Оценка воздействия на мелководную арктическую экосистему на основе имитационного моделирования и лабораторного эксперимента

моделирования и лабораторного эксперимента

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................................... 3

Глава 1. ТЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ

ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ВОДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ..................................................................... 6

1.1. Базовые понятия оценочных исследований......................................................... 6

1.2. Основные аспекты изучения водных экосистем, их эмерджентных свойств и

системных эффектов.................................................................................................................. 11

1.3. Основы системного моделирования.................................................................... 15

1.4. Формулировка проблемы исследования и основной задачи в рамках научной

проблемы…................................................................................................................................. 20

Глава 2. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ВОДНУЮ АРКТИЧЕСКУЮ

ЭКОСИСТЕМУ........................................................................................................................... 25

2.1. Место эксперимента в науке.................................................................................. 25

2.2. Методика проведения серии лабораторных экспериментов............................... 27

2.3. Обоснование выбора модели водной экосистемы................................................ 35

2.4. Разработка сценария моделирования в AQUATOX............................................. 37

Глава 3. ИНФОРМАЦИОННАЯ БАЗА КЛЮЧЕВОГО РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ

48

3.1. Основные черты природной среды Кольского залива......................................... 48

3.2. Экосистема Кольского залива................................................................................ 53

3.3. Техногенные загрязнители..................................................................................... 56

Глава 4. РАЗРАБОТКА ПОДХОДА К ОЦЕНКЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ВОДНУЮ

ЭКОСИСТЕМУ НА ОСНОВЕ ЛАБОРАТОРНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И

ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ............................................................................ 59

4.1 Результаты лабораторных экспериментов............................................................. 59

4.2 Результаты моделирования...................................................................................... 66

4.3 Оценка воздействия на ключевой объект исследования на основе разработанного

подхода........................................................................................................................................ 70

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................................... 72

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ....................................................... 75



2

ВВЕДЕНИЕ


Актуальность исследования

• последнее время научное сообщество все больше уделяет внимания динамике и функционированию морских экосистем полярных регионов, где они являются наименее изученными и наиболее уязвимыми. Это происходит на фоне глобального потепления и постоянно увеличивающейся антропогенной нагрузки. Действительно, в настоящее время освоение прибрежной зоны по всему миру отличается невероятными темпами: происходит разрастание городов на берегу морей, идет интенсивное развитие судоходства, появляется все больше рекреационных зон, куда массово стекаются туристы, увеличиваются объемы вылова биоресурсов, разрабатываются новые месторождения нефти и газа, которыми богата шельфовая зона. Но вместе с этим, происходят существенные изменения в морских экосистемах (в частности, в прибрежных), и в будущем это может выразиться в негативных системных эффектах и вызвать необратимые последствия. Кроме этого, всё более усиливается интерес к функционированию арктических экосистем в связи с исследованиями по влиянию глобального потепления на окружающую среду северных регионов.

Актуальность темы и решаемой научной проблемы обусловлена также важностью выявленного еще в конце XIX века роста приземной температуры воздуха в Арктике примерно в два раза быстрее, чем в среднем по Земному шару. Это явление известно, как Арктическое усиление (АУ). Подобное ускорение глобальных температурных изменений присуще также и Антарктике, однако там в нынешних условиях оно проявляется сравнительно слабо. АУ является результатом одновременного проявления климатических обратных связей, обусловленных взаимодействием атмосферы, суши, океана и морского льда, а также меридиональным обменом энергией (обменом теплом и влагой) между низкими и высокими широтами. Прямое следствие современного АУ – быстрое сокращение площади морского льда в Арктике, что открывает новые экономические возможности, связанные с интенсификацией навигации по Северному морскому пути и добычей полезных ископаемых на арктическом шельфе. Несмотря на значительные успехи в понимании механизмов АУ, достигнутые в последнее десятилетие, сочетание этих механизмов с изменениями экологических факторов, определяющих скорости массообмена

• водных экосистемах и трансформацию экологических функций изучено слабо и остается во многом неопределённым.

Актуальность исследования подтверждается также необходимостью совершенствования системы диагностического и прогностического мониторинга водных

объектов для получения количественных показателей