Экологические и гидрологические особенности потоков талой воды в Антарктике и Арктике: сравнительный анализ биоразнообразия

В летний период на окраинах Антарктиды формируются многочисленные потоки талой воды, протяженность которых варьируется от нескольких до десятков километров. Часть этих водотоков дренирует ледниковые щиты и направляется к морю, тогда как другие устремляются вглубь континента, пополняя внутриматериковые озера. В районе пролива Мак-Мердо на юге острова Виктория (78° ю.ш., 165° в.д.) гидрологический режим ручьев отличается исключительно высокой изменчивостью, обусловленной суточной, сезонной и межгодовой динамикой. Сток обычно активизируется в середине ноября или начале декабря, сохраняясь до января, однако его продолжительность и интенсивность существенно различаются по годам; к концу января – началу февраля водотоки полностью перемерзают. Наиболее мелкие ручьи демонстрируют особую чувствительность к колебаниям расхода, который может меняться в двухсоткратном диапазоне в зависимости от экспозиции питающего ледника по отношению к солнечному излучению. Так, для ручья Вангамата, берущего начало на леднике Содружества, зафиксированы значения от 0,006 м³/с в тени до 0,1 м³/с под прямыми солнечными лучами (Винсент и Говард-Уильямс, 1986).

Резкие изменения стока сопровождаются значительными флуктуациями температуры воды и концентрации растворенных биогенных элементов. Температура воды остается неизменно низкой, однако подвержена как межсуточным колебаниям (например, от 3,0 до 5,5°C), так и внутрисуточным сдвигам (от 0°C в 14:00 до 18:00). Содержание взвешенных веществ, как правило, демонстрирует положительную корреляцию с расходом воды, тогда как уровень растворенных нитратов и растворимого реактивного фосфора достигает максимума в начальный период стока, после чего закономерно снижается (Винсент и Говард-Уильямс, 1986). В озерах Южной Георгии выявлены более высокие концентрации фосфора в водоемах, расположенных вблизи побережья, что объясняется поступлением экскрементов морских позвоночных — пингвинов, буревестников и тюленей, а также несколько более продолжительным гидропериодом. Обогащение биогенными элементами положительно коррелирует с повышенной численностью беспозвоночных (Hansson et al., 1996). Дополнительным источником питательных веществ служат колонии птиц, в частности пингвинов Адели и поморников, что подтверждено исследованиями в ручье залива Хоуп на Антарктическом полуострове (Pizarro et al., 1996).

Эпилитное сообщество скальных субстратов в реках района Мак-Мердо-Саунд организовано значительно проще по сравнению с водотоками умеренного пояса. Основу фитоценозов составляют нитчатые сине-зеленые водоросли (цианобактерии), среди которых доминируют представители родов Nostoc, Phormidium и Oscillatoria, однако присутствуют также бактерии, грибы и микрогербоядные организмы — простейшие, коловратки, тихоходки и нематоды. Крупные травоядные, такие как водные насекомые и ракообразные, в этом регионе Антарктиды полностью отсутствуют, хотя в прибрежных мхах отмечены три вида коллембол и три вида клещей (Винсент и Говард-Уильямс, 1986). В ручье Хоуп-Бей эпилитные водорослевые сообщества формируют ковры или нити из зеленой водоросли Prasiola crispa, при этом широко распространены и другие формы, включая цианобактерию Leptolyngbya fragilis, а также несколько хризофитов — Hydrurus foetidus, Chrysococcus cf. rufescens и Phaeogloea mucosa. Отмечена четкая пространственная дифференциация: хризофиты более обильны в приустьевой зоне, тогда как P. crispa тяготеет к верховьям ручья. В отличие от водотоков пролива Мак-Мердо, в этом ручье зарегистрировано 57 таксонов водорослей (Pizarro et al., 1996), что указывает на локальное повышение видового богатства.

Фауна насекомых Антарктиды крайне обеднена и представлена всего двумя аборигенными видами, оба из которых относятся к семейству хирономид (Chironomidae). Их распространение ограничено морским антарктическим регионом, охватывающим западное побережье Антарктического полуострова, а также Южные Оркнейские, Южные Шетландские и Южные Сандвичевы острова (Конвей и Блок, 1996). Belgica antarctica (подсемейство Orthocladiinae) является эндемиком этой зоны; её личинки круглогодично обитают во мхах, травах, водорослях, животных остатках и почвах, обогащенных органикой вблизи лежбищ тюленей и птичьих базаров (Peckham, 1971). Кроме того, личинки B. antarctica встречаются в зарослях Phormidium в летних ручьях талой воды (Richard et al., 1994). Имаго этого вида обладают редуцированными крыльями, что является адаптацией к суровым ветровым условиям. Второй вид — Parochlus steinenii (подсемейство Podonominae) — напротив, имеет полноценные крылья, а его личинки ведут преимущественно водный образ жизни, населяя донные отложения ручьев и озер, хотя их иногда обнаруживают и во влажных моховых подушках (Wirth and Gressitt, 1967). Данный вид отличается более широким распространением, встречаясь также в высокогорьях Анд и на Огненной Земле. Существует и третий вид — Eretmoptera murphyi (Orthocladiinae), который считается эндемиком Южной Георгии (Субантарктика) и был случайно интродуцирован на Южные Оркнейские острова в 1967 году с почвенным грунтом (Edwards, 1980). E. murphyi также относится к наземным брахиптерным формам, личинки которого заселяют нарушенные торфяники и почвы, ассоциированные с прибрежными лишайниками и мхами (Конвей и Блок, 1996).

Потоки талой воды характерны и для Арктики, однако уровень видового разнообразия беспозвоночных здесь значительно выше. Например, в североамериканском секторе Арктики насчитывается около 1650 видов насекомых (как наземных, так и водных), что резко контрастирует с антарктической фауной (Danks, 1990). Данное различие, вероятно, обусловлено относительно более мягким климатом, поскольку большая часть арктической территории Северной Америки по климатическим условиям соответствует островам Южного океана, Фолклендским островам и Огненной Земле (Convey and Block, 1996). В качестве примера можно привести исследование трех притоков в Гольцовое озеро на острове Корнуоллис (74°43' с.ш., 94°59' з.д.), проведенное Стокером и Хайнсом (1976). Данные водотоки классифицируются как эпизодические, поскольку, несмотря на ежегодное формирование в июне за счет снеготаяния, их точное местоположение нестабильно и смещается в пределах местного гравийного бассейна из-за схода снежных лавин, камнепадов и слякоти. Температура воды в этих ручьях держится около 1°C, достигая максимума лишь 4°C на участках с очень тонким слоем стока вблизи озера.

Зообентос арктических водотоков представлен преимущественно хирономидами, среди которых в верховьях доминирует род Diamesa, а ниже по течению — Orthocladiinae из родов Diplocladius, Orthocladius, Limnophyes и Metriocnemus. Кроме того, в пробах присутствуют клещи (Acari), типулиды (Tipulidae), три вида энхитреидных червей (Enchytraeidae), три вида остракод (Ostracoda), нематоды, коллемболы (Collembola) и две веслоногие рачки — Cyclops magnus и Attheyella nordenskioldii. Фитоперифитон включает диатомовые водоросли (12 видов), скопления цианобактерии Gloeotrichia, а также нитчатые зеленые водоросли Zygnema и цианобактерию Lyngbya. Таким образом, сравнительный анализ антарктических и арктических потоков талой воды выявляет фундаментальные различия в структурной сложности сообществ, обусловленные как климатическими факторами, так и историей колонизации и изоляции этих высокоширотных экосистем. Полученные данные подчеркивают необходимость дальнейшего мониторинга гидрологических и биотических параметров для прогнозирования реакций полярных водотоков на глобальное потепление и связанные с ним изменения в режиме таяния ледников.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Д. Дадли Уильямс, Блауштейн Л. и С.С. Шварц, Кили Дж.Э. и П.Х. Зедлер, Аматали М.А., Боуэн Р.

Источник: Биология временных водоемов

Данные публикации будут полезны студентам, изучающим биологические и экологические науки, начинающим исследователям в области экологии пресноводных водоемов и зоологии беспозвоночных, а также специалистам по охране природы и всем, кто интересуется глобальной сравнительной экологией сообществ временных водных сред обитания.