooplankton and these parameters for pelagic and bottom macrofauna which have not yet any rational interpretation.
Key words: comparative study, North Pacific, East Arctic, zooplankton, abundance, species diversity, species richness, species evenness, size of animals.
Введение
Объект настоящей статьи мезофауна — совокупность животных, которые облавливаются планктонной сетью, так называемый сетной зоопланктон (табл. 1). Это организмы с массой тела от сотен до тысячных долей миллиграмма — в основном кормовая база нектона и бентоса, морских птиц и млекопитающих, а также личинки беспозвоночных и рыб. Далее в тексте для краткости все это просто зоопланктон без указания, что он сетной, и без приставки мезо-.
Таблица 1
Состав зоопланктона, обнаруженного на обследованной акватории (рис. 1)
Table 1
Species composition of zooplankton in the surveyed area (see Fig. 1)
Таксономическая/экологическая группа Число видов
Веслоногие (копеподы) 94
Мелкие желетелые (медузы, гребневики, оболочники) 29
Бокоплавы (амфиподы) 22
Эвфаузииды 18
Мизиды 11
Щетинкочелюстные (хетогнаты) 8
Ветвистоусые (кладоцеры) 8
Крылоногие моллюски (птероподы) 6
Простейшие (протисты) 4
Планктонные полихеты 1
Кумовые раки *
Ракушковые раки (остракоды) *
Равноногие раки (изоподы) *
Меропланктон (личинки донных животных) 10
Всего видов не менее 214
Примечание. Звездочкой помечены 3 сборные группы, представители которых не идентифицированы до вида.
Рис. 1. Расположение станций на обследованных акваториях пяти водоемов, для которых вычислялись интегральные характеристики зоопланктона
Fig. 1. Zooplankton sampling location on 5 water bodies for calculation of its integral parameters
В соответствии с доступными данными более или менее полная информация здесь представлена по зоопланктону не всех дальневосточных морей и не всей северной части Тихого океана, а только по российской исключительной экономической зоне с прилежащими нейтральными водами и части экономических зон США, Японии и КНДР, где работы с участием российских ученых проводились по межправительственным соглашениям (рис. 1). Это в основном субарктические тихоокеанские воды, северо-западная треть Японского моря, почти все Охотское, большие части акваторий Берингова и Чукотского морей. В данной статье они будут называться Тихий океан (или просто океан), Японское море, Охотское море, Берингово море, Чукотское море, а вместе — вся акватория, которая является одним из самых продуктивных и хозяйственно важных районов Мирового океана (Зенкевич, 1963; Моисеев, 1969; Богоров, 1970; Гершанович и др., 1990; Шунтов, 2001, 2016), обеспечивая 90 % российского (Бочаров, 2004, 2010) и значительные части иностранного (американского, канадского, японского, корейского и китайского) вылова водных биоресурсов.
Предметом сравнения выступают 7 эмерджентных интегральных свойств зоопланктона, характеризующих его в целом:
1 — видовое разнообразие по Шеннону (Shannon, 1948) H (бит/экз.) — мера неопределенности — неоднозначности принадлежности случайно взятой особи к определенному виду*, которая целиком зависит от двух следующих характеристик;
2 — видовое богатство S (число видов) — мера таксономического многообразия и числа реализованных экологических ниш;
3 — выравненность видовых обилий по Пайлоу (Pielou, 1966) J (доля единицы) — показатель равномерности распределения особей по видам, синоним «полидоминантности» биоценотических группировок, величина, обратно пропорциональная выраженности доминирования массовых видов над всеми прочими («монодоминантности» или «олигомиксности»), характеристика однородности структуры и сложности организации сообщества;
* Если рассматривать планктон в качестве пищевой базы для следующего трофического уровня, то этот показатель характеризует ассортимент пищевых объектов для планктофагов.
4 — средняя индивидуальная масса особи Ж(мг/экз.) — характеристика средних размеров, среднего уровня метаболизма животных, количества потребляемых ими ресурсов, мощности и подвижности особей, а также доли среди них хищников;
5 и 6 — суммарная плотность М (г/м3) и концентрация N (экз./м3) всех особей в единицах численности и биомассы — показатели относительного обилия;
7 — абсолютная биомасса В (млн т), которая вместе с показателями N и М отражает запас воспроизводимых биологических ресурсов, продуктивность и кормность той экосистемы, которая обеспечивает их воспроизводство, а также интенсивность биогеохимического круговорота и реализованную экологическую емкость среды на том участке, где эта система располагается.
По аналогичным характеристикам макрофауны пелагиали и бентали почти все те же самые акватории ранее уже сравнивались между собой (Волвенко, 2009а, 2014а; Уо1уепко, 2015; Шунтов, Волвенко, 2016). Под макрофауной в данном случае подразумеваются животные с размерами тела от 1 см до нескольких метров и массой тела от граммов до сотен килограммов, которые облавливаются тралами, оснащенными в кутце мелкоячейной вставкой из 10-12-миллиметровой дели, — представители нектона, бентоса и макрозоопланктона (в том числе крупные медузы, гребневики, пелагические оболочники, которые не попадают в планктонную сеть).
Теперь появилась возможность дополнить ранее сделанные сравнения водоемов по макрофауне сравнением их по мезофауне, а также сравнением двух сравнений, и выявить общие закономерности пространственной изменчивости интегральных характеристик.
Материалы и методы
Исходные данные для расчетов взяты из базы данных «Сетной зоопланктон северной Пацифики 1984-2013 гг.» (Волвенко, 2016), содержащей часть материалов комплексных экосистемных съемок северной Пацифики и сопредельного сектора Арктики (Волвенко, 2015а-в), выполненных сотрудниками ТИНРО-центра с бортов российских, японских и американских судов для мониторинга состояния экосистем и биоресурсов этого важнейшего рыбохозяйственного региона. Во всех случаях планктон облавливался большой сетью Джеди (БСД) стандартных размеров из капронового сита № 49 (ячея 0,168 мм) с площадью входного отверстия 0,1 м2 от глубины 200 м до поверхности, а там, где глубина менее 200 м, от дна до поверхности. Сбор материалов происходил круглосуточно (и днем, и ночью)*, по возможности круглогодично и ежегодно по сетке станций, регулярно охватывающей всю ИЭЗ России и периодически — сопредельные акватории. Обработка проб выполнялась по экспресс-методике (Рекомендации…, 1984; Волков, 1996, 2008).
Расчеты интегральных характеристик зоопланктона сделаны по данным 21952 станций (рис. 1, табл. 2), выполненных с 27.04.1984 по 12.09.2013 г. в 235 рейсах. Эти же исходные данные ранее были использованы для подготовки пяти справочников (Сетной зоопланктон., в печати, а-д), в табличном виде обобщающих информацию о видовом составе, встречаемости, численности и биомассе зоопланктона пелагиали обследованного региона.
В справочниках подробно описаны методы оценки численности и биомассы зоопланктона — N, М и В. Значения Ж получены делением М на N. Формулы для вычисления Н и J общеизвестны.
Для сравнения с полученными результатами использованы результаты аналогичных расчетов, сделанных по базам данных пелагической и донной траловой макрофауны этого региона (Волвенко, Кулик, 2011; Волвенко, 2014б, 2015а-в; Уо1уепко, 2014), ранее опубликованные (Волвенко, 2009а, 2014а; Уо1уепко, 2015; Шунтов, Волвенко, 2016). Сведения о концентрации биогенов, первичной продукции и продукционных
* Это особенно важно для учета целого ряда массовых видов эвфаузиид, некоторых видов копепод и гипериид, которые в дневное время опускаются в более глубокие слои за пределы эпипелагиали.
Таблица 2
Величины выборок, по которым рассчитаны интегральные характеристики зоопланктона
Table 2
Sample values for calculation of zooplankton integral parameters
Водоем Число станций Обследованные Объем взятых проб, м3 Поймано особей, млн экз.
Площадь, км2 Объем, км3
Чукотское море 104 180022 79б2 474 3
Берингово море 5255 181057б 242771 б7558 189
Охотское море 9351 1507742 24б582 149090 345
Японское море 4939 5б9831 103148 4247б 27б
Тихий океан 2303 2904307 571б9б 45314 92
Вся акватория 21952 б972478 1172159 304912 905
характеристиках зоопланктона Берингова, Охотского, Японского морей и северо-западной части Тихого океана взяты из двух монографий (Шунтов, 2001; Дулепова, 2002).
Параметры приведенных в статье регрессий найдены методом наименьших квадратов с применением, где это потребовалось, линеаризующих преобразований переменных (см. напр.: Дрейпер, Смит, 198б, 1987).
Результаты и их обсуждение
Разнообразие с видовым богатством и выравненностью видов по числу особей (рис. 2) связаны уравнением H = log2S • J. Следовательно, анализировать H в отрыве от S и J не имеет смысла. Любые вариации разнообразия определяются изменениями двух его компонентов, не зависимых друг от друга, корреляция между которыми ни математически, ни биологически не обоснована. Они по-разному зависят от различных факторов, и изучать их следует по-отдельности (см. напр.: Hairston et al., 19б8; Tramer, 19б9; Hurlbert, 1971; Kricher, 1972; McNaughton, 1977; James, Rathbun, 1981; Rainey, Travisano, 1998; Wilsey, Potvin, 2000; Lundholm, Larson, 2003; Wilsey et al., 2005; Ma, 200б; Wilsey, Stirling, 2007; Barrantes, Sandoval, 2009; Volvenko, 2012).
Ранее (Волвенко, 2007, 2008, 2009а, б) показано, что итоговая величина разнообразия макрофауны пелагиали северо-западной Пацифики в большей степени зависит от выравненности видовых обилий, чем от видового богатства. В планктоне все обстоит иначе: из-за того что значения выравненности для дальневосточных морей слабо различаются (находятся в пределах 0,45-0,50), распределение по морям разнообразия соответствует сглаженному распределению по ним видового богатства. В океане же выравненность не достигает 0,4, поэтому видовое разнообразие там меньше, чем в любом из морей (кроме самого северного Чукотского), несмотря на заметно большее число обитающих там видов.
Отмечу, что приведенные на рис. 2 значения видового богатства занижены, поскольку при экспресс-обработке планктонных проб не все таксономические группы полностью разделялись по видам. При учете редких и малочисленных представителей зоопланктона данные здесь оценки видового богатства могли бы увеличиться на 30-50 % (Волвенко, 201б). Однако для сравнения водоемов они вполне годятся и без таких поправок, потому что сделаны по единой методике, одними и теми же планктонологами, с одинаковой степенью недоучета. В пользу этого свидетельствует то, что на имеющихся данных четко проявляются самые известные закономерности, характерные для видового богатства: закон Гумбольдта-Уоллеса (Humboldt, 1808; Wallace, 1878; Fischer, 19б0; Pianka, 19бб; Briggs, 1995; Кафанов, Кудряшов, 2000; Hillebrand, 2004; Allen, Gillooly, 200б; Tittensor et al., 2010) и правило «виды-площадь» (Watson, 1835; Jaccard, 1908; Arrhenius, 1921; Gleason, 1922; Preston, 1948; Connor, McCoy, 1979; Песенко, 1982; Одум, 198б; Lomolino, 2001; Tjorve, 2003; и мн. др.). В соответствии с первым число видов увеличивается в направлении с севера на юг (рис. 2), в соответствии со вторым — при увеличении обследованной площади и объема (рис. 3). Статистически значимых зависимостей видового богатства от других характеристик выборки не наблюдается.
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
2,801 H, бит/ЭКЗ,
2,943
2,886
3,417
2,837
3,246
/
Число видов
55 —j
nes
■
■■ 13(1 H 156
250
Рис. 2. Сравнение водоемов по видовому разнообразию H = log2S • J и двум его компонентам — S и J
Fig. 2. Water bodies comparison by species diversity H = log2S ■ J and its components S and J
250
200
150
100
50
Все О
О т
о я
О Б
О Ч
250
200
150
100
О О
10 15 20
Число станций, тыс.
Все
О
250
200
150
100
50
Все
у = 20,178-х + 75,436 г = 0,879; р = 0,021
О ч
25
0,0
2,0 4,0 6,0
Обследованная площадь, млн км2
8,0
О Т О Я
О Б
250
200 —
150 —
100
О О
50
О Ч
50
Все
у= 120,114-х + 75,402 г = 0,906; р = 0,013
О Ч
100
200 300
Объем взятых проб, тыс. м3
400
0,0
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 Обследованный объем воды, млн км3
1,4
250 п
200
150 —
100
50
Все
О
О Т
О Я
О Б
О О
О Ч
Рис. 3. Зависимость видового богатства (число видов по осям ординат) от различных характеристик величины выборки (по осям абсцисс). Для статистически значимых связей показаны линии и уравнения регрессии, коэффициенты корреляции и р-значения. Здесь и на рис. 5,7-9 буквами обозначены: Ч—Чукотское, Б—Берингово, О — Охотское, Я— Японское моря, Т — Тихий океан. Все — вся обследованная акватория
Fig. 3. Dependence of species richness (ordinates — number of species) on certain measures of sample values (abscisses). Regression lines and equations, correlation coefficients and p-values are shown for statistically significant relationships only. Legend for this figure and Figs. 5, 7-9: Ч — Chukchi Sea, Б—Bering Sea, О — Okhotsk Sea, Я — Japan Sea, Т—Pacific Ocean, Все — whole surveyed area
0,0
0,2 0,4 0,6 0,8
Число пойманных особей, млрд экз.
1,0
Для дальневосточных морей в целом прослеживается тенденция убывания с юга на север (от Японского моря к Чукотскому) и видового разнообразия, и обоих его компонентов. По выравненности этот широтный тренд нарушается в самом северном Чукотском море, где она соответствует той, что отмечается в самом южном Японском море. Широтный тренд видового богатства и разнообразия нарушается в Охотском море. По этим характеристикам оно уступает более северному Берингову морю. Причины первого нарушения не понятны, второго, вероятно, связаны с большей суровостью климата Охотского моря по сравнению с беринговоморским.
При этом плотность планктона М (рис. 4), наоборот, возрастает в направлении с юга на север в соответствии с концентрацией биогенов и без каких-либо исключений. Вместе с тем различия водоемов по величине (в частности по объему воды V) столь велики, что ранжирование их по абсолютной биомассе В = М • V полностью совпадает с ранжированием их по размерам. Поэтому предсказать В планктона по М нельзя, а по V, умножив его на 0,819, — можно и довольно точно (рис. 5). Фактические и расчетные значения валового запаса зоопланктона хорошо согласуются по масштабам и
Рис. 4. Сравнение водоемов по плотности зоопланктона в единицах массы M, объему воды в эпипелагиали V и абсолютной биомассе зоопланктона B = M • V
Fig. 4. Water bodies comparison by zooplankton biomass M, volume of epipelagic layer V, and stock of zooplankton B = M • V
Рис. 5. Связь абсолютной биомассы планктона с его плотностью и объемом воды в эпипелагиали
Fig. 5. Zooplankton stock (106 t) dependence on its biomass and volume of epipelagic layer
1000
800 —
600 —
400
о S
И
200
О
0,6
1000
800 —
0,7
т
о
о о
Б
О
~~I-1-1-1—
-О—,
0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 М, г/м3
0 200 400 600 800 1000 1200 V, тыс. км3
полностью совпадают по рангам с ранее опубликованными (Шунтов, 2001; Дулепова, 2002; Волков, 2015): по этому показателю на первом месте оказывается самое большое Берингово море, на втором Охотское, на третьем Японское, на последнем — самое маленькое Чукотское, а океан значительно опережает все моря вместе взятые. Абсолютная биомасса планктона на обследованной акватории превышает 1,5 млрд т.
Концентрация планктона N (рис. 6), почти так же какM, возрастает с юга на север, но исключение здесь составляет Японское море, выделяющееся слишком большой численностью в среднем намного более мелких особей.
Ранее (Волвенко, 2016) уже обращалось внимание на тенденцию, соответствующую правилу Бергмана (Bergmann, 1847; см. также: Лукин, 1940; Mayr, 1956; Майр, 1968; Мина, Клевезаль, 1976; Atkinson, 1994; Angilletta, Dunham, 2003; и мн. др.): чем теплее (южнее), тем мельче планктон, чем холоднее (севернее), тем он крупнее. Судя по литературным сведениям, аналогичные тенденции наблюдаются и с другой стороны Евразии. Например, в холодных водах Арктики доминируют крупные виды зоопланктона, а в более теплых атлантических — мелкие (Stempniewicz et al., 2007).
Средняя индивидуальная масса особи W (рис. 6) в морях северной Пацифики в соответствии с этой закономерностью возрастает с юга на север от Японского к Берингову морю. Однако в арктическом Чукотском море широтный тренд нарушается: его обитатели оказываются почти столь же мелкими, как в самом южном Японском море. Возможно, это связано с тем, что из-за сложной ледовой обстановки пробы в Чукотском море отбирались только в самое теплое время года — летом.
Представление данных в четырехмерной системе координат, как это делалось в предыдущих публикациях (Волвенко, 2009а, 2014а; Volvenko, 2015), показывает (рис. 7), что по совокупности интегральных характеристик наиболее сходны друг с другом самые рыбопродуктивные Охотское и Берингово моря. Океан и Японское море отличаются от других водоемов повышенным видовым богатством, Чукотское и Японское моря — меньшими размерами особей, их большей концентрацией на единицу объема и большей равномерностью их распределения по видам.
Рис. 6. Сравнение водоемов по относительной плотности зоопланктона в единицах численности N и средней индивидуальной массе особей W = M/N
Fig. 6. Water bodies comparison by zooplankton abundance N and mean individual weight W=M/N
Резюмируя вышесказанное, следует заметить, что в направлении с юга на север (с уменьшением температуры и увеличением концентрации биогенов) плотность планктона и его размеры возрастают, а разнообразие и его компоненты, наоборот, убывают. Однако между всеми этими переменными на масштабном уровне водоемов не удалось обнаружить никаких корреляций, статистически достоверных на 95 %-ном доверительном уровне (ни положительных, ни отрицательных), из-за малого числа точек и относительно большого числа исключений. Японское море нарушает широтный тренд по Ы, Охотское — по и Н, а Чукотское — по J и Ж.
Полученные результаты позволяют дать следующие краткие сравнительные характеристики обследованных водоемов.
Тихоокеанские воды опережают все моря по видовому богатству, но отстают от них по концентрации особей на единицу объема (Ы) и равномерности распределения их по видам. Средние размеры особей только в Беринговом море больше, чем в океане. Разнообразие меньше, чем в океане, только в Чукотском море, а плотность населения (М) — только в Японском море.
Среди морей (для удобства сравнения их ранги даны в сводной табл. 3) Чукотское занимает 1-е место по плотности и концентрации планктона, 2-е по выравненности
Рис. 7. Сравнительный статус различных водоемов, представленный в виде их взаимного расположения в трехмерных пространствах интегральных характеристик. По осям абсцисс, ординат и аппликат: lgN и lgW — десятичные логарифмы средней плотности населения в единицах численности и средней индивидуальной массы особи; J — показатель равномерности распределения по видам числа особей; S — видовое богатство
Fig. 7. Comparative status of water bodies presented as their mutual arrangement in the three-dimensional space of the integral parameters: lgN or lgW — logarithms of abundance or mean individual weight; J — species evenness; S — species richness
Таблица 3
Ранжирование морей по шести интегральным характеристикам зоопланктона
Table 3
Water bodies ranking by 6 integral parameters of zooplankton
Море S J H M N W
Чукотское 4 (2) 4 1 1 (3)
Берингово 2 4 2 2 3 1
Охотское (3) 3 (3) 3 4 2
Японское 1 1 1 4 (2) 4
Примечания. Буквами обозначены: — видовое богатство, 3 — равномерность распределения особей по видам, Н — видовое разнообразие, М — относительная биомасса, N — относительная численность, Ж — средняя индивидуальная масса особи; цифра — место, которое занимает водоем среди прочих по данной характеристике. В скобки заключены цифры, нарушающие широтные тренды. Пояснения в тексте.
видов по обилию, 3-е по размерам особей, последнее по видовому богатству и разнообразию. Берингово море на 1-м месте по средним размерам планктеров, на 2-м по числу видов, разнообразию и плотности, на 3-м по концентрации и на последнем по равномерности видовой структуры. Охотское море на 2-м месте по размерам особей, на последнем по их концентрации и на 3-м по всем остальным показателям. Японское море занимает 1-е место по видовому богатству, выравненности и разнообразию, 2-е по концентрации особей, но последнее по их средним размерам и, как следствие, — по плотности населения.
Вся рассматриваемая акватория в целом характеризуется (см. рис. 2, 4, 6) наибольшим видовым богатством, поскольку оно включает все виды, встречающиеся в каждом бассейне. Остальные характеристики для нее принимают значения средних (средневзвешенных) по множеству водоемов, входящих в обследованный регион.
При сопоставлении интегральных характеристик планктона с аналогичными характеристиками макрофауны в масштабах четырех водоемов* следует учесть, что они оценивались по выборкам, не полностью совпадающим по районам, глубинам и времени отбора проб. Кроме того, величины Ж у планктона в миллионы раз меньше, зато М в тысячи, а N в миллиарды раз больше, чем у макрофауны. Для сравнения разнообразия и его компонентов характерны соотношения иного порядка: видовое богатство планктона из-за недоучета редких видов меньше, чем макрофауны, в разы (пелагической в 1,4-4,6, а донной в 4,3-9,6 раза в зависимости от водоема), но из-за большей выравненность видов по обилию разнообразие планктона в большинстве случаев не уступает разнообразию макрофауны, точнее — имеет среднее значение между разнообразием макрофауны пелагиали и дна.
Никаких достоверных положительных корреляций между интегральными характеристиками планктона и макрофауны обнаружить не удалось — даже таких ожидаемых, как связь между показателями обилия планктона и макрофауны. Даже ранжирование морей по плотности или биомассе планктона не совпадает с таковыми ни для пелагической, ни для донной макрофауны, т.е. ее обилие не связано напрямую с удельной кормностью водоема или абсолютной величиной кормовой базы для следующих трофических уровней.
У интегральных характеристик планктона с аналогичными характеристиками донной фауны вообще не оказалось связей, а с характеристиками пелагической макрофауны обнаружилось 5 отрицательных (рис. 8). Три из них означают, что с повышением концентрации планктона в водоеме снижается биоразнообразие и оба его компонента у крупных обитателей пелагиали (рыб, кальмаров, креветок, больших медуз и всего прочего, что ловится в разноглубинные тралы). Две остальные я затрудняюсь интерпретировать.
Еще более странные связи у характеристик планктона и пелагической макрофауны оказались с летней продукцией хищного планктона (рис. 9). При этом никаких достоверных связей у них с летней продукцией нехищного планктона нет. Нет их и с годовой первичной продукцией, продукцией фитопланктона, бактерий, микрозоопланктона. Но самой удивительной оказалась в высшей степени достоверная линейная положительная связь (рис. 10) доли хищников в планктоне (%) со средними размерами обитателей дна (кг/экз.).
Причины и биологический смысл большинства этих связей пока не поддаются рациональной интерпретации.
Заключение
В настоящей статье дана лишь статичная предельно обобщенная сравнительная характеристика водоемов с осреднением данных на максимально возможных пространственно-временных масштабах — 30 лет и почти 7 млн км2. На самом деле рас-
* Сведения о макрофауне Чукотского моря пока не опубликованы.
о т
у» 1 /{0,556-0,954/х) г =-0.996; р = 0.005
у = -4351.5’* + 2295.8 г = -0,958;р = 0,042
3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 N(raiant(T)
0,38 0.40 0,42 0,44 0,46 0,48 0,50 J(nnaHFrr)
у = -0,126 х +0,7464 г = -0.Э92; р = 0.008
3.5 4.0 4.5 5,0 5.5 60 6,5 7.0
N(nnaHKT)
2,8 2,9 3,0 3,1 3,2 3.3 3,4 3,5 Н(ппанкт)
у= 17(1,946 * 0,176-х) г = 0,996: р =0.004
Б
3,0 3,5 4.0 4,5 5,0 5.5 6,0 6,5 7.0 N(rmaKKT)
Рис. 8. Связь разнообразия Я(пел), видового богатства £(пел) и выравненности видовой структуры ./(пел) макрофауны пелагиали с концентрацией Ж(планкт), выравненностью видовой структуры /(планкт) и разнообразием Я(планкт) зоопланктона
Fig. 8. Relationships of pelagic macro-fauna species diversity Я(пел), species richness £(пел), and species evenness /(пел) with zooplankton abundance Ж(планкт), species evenness /(планкт), and diversity Я(планкт)
пределение интегральных характеристик внутри каждого из бассейнов чрезвычайно неравномерно, а рассматриваемый интервал времени охватывает период крупных экосистемных перестроек в биоте этого региона, вызванных глобальными изменениями климато-океанологических и космо-геофизических факторов с начала 1990-х гг. (см. напр.: Shuntov е; а1., 1993; Шунтов, 1994, 1998; Шунтов и др., 1997, 2007; Шунтов, Темных, 2011).
Многолетние, сезонные и суточные изменения обилия зоопланктона в пространственном масштабе одноградусных трапеций частично рассмотрены в недавно опубликованной статье (Волвенко, 2016), а для больших по площади стандартных районов осреднения информации их можно найти в пяти вышеупомянутых табличных справочниках (Сетной зоопланктон…, в печати, а-д). Детальному анализу ключевых закономерностей пространственной и временной изменчивости интегральных характеристик зоопланктона будут посвящены следующие публикации.
Автор благодарит д.б.н. А.Ф. Волкова и д.б.н. проф. В.П. Шунтова (ТИНРО-центр) за ценные замечания и дополнения, которые были учтены при подготовке рукописи к печати, а также всех планктонологов ТИНРО-центра, работавших в 325 рейсах, материалы которых использованы в настоящей статье. 3,00 2,90 2,80 2,70
О Я
у = 1/(0,374 — 4,724fx) г =-0,933; р = 0.007
О Б
О Т
3,8 1 3,6 —
3,4 ■
3,2 -■ 3,0 —
2,8 ■ 2,6 —
2,4 ■
2,2 —
у = 0,859 1п(х) — 1.118 г > 0,9339; р< 0.0001
40 60 80 100 120 140 160 160 200 220 240 260 260 Р (хищн. планкт)
40 60 30 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 Р (хищн. планкт)
0,50 0,48 0,46 0,44 0,42 0,40 0,38
О О
у = -0,0005* + 0,515 г = -0.968; р- 0.032
О Т
650 -I 600 -550 ■ 500 -450 -£400 ■ » 350 -300 -250 ■ 200 -150 -100 —
СО
у = (10.051 +0.057х)г г — 0,998; р = 0,002
40 60 80 100 120 140 160 160 200 220 240 260 260 Р (хищн, планкт)
40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 Р (хищн. планкт)
7,0
6,5
6,0
5.5
В
I та 5,0
Z 4,5
4,0
3,5
3,0
О Я
у = 2,207 + 271,763/х г — 0,998; р = 0,002
О Т
0,41 0,40 0,39 0.38 ,0,37 0,35 ‘ 0,35 0,34 0,33 0,32 0.31
О Т
у = 0,417 — 5,910/х г = 0,999; р = 0,001
О Я
40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 Р (хищн. планкт)
40 60 30 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 Р (хищн. планкт)
Рис. 9. Статистически достоверные связи различных характеристик планктона и макрофауны с продукцией (г/м2) хищного планктона P. Пояснения в тексте
Fig. 9. Statistically significant relationships of certain parameters of zooplankton and macrofauna with production of predatory plankton (P, g/m2). Legend as for previous figures, other explanations in the text
Рис. 10. В высшей степени статистически достоверная линейная связь средней индивидуальной массы особи донной макрофауны с долей хищников в зоопланктоне
Fig. 10. Highly statistically significant linear relationship between mean individual weight of benthic macrofauna and portion of predators in zooplankton
Список литературы
Богоров В.Г. Биологическая продуктивность океана и особенности ее географического распределения // Вопр. геогр. — 1970. — № 84. — С. 80-102.
Бочаров Л.Н. Перспективный подход к обеспечению населения продуктами рыболовства // Изв. ТИНРО. — 2004. — Т. 138. — С. 3-18.
Бочаров Л.Н. Развитие рыбохозяйственной науки на Дальнем Востоке. Задачи и особенности современного этапа // ТИНРО—85. Итоги десятилетней деятельности. 2000-2010 гг. — Владивосток : ТИНРО-центр, 2010. — С. 3-24.
Волвенко И.В. Видовое богатство макрофауны пелагиали северо-западной Пацифики // Изв. ТИНРО. — 2008. — Т. 153. — С. 49-87.
Волвенко И.В. Видовое разнообразие макрофауны пелагиали северо-западной Пацифики // Изв. ТИНРО. — 2007. — Т. 149. — С. 21-63.
Волвенко И.В. Сравнительный статус дальневосточных морей и северо-западной Пацифики по совокупности интегральных характеристик макрофауны пелагиали // Изв. ТИНРО. — 2009а. — Т. 159. — С. 35-42.
Волвенко И.В. Выравненность видовой структуры макрофауны пелагиали северо-западной Пацифики: 1. Равномерность распределения числа особей по видам // Изв. ТИНРО. — 2009б. — Т. 156. — С. 3-26.
Волвенко И.В. Информационное обеспечение комплексных исследований водных биоресурсов северо-западной Пацифики. Часть 1. Концепция, предыстория, начало реализации // Тр. ВНИРО. — 2015а. — Т. 156. — С. 38-66.
Волвенко И.В. Информационное обеспечение комплексных исследований водных биоресурсов северо-западной Пацифики. Часть 2. Базы данных, базы знаний, автоматизированные рабочие места // Тр. ВНИРО. — 2015б. — Т. 157. — С. 71-99.
Волвенко И.В. Информационное обеспечение комплексных исследований водных биоресурсов северо-западной Пацифики. Часть 3. ГИС, атласы, справочники, новые перспективы // Тр. ВНИРО. — 2015в. — Т. 157. — С. 100-126.
Волвенко И.В. Первый опыт эксплуатации новой базы данных сетного зоопланктона дальневосточных морей и сопредельных вод Тихого океана // Изв. ТИНРО. — 2016. — Т. 187. — С. 3-18.
Волвенко И.В. Сравнение дальневосточных морей и северо-западной части Тихого океана по интегральным характеристикам траловой макрофауны пелагиали и дна // Изв. ТИНРО. — 2014а. — Т. 178. — С. 58-67.
Волвенко И.В. Новая база данных донных траловых станций, выполненных в дальневосточных морях и северной части Тихого океана в 1977-2010 гг. // Изв. ТИНРО. — 2014б. — Т. 177. — С. 3-24.
Волвенко И.В., Кулик В.В. Обновленная и дополненная база данных пелагических траловых станций, выполненных в дальневосточных морях и северной части Тихого океана в 1979-2009 гг. // Изв. ТИНРО. — 2011. — Т. 164. — С. 3-26.
Волков А.Ф. Интегральные значения биомассы и запаса зоопланктона в эпипелагиали 71 района севера Тихого океана, включая Берингово и Охотское моря, и схемы распределения массовых видов // Изв. ТИНРО. — 2015. — Т. 180. — С. 140-160.
Волков А.Ф. Методика сбора и обработки планктона и проб по питанию нектона (пошаговые инструкции) // Изв. ТИНРО. — 2008. — Т. 154. — С. 405-416.
Волков А.Ф. О методике взятия проб зоопланктона // Изв. ТИНРО. — 1996. — Т. 119. — С. 306-311.
Гершанович Д.Е., Елизаров А.А., Сапожников В.В. Биопродуктивность океана : моногр. — М. : Агропромиздат, 1990. — 237 с.
Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. Т. 1 : моногр. — М. : Финансы и статистика, 1986. — 366 с.
Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. Т. 2 : моногр. — М. : Финансы и статистика, 1987. — 351 с.
Дулепова Е.П. Сравнительная биопродуктивность макроэкосистем дальневосточных морей : моногр. — Владивосток : ТИНРО-центр, 2002. — 273 с.
Зенкевич Л.А. Биология морей СССР : моногр. — М. : АН СССР, 1963. — 740 с.
Кафанов А.И., Кудряшов В.А Морская биогеография : моногр. — М. : Наука, 2000. — 176 с.
Лукин Е.И. Дарвинизм и географические закономерности в изменении организмов : моногр. — М. ; Л. : АН СССР, 1940. — 311 с.
Майр Э. Зоологический вид и эволюция : моногр. — М. : Мир, 1968. — 597 с.
Мина М.В., Клевезаль Г.А. Рост животных. Анализ на уровне организма : моногр. — М. : Наука, 1976. — 290 с.
Моисеев П.А. Биологические ресурсы Мирового океана : моногр. — М. : Пищ. пром-сть, 1969. — 338 с.
Одум Ю. Экология : моногр. — М. : Мир, 1986. — Т. 1-2. — 704 с.
Песенко Ю.А. Принципы и методы количественного анализа в фаунистических исследованиях : моногр. — М. : Наука, 1982. — 287 с.
Рекомендации по экспресс-обработке сетного планктона в море / А.Ф. Волков. — Владивосток : ТИНРО, 1984. — 31 с.
Сетной зоопланктон залива Петра Великого (Японское море): таблицы встречаемости, численности и биомассы. 1988-2013 / Н.Т. Долганова, И.В. Волвенко ; под. ред. В.П. Шунтова, Л.Н. Бочарова. — Владивосток : ТИНРО-центр (в печати, а).
Сетной зоопланктон западной части Берингова моря: таблицы встречаемости, численности и биомассы. 1986-2013 / А.Ф. Волков, И.В. Волвенко ; под. ред. В.П. Шунтова, Л.Н. Бочарова. — Владивосток : ТИНРО-центр (в печати, б).
Сетной зоопланктон Охотского моря: таблицы встречаемости, численности и биомассы. 1984-2013 / А.Ф. Волков, И.В. Волвенко ; под. ред. В.П. Шунтова, Л.Н. Бочарова. — Владивосток : ТИНРО-центр (в печати, в).
Сетной зоопланктон северо-западной части Тихого океана: таблицы встречаемости, численности и биомассы. 1985-2013 / А.Ф. Волков, И.В. Волвенко ; под. ред. В.П. Шунтова, Л.Н. Бочарова. — Владивосток : ТИНРО-центр (в печати, г).
Сетной зоопланктон северо-западной части Японского моря: таблицы встречаемости, численности и биомассы. 1985-2013 / Н.Т. Долганова, И.В. Волвенко ; под. ред. В.П. Шунтова, Л.Н. Бочарова. — Владивосток : ТИНРО-центр (в печати, д).
Шунтов В.П. Биология дальневосточных морей России : моногр. — Владивосток : ТИНРО-центр, 2001. — Т. 1. — 580 с.
Шунтов В.П. Биология дальневосточных морей России : моногр. — Владивосток : ТИНРО-центр, 2016. — Т. 2. — 604 с.
Шунтов В.П. Новые данные о перестройках в пелагических экосистемах дальневосточных морей // Вестн. ДВО РАН. — 1994. — № 2. — С. 59-66.
Шунтов В.П. Перестройки в пелагических экосистемах Охотского моря — реальный факт // Рыб. хоз-во. — 1998. — № 1. — С. 25-27.
Шунтов В.П., Волвенко И.В. Сравнительный анализ обилия макрофауны пелагиали и бентали в дальневосточных морях и сопредельных водах Тихого океана // Вопр. рыб-ва. — 2016. — Т. 17, № 2. — C. 133-147.
Шунтов В.П., Дулепова Е.П., Темных О.С. и др. Состояние биологических ресурсов в связи с динамикой макроэкосистем в дальневосточной российской экономической зоне // Динамика морских экосистем и современные проблемы сохранения биологического потенциала морей России. — Владивосток : Дальнаука, 2007. — С. 75-176.
Шунтов В.П., Радченко В.И., Дулепова Е.П., Темных О.С. Биологические ресурсы дальневосточной российской экономической зоны: структура пелагических и донных сообществ, современный статус, тенденции многолетней динамики // Изв. ТИНРО. — 1997. — Т. 122. — С. 3-15.
Шунтов В.П., Темных О.С. Современные перестройки в морских экосистемах в связи с климатическими изменениями: приоритетность глобальных или региональных факторов? // Бюл. № 6 изучения тихоокеанских лососей на Дальнем Востоке. — Владивосток : ТИНРО-центр, 2011. — С. 49-64.
Allen A.P., Gillooly J.F. Assessing latitudinal gradients in speciation rates and biodiversity at the global scale // Ecology Letters. — 2006. — Vol. 9, № 8. — P. 947-954.
Angilletta M.J., Dunham A.E. The temperature-size rule in ectotherms: simple evolutionary explanations may not be general // Am. Nat. — 2003. — Vol. 162, № 3. — P. 332-342.
Arrhenius O. Species and area // J. Ecol. — 1921. — Vol. 9, № 1. — P. 95-99.
Atkinson D. Temperature and organism size: a biological law for ectotherms? // Adv. Ecol. Res. — 1994. — Vol. 25. — P. 1-58.
Barrantes G., Sandoval L. Conceptual and statistical problems associated with the use of diversity indices in ecology // Rev. Biol. Trop. (Int. J. Trop. Biol.). — 2009. — Vol. 57, № 3. — P. 451-460.
Bergmann C. Uber die Verhaltnisse der Warmeokonomie der Tiere zu ihrer Grosse // Gott. Stud. — 1847. — Vol. 1. — P. 595-708.
Briggs J.C. Global biogeography. — Amsterdam : Elsevier, 1995. — 452 p.
Connor E.F., McCoy E.D. The statistics and biology of the species-area relationship // Am. Nat. — 1979. — Vol. 113, № 6. — P. 791-833.
Fischer A.G. Latitudinal variation in organic diversity // Evolution. — 1960. — Vol. 14. — P. 64-81.
Gleason H.A. On the relation between species and area // Ecology. — 1922. — Vol. 3, № 2. — P. 158-162.
Hairston N.G., Allan J.D., Colwell R.K. et al. The relationship between species diversity and stability: an experimental approach with protozoa and bacteria // Ecology. — 1968. — Vol. 49, № 6. — P. 1091-1101.
Hillebrand H. On the Generality of the Latitudinal Diversity Gradient // Am. Nat. — 2004. — Vol. 163, № 2. — P. 192-211.
Humboldt A. Ansichten der Natur mit wissenschaftlichen Erlauterungen. — Tubingen : Cotta, 1808. — 338 p.
Hurlbert S.H. The nonconcept of species diversity: a critique and alternative parameters // Ecology. — 1971. — Vol. 52, № 4. — P. 577-586.
Jaccard P. Nouvelles recherches sur la distribution florale // Bull. Soc. Vaudoise Sci. Nat. — 1908. — Vol. 44. — P. 223-270.
James F.C., Rathbun S. Rarefaction, relative abundance, and diversity of avian communities // The Auk. — 1981. — Vol. 98. — P. 785-800.
Kricher J.C. Bird species diversity: the effect of species richness and equitability on the diversity index // Ecology. — 1972. — Vol. 53, № 2. — P. 278-282.
Lomolino M.V. The species-area relationship: new challenges for an old pattern // Progress in Physical Geography. — 2001. — Vol. 25, № 1. — P. 1-21.
Lundholm J.T., Larson D.W. Relationships between spatial environmental heterogeneity and plant species diversity on a limestone pavement // Ecography. — 2003. — Vol. 26, № 6. — P. 715-722.
Ma M. Plant species diversity of buffer zones in agricultural landscapes: in search of determinants from the local to regional scale : D.Ph. thesis. — Helsinki : Univ. of Helsinki, 2006. — 41 p.
Mayr E. Geographic character gradients and climatic adaptation // Evolution. — 1956. — Vol. 10. — P. 105-108.
McNaughton S.J. Diversity and stability of ecological communities: a comment on the role of empiricism in ecology // Am. Nat. — 1977. — Vol. 111, № 979. — P. 515-525.
Pianka E.R. Latitudinal gradients in species diversity: A review of concepts // Am. Nat. — 1966. — Vol. 100, № 910. — P. 33-46.
Pielou E.C. The measurement of diversity in different types of biological collections // J. Theor. Biol. — 1966. — Vol. 13. — P. 131-144.
Preston F.W. The commonness and rarity of species // Ecology. — 1948. — Vol. 29, № 3. — P. 254-283.
Rainey P.B., Travisano M. Adaptive radiation in a heterogeneous environment // Nature. — 1998. — Vol. 394. — P. 69-72.
Shannon C.E. A mathematical theory of communication // Bell Syst. Techn. J. — 1948. — Vol. 27. — P. 379-423, 623-656.
Shuntov V.P., Dulepova E.P., Radchenko V.I., Temnykh O.S. On the beginning of large reformations in communities of plankton and nekton of the Far-Eastern Seas // North. Pac. Mar. Sci. Org. (PICES), Second Annual Meeting : Abstracts. — Seattle, 1993. — P. 35.
Stempniewicz L., Blachowiak-Samolyk K., Weslawski J.M. Impact of climate change on zooplankton communities, seabird populations and arctic terrestrial ecosystem — a scenario // Deep-Sea Res. Part II. — 2007. — Vol. 54. — P. 2934-2945.
Tittensor D.P., Mora C., Jetz W. et al. Global patterns and predictors of marine biodiversity across taxa // Nature. — 2010. — Vol. 466. — P. 1098-1103.
Tjorve E. Shapes and functions of species-area curves: a review of possible models // Journ. of Biogeography. — 2003. — Vol. 30. — P. 827-835.
Tramer E.J. Bird species diversity: components of Shannon’s formula // Ecology. — 1969. — Vol. 50, № 5. — P. 927-929.
Volvenko I.V. Extremal principles and goal functions of biocenotic systems // Biophysics. — 2012. — Vol. 57, № 3. — P. 350-362.
Volvenko I.V. The comparative statuses of the Far Eastern seas and the northwestern Pacific Ocean based on the range of integral characteristics of pelagic and bottom trawl macrofauna // Journ. of Asia-Pacific Biodiversity. — 2015. — Vol. 8. — P. 31-37.
Volvenko I.V. The new large database of the Russian bottom trawl surveys in the Far Eastern Seas and the North Pacific Ocean in 1977-2010 // Intern. Journ. of Environmental Monitoring and Analysis. — 2014. — Vol. 2, № 6. — P. 302-312.
Wallace A.R. Tropical Nature, and Other Essays. — L. ; N.Y. : Macmillan, 1878. — 356 p.
Watson H.C. Remarks on the geographical distribution of British plants; chiefly in connection with latitude, elevation, and climate. — L. : Longmans, 1835. — 288 p.
Wilsey B., Stirling G. Species richness and evenness respond in a different manner to propagule density in developing prairie microcosm communities // Plant Ecol. — 2007. — Vol. 190. — P. 259-273.
Wilsey B.J., Chalcraft D.R., Bowles C.M., Willig M.R. Relationships among indices suggest that richness is an incomplete surrogate for grassland biodiversity // Ecology. — 2005. — Vol. 86, № 5. — P. 1178-1184.
Wilsey B.J., Potvin C. Biodiversity and ecosystem functioning: the importance of species evenness in an old field // Ecology. — 2000. — Vol. 81, № 4. — P. 887-892.
Поступила в редакцию 6.10.16 г.
Принята в печать 27.01.17 г.
Японское море
Японское море – полузамкнутое море Тихого океана. Проливами Татарским, Невельского и Лаперуза оно соединяется с Охотским морем, проливом Цугару (Сангарским) – с Тихим океаном, а Корейским проливом – с Восточно- Китайским и Желтым морями. Площадь моря составляет 1062 тыс.км2, объем воды – 1715 тыс.км3, средняя глубина – 1750 м, наибольшая – 3720 м. Берега преимущественно гористые. Рельеф северной части (к северу от 44Ос.ш.) пред- ставляет собой широкий желоб, постепенно сужающийся к северу. Центральная часть (между 40О и 44Ос.ш.) находится в пределах глубокой замкнутой котлови- ны. В южной части моря (к югу от 40Ос.ш.) на подводном склоне Корейского п-ва между хребтами прослеживаются широкие подводные долины. Климат муссонный, резко выражен зимний муссон.
Температура воды на поверхности зимой изменяется от 0ОС на севере до 12ОС на юге, летом – от 17ОС до 26ОС соответственно. Изменчивость температуры по вертикали наиболее значительна в юго-восточной части моря, разность в среднем составляет 22ОС. Зимой разность уменьшается до 10ОС. В северной и в северо- западной частях моря зимой разность температур невелика (не превышает 1ОС), а летом возрастает с северо-запада на юго-восток от 12ОС до 22ОС. В северной ча- сти моря сезонные изменения температуры отсутствуют уже на глубине 100– 150 м, в южной и восточной частях они прослеживаются до глубины 200–250 м.
Соленость в западной части на поверхности составляет 32–33‰, а в цен- тральной и восточной – 34,0–34,8‰. Зимой в связи с интенсивным охлаждением вод северо-западной части моря и района побережья Приморья интенсивно раз- вивается вертикальная циркуляция, глубина распространения которой достигает 3000 м. Основной приток вод происходит через Корейский пролив – около 97% общего годового количества поступающей воды. Зимой устойчивый северо- западный муссон препятствует поступлению вод в море через пролив, вызывая ослабление циркуляции вод.
В Японском море наблюдается циклонический круговорот с центром в севе- ро-западной части моря. Выделяют три водные массы: тихоокеанская и японская в поверхностной зоне и японская в глубинной. По происхождению все водные массы представляют собой результат трансформации поступающих в море ти- хоокеанских вод. Для моря характерны приливы всех основных видов: полусу- точные, суточные и смешанные. Максимальные приливные колебания уровня моря (до 2,3–2,8 м) наблюдаются в Татарском проливе. Во время зимнего мус- сона в результате сгонно-нагонных колебаний у западных берегов Японии уро- вень может повышаться на 20–25 см, а у материкового берега на столько же по- нижаться. Летом наблюдается обратное явление. Ледообразование начинается уже в октябре, а последний лед задерживается на севере иногда до середины июня. На севере моря лед образуется ежегодно, а к югу от Татарского пролива устойчивое льдообразование ежегодно наблюдает- ся только в глубоко вдающихся в материк заливах и бухтах. Припай развит не- значительно. Толщина ледяного покрова в середине февраля доходит до 1 м. 151 Циклоны в Японском море можно подразделить на два вида: тропические циклоны океанического происхождения (тайфуны), которые обычно наблюда- ются в теплое время года, и континентальные циклоны в холодный период. Циклоны первого вида наблюдаются обычно в теплое время года, а циклоны второго вида – в холодное. Повторяемость континентальных циклонов составля- ет 50–55 случаев в год, а океанических тайфунов – около 25 случаев. Однако сила ветра и вызываемое волнение при тайфунах намного больше.
Загрязнение
Графические материалы
В начало страницы
Публикации
Ссылки
морских государств | manoa.hawaii.edu/ExploringOurFluidEarth
Волны, генерируемые ветром
Ветер — основной источник энергии волн. Когда ветер начинает дуть над спокойной водой, он начинает волновать поверхность воды. По мере того, как ветер продолжает дуть, появляются волны, которые превращаются в волны. В конечном итоге волны группируются в группы волн, которые движутся с одинаковой скоростью.
Факторы, которые влияют на силу ветра и, следовательно, влияют на формирование волн, включают продолжительность, выборку и скорость.
- Продолжительность — это время, в течение которого дует ветер. При большей продолжительности ветра волны имеют больше времени для накопления энергии и роста.
- Fetch — это расстояние, на котором дует ветер. Чтобы рассмотреть влияние подъема на формирование волн, подумайте о волнах, которые образуются, когда сильный ветер дует над небольшим прудом или лужей, по сравнению с волнами, которые образуются, когда сильный ветер дует над океаном или большим озером. Когда ветер распространяется на большие расстояния, у него больше возможностей передавать свою энергию в волны
- Скорость ветра — это способ измерения его силы.Для ветра с такой же силой и продолжительностью более быстрый ветер сильнее, имеет больше энергии и может вызывать большие волны, чем более медленный ветер. Чем сильнее и быстрее ветер, тем больше у него энергии или возможностей для перемещения вещей. То же самое и с волнами; более крупные и быстрые волны обладают большей энергией и большей способностью перемещать другие объекты.
Море — это термин, используемый для описания смеси волн, часто наблюдаемых с кораблей. Море может включать рябь, волну, ветровые волны, штормовые волны и зыбь.Для морей характерны волны разной высоты, приходящие со многих сторон (рис. 4.7).
Волны — это волны, которые набрали достаточно энергии для выхода за пределы области их генерации или получения. Им больше не нужен дополнительный ветер, чтобы подтолкнуть их вперед. Волны могут быть вызваны преобладающими ветрами, такими как пассаты, которые дуют на большие расстояния в течение длительного времени. Волны также могут быть вызваны штормами. Однажды образовавшись, волны могут переносить энергию штормов на тысячи километров.Например, волны от зимних штормов на Аляске создают большие волны для серфинга на пляжах Северного побережья на Гавайях. Волны, образовавшиеся в Антарктике, могут доходить до Аляски.
Морские государства
Волновые условия на море называются состояниями моря . Терминология состояния моря иногда применяется к условиям плавания в местах, не относящихся к морю. Например, моряки на Великих озерах Северной Америки, хотя технически не в море, все же относятся к морским государствам.Состояния моря тесно связаны с ветром. В таблице 4.5 описаны характеристики различных состояний моря, включая официальную меру силы ветра по шкале Бофорта , скорость ветра, высоту волны и визуальные характеристики моря, наблюдаемые как с суши, так и с воды. Британский адмирал сэр Фрэнсис Бофорт создал шкалу Бофорта в 1805 году, чтобы помочь морякам оценить ветер с помощью визуальных наблюдений. Шкала Бофорта начинается с 0 и доходит до 12.В таблице 4.5 скорости ветра указаны в узлах. узел — единица скорости, используемая в морских справочниках. На узле равняется 1 морской миле в час или 1,85 километра в час (0,51 метра в секунду). Хотя узлы и морские мили являются единицами измерения, используемыми мореплавателями, в большинстве научных измерений скорости ветра используются метрические длины (например, метры в секунду).
Лист деятельности
Таблица 4.5. Визуальные оценки ветра, волн и состояния моря Национальной метеорологической службой
Когда легкий ветер начинает дуть по нетронутой поверхности воды, он вызывает трение, которое заставляет воду образовывать рябь. Рябь — это небольшие вейвлеты высотой в среднем около 8 см. Непрерывная энергия необходима для формирования ряби и подталкивания их к следующей стадии формирования волн, потому что поверхностное натяжение воды и гравитационное притяжение земли действуют как восстанавливающие силы, которые возвращают воду в плоское состояние. Когда ветры толкают рябь в волны высотой около 1 м, состояние моря переходит в chop . Когда ветер усиливается, чоп перерастает в ветровые волны. Штормовые волны начинают формироваться при ветрах с ураганной силой более 70 км / ч (рис.4.8). Штормовые волны могут быть не очень высокими, если шторм будет непродолжительным или при коротком подъеме. Большие штормовые волны обычно образуются при длительном заходе на посадку, сильном шторме и продолжительном шторме. Несколько кратковременных штормов, следующих друг за другом и дующих в одном направлении, также могут значительно увеличить высоту волны.
A развивающееся море означает, что волны нарастают. Однако волны не могут расти бесконечно. Когда волны перестают расти, состояние моря считается полностью развитым.Полностью разработанное море — это такое судно, в котором энергия ветра равна энергии, теряемой при разрушении волн. В таблице 4.6 показаны свойства, характерные для полностью освоенных морей при ветрах 10, 20, 30, 40 и 50 узлов. В таблицах 4.6 и 4.7 значительная высота волны определяется как среднее значение одной трети максимальной высоты волн за период времени.
Лист деятельности
Таблица 4.6. Характеристики полностью развитого ветрового волнения со значениями, основанными на длине волны 1000 морских миль, продолжительности 120 часов и значительной высоте волны
Лист деятельности
Таблица 4.7. Прогнозирование размера волны для зрелых и полностью освоенных морей с использованием значительной высоты волны
Скорость ветра влияет на размер волны, но для того, чтобы сформировать полностью развитую волну, нужно время и место. Чтобы волна стала полностью развитой, она должна быть продвинута ветром на протяжении длительного времени. Вероятный размер волны для ветра с заданной скоростью, продолжительностью и длиной подъема был определен инженерами-океанологами из моделирования в очень длинноволновых резервуарах. Например, если ветер со скоростью 25 узлов (12,86 м / с) дует в течение 60 часов на расстояние 510 морских миль (944 м / с).52 км), значительная высота волны составит 4,3 м с периодом волны 8,2 секунды.
Организация океанских волн
Волны в открытой воде организованы по-разному, включая наборы волн, пересечение морей, развивающиеся моря и полностью развитые моря. Набор волн , также известный как последовательность волн, представляет собой группу прогрессирующих волн примерно одинаковой длины, движущихся в одном направлении с примерно одинаковой скоростью. Океанские волны, распространяющиеся на относительно равномерно распределенных расстояниях, являются примерами наборов волн (рис.4.9 А).
Наборы волн приходят в океан со многих сторон. Два или более пересекающихся набора волн называются пересекающими моря (рис. 4.9 B). Волны могут пересекать друг друга под разными углами или могут приходить с одного направления, но иметь разные длины волн и периоды. Это явление вызывает интерференцию волн. Конструктивная интерференция возникает, когда встречаются гребни волн от двух разных наборов волн, и амплитуда комбинированных гребней волны равна сумме мешающих наборов волн (рис.4.10 А). Деструктивная интерференция возникает, если вершины одного набора волн и впадины другого набора волн встречаются, и волны нейтрализуют друг друга, так что объединенная волна в этой точке имеет нулевую амплитуду (рис. 4.10 B). Как при конструктивной, так и при деструктивной интерференции волны возвращаются к своей исходной высоте волны после того, как волны прошли друг друга.
На рис. 4.11 показан резервуар пульсации с двумя наборами волн. Светлые полосы представляют гребни волн; темные полосы представляют собой впадины волн.Конструктивная интерференция дает очень яркие пятна на рис. 4.11, указывающие на встречу двух гребней волн. Деструктивный вывод происходит, когда волны нейтрализуют друг друга. На рис. 4.11 это показано уменьшением интенсивности световых полос.
Деятельность
Используйте резервуар пульсации для наблюдения за различными свойствами распространяющихся волн, включая интерференцию, отражение, преломление и дифракцию.
Деятельность
Используйте длинноволновый резервуар для наблюдения за свойствами волновой интерференции.
Буря
Атмосферные возмущения, сопровождающиеся сильным ветром и дождем, громом, молнией или снегом, известны как штормы. Штормовые волны вызваны сильными ветрами, дующими в течение длительного времени в течение длительного времени. В бассейне Северной Атлантики, Карибском море, Мексиканском заливе и бассейне Северо-Восточной части Тихого океана эти волны образуются во время морских штормов, называемых ураганами , . Такие же штормы называются тайфунами и , если они происходят в бассейне северо-западной части Тихого океана, к западу от международной линии перемены дат.Эти штормы называются циклонами и , если они происходят вблизи Австралии и в бассейне Индийского океана. Несмотря на разные названия, штормовые волны формируются одинаково, и все они могут быть разрушительными.
Ураганы, тайфуны и циклоны образуются, когда тепловая энергия, накопленная в поверхностных водах экваториальных океанов, нагревает воздух над ними. Нагретый воздух поднимается вверх, вызывая образование очага низкого давления. Ветры дуют внутрь над океаном, нагреваясь, затем поднимаясь и растекаясь наружу на верхних уровнях, создавая образование облаков, показанное в поперечном сечении на рис.4.14. В центре холодный воздух движется вниз, образуя глаз урагана. В северном полушарии ураганные ветры дуют против часовой стрелки; в южном полушарии они текут по часовой стрелке.
Зрелый ураган характеризуется очень низким атмосферным давлением. Уровень воды в океане повышается вокруг урагана, потому что он толкается к центру шторма низкого давления окружающими областями высокого давления. Этот высокий уровень воды в разгар урагана называется штормовой нагоной, и он может вызвать обширное наводнение, когда ураган пересекает береговую линию, особенно если он перемещается вглубь суши во время прилива.Вызванные ураганом прибойные волны накапливают еще больше воды на берегу, усугубляя разрушение побережья от паводка и ветров.
Во время урагана ветер дует со скоростью более 120 км / час (64 узла / час) на скорости более 300 км. Ураганные ветры могут продолжаться несколько дней. Такое сочетание условий может вызвать сильные разрушительные штормовые волны. В низменных прибрежных районах, таких как Бангладеш, где большинство жилищ находится всего на метр или два над уровнем моря, штормовые волны могут нанести значительный ущерб.Наводнение во время циклона в Бангладеш в 1970 году привело к гибели примерно 300 000 человек, что является самым высоким когда-либо зарегистрированным числом погибших в результате морского шторма. Катастрофический ущерб также был нанесен в низменных районах после урагана Иники на Гавайях в 1992 г. (рис. 4.15 A), урагана Катрина на юго-востоке США в 2005 г. (рис. 4.15 B) и урагана «Сэнди» на северо-востоке США. в 2012 г. (рис. 4.15 C).
Не все разрушительные штормы обладают силой урагана.Более мелкие штормы также могут образовывать разрушительные волны. Штормовые волны начинаются с бурных волн вблизи места шторма, но становятся набухшими по мере удаления от центра шторма. Волны удаляются от центра шторма наборами. По мере распространения волн их длины увеличиваются. Таким образом, чем дальше от суши идет шторм, тем длиннее длина волны в результате высоких волн, которые достигают ближайших берегов. На рис. 4.16 штормовые волны перешли от неорганизованных морей к организованным глубоководным волнам с длительным периодом.
Глубоководные волны превращаются в разбивающиеся мелководные волны, когда они приближаются к берегу и превращаются в прибой (рис. 4.16). Высокий прибой может вытолкнуть на берег большие объемы воды; высокий прибой во время прилива может быть особенно разрушительным, вызывая локальное затопление береговой линии и повреждение прибрежной собственности. Если сильный прибой вызван локальными штормами, сильные дожди могут также затопить низменные прибрежные районы.
Поскольку многие штормы носят сезонный характер, их воздействие на береговую линию часто можно предсказать.Например, когда они прибывают на Гавайи, зимние волны поднимают песок и камни с берега и уносят их в более глубокие воды. Напротив, летом на северных берегах Гавайев волны мягкие и помогают вернуть камни на берег. Противоположное утверждение справедливо для южных берегов Гавайев, где летом обычно бывает более сильное волнение, чем зимой.
морская вода | Плотность, состав, соленость, распределение и факты
Морская вода , вода, из которой состоят океаны и моря, покрывающая более 70 процентов поверхности Земли.Морская вода представляет собой сложную смесь 96,5% воды, 2,5% солей и меньшего количества других веществ, включая растворенные неорганические и органические материалы, твердые частицы и несколько атмосферных газов.
БагамыЧистая вода океана возле пляжа на острове Гранд Багама на Багамах.
© Филип Кобленц — Digital Vision / Getty ImagesМорская вода представляет собой богатый источник различных коммерчески важных химических элементов. Большая часть мирового магния извлекается из морской воды, как и большие количества брома.В некоторых частях мира хлорид натрия (поваренная соль) по-прежнему получают путем испарения морской воды. Кроме того, опресненная морская вода может обеспечить безграничный запас питьевой воды. Многие крупные опреснительные установки были построены в засушливых районах на побережье Среднего Востока и в других местах, чтобы восполнить дефицит пресной воды.
нехватка водыЧлены Сил обороны Новой Зеландии закачивают морскую воду в резервуары на атолле Фунафути для последующего опреснения в попытке уменьшить значительную нехватку пресной воды в Тувалу, 2011 г.
Alastair Grant / APХимические и физические свойства морской воды
Шесть наиболее распространенных ионов морской воды — это хлорид (Cl — ), натрий (Na + ), сульфат (SO 2 4 — ), магний (Mg 2+ ), кальций (Ca 2+ ) и калий (K + ). По весу эти ионы составляют около 99 процентов всех морских солей. Количество этих солей в объеме морской воды варьируется из-за местного добавления или удаления воды (например,г., за счет осаждения и испарения). Содержание соли в морской воде обозначается соленостью ( S ), которая определяется как количество соли в граммах, растворенной в одном килограмме морской воды, и выражается в частях на тысячу. Было замечено, что соленость в открытом океане колеблется от 34 до 37 частей на тысячу (0/00 или ppt), что также может быть выражено как от 34 до 37 практических единиц солености (psu).
Неорганический углерод, бромид, бор, стронций и фторид составляют другие основные растворенные вещества в морской воде.Из многих второстепенных растворенных химических компонентов неорганический фосфор и неорганический азот являются одними из наиболее заметных, поскольку они важны для роста организмов, населяющих океаны и моря. Морская вода также содержит различные растворенные атмосферные газы, в основном азот, кислород, аргон и углекислый газ. Некоторые другие компоненты морской воды представляют собой растворенные органические вещества, такие как углеводы и аминокислоты, и частицы, богатые органическими веществами. Эти материалы происходят в основном в верхних 100 метрах (330 футов) океана, где растворенный неорганический углерод превращается в процессе фотосинтеза в органическое вещество.
Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчасМногие характеристики морской воды соответствуют характеристикам воды в целом из-за их общих химических и физических свойств. Например, молекулярная структура морской воды, как и пресной воды, способствует образованию связей между молекулами. Некоторые отличительные качества морской воды связаны с содержанием в ней соли. Вязкость (т.е. внутреннее сопротивление потоку) морской воды, например, выше, чем у пресной воды, из-за ее более высокой солености.Плотность морской воды также выше по той же причине. Температура замерзания морской воды ниже, чем у чистой воды, а точка кипения выше.
Химический состав
На химический состав морской воды влияют самые разные механизмы химического переноса. Реки добавляют растворенные и твердые химические вещества к окраинам океана. Переносимые ветром частицы переносятся в районы срединного океана за тысячи километров от их континентальных источников. Гидротермальные растворы, которые циркулировали через материалы земной коры под морским дном, добавляют как растворенные, так и твердые вещества в глубину океана.Организмы в верхних слоях океана превращают растворенные вещества в твердые вещества, которые в конечном итоге оседают на больших океанских глубинах. Твердые частицы, попадающие на морское дно, а также материалы как на морском дне, так и внутри него, подвергаются химическому обмену с окружающими растворами. Благодаря этим локальным и региональным механизмам поступления и удаления химикатов каждый элемент в океанах имеет тенденцию демонстрировать пространственные и временные изменения концентрации. Физическое перемешивание в океанах (термохалинная и ветровая циркуляция) способствует гомогенизации химического состава морской воды.Противоположные влияния физического перемешивания и биогеохимических механизмов поступления и удаления приводят к существенному разнообразию химического распределения в океанах.
The United
Конвенция Наций по морскому праву устанавливает
всеобъемлющий режим правопорядка в мире
океаны и моря, устанавливающие правила, регулирующие все виды использования
океаны и их ресурсы.Он закрепляет понятие
что все проблемы океанического пространства вплотную
взаимосвязаны и требуют решения в целом. Конвенция был открыт для подписания 10 декабря 1982 г. в г. Монтего-Бэй, Ямайка. Это стало кульминацией более 14 лет работы с участием более 150 стран, представляющих все регионы мир, все правовые и политические системы и спектр социально-экономического развития.На момент его принятие, Конвенция воплотилась в инструмент традиционных правил использования океанов и одновременно введены новые правовые концепции и режимы и рассмотрели новые проблемы. В Конвенция также заложила основу для дальнейшего развитие конкретных областей морского права. Конвенция вступил в силу в соответствии со статьей 308 16 ноября 1994 г., через 12 месяцев после даты сдаче на хранение шестидесятой ратификационной грамоты или присоединение. Сегодня это всемирно признанный режим. решение всех вопросов, касающихся права море. Конвенция (полный текст) состоит из 320 статей и девяти приложений, регулирующих все аспекты океанического пространства, такие как делимитация, экологический контроль, морские научные исследования, хозяйственная и коммерческая деятельность, передача технологии и разрешение споров, связанных с океан имеет значение.
|
Определение биогеохимических субпровинций Средиземного и Черного морей и синтетических индикаторов океана с использованием мезомасштабных океанографических характеристик
Abstract
Средиземное и Черное моря — это полузамкнутые бассейны, характеризующиеся высокой изменчивостью окружающей среды и растущей антропогенной нагрузкой.Это привело к возрастающей потребности в биорайонировании океанической среды в локальном и региональном масштабах, что может использоваться для управленческих приложений в качестве географического ориентира. Мы стремимся идентифицировать биогеохимические субпровинции в этой области и разработать синтетические индексы ключевой океанографической динамики каждой субпровинции для количественной оценки исходных данных, на основании которых можно будет оценить изменчивость и изменения. Для этого мы собираем набор данных за 101 месяц (2002–2010 гг.) Из множества как «классических» (т.е., температура поверхности моря, поверхностный хлорофилл- a и батиметрия) и «мезомасштабные» (т.е. кинетическая энергия вихрей, показатели Ляпунова конечного размера и поверхностные фронтальные градиенты) особенности океана, которые мы используем для характеристики изменчивости поверхности океана. . Мы используем алгоритм кластеризации k-средних, чтобы объективно определить биогеохимические субпровинции, основанные на классических характеристиках и, впервые, на мезомасштабных характеристиках, а также на сочетании как классических, так и мезомасштабных характеристик. Затем выполняется анализ основных компонентов океанографических переменных для определения интегративных индексов для мониторинга изменений окружающей среды в каждой результирующей субпровинции с ежемесячным разрешением.Используя как классические, так и мезомасштабные особенности, мы находим пять биогеохимических субпровинций Средиземного и Черного морей. Интересно, что использование мезомасштабных переменных в значительной степени способствует разграничению открытого океана. Первая ось анализа главных компонентов объясняется в основном классическими особенностями океана, а вторая ось объясняется мезомасштабными особенностями. Биогеохимические субпровинции, определенные в настоящем исследовании, могут быть полезны в рамках европейской системы управления в качестве объективной географической структуры Средиземного и Черного морей, а разработанные здесь синтетические индикаторы океана могут использоваться для мониторинга изменчивости и долгосрочных изменений.
Образец цитирования: Nieblas A-E, Drushka K, Reygondeau G, Rossi V, Demarcq H, Dubroca L, et al. (2014) Определение биогеохимических субпровинций Средиземного и Черного морей и синтетических индикаторов океана с использованием мезомасштабных океанографических характеристик. PLoS ONE 9 (10): e111251. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0111251
Редактор: Сильвия Маццука, Университет Калабрии, Италия
Поступила: 8 августа 2014 г .; Дата принятия: 26 сентября 2014 г .; Опубликован: 31 октября 2014 г.
Авторские права: © 2014 Nieblas et al.Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.
Доступность данных: Авторы подтверждают, что все данные, лежащие в основе выводов, полностью доступны без ограничений. Мы использовали ежедневный 4-километровый усовершенствованный радиометр с очень высоким разрешением версии 5 SST (1982–2012), доступный по адресу http: // www.nodc.noaa.gov/sog/pathfinder4km/. Данные по Chl были взяты из ежедневного набора данных 4-километрового спектрорадиометра среднего разрешения уровня 3 Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (2002–2010 гг.), Доступного на http://oceancolor.gsfc.nasa.gov/. Мы извлекали еженедельные 1/3 ° (т.е. около 33 км на этих широтах) аномалии уровня моря Ссальто / Дуак и аномалии геострофических скоростей (u, v), рассчитанные и распределенные Aviso (1992–2012) при поддержке Национального центра d. ‘Études Spatiales (http: // www.aviso.oceanobs.com/duacs/). Батиметрия Средиземноморского бассейна была извлечена из базы данных ETOPO1, размещенной на веб-сайте Национального управления океанических и атмосферных исследований, с разрешением около 4 км с использованием функции getNOAA.bathy (пакет marmap, http://cran.r-project.org/).
Финансирование: A. -E. N. была поддержана совместным грантом France Filière Pêche (http://www.francefilierepeche.fr/) и Французского исследовательского института по эксплуатации морей (http: //wwz.ifremer.fr /). VR благодарит за поддержку Ministryio de Ciencia e Innovación (http://www.idi.mineco.gob.es/portal/site/MICINN/) и FEDER (http://www.europe-en-france.gouv.fr/ Configuration-Generale-Pages-secondaires / FEDER) через проект ESCOLA (CTM2012-39025-C02-01). S. B. был поддержан проектом Agence nationale de la recherche SEAS-ERA MERMAID (ANR-12-SEAS-0003) и французским национальным исследовательским проектом INSU-MERMEX. Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.
Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.
Введение
Растущее давление на морскую среду Европы привело к увеличению спроса на комплексные программы оценки и мониторинга [1] — [4]. Средиземное и Черное моря — это экологически и экономически важные полузамкнутые моря, характеризующиеся высокоспецифичными биогеохимическими, океанографическими и экологическими условиями, которые привели к выраженному эндемизму эксплуатируемых морских видов [5] — [7].Средиземное море обычно делится на два бассейна, восточный и западный, каждый из которых имеет определенные гидрологические условия и отмеченные сезонные циклы [8]. Недавно Международная группа экспертов по изменению климата определила Средиземное море как одну из наиболее нарушенных морских экосистем мирового океана, поскольку как глубоководная, так и поверхностная среда демонстрирует значительные изменения в открытом море, прибрежных, бентических и неритических районах [9] — [ 11]. Кроме того, он подвергается возрастающей антропогенной нагрузке, включая загрязнение, перелов и потерю среды обитания из-за развития прибрежных районов [1], [7], [12].
В этом контексте Европейский Союз недавно принял Основы комплексной морской политики для защиты европейских морей; основная цель которой — добиться к 2020 году экологически чистых вод [1] — [4]. Первым шагом к цели здоровых вод и цели данного исследования является определение объективного пространственного разделения в Средиземном и Черном морях, где условия окружающей среды однородны, чтобы действовать в качестве основы для морского зонирования [13], [14] , для экологического менеджмента [15], [16], а также для определения исходных условий, которые затем могут использоваться для эффективного мониторинга изменчивости и изменений.
Морское биорайонирование направлено на выявление уникальных и однородных биогеохимических разделов, очерченных наблюдаемыми границами, такими как фронтальные структуры. Эта дисциплина, недавно пересмотренная в [17], основана на объективных статистических методологиях и применялась в нескольких регионах мирового океана в нескольких различных масштабах [18] — [21]. Однако из-за сложной гидродинамики [22], [23] и важного влияния мезомасштабной активности на биогеохимические процессы [24] — [26] биорайонирование Средиземного и Черного морей остается трудным.
Морское биорайонирование классически выполняется на океанографических объектах, которые считаются репрезентативными для океанографической и биогеохимической структуры региона; например, температура поверхности моря (SST), батиметрия и поверхностный хлорофилл- a (chl) [20], [27], [28]. Однако мезомасштабные процессы также должны быть важны для определения биогеохимических разделов, поскольку они, как известно, влияют на продуктивность океана, включая пространственное распределение и запасы хлорофилла- a [29], [30]; а также циркуляция в бассейновом масштабе и ее мезомасштабная изменчивость, как было показано, имеют решающее значение для определения гидродинамических областей [31].
В предыдущих исследованиях использовался одномерный или многомерный анализ для определения регионов с похожими характеристиками в Средиземном море, включая классические океанографические индикаторы (например, хл [8]; ТПМ, хл, соленость морской поверхности и батиметрию [32]), биофизические данные. индикаторы, такие как насос Экмана, концентрация питательных веществ, глубина эвфотики и стратификация [32]; и эксплуатировали распределение рыб и биоразнообразие [7]. Недавно Средиземное море было разделено на несколько гидродинамических провинций, очерченных многомасштабными океаническими фронтальными структурами, чтобы оценить экологическую связь всего бассейна [31].
В этом исследовании мы выводим объективные биогеохимические субпровинции (sensu [33]) Средиземного и Черного морей на основе многомерного анализа классических океанографических характеристик (SST, chl и батиметрия), мезомасштабных характеристик (кинетическая энергия вихрей (EKE), SST и поверхностные фронты chl, показатели Ляпунова конечного размера (FSLE) и параметр Окубо-Вейсса (OW)), а также сочетание как классических, так и мезомасштабных характеристик. Мы также количественно оцениваем стабильность границ между биогеохимическими субпровинциями во времени и пространстве.Затем извлекаются синтетические океанографические индексы для субпровинций, которые действуют как базовые индикаторы, с использованием анализа главных компонентов (PCA), аналогично многомерным индексам климата океана, недавно разработанным [34]. Наконец, мы исследуем временную изменчивость этих индексов и их взаимосвязь с крупномасштабными климатическими индексами. Биогеохимические субпровинции, определенные в этом исследовании, и временные ряды их синтетических индикаторов могут стать важными инструментами в рамках европейской системы управления для оценки изменчивости и изменений окружающей среды в Средиземном море.
Материалы и методы
Данные
Мы использовали ежедневный 4-километровый дальномер SST усовершенствованного радиометра сверхвысокого разрешения версии 5 (1982–2012), доступный на http://www.nodc.noaa.gov/sog/pathfinder4km/. Данные по Chl были взяты из ежедневного набора данных 4-километрового спектрорадиометра среднего разрешения уровня 3 Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (2002–2010 гг.), Доступного на http://oceancolor.gsfc.nasa.gov/. Мы извлекали еженедельные 1/3 ° (т.е. около 33 км на этих широтах) аномалии уровня моря Ссальто / Дуак и аномалии геострофических скоростей (u, v), рассчитанные и распределенные Aviso (1992–2012) при поддержке Национального центра d. ‘Études Spatiales (http: // www.aviso.oceanobs.com/duacs/). Батиметрия Средиземноморского бассейна была извлечена из базы данных ETOPO1, размещенной на веб-сайте Национального управления океанических и атмосферных исследований, с разрешением ~ 4 км с использованием функции getNOAA.bathy (пакет marmap, http://cran.r-project.org/) ). Для согласованности между переменными был проведен анализ данных за период с мая 2002 г. по ноябрь 2010 г., всего за 101 месяц.
Океанографические индексы
Несколько характеристик были получены путем дальнейшей обработки данных дистанционного зондирования.Фронты SST и chl были рассчитаны градиентным методом с использованием обычного оператора Собеля (например, [35], [36]). Эти непрерывные значения указывают на фронтальную интенсивность между водными массами.
Используя аномалии геострофической скорости, мы рассчитали несколько индикаторов мезомасштабных особенностей океана. Эти данные были использованы для получения рассчитанных в обратном порядке FSLE, которые измеряют горизонтальное перемешивание и дисперсию в океане [37] и помогают обнаружить мезомасштабные лагранжевые когерентные структуры, имеющие экологическое значение (например,г., [38]). FSLE определяются как λ ( x , t, δ 0 , δ f ) = ( 1 / τ ) log (δ 0 / δ f ), где λ ( x , t, δ 0 , δ f ) — это FSLE в позиции x и времени t с начальным разделительным расстоянием от x от δ 0 и окончательным разделительным расстоянием от x δ f . Здесь мы присвоили δ 0 значение 0.04 градуса и δ f равным 0,6 градуса, а временной интервал τ — 200 дней, в соответствии с параметризацией FSLE Центра топографических исследований океана и гидросферы (http: //ctoh.legos.obs -mip.fr/products/submesoscale-filaments/fsle-description), что позволяет нам обнаруживать мезомасштабные структуры размером <100 км, что является подходящим масштабом для этих морей [37]. Аномалии геострофической скорости также использовались для расчета EKE, (u 2 + v 2 ) / 2 , который является индикатором интенсивности вихревой активности.Наконец, мы используем аномалии геострофической скорости для вычисления параметра OW [39], [40], W = s 2 n + s 2 s + ω 2 , где s n и s s — нормальная и сдвигающая составляющие деформации, а ω — относительная завихренность. Этот параметр используется для идентификации областей высокой завихренности (W <0), которые, вероятно, связаны с ядрами мезомасштабных океанских вихрей [41].
Среднемесячные временные ряды (2002–2010 гг.) Были получены для всех переменных (кроме батиметрии) для региона, включая Средиземное и Черное моря (от 30 ° до 47 ° с.ш., от -6 ° до 42 ° в.д.), и пересчитаны на Разрешение 4 км.Мы преобразовали в естественный каротаж фронты хл, хл и батиметрию, чтобы стабилизировать их дисперсию, поскольку их значения могут охватывать несколько порядков величины.
Пространственно-временной многомерный кластерный анализ k-средних
Многомерные массивы были созданы на основе средних значений по времени месячных океанографических индексов (рис. 1) и объединены в «классические» (например, SST, chl и батиметрию), «мезомасштабные» (например, FSLE, OW, EKE и SST. и chl, поверхностные фронты) и «полные» массивы (т.е. все функции).После первоначальных тестов k-среднее ( kmeans , пакет статистики, http://cran.r-project.org/; [42]) было определено как самый надежный алгоритм кластерного анализа для объективной классификации биогеохимических субпровинций. Этот метод разделения, использующий евклидовы расстояния, назначает точки данных k кластерам и минимизирует сумму квадратов между точками данных до центра кластера. С помощью этого алгоритма k должно быть определено априори . Чтобы определить k , мы загружаем (1000 раз) k между 2 и 30.Сумма квадратов между кластерами затем делится на общую сумму квадратов, чтобы найти объясненную сумму квадратов. Определены произвольные пороговые значения 1% и 5% (рисунок S1 в файле S1), которые мы использовали для определения оптимального k для трех многомерных массивов (таблица 1), посредством чего объясненная сумма квадратов для каждого дополнительного k увеличивается менее чем на 1% и 5% соответственно. Затем для каждого массива был проведен анализ K-средних с использованием оптимальных k для обоих пороговых уровней (1%; рисунок S2 в файле S1 и 5%; рисунок 2).Полученные кластеры были определены как биогеохимические субпровинции Средиземного и Черного морей как подразделение средиземноморских провинций, определенных в [33].
Рис. 1. Средние по времени всех океанографических переменных, собранных для Средиземного моря.
Переменные включают: a) естественный логарифмический преобразованный батиметрию, b) температуру поверхности моря (SST), c) естественный логарифмический преобразованный хлорофилл- a (chl), d) показатель Ляпунова конечного размера (FSLE), e) Okubo -Параметр Вейсса (OW), f) кинетическая энергия вихрей (EKE), g) фронтальные градиенты поверхности SST и h) фронтальные градиенты поверхности chl, преобразованные естественным логарифмом.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0111251.g001
Рисунок 2. Биогеохимические субпровинции Средиземного и Черного морей.
Субпровинции для (а) «классических», (б) «мезомасштабных» и (в) «полных» многомерных массивов с использованием 5% -ного порога для объясненной суммы квадратов для определения оптимального количества субпровинций (см. Текст) .
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0111251.g002
Чтобы исследовать пространственную стабильность субпровинций во времени, мы использовали оптимальные значения k , найденные для каждого из трех многомерных массивов для обоих 1 % и 5% пороговых уровней, и выполнили анализ k-средних для каждого из многомерных массивов для каждого месяца набора данных (n = 101 месяц).Затем, на основе адаптации теста эффективности, реализованного в [43], временная стабильность каждой географической ячейки вычисляется как процент времени, в течение которого географическая ячейка рассматривается как граница между двумя кластерами на каждом временном шаге (рисунок 3, Рисунок S3 в файле S1).
Рисунок 3. Пространственная устойчивость границ биогеохимических субпровинций.
Графики устойчивости для (а) классических, (б) мезомасштабных и (в) полных многомерных массивов. Анализ K-средних с использованием k, найденного в результате усредненного по времени анализа (таблица 1), выполняется на многомерных массивах с ежемесячными временными шагами для 101 месяца набора данных и с использованием 5% -ного порога объясненной суммы квадратов. определить оптимальное количество подпровинций (см. текст).Пространственная стабильность представлена как процент времени, в течение которого граница биогеохимических субпровинций обнаруживается в конкретном пикселе за 101 месяц набора данных. Красные цвета обозначают устойчивые границы.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0111251.g003
Разработка синтетических индексов через PCA
Чтобы разработать синтетические индексы океанографических индикаторов для каждой биогеохимической субпровинции, мы извлекли масштабированные и центрированные ежемесячные временные ряды каждой океанографической переменной (кроме батиметрии) для каждого пикселя в каждой биогеохимической субпровинции.Хотя батиметрия важна для определения биогеохимических субпровинций, она не меняется во времени и не была включена в PCA. Сильный сезонный цикл, наблюдаемый во всех временных рядах, был удален перед выполнением PCA, поскольку этот сигнал перекрывает как более низкие, так и более высокие частоты временного ряда (например, [44]). Затем мы выполнили PCA для каждой биогеохимической субпровинции с индивидуальным ежемесячным значением каждой океанографической переменной для каждого пикселя. Мы использовали общее обрезание собственных значений> 1, чтобы сохранить неотвернутые главные компоненты (PC) (Таблица S1).Затем мы взяли среднемесячное значение оставшихся ПК по всем пикселям и использовали их в качестве синтетических индексов для каждой биогеохимической субпровинции.
Наконец, мы исследовали режим временной изменчивости этих синтетических индексов. Спектры были рассчитаны, чтобы показать изменчивость каждого временного ряда. Затем были исследованы запаздывающие корреляции между временными рядами и месячными аномалиями четырех независимых крупномасштабных климатических индексов, которые, как известно, влияют на динамику Средиземного моря [45], [46]: Североатлантическое колебание (САК), Восточно-Атлантический образец (ВА), Схема Восточная Атлантика — Запад России (EAWR) и Скандинавская модель (SCAND).Эти индексы были рассчитаны Национальным управлением океанических и атмосферных исследований / Центром прогнозирования климата.
Результаты
На пороговом уровне 5% мы находим четыре субпровинции для классических океанографических объектов, четыре субпровинции для мезомасштабных объектов и пять субпровинций для полной комбинации признаков (Таблица 1, Рисунок 2). В целом, «классический» массив (то есть определенный с использованием набора классических характеристик) имеет наиболее устойчивые границы во времени и пространстве (рис. 3a), в то время как границы для «мезомасштабного» массива (т.е., определенные с использованием только набора мезомасштабных функций) очень изменчивы (рис. 3b), как и границы «полного» массива (т.е. определены с использованием как классических, так и мезомасштабных функций) (рис. 3c). Это указывает на то, что кажущаяся стабильность, обнаруженная для классической группы, не является репрезентативной для «истинной» изменчивости in-situ в океанической среде. Пороговое значение 5% определяет меньшее количество биогеохимических субпровинций, чем пороговое значение 1% (Таблица 1; Рисунок 2; Рисунок S2 в файле S1), что, помимо более высокой стабильности (Рисунок 3; Рисунок S3 в файле S1), упрощает их мониторинг. в контексте управления.Полный массив при пороге 5% был окончательно определен как наиболее полезный для целей управления, поскольку субпровинции реалистичны и включают как классические, так и мезомасштабные особенности (рис. 2, 3, 4). Мы выполняем PCA для подпровинций, определенных для 5% порога полного массива, чтобы получить синтетические временные ряды (таблица S1, рисунок 5). Первые два ПК сохраняются для полных субпровинций 1-3 (объясняя до 39% и 21% дисперсии для ПК1 и ПК2 соответственно), а первые три ПК сохраняются для полных субпровинций 4-5 (объясняя до 27 %, 20% и 18% дисперсии для ПК1, ПК2 и ПК3 соответственно).Мы находим сильную низкочастотную (межгодовую) энергию для первых двух ПК во всех полных субпровинциях (рис. 6), причем ПК субпровинции 5 особенно отличаются от остальных, особенно ПК2. Мы не находим каких-либо значимых корреляций с крупномасштабными климатическими индексами ни для одного из оставшихся ПК (Таблица S2).
Рис. 4. Графики для скрипки масштабированных значений для каждой океанографической переменной.
Графики скрипки для (а) классических, (б) мезомасштабных и (в) полных многомерных массивов.Цвета указывают на биогеохимические субпровинции. Среднее значение каждой переменной представлено выпуклостью на скрипке, а его изменчивость обозначена хвостами. Здесь положительная батиметрия неглубокая, а отрицательная — глубокая. Переменные сокращения: температура поверхности моря (SST), концентрация хлорофилла- и (chl), показатели Ляпунова конечного размера (FSLE), параметр Окубо-Вейсса (OW), кинетическая энергия вихрей (EKE) и SST. и фронтальные градиенты chl (SSTgrad и chlgrad соответственно).Цветовые полосы представляют субпровинции.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0111251.g004
Рисунок 5. Анализ главных компонентов (PC) для биогеохимических субпровинций Средиземного моря.
(а) биогеохимические субпровинции Средиземного моря, как определено пороговым значением 5% для полного многомерного массива, а также (b – f) графиком стрелок анализа ПК и временными рядами оставшихся ПК для каждой из субпровинций, выводится из среднего значения всех пикселей в субпровинции за каждый месяц набора данных.Стрелки, которые хорошо совпадают с осью, хорошо объясняются этой осью. Чем длиннее стрелка, тем больше она способствует объяснению изменчивости оси. Аббревиатуры переменных показаны на рисунке 4.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0111251.g005
Рисунок 6. Графики спектральной энергии.
Графики спектральной энергии для (a) главного компонента (PC) 1, (b) PC2 и (c) PC3, сохраненных для различных биогеохимических субпровинций, рассчитанных в течение 101 месяца без сезонного сигнала.Пики указаны для всех ПК на межгодовых частотах. Полоса ошибок в нижнем левом углу указывает на 95% уровень значимости.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0111251.g006
Стабильность границ данной биогеохимической субпровинции показывает, является ли субпровинция репрезентативной для местных гидрологических и биогеографических условий, при этом более высокая стабильность дает большее доверие. Мы обнаружили, что стабильность границ биогеохимических субпровинций, определенных 5% -ным порогом (Рисунок 3), была более стабильной с точки зрения времени и пространства, чем таковые для 1% -ного порога (Рисунок S3 в файле S1).Границы биогеохимических субпровинций классического массива очень четко определены и пространственно стабильны во времени (рис. 3а), с наибольшей стабильностью границ, обнаруженных на прибрежных изобатах (рис. 1а). Большая изменчивость границ наблюдается через Сицилийский пролив и в Эгейском море, что соответствует высокой пространственной батиметрической изменчивости. Изменчивость биогеохимических границ субпровинций, наблюдаемая в Ионическом море, по-видимому, соответствует широтному переходу ТПМ (рис. 1b).Границы для мезомасштабного массива чрезвычайно изменчивы (рис. 3b), причем границы значительно смещаются для каждого месяца набора данных. Особенно высокая изменчивость наблюдается в южных частях как восточного, так и западного бассейнов, включая море Альборан, Алжирский бассейн, через Сицилийский пролив и юг Мальты, где мезомасштабная активность особенно высока (рис. 1d, e, f).
Несмотря на эту пространственную изменчивость, мы обнаружили, что субпровинции, полученные из классических и мезомасштабных особенностей, часто группируются одинаковым образом.Например, прибрежная зона Лионского залива, северная часть Адриатического моря, Эгейское море, прибрежная зона залива Габес, побережье возле Суэцкого канала и западная часть Черного моря последовательно сгруппированы во всех трех многомерных массивах (классическая подпровинция 1, мезомасштабная подпровинция 4, полная подпровинция 4; рисунок 2). Эти субпровинции характеризуются мелкой батиметрией, обычно низкими, но изменчивыми ТПМ, а также высокими и переменными значениями хл (рис. 4а, с; таблица 2). Что касается мезомасштабных характеристик, эти субпровинции имеют относительно стабильно высокий FSLE, что указывает на низкое горизонтальное перемешивание, низкий EKE и высокие фронтальные градиенты SST и chl (Рисунок 4b, c; Таблица 2).Акватория Лионского залива и акватория Черного моря также обычно сгруппированы по трем многомерным массивам (классическая субпровинция 4, мезомасштабная субпровинция 2, полная субпровинция 5) и характеризуются глубокой батиметрией, низкими и относительно постоянными ТПМ и высокими значениями хл. (Рисунок 4а, в; таблица 2). Эта субпровинция имеет высокий FSLE, что снова указывает на низкое горизонтальное перемешивание, низкий EKE (Рисунок 4b, c; Таблица 2) и высокие фронтальные градиенты chl для всей субпровинции 5 (Рисунок 4c; Таблица 2). Гибралтарский пролив / Альборанское море сгруппированы в основном по классическим субпровинциям 3 и 4 (рис. 2a, c), но в большей степени характеризуются мезомасштабными особенностями (рис. 1, рис. 4).Большинство южных частей восточного и западного бассейнов сгруппированы вместе (классическая субпровинция 2, мезомасштабная субпровинция 2, полная субпровинция 1) и характеризуются более глубокой батиметрией, более высокими значениями SST, низким уровнем хл и низкой мезомасштабной активностью (Рисунок 4; Таблица 2). Восточная и западная котловины разделены Сицилийским проливом на классические и полные субпровинции (рис. 2a, c) из-за относительно мелкой батиметрии (рис. 4a, c; таблица 2). Мезомасштабная субпровинция 1, по всей видимости, связана с полной субпровинцией 3, которые обе занимают южный бассейн и характеризуются низким FSLE (сильное перемешивание), низким и переменным OW (указывает на вихревые ядра), высоким EKE и низкими фронтальными градиентами SST и chl ( Рисунок 4b; Таблица 2).Этот высокий EKE особенно заметен в субпровинции 3 к югу от Крита в Левантийском море (например, в антициклоническом круговороте Иерапетры), в Алжирском бассейне и в море Альборан (рис. 1f, 2c).
Таблица 2. Средние и стандартные отклонения переменных окружающей среды для каждой биогеохимической субпровинции, определяемые пороговым значением 5% классических, мезомасштабных и полных многомерных массивов за 101 месяц набора данных, включая температуру поверхности моря (SST, ° C ), концентрация хлорофилла- a (хл; мг м -3 ), показатели Ляпунова конечного размера (FSLE; s -1 ), параметр Окубо-Вейсса (OW; s -2 ), вихревой кинетическая энергия (EKE; см 2 с −2 ), а также фронтальные градиенты SST и chl (SSTgrad; ° C км −1 и chlgrad; мг · м −3 км −1 , соответственно) .
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0111251.t002
В целом мы обнаруживаем, что классические переменные для полных субпровинций в первую очередь объясняют первый ПК, а мезомасштабные переменные для полных субпровинций обычно объясняют второй ПК ( Рисунки 5b – f стрелками, левые панели; Таблица 3), при этом полная подпровинция 5 демонстрирует сильно отличающиеся модели для всех ПК, чем другие полные подпровинции. Для каждого ПК переменные, имеющие значение корреляции> 0,5 с конкретным временным рядом ПК, считаются значимыми (обязательно субъективное значение отсечения, относящееся только к этому набору данных; Таблица 3).Мы обнаружили, что первые две оси обычно делятся на классические (chl и SST, а также фронтальные градиенты chl; PC1) и мезомасштабные особенности (обычно FSLE и EKE, и фронтальные градиенты SST для субпровинции 3; PC2) (рис. 5b– d стрелки), в то время как OW не объясняет ни одной оси (таблица 3). Фронтальные градиенты Chl и chl сильно коррелированы (r = 0,92), что объясняет совпадение этой мезомасштабной характеристики с классическими характеристиками на первой оси. FSLE и EKE также сильно отрицательно коррелированы для каждой субпровинции (стрелки на рис. 5b – d).PC1 для подпровинций 1, 2 и 3 значимо коррелированы (p <0,001) с относительно высокими коэффициентами корреляции (p <0,05, r = 0,61 до 0,8; таблица S2), что указывает на то, что их классические черты различаются одинаково. PC2 для субпровинций 1 и 2 также значимо коррелированы (p <0,05, r = 0,58; Таблица S2).
Таблица 3. Корреляционная матрица первых четырех основных компонентов (PC), проанализированная для полного многомерного массива, определенного пороговым значением 5%, включая температуру поверхности моря (SST), концентрацию хлорофилла- и (chl), вихревую кинетику. энергии (EKE), показателей Ляпунова конечных размеров (FSLE), параметра Окубо-Вейсса (OW) и фронтальных градиентов SST и chl (SSTgrad и chlgrad, соответственно).
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0111251.t003
Три оси сохранены для подпровинций 4 и 5, поскольку собственные значения для их PC3 были> 1 (рис. 5e, f). Классические и мезомасштабные признаки не так четко разделены сохраненными осями для подпровинций 4 и 5, как для первых трех подпровинций. Первая ось для субпровинции 4 в первую очередь объясняется фронтальными градиентами chl и chl, а вторая ось объясняется FSLE и EKE, аналогично субпровинции 1–3, но третья ось в основном объясняется SST (Таблица 3).Подпровинция 5 еще больше отличается, поскольку первая и вторая оси объясняются сочетанием классических и мезомасштабных характеристик: PC1 в основном объясняется фронтальными градиентами chl, chl и EKE, PC2 объясняется фронтальными градиентами SST и SST, а PC3 объясняется пользователя FSLE.
Временные ряды ПК представляют синтетические индексы океанографической динамики для каждой полной субпровинции (рис. 5b – f, правые панели). После удаления доминирующего сезонного цикла спектры мощности показывают, что низкочастотная (межгодовая) изменчивость доминирует над PC1 для всех субпровинций (рис. 6a), а также над PC2 для всех субпровинций, кроме субпровинции 5 (рис. 6b).Субпровинция 5 имеет отличительные спектральные характеристики, без высокочастотного пика для ПК1 (рис. 6а) и без снижения энергии на высоких частотах для ПК2. Вместо этого PC2 имеет сильный пик в период 8 месяцев (рис. 6b). Субпровинция 5 также имеет сильный низкочастотный сигнал для ПК3, но не обнаружено значимых сигналов для ПК3 подпровинции 4 (рис. 6с).
Мы обнаруживаем шесть из 48 значимых корреляций между сохраненными ПК и крупномасштабными климатическими индексами (r = от -0,2 до 0,27 с p-значением <0.05). Однако это могло быть связано с многократным тестированием временных рядов. Поскольку корреляции были низкими, мы не корректировали p-значения для множественных испытаний и считаем, что нет никаких серьезных связей между осями PCA и климатическими индексами. Также учитывались запаздывающие корреляции между PC и климатическими индексами, но более сильные связи не выявили (Таблица S2).
Обсуждение
Наши результаты синтетически характеризуют гидродинамику Средиземного и Черного морей, сложных и изменчивых океанических систем, функционирующих во многих временных и пространственных масштабах [47].Мезомасштабные особенности Средиземноморья являются важным источником изменчивости [48], и мы находим, что они являются важным компонентом, который необходимо включить в это биорайонирование. Действительно, упущение мезомасштабных особенностей и их временная изменчивость в таком пространственном анализе вводит в заблуждение, как уже было предложено в [20], который продвигал использование динамических биогеохимических субпровинций вместо их статических эквивалентов. Классические особенности здесь стабильны и четко отражают биогеохимию субпровинции, которую они описывают.Хотя мезомасштабные особенности сильно изменчивы, они позволяют нам еще больше различать дополнительные области. Это особенно полезно в открытом океане, который кажется однородным при рассмотрении только классических переменных.
В целом, биогеохимические субпровинции, определенные для полного набора переменных (рис. 3c), можно разделить на четыре широкие категории, которые относительно хорошо сравниваются с предыдущими исследованиями. Подпровинции 1 и 2 представляют собой районы открытого океана южной котловины. Эти две субпровинции сильно коррелированы с точки зрения их PC1 и PC2 (таблица S2), что указывает на то, что как их классические, так и мезомасштабные особенности различаются одинаково и, по-видимому, различаются в основном по своей батиметрии.Субпровинция 3 представляет регионы с особенно высокой мезомасштабной активностью. Это явно относится к морю Альборан, Алжирскому бассейну, Сицилийскому проливу и круговоротам Иерапетры, Родоса и Мерса-Матруха, что подтверждается другими исследованиями (например, [8], [22], [37], [ 47], [49], [50]). Мезомасштабная активность также особенно высока для фенологических регионов в море Альборан и Сицилийского пролива, обнаруженных [8], который определил семь регионов на основе спутникового цвета океана. Они не обнаружили видимого рисунка цветения в этих регионах, что совпадает в основном с полной субпровинцией 3 (характеризующейся высокой вариабельностью chl; Таблица 2).Субпровинция 4 представляет собой прибрежные районы как с узкими, так и с широкими континентальными шельфами. Наконец, субпровинция 5 представляет океанические круговороты на высоких широтах, включая Круговорот Льва, хотя Южно-Адриатический круговорот [50] не включен в эту подпровинцию, как можно было ожидать. Горячие точки биоразнообразия, выявленные [7] с использованием распределений эксплуатируемых рыб, также демонстрируют хорошее пространственное соответствие с нашими субпровинциями. Они подчеркивают важность западных средиземноморских шельфов, моря Альборан, Адриатического моря и Левантийского бассейна, которые совпадают с нашими прибрежными субпровинциями с высокой мезомасштабной активностью.Эти субпровинции характеризуются высоким и сильно изменчивым показателем первичной продуктивности хл [51], что может быть связано с высокой экологической продуктивностью и биоразнообразием здесь [52]. Прибрежные районы и крупные океанические круговороты, обнаруженные в этом исследовании, согласуются с подразделениями, найденными в [31] с использованием только динамических критериев, например, схем адвекции и дисперсии из-за поверхностных течений. Это предполагает, что горизонтальная циркуляция потенциально объясняет значительную часть распределения океанических индикаторов, таких как ТПМ и хл, в масштабе бассейна.Мезомасштабная изменчивость океанической циркуляции также контролирует их более мелкомасштабные модели (через формирование фронтальных градиентов SST и chl) и, таким образом, отвечает за более низкую стабильность границ в регионах, где мезомасштабные особенности особенно распространены.
Синтетические индексы, разработанные в этом исследовании с помощью PCA, показывают временную изменчивость в сезонных и межгодовых временных масштабах. Сезонный сигнал океанографических условий в Средиземном море, который является доминирующим сигналом для всех ПК, обычно связан с изменениями потоков тепла и импульса, которые также меняются в сезонных временных масштабах, обусловленных синоптическими погодными условиями [53].Однако межгодовая изменчивость, как было показано, сильна для ПК 1 и 2, часто бывает более сложной и загадочной. Наша попытка объяснить межгодовой сигнал, который мы обнаружили на ПК 1 и 2, не показала четкой связи с крупномасштабными климатическими индексами, которые предположительно представляют собой внешнее атмосферное воздействие на бассейн [45], [46]. Хотя возможно, что наши индексы недостаточно длинные (101 месяц), чтобы выявить какую-либо связь с низкочастотными сигналами, другие потенциальные факторы могут помочь объяснить обнаруженную нами межгодовую изменчивость.К ним относятся внутренняя нелинейная динамика океана (например, нестабильные мезомасштабные вихревые поля), которые изменяют свойства и движения воды, регион и время глубоководного образования, экстремальные явления и долгосрочную изменчивость атмосферного воздействия (например, ветры, солнечная радиация , осадки), которые влияют как на поверхностную, так и на подповерхностную циркуляцию, или межгодовые изменения притока Гибралтара [50].
Определенные здесь океанографические переменные были включены, чтобы уловить как можно больше изменчивости и динамики океана; однако наш анализ показал, что некоторые переменные могут быть избыточными.Как уже отмечалось, фронтальные градиенты chl и chl имеют высокую положительную корреляцию (r = 0,92) и почти всегда выровнены с одной и той же осью (графики стрелок на рис. 5b – d, таблица S1, таблица 3). Для PC2 FSLE и EKE также могут быть избыточными, поскольку они последовательно выровнены с одной и той же осью для субпровинций 1–4 и имеют значительную отрицательную корреляцию (r = -0,53, p <0,001). Это согласуется с компактным соотношением (степенным законом), обнаруженным между FSLE и EKE в глобальном океане [54], хотя оно кажется менее устойчивым в Средиземном море [55].OW, по-видимому, не является полезной переменной для включения в это биорайонирование, поскольку она не вносит значительного вклада в объяснение какой-либо оси (Таблица 3). Это может быть связано с тем, что OW связано с EKE и FSLE [55] и может быть избыточным в этом анализе. Кроме того, он может существовать при более низком пространственном разрешении, чем обнаруженное пороговым уровнем 5%. При пороговом уровне 1% кажется, что OW может играть более важную роль в биорайонировании (рисунок S2b, c в файле S1). Наконец, сами фронтальные структуры указывают на границы между двумя разными водными массами [56] и между макро- или мезопровинциями [33], что делает эти переменные потенциально избыточными для анализа разделения.Однако это не очевидно a priori , поскольку явно существует сложная взаимосвязь между фронтами chl и chl, о чем свидетельствует их высокая корреляция. Мы обнаружили, что вклад фронтов SST и chl не является сильным или постоянным в Средиземном или Черном морях.
В этом исследовании мы охарактеризуем биогеографические условия Средиземного моря простым и синтетическим подходом. Мы разрабатываем объективные биогеохимические субпровинции, которые согласуются с пространственными характеристиками, сделанными в предыдущих исследованиях, и специально адаптированы для использования в качестве географических ориентиров в контексте управления.Наши результаты подчеркивают важность мезомасштабных характеристик для определения дальнейших регионов в кажущемся однородным открытом океане. Мы предполагаем, что эти субпровинции могут иметь отношение к определению пелагических местообитаний для морских охраняемых территорий, которые являются динамичными, но достаточно предсказуемыми, чтобы иметь важное значение для скоплений пищи и размножения [57]. Кроме того, разработанные здесь синтетические индексы представляют собой исходный уровень, на основе которого можно оценить изменчивость и будущие изменения важных классических и мезомасштабных характеристик.Понимание фундаментальных океанических процессов в этих сильно пострадавших водоемах имеет важное значение для климатических исследований, смягчения антропогенного воздействия и управления морскими ресурсами.
Благодарности
Мы хотели бы поблагодарить NASA, NOAA и AVISO за бесплатные данные дистанционного зондирования. Мы также хотели бы поблагодарить Франческо д’Овидио за его опыт и код FSLE и Джорджио Караманну за его помощь в улучшении рукописи.
Дополнительная информация
Файл S1.
Вспомогательные рисунки и таблицы. Рисунок S1 в файле S1: Коробчатые диаграммы загруженной (1000 раз) суммы квадратов между кластерами, деленной на общую сумму квадратов (т. Е. Ось Y представляет пропорцию объясненной суммы квадратов) для k между 2 и 30 для анализов k-средних, выполненных на (а) «классических», (б) «мезомасштабных» и (в) «полных» многомерных массивах. Чтобы определить наиболее подходящий k для каждого многомерного массива, мы определяем пороги, при которых объясненная сумма квадратов для каждого дополнительного k увеличивается менее чем на 5% (красная линия) или менее чем на 1% (синяя линия).Таблица S1 в файле S1: собственные значения каждой оси для «полного» многомерного массива для биогеохимических субпровинций, определенных пороговым значением 5%. Чтобы определить, какие главные компоненты (PC) оставить, мы использовали общее обрезание собственных значений ≥1. Рисунок S2 в файле S1: Биогеохимические субпровинции Средиземного моря для (а) «классических», (б) «мезомасштабных» и (в) «полных» многомерных массивов с использованием порога в 1% для объясненной суммы квадратов для определения оптимальное количество субпровинций (см. текст).Рисунок S3 в файле S1: Пространственная стабильность границ биогеохимических субпровинций для (а) классических, (б) мезомасштабных и (в) полных многомерных массивов. Анализ K-средних с использованием k , найденных в усредненных по времени анализах (таблица 1), выполняется на многомерных массивах с ежемесячными временными шагами для 101 месяца набора данных и с использованием порога в 1% для объясненной суммы. квадратов для определения оптимального количества субпровинций (см. текст). Пространственная стабильность представлена как процент времени, в течение которого граница биогеохимических субпровинций обнаруживается в конкретном пикселе за 101 месяц набора данных.Красные цвета обозначают устойчивые границы. Таблица S2 в файле S1: Коэффициенты корреляции между оставшимися главными компонентами (PC) для каждой из полных биогеохимических субпровинций и месячными аномалиями крупномасштабных климатических индексов: Североатлантическое колебание (САК), Восточноатлантическая модель (EA), модель Восточная Атлантика — Запад России (EAWR) и скандинавская модель (SCAND). Включены только корреляции выше 95% уровня значимости. Таблица S3 в файле S1: Коэффициенты корреляции между оставшимися основными компонентами (PC) для каждой из полных биогеохимических субпровинций.Уровни значимости представлены как p <0,001 ‘***’, p <0,05 ‘*’, не значимо ‘’.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0111251.s001
(DOC)
Вклад авторов
Задумал и спроектировал эксперименты: AEN SB LD. Проведены эксперименты: AEN SB. Проанализированы данные: AEN SB KD GR. Предоставленные реагенты / материалы / инструменты анализа: HD. Написал статью: AEN KD GR VR HD LD SB.
Ссылки
- 1. Durrieu de Madron X, Guieu C, Sempéré R, Conan P, Cossa D и др.(2011) Реакция морских экосистем на климатические и антропогенные воздействия в Средиземном море. Prog Oceanogr 91: 97–166
- 2. Fraschetti S (2012) Составление карт морской среды: достижения, актуальность и ограничения в экологических исследованиях и сохранении и управлении морской средой. Биол Мар Медитер 19: 79–83.
- 3. Микели Ф., Левин Н., Гиакуми С., Кацаневакис С., Абдулла А. и др. (2013) Определение приоритетов для регионального природоохранного планирования в Средиземном море.PLoS One 8: e59038
- 4. Портман М.Э., Нотарбартоло-ди-Скиара Г., Агарди Т., Кацаневакис С., Поссингем Х.П. и др. (2013) Тот, кто колеблется, потерян: почему сохранение Средиземного моря необходимо и возможно именно сейчас. Политика Mar 42: 270–279
- 5. Абдулла А., Гомей М., Хиренбах Д., Нотарбартоло-ди-Скиара Г., Агарди Т. (2009) Проблемы, с которыми сталкивается сеть репрезентативных морских охраняемых территорий в Средиземном море: приоритетность защиты недостаточно представленных местообитаний.ICES J Mar Sci 66: 22–28.
- 6. Bianchi CN (2007) Вопросы биоразнообразия предстоящих тропиков Средиземного моря. Hydrobiologia 580: 7–21.
- 7. Колл М., Пиродди С., Стинбек Дж., Кашнер К., Ласрам ФБР и др. (2010) Биоразнообразие Средиземного моря: оценки, закономерности и угрозы. PLoS One 5: e11842
- 8. d’Ortenzio F, Ribera d’Alcalà M (2009) О трофических режимах Средиземного моря: спутниковый анализ.Биогеонауки 6: 139–148
- 9. Парри М.Л., Канциани О., Палутикоф Дж., Ван дер Линден П., Хансон С. (2007) Изменение климата 2007: воздействия, адаптация и уязвимость: вклад Рабочей группы II в четвертый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата. Кембридж: Издательство Кембриджского университета. 982 с.
- 10. Пачаури Р.К., Райзенгер А. (2007) Изменение климата, 2007 г. Обобщающий отчет: Вклад рабочих групп I, II и III в четвертый оценочный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата.Женева: Межправительственная группа экспертов по изменению климата.
- 11. Lejeusne C, Chevaldonne P, Pergent-Martini C, Boudouresque CF, Perez T (2012) Влияние изменения климата на миниатюрный океан: очень разнообразное, сильно пострадавшее Средиземное море. Тенденции Ecol Evol 25: 250–260
- 12. Халперн Б.С., Уолбридж С., Селкое К.А., Каппель С.В., Мичели Ф. и др. (2008) Глобальная карта воздействия человека на морские экосистемы. Наука 319: 948–952.
- 13. Spalding MD, Fox HE, Allen GR, Davidson N, Ferdaña ZA, et al.(2007) Морские экорегионы мира: биорегионализация прибрежных и шельфовых районов. BioScience 57: 573–583
- 14. Райс Дж., Герде К.М., Ардрон Дж., Арико С., Крессвелл И. и др. (2011) Политическая значимость биогеографической классификации для сохранения морского биоразнообразия и управления им за пределами национальной юрисдикции, а также биогеографическая классификация GOODS. Управление побережья океана 54: 110–122.
- 15. Gabrié C, Lagabrielle E, Bissery C, Crochelet E, Meola B и др.. (2012) Статус морских охраняемых территорий в Средиземном море. MedPAN и RAC / SPA. 256 с. Доступно: http://www.medpan.org/documents/10180/0/The+Status+of+the+Marine+Protected+Areas+in+the+Med Mediterranean+Sea+2012/069bb5c4-ce3f-4046-82cf- f72dbae29328. По состоянию на 7 октября 2014 г.
- 16. Колл М., Кьюри П., Аззурро Э., Бариче М., Баядас Г. и др. (2013) Научная стратегия, необходимая для продвижения регионального экосистемного подхода к рыболовству в Средиземном и Черном морях.Rev Fish Biol Fish 23: 415–434.
- 17. Виеррос М., Бьянки Дж., Скьолдал Х.Р. (2008) Экосистемный подход конвенции о биологическом разнообразии. В: Bianchi G, Skjoldal, редакторы. Экосистемный подход к рыболовству. С. 39–46.
- 18. Эдгар Дж. Дж., Моверли Дж., Барретт Н. С., Питерс Д., Рид С. (1997). Связанные с сохранением преимущества систематической программы отбора морских биологических проб: биорайонирование тасманийских рифов в качестве примера. Биол Консерв 79: 227–240.
- 19. Грант С., Констебль А., Раймонд Б., Дуст С. (2006) Биорайонирование Южного океана: отчет семинара экспертов (Хобарт, сентябрь 2006 г.). Сидней: WWF Австралии и ACE CRC. 44 с. Доступно: http://awsassets.wwf.org.au/downloads/mo007_bioregionalisation_of_the_south_ocean_8sep06.pdf. По состоянию на 7 октября 2014 г.
- 20. Reygondeau G, Longhurst A, Martinez E, Beaugrand G, Antoine D, et al. (2013) Динамические биогеохимические провинции в Мировом океане.Глобальные биогеохимические циклы 27: 1046–1058.
- 21. Кавано М.Т., Хейлз Б., Сарасено М., Шпиц Ю.Х., Уайт А.Е. и др. (2014) Иерархические и динамические морские пейзажи: количественная основа для масштабирования пелагической биогеохимии и экологии. Prog Oceanogr 120: 291–304.
- 22. Millot C, Taupier-Letage I (2005) Циркуляция в Средиземном море. В: Салиот А., редактор Средиземного моря, Справочник по химии окружающей среды. Берлин-Гейдельберг: Springer, стр. 29–66.
- 23. Giakoumi S, Sini M, Gerovasileiou V, Mazor T., Beher J, et al. (2013) Экорегиональное природоохранное планирование в Средиземноморье: работа с крупномасштабной неоднородностью. PLoS One 8: e76449
- 24. Millot C (1991) Мезомасштабные и сезонные колебания циркуляции в западном Средиземноморье. Dyn Atmospheres Oceans 15: 179–214
- 25. Millot C (1999) Циркуляция в западной части Средиземного моря. J Mar Syst 20: 423–442
- 26.Робинсон А.Р., Маланотте-Риццоли П., Хехт А., Мичелато А., Ротер В. и др. (1992) Общая циркуляция Восточного Средиземноморья. Earth-Science Reviews 32: 285–309
- 27. Шерман К., Александр Л. М. (1989) Урожайность биомассы и география крупных морских экосистем. Боулдер: Westview Press. 493 с.
- 28. Шерман К., Сиссенвайн М., Кристенсен В., Дуда А., Хемпель Дж. (2005) Глобальное движение к экосистемному подходу к управлению морскими ресурсами: политика и социо-экономика экосистемного управления морскими ресурсами.Mar Ecol Prog Ser 300: 275–279.
- 29. Lehahn Y, d’Ovidio F, Levy M, Heifetz E (2007) Возбуждение весеннего цветения в северо-восточной Атлантике: лагранжевый анализ, основанный на данных с нескольких спутников. J Geophys Res 112: C08005
- 30. Росси В., Лопес С., Судре Дж., Эрнандес-Гарсия Е., Гаркон В. (2008) Сравнительное исследование смешения и биологической активности систем апвеллинга Бенгела и Канарских островов. Geophys Res Lett 35: L11602
- 31. Росси В., Сер-Джакоми Э., Лопес С., Эрнандес-Гарсия Э. (2014) Гидродинамические регионы и океанические связи с помощью транспортной сети помогают проектировать морские заповедники.Geophys Res Lett 41: 2883–2891
- 32. Reygondeau G, Olivier Irisson J, Guieu C, Gasparini S, Ayata S и др. Апрель (2013 г.) К динамическому биогеохимическому разделению Средиземного моря в контексте глобального изменения климата. Тезисы докладов конференции Генеральной Ассамблеи EGU 15: 10011 Доступно: http://scholar.google.fr/scholar?q=Toward+a+dynamic+biogeochemical+division+of+the+Med Mediterranean+Sea+in+a+context+of+ global + Climate + change & btnG = & hl = en & as_sdt = 0% 2C5 По состоянию на 7 октября 2014 г..
- 33. Longhurst AR (2010) Экологическая география моря. Сан-Диего: Academic Press. 560 с.
- 34. Sydeman WJ, Thompson SA, Garcia-Reyes M, Kahru M, Peterson WT, et al. (2014) Многомерные индикаторы климата океана (MOCI) для центрального Калифорнийского течения: изменение окружающей среды, 1990-2010 гг. Prog Oceanogr 120: 352–369.
- 35. Кэнни Дж. (1986) Вычислительный подход к обнаружению краев. IEEE Trans Pattern Anal Mach Intell 6: 67–698.
- 36. Nieto K, Demarcq H, McClatchie S (2012) Мезомасштабные фронтальные структуры в системе Canary Upwelling: новые алгоритмы обнаружения фронта и волокон, применяемые к пространственным и временным моделям. Среда удаленного контроля 123: 339–346.
- 37. d’Ovidio F, Fernández V, Hernández-García E, López C (2004) Смешивание структур в Средиземном море из показателей Ляпунова конечного размера. Geophys Res Lett 31: L17203
- 38. Тью-Кай Э., Росси В., Судре Дж., Веймерскирх Х., Лопес С. и др.(2010) Высшие морские хищники отслеживают лагранжевые когерентные структуры. Proc Natl Acad Sci U S A 106: 8245–8250
- 39. Окубо А. (1970) Горизонтальная дисперсия плавающих частиц вблизи сингулярностей скорости, таких как конвергенции. Deep Sea Res Part 1 Oceanogr Res Pap 17: 445–454
- 40. Вайс Дж. (1991) Динамика переноса энстрофии в двумерной гидродинамике. Physica D 48: 273–294
- 41. Хенсон С.А., Томас А.С. (2008) Перепись океанических антициклонических водоворотов в заливе Аляска.Deep Sea Res Part 1 Oceanogr Res Pap 55: 163–176
- 42. Хартиган Дж. А., Вонг М. А. (1979) Алгоритм AS 136: алгоритм кластеризации k-средних. J R Stat Soc Ser C Appl Stat 28: 100–108.
- 43. Оливер М.Дж., Гленн С., Кохут Д.Т., Ирвин А.Дж., Скофилд О.М. и др. (2004) Биоинформатические подходы для объективного обнаружения водных масс на континентальных шельфах. Журнал J. Geogphys Res 109: C07S04
- 44. Beaugrand G, Ibanez F (2004) Мониторинг экосистем морского планктона.II: Долгосрочные изменения каланоидных веслоногих рачков в Северном море в связи с гидроклиматической изменчивостью. Mar Ecol Prog Ser 284: 35–47.
- 45. Джози С.А., Сомот С., Цимплис М. (2011) Влияние атмосферных режимов изменчивости на поверхностный теплообмен Средиземного моря. Журнал J. Geophys Res 116: C02032
- 46. Пападопулос В.П., Джози С.А., Барцокас А., Сомот С., Руис С. и др. (2012) Крупномасштабная атмосферная циркуляция, способствующая формированию глубинных и промежуточных вод в Средиземном море.J Clim 25: 6079–6091
- 47. Фернандес В., Дитрих Д.Е., Хейни Р.Л., Тинторе Дж. (2005) Мезомасштабная, сезонная и межгодовая изменчивость в Средиземном море с использованием численной модели океана. Prog Oceanogr 66: 321–340.
- 48. Larnicol G, Ayoub N, Le Traon PY (2002) Основные изменения в изменчивости уровня Средиземного моря за 7 лет данных TOPEX / Poseidon и ERS-1/2. J Mar Syst 33: 63–89.
- 49. Маланотт-Риццоли П., Манка Б. Б., д’Алькала М. Р., Теохарис А., Бергамаско А. и др.(1997) Синтез гидрографии, циркуляции и путей водных масс Ионического моря во время фазы I. POEM. Prog Oceanogr 39: 153–204.
- 50. Пинарди Н., Мазетти Э. (2000) Изменчивость крупномасштабной общей циркуляции Средиземного моря по наблюдениям и моделированию: обзор. Palaeogeogr Palaeoclimatol Palaeoecol 158: 153–173.
- 51. Longhurst AR, Sathyendranath S, Platt T, Caverhill C (1995) Оценка глобальной первичной продукции в океане по данным спутникового радиометра.J Plankton Res 17: 1245–1271.
- 52. Чейз Дж. М., Лейбольд М. А. (2002) Пространственный масштаб определяет взаимосвязь между продуктивностью и биоразнообразием. Природа 416: 427–430.
- 53. Заватарелли М., Меллор Г.Л. (1995) Численное исследование циркуляции Средиземного моря. J Phys Oceanogr 25: 1384–1414.
- 54. Эрнандес-Карраско I, Лопес С., Эрнандес-Гарсия Э., Туриэль А. (2012) Сезонная и региональная характеристика горизонтального перемешивания в глобальном океане.Журнал J. Geophys Res 117: C10007
- 55. d’Ovidio F, Isern-Fontanet J, López C, Hernández-García E, García-Ladona E (2009) Сравнение эйлеровой диагностики и показателей Ляпунова конечного размера, рассчитанных на основе альтиметрии в Алжирском бассейне. Deep Sea Res Part 1 Oceanogr Res Pap 56: 15–31.
- 56. Cayula JF, Cornillon P (1992) Алгоритм обнаружения краев для изображений SST. J Atmos Oceanic Tech 9: 67–80.
- 57. Хиренбах К.Д., Форни К.А., Дейтон П.К. (2000) Морские охраняемые районы и управление океанскими бассейнами.Aquatic Conserv 10: 437–458.
Почему океан соленый?
Вся вода, даже дождевая вода, содержит растворенные химические вещества, которые ученые называют
«соли». Но не вся вода имеет соленый вкус. Вода пресная или соленая в зависимости от
индивидуального суждения, и при принятии этого решения человек больше убеждается своим чувством
вкус, чем при лабораторных испытаниях. Это вкусовые рецепторы, которые принимают одну воду и отвергают
Другой.
Простой эксперимент иллюстрирует это.Наполните три стакана водой из
Смеситель для кухни. Выпейте из одного, и он будет свежим, хотя некоторые растворенные соли
естественно присутствует. Добавьте ко второй щепотку поваренной соли, и вода станет свежей.
или слегка соленый, в зависимости от личного вкуса и количества удерживаемой соли
в крайнем случае.» Но добавьте в третью чайную ложку соли и ваши вкусовые рецепторы
яростно протестуют, что эта вода слишком соленая для питья; в этом стакане воды около
такое же содержание соли, как в стакане морской воды.
Очевидно, что океан, в отличие от воды, которую мы используем ежедневно, содержит недопустимые количества
растворенных химикатов; он слишком солен для употребления в пищу.
НАСКОЛЬКО СОЛЕНЫЙ ОКЕАН?
Однако насколько солен океан, не поддается обычному пониманию. Некоторые ученые оценивают
что океаны содержат до 50 квадриллионов тонн (50 миллионов миллиардов тонн)
растворенные твердые вещества.
Если бы соль в море могла быть удалена и равномерно распределена по поверхности земли он образовал бы слой толщиной более 500 футов, высотой примерно с 40-этажный офис строительство.Соленость океана более понятна по сравнению с солью. содержание пресноводного озера. Например, когда 1 кубический фут морской воды испаряется дает около 2,2 фунта соли, но 1 кубический фут пресной воды из озера Мичиган содержит только одну сотую (0,01) фунта соли или около одной шестой унции. Таким образом, морская вода в 220 раз соленее, чем пресная озерная. Что возбуждает любопытство ученого не столько в том, почему океан соленый, сколько в том, почему он не такой свежий, как реки и ручьи, впадающие в него.Далее, каково происхождение моря и его «соли»? И как можно объяснить удивительно однородный химический состав океанской воды? состав? На эти и связанные с ними вопросы ученые ищут ответы с полной осведомленностью. мало что известно об океанах.
Источники солей в океане.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ МОРЯ
В популярном языке «океан» и «море» используются как синонимы.
Сегодняшние моря — это северная и южная части Тихого океана, Северная и Южная Атлантика, Индийское и Арктическое море.
Океаны и воды или моря Антарктики.
Ученые считают, что морям около 500 миллионов лет, потому что животные, которые
живые тогда встречаются как окаменелости в породах, которые когда-то находились под древними морями. Есть несколько
теории о происхождении морей, но ни одна теория не объясняет все аспекты этого
головоломка. Многие исследователи Земли согласны с гипотезой о том, что как атмосфера, так и
океаны накапливались постепенно в течение геологического времени в результате некоторого процесса
«дегазация» недр Земли. Согласно этой теории, у океана была своя
происходит из-за длительного выхода водяного пара и других газов из расплавленных вулканических пород.
скалы Земли к облакам, окружающим остывающую Землю.После поверхности Земли
остыла до температуры ниже точки кипения воды, пошел дождь и
продолжал падать веками. Когда вода стекала в большие впадины в
На поверхности Земли возник первозданный океан. Силы тяжести помешали
вода, уходящая с планеты.
ИСТОЧНИКИ СОЛЕЙ
Морская вода была определена как слабый раствор почти для всего. Океанская вода действительно
сложный раствор минеральных солей и разложившихся биологических веществ, образующийся в результате
бурлящая жизнь в морях.Большая часть солей океана была получена в результате постепенных процессов.
такое разрушение остывших магматических пород земной коры в результате выветривания и
эрозия, изнашивание гор и растворяющее действие дождей и ручьев
которые вывозили свои минеральные воды в море. Некоторые из солей океана были
растворяется в камнях и осадках под его полом. Другие источники солей включают
твердые и газообразные материалы, которые вышли из земной коры через вулканические жерла или
которые возникли в атмосфере.
ЕСЛИ ПРЕСНЯЯ ВОДА УТЕЧКАЕТ В МОРЕ, ПОЧЕМУ МОР ЕЩЕ НЕ СТОИТ?
СОЛЕНЬКИЙ?
Реки Миссисипи, Амазонка и Юкон впадают соответственно в Мексиканский залив,
Атлантический океан и Тихий океан — все они соленые. Почему океаны не такие
свежи, как реки, впадающие в них Потому что соленость океана — это
результат нескольких природных воздействий и процессов, соляная нагрузка входящих потоков
океан — лишь один из этих факторов.
В начале первобытные моря должны были быть лишь слегка солеными. Но с тех пор, как первые дожди обрушились на молодую Землю, сотни миллионов лет назад и бежал по земле, разбивая камни и транспортируя их минералы в морей, океан стал соленее. Считается, что реки и ручьи протекают только из США сбрасывают 225 миллионов тонн растворенных твердых частиц и 513 миллионов тонн взвешенных наносов ежегодно в море.Недавние расчеты показывают урожайность растворенные твердые вещества из других массивов суши, которые варьируются от примерно 6 тонн на квадратную милю для Австралия составляет около 120 тонн на квадратную милю для Европы. По всему миру реки несут около 4 миллиардов тонн растворенных солей в океан ежегодно. О том же самом тоннаж соли из океанской воды, вероятно, откладывается в виде осадка в океане. дно, и, таким образом, годовая прибыль может компенсировать годовые убытки. Другими словами, океаны сегодня вероятно, имеют сбалансированное количество соли на входе и выходе.
Прошлые накопления растворенных и взвешенных веществ в море не объясняют полностью, почему океан соленый. Соли концентрируются в море, потому что Солнце тепло перегоняет или испаряет почти чистую воду с поверхности моря и оставляет соли сзади. Этот процесс является частью постоянного обмена водой между Землей. и атмосфера, которая называется гидрологическим циклом . Водяной пар поднимается из поверхность океана и ветрами уносится к суше.Когда пар сталкивается с более холодным массы воздуха, он конденсируется (превращается из газа в жидкость) и падает на Землю в виде дождя. В дождь стекает в ручьи, которые, в свою очередь, переносят воду в океан. Испарение из земля и океан снова заставляют воду возвращаться в атмосферу в виде пара и цикл начинается заново. Таким образом, океан не такой пресный, как речная, из-за огромной накопление солей за счет испарения и вклад солей-сырцов из земли.В Фактически, после первых дождей моря стали более солеными.
МОРСКАЯ ВОДА НЕ ПРОСТА
Ученые изучали воду океана более века, но до сих пор не делают этого.
иметь полное представление о его химическом составе. Отчасти это связано с отсутствием
точных методов и процедур измерения компонентов в морской воде. Несколько из
проблемы, с которыми сталкиваются ученые, проистекают из огромных размеров океанов, которые покрывают
около 70 процентов поверхности Земли, а сложная химическая система, присущая
морская среда, в которой составляющие морской воды смешивались на протяжении длительных периодов времени
времени.В морской воде было идентифицировано не менее 72 химических элементов, большинство из них — в морской воде.
крайне небольшие суммы. Вероятно, все природные элементы Земли существуют в
море. Элементы могут объединяться по-разному и образовывать нерастворимые продукты (или осаждает ).
которые опускаются на дно океана. Но даже эти осадки подвержены химическому воздействию.
изменения из-за вышележащих морских вод, которые продолжают оказывать влияние на окружающую среду.
влияние.
СОЛЕННОСТЬ И ЕЕ ИЗМЕНЧИВОСТЬ
Океанографы сообщают о солености , (общее содержание солей) и концентрации
отдельные химические компоненты морской воды — хлорид, натрий или магний для
пример — в частях на тысячу , для чего используется условное обозначение о / оо .Что
То есть, соленость 35 o / oo означает 35 фунтов соли на 1000 фунтов морской воды.
Точно так же концентрация натрия 10 o / oo означает 10 фунтов натрия на 1000 фунтов
вода.
Соленость океанской воды варьируется. На него влияют такие факторы, как таяние льда, приток речной воды, испарение, дождь, снегопад, ветер, движение волн и океанские течения которые вызывают горизонтальное и вертикальное перемешивание соленой воды.
САМАЯ СОЛЕНАЯ ВОДА
Самая соленая вода (40 o / oo) находится в Красном море и Персидском заливе, где скорость
испарение очень велико.Из основных океанов Северная Атлантика — самый соленый; это
соленость в среднем составляет около 37,9 o / oo. В Северной Атлантике самая соленая часть — это
Саргассово море, площадью около 2 миллионов квадратных миль, расположенное примерно в 2000 милях к западу от
Канарские острова. Саргассово море отделено от открытого океана плавающим коричневым
водоросли «саргассум», от которых море получило свое название. Соленость этого моря
частично из-за высокой температуры воды (до 83 F), вызывающей высокую скорость
испарение и отчасти удаленность от суши; потому что это так далеко от земли, это
не получает притока пресной воды.
Низкая соленость встречается в полярных морях, где соленая вода разбавляется таянием льда и продолжались осадки. Частично не имеющие выхода к морю моря или прибрежные заливы, которые получают значительные сток от осадков, выпадающих на сушу, также может иметь низкую засоленность. Балтийское море соленость колеблется от 5 до 15 o / oo. Соленость Черного моря менее 20 о / оо. Вода в заливе Пьюджет-Саунд в Такоме, штат Вашингтон, по содержанию соли колеблется от 21 до около 27 o / oo.Эта территория осушается несколькими пресноводными ручьями, которые сбрасывают в среднем около 4,1 миллиарда галлонов воды в день в Пьюджет-Саунд. Соленость моря вода в прибрежных районах Соединенных Штатов меняется в зависимости от месяца год, а также географическое положение. Например, соленость воды океана от Майами-Бич, штат Флорида, колеблется от примерно 34,8 o / oo в октябре до 36,4 o / oo в мае и Июнь, хотя по диагонали страны, у побережья Астории, штат Орегон, соленость морской воды колеблется от 0.3 o / oo в апреле и мае до 2,6 o / oo в октябре. Вода прочь Побережье Майами-Бич отличается высоким содержанием соли, потому что это неразбавленная морская вода. Выключенный у побережья Астории, однако, морская вода менее соленая, потому что она смешана с пресная вода могучей Колумбии.
Иногда речная вода уносится далеко от берега, прежде чем смешается с морской водой. Это показано данными, собранными в ходе исследования реки Колумбия, которая в среднем за год доставляет в океан достаточно воды, чтобы покрыть площадь в 1 миллион акров на глубину 197 ноги.Используя радиоактивный индикатор, ученые из Университета штата Орегон проследили вода в реке от устья возле Астории до точки к юго-западу от залива Кус, 217 миль далеко.
Содержание соли в открытых океанах, свободных от влияния суши, редко бывает ниже 33 о / оо и редко более 38 о / оо. Во всем мире соленость морской воды в среднем около 35 o / oo. Эта средняя соленость была получена Уильямом Диттмаром в 1884 г. химический анализ 77 проб морской воды, собранных во многих частях мира во время научная экспедиция британского корвета Х.РС. Челленджер. Челленджер экспедиция, организованная британским правительством по предложению Королевского общества, намеревался изучить биологию моря, изучить химические и физические свойства воды, пробы отложений на дне океана и измерение температуры воды. Путешествие началось в 1872 году и закончилось почти через 4 года, пройдя 68 890 морских миль. Этот экспедиция остается на сегодняшний день самым продолжительным непрерывным научным исследованием океана. бассейны.77 образцов Диттмара по-прежнему являются единственным в мире набором образцов морской воды для которые доступны полные данные (по каждой основной составляющей) о химическом составе. Более свежие данные, отражающие улучшения в методах анализа и отбора проб, показывают незначительные отклонения от результатов Диттмара, но эти изменения не влияют на общую полезность его работы. Средний состав 77 образцов показан на следующая таблица.
Соленость воды в открытом море не зафиксирована на уровне 35 o / oo даже в отдаленных районах. с суши; эта цифра всего лишь средняя.Во всем мире максимальная соленость составляет 36 o / oo встречается примерно на 20-й и 20-й широтах. Средняя соленость морской воды — 35 °. o / oo, происходит на экваторе. Минимальная соленость 31 o / oo примерно соответствует 60 северной широты, тогда как самая низкая соленость 33 o / oo в Южном полушарии наблюдается на 60 южной широты. На экваторе, где соленость составляет 35 o / oo, разбавление морской воды на дождь компенсируется потерей воды за счет испарения. Но в широтах, граничащих с На экваторе преобладает противоположное состояние — испарение превышает количество осадков из-за высокого температура плюс усиление ветра ускоряют потери от испарения.
КАК МОРСКАЯ ЖИЗНЬ ВЛИЯЕТ НА СОСТАВ МОРСКОЙ ВОДЫ
Поскольку океаны получают большую часть воды из рек, соотношения (как
отличить от общего количества) различных химических компонентов должно быть примерно
одинаково для обоих независимо от общего содержания соли. Но это не так. Сравнения
Данные Диттмара о воде океана со средними концентрациями солей в речных водах
мир показан в предыдущей таблице (выше).
Очевидно, что морская вода и речная вода сильно отличаются друг от друга.
прочее:
(1) Натрий и хлорид (компоненты поваренной соли) составляют немного больше
более 85 процентов растворенных твердых веществ в океанской воде и придают воде ее
характерный соленый вкус, но они составляют менее 16 процентов от содержания соли
речная вода.
(2) Реки приносят в море больше кальция, чем хлорида, но тем не менее океаны содержат примерно в 46 раз больше хлорида, чем кальций.
(3) Кремнезем является важным компонентом речной воды, но не морской воды.
(4) Кальций и бикарбонат составляют почти 50 процентов растворенных твердых веществ в речная вода, тем не менее, составляет менее 2 процентов растворенных твердых веществ в океанской воде. Эти вариации кажутся противоречащими тому, чего можно было ожидать.
Частично это объясняется той ролью, которую играет морская жизнь — животные и растения — в состав океанской воды. Морская вода — это не просто раствор солей и растворенных газов. не подвержен влиянию живых организмов в море.Моллюски (устрицы, моллюски и мидии, для пример) добывают кальций из моря, чтобы построить свои раковины и скелеты. Фораминиферы (очень мелкие одноклеточные морские животные) и ракообразных (например, крабы, креветки, лобстеры и ракушки) также потребляют большое количество солей кальция для создания своих тела. Коралловые рифы, распространенные в теплых тропических морях, состоят в основном из известняка (кальций карбонат) сформировался за миллионы лет из скелетов миллиардов мелких кораллов. и другие морские животные. Планктон (крошечные плавающие животные и растения) также оказывает контроль за составом морской воды. Диатомовые водоросли , члены планктона сообщества, требуют кремнезема для формирования своих раковин, и они сильно потребляют кремнезем океана для этого.
Некоторые морские организмы концентрируют или выделяют химические элементы, присутствующие в таких незначительные количества в морской воде, которые практически невозможно обнаружить: омары концентрируют медь и кобальт; улитки выделяют свинец; трепан извлекает ванадий; и губки и некоторые водоросли выводят из моря йод.
Морская жизнь оказывает сильное влияние на состав морской воды. Однако некоторые элементы в морской воде не подвержены явному влиянию растений или животных. Например, ни один известный биологический процесс не удаляет элемент натрия из моря.
Помимо биологического воздействия, факторы растворимости и физико-химические Скорость реакции также помогает объяснить состав морской воды. Растворимость компонент может ограничивать его концентрацию в морской воде.Избыток кальция (больше кальция, чем вода может удерживаться) может выпадать в осадок из воды и осаждаться на морском дне в виде карбонат кальция. Предположительно в результате физико-химических реакций плохо Понятно, что металлический марганец встречается в виде конкреций во многих местах на дне океана. Точно так же фосфорит (фосфоритная порода) находится в больших количествах на морском дне. у южной Калифорнии и в меньших количествах в некоторых других местах.
БЛИЖАЙШИЕ СООТНОШЕНИЯ ОСНОВНЫХ СОСТАВОВ
Хотя состав морской воды отличается от речной воды, пропорции
основные составляющие морской воды почти постоянны во всем мире.Диттмара 77
образцы не показали существенных глобальных различий в относительном составе, а его средний
Сегодня концентрации используются для обозначения соотношений основных компонентов морской воды.
Анализы, которые Диттмар проводил в течение 9 лет, также показали, что хлорид,
натрий, магний, сульфат, кальций и калий составляют 99 процентов растворенных
твердые вещества в морской воде. Выводы Дитмара можно выразить иначе: хотя
соленость или общее содержание соли может варьироваться от места к месту, соотношение любого из основных
составляющая морской воды (например, хлорид) по отношению к общему содержанию почти постоянна.Однако соотношение менее распространенных элементов (алюминия, меди, олова и висмута) для
пример) к общему содержанию солей непостоянны, равно как и содержание растворенных газов, таких как
кислород, углекислый газ и азот. Но установление близкого постоянства
соотношение основных компонентов морской воды важно, потому что это позволяет ученым
измерить один главный элемент, а затем с помощью проекции соотношений и поправки на
температура и давление, чтобы вычислить другие компоненты в воде, тем самым
определение его солености.
РЕЗЮМЕ
Океан соленый из-за постепенной концентрации растворенных химических веществ, вымываемых из
земная кора и смыта в море. Твердые и газовые выбросы вулканов,
взвешенные частицы, унесенные в океан с суши береговыми ветрами, и материалы
растворенные из отложений, отложившихся на дне океана, также внесли свой вклад. Соленость
увеличивается из-за испарения или замерзания морского льда и уменьшается в результате
дождь, сток или таяние льда.Средняя соленость морской воды 35 o / oo, но
концентрации до 40 o / oo наблюдаются в Красном море и Персидском заливе.
В прибрежных водах, в полярных морях и у побережья соленость значительно ниже средней.
устья крупных рек.
Морская вода не только намного соленее речной, но и отличается соотношение различных солей. Натрий и хлорид составляют 85 процентов растворенные твердые вещества в морской воде и объясняют характерный соленый вкус.Определенный составляющие морской воды, такие как кальций, магний, бикарбонат и диоксид кремния, частично являются извлечены из раствора биологическими организмами, химическим осаждением или физико-химические реакции. В открытой воде химический состав морской воды почти постоянный. Благодаря стабильному соотношению основных компонентов к общему количеству соли содержание, определение одного из основных компонентов может быть использовано для расчета морской воды соленость. Состав второстепенных компонентов и растворенных газов варьируется и поэтому соотношения не могут использоваться для расчета циркуляции и перемешивания соли, плотности и океанские течения, действие ветра, температура воды, растворимость и биохимические реакции некоторые из факторов, объясняющих, почему состав воды в открытом море почти постоянно с места на место.
Эта информация взята из публикации, представляющей общий интерес («Почему океан Соленый? »Герберт Свенсон), подготовленный Геологической службой США для предоставления информация о науках о Земле, природных ресурсах и окружающей среде.
Периодическая таблица элементов в океане
Периодическая таблица элементов в океане (PTEO) была вдохновлена статьей «Новый взгляд на распределение элементов в северной части Тихого океана», написанной Ёсиюки Нодзаки, и онлайновой периодической таблицей Веб-элементы, разработанные Марком Винтером.Нодзаки обобщил распределение элементов в океане, заключив графики вертикальных профилей в формат периодической таблицы. Страница веб-элементов продемонстрировала, как концепция Нодзаки может быть значительно расширена.
PTEO обеспечивает среднюю концентрацию, время пребывания в океане и, если возможно, профиль для каждого элемента в Атлантическом и Тихом океанах. Средние концентрации каждого элемента поступают в основном из Нодзаки, за некоторыми исключениями, отмеченными в PTEO. Каждая концентрация переведена в моляльные (моль / кг) или молярные (моль / л) единицы.Эти значения, по сути, взаимозаменяемы и отличаются только плотностью морской воды, которая составляет около 1,02 кг / л. Химическое определение состава происходит в первую очередь из обзора следов металлов в морской воде, проведенного Bruland (1983), и обзора состава металлов, проведенного Byrne et al. (1988). Нет недавних компиляций времен пребывания элементов в морской воде, поэтому источник для каждого времени пребывания объяснен на странице для каждого элемента. Также доступна сводная таблица средних концентраций элементов и времени пребывания.Профили не всегда дают представление об изменчивости элементов в океане и о влиянии, которое эта изменчивость может оказать на биогеохимические процессы. Где возможно, на страницы были добавлены разделы о химическом распределении в океане или записи о временной изменчивости. Многие из этих дополнительных графиков были подготовлены с помощью программы Ocean Data View, написанной Райнером Шлитцером. Ocean Data View оказался чрезвычайно полезным инструментом для визуализации этой химической изменчивости.
Автором содержания Периодической таблицы элементов в океане является Кеннет Джонсон. Брэдли Джонсон создал базовую структуру сети PTEO, используя Java Script и HTML. Холли Джонсон проводила библиотечные исследования и была помощником редактора.
Артикул:
Bruland, K., 1983. Микроэлементы в морской воде, в химической океанографии, 2-е издание, т. 8, изд. Райли, Дж. П., и Честер, Р., стр. 147–220, Academic, Лондон.
Бирн, Р. Х., Камп, Л. Р.и Кантрелл К. Дж., 1988. Влияние температуры и pH на состав следов металлов в морской воде. Mar. Chem. 2: 163-181
Связанные
комментариев? Пожалуйста, напишите на [email protected]
6 Ответов естественной береговой линии на повышение уровня моря | Повышение уровня моря у побережья Калифорнии, Орегона и Вашингтона: прошлое, настоящее и будущее
В последнее время деятельность человека стала мощным фактором для устьевых водно-болотных угодий. Закон 1850 года о болотах и разливных землях передал право собственности на все болота и разливы, включая эстуарные болота, подобные тем, которые находятся в дельте Сакраменто-Сан-Хоакин, от федерального правительства к штатам.К 1871 году большая часть «болот» Калифорнии находилась в частной собственности, и большая часть их была преобразована для других целей (The Bay Institute, 1998). В водоразделе Пьюджет-Саунд, где проживает примерно 70 процентов населения штата Вашингтон, утрата исторических прибрежных экосистем в результате развития была значительной (см. «Пример из Пьюджет-Саунда» ниже).
Процессы, определяющие будущие изменения в эстуариях
Основными физическими факторами, влияющими на развитие и выживание прибрежных болот, являются мелкозернистый режим наносов, приливные условия, конфигурация побережья и история местного уровня моря (French and Reed, 2001).Также могут иметь значение изменения высоты почвы (Cahoon et al., 2002). Если скорость уплотнения превышает вертикальное увеличение, виды растений, доминирующие в любой конкретной экосистеме приливных болот, могут перестать функционировать физиологически (Kirwan and Murray, 2007). Реакция равнин и болот на повышение уровня моря зависит от баланса между погружением, эрозионными силами и отложениями и опосредуется климатическими влияниями на биотические процессы (Reed, 1995). Форма поперечного профиля приливных отмелей в южной части залива Сан-Франциско, важный фактор, определяющий их роль в затухании волн, зависит от отложений наносов, диапазона приливов, длины выноса, размера зерен отложений и ширины приливных отмелей (Bearman et al., 2010).
Устойчивость приливных отмелей к эрозии волнами и приливами в значительной степени зависит от биоты. Widdows et al. (2004) подсчитали, что до 50 процентов накопления наносов на приливной равнине в устье Вестершельде (Нидерланды) было вызвано биостабилизацией. Временная шкала, в которой различные биотические факторы влияют на стабильность приливной равнины, была концептуализирована Widdows и Brinsley (2002), которые определили долгосрочные изменения, связанные с присутствием устойчивой биоты, и краткосрочные циклические изменения в балансе между микрофитобентосом и дестабилизаторами отложений, такими как как роющие моллюски.В нескольких исследованиях изучалось взаимодействие биотических агентов с морфологией приливной зоны, хотя есть некоторые свидетельства того, что инвазивные виды могут иметь драматические последствия (например, Hosack et al., 2006, исследования в заливе Уиллапа) и что биотические агенты могут играть ключевую роль в затухание волн в эстуариях (Lacy and Wyllie-Echeverria, 2011; см. также «Пример Пьюджет-Саунд» ниже).
Перераспределение наносов внутри и между приливными отмелями и болотами сильно зависит от растительности, которая улавливает отложения, а также от штормовых нагонов и волн (e.г., Рид и др., 2009; Уильямс, 2010). Штормовые нагоны могут вносить наносы в болота и перераспределять отложения по мере того, как части болота размываются, что приводит к значительному нарастанию наносов и геоморфическим изменениям (Cahoon, 2006). Общее количество отложений в прибрежных болотах зависит от преобладающих метеорологических и гидрографических условий, а также от количества и силы штормовых явлений (Bartholdy, 2001). Источник штормовых наносов, отложившихся на болотах, редко бывает ясным (например,g., Burkett et al., 2007), а эрозию или отложения, связанные с отдельными штормами, трудно наблюдать напрямую или делать выводы из спутниковых изображений. Подробные геоморфологические исследования, проводимые до и после штормов, необходимы для выяснения того, как эти системы связаны между собой во время экстремальных явлений.
На западном побережье США роль штормов в осаждении болот определяется осадками и местными стоками. В водоразделе Слау Элкхорн в Калифорнии соотношение между эстуарными болотами и прилегающими возвышенностями варьируется в зависимости от изменяющегося характера поступлений в водосбор (Byrd and Kelly, 2006).Вдоль побережья эти поступления зависят от размера водосбора и стока (рис. 6.18), а также от чувствительности доставки наносов к изменениям земного покрова, вызванным антропогенными и климатическими факторами, включая изменения штормов. Короткие и крутые водосборные бассейны, которые обычно встречаются на побережье Орегона, вероятно, более чувствительны к изменениям в прибрежных штормовых осадках. На сток наносов из рек, не ограниченных прибрежным хребтом (например, рек Сакраменто и Колумбия), влияет более широкий набор климатических факторов.