Экология экосистем природных зон. Полярные экосистемы

Введение
Изучение природных ресурсов Арктики и Антарктики представляют собой актуальный вопрос современности, связанный не только с природоохранной деятельностью и проблемами эффективного природопользования, но и с глобальными экологическими проблемами современности – климатической, ресурсной, проблемой пресной воды, сохранения биологического разнообразия и пр.
В частности, Антарктида является резервом полезных ископаемых планеты в силу своего расположения и климатических условий, которые в значительной мере затрудняют их добычу. Аналогичная ситуация складывается и Арктике, поскольку климатические условия в данных регионах схожи.
Тем не менее, в настоящее время Российская Федерация приступает к осуществлению нового этапа в освоении природных ресурсов Антарктического региона.
Освоение природных ресурсов Арктики сдерживается рядом объективных причин, которые носят инвестиционный и экономический характер. Однако освоение природных богатств Арктического региона является только вопросом времени, поскольку связана не только с топливно-энергетическим кризисом, но и с проблемой исчерпаемых природных ресурсом. В ближайшее время Арктика может претендовать и на роль важного транспортного и промышленного региона планеты.
Целью работы является изучение особенностей полярных экосистем и проблем, которые связаны с антропогенной деятельностью в данном регионе.
1. Местоположение экосистемы
Арктические или полярные экосистемы представляют собой наземные экосистемы, которые развились в экстремальных условиях, для которых характерно наличие дефицита тепла, повсеместное распространение вечной мерзлоты и наземного оледенения, а также видовой бедностью растительных и животных сообществ.
Области полярных экосистем занимают значительные территории Российской Федерации, такие как острова Земли Франца-Иосифа, Северная Земля, северная часть полуострова Таймыр, Канадский архипелаг, Гренландия и др. Климат данных территорий отличается суровость, при которой низкие температуры воздуха сочетаются с сильными ветрами и высокой влажностью воздуха [12].
Для полярных экосистем характерен особый режим солнечной радиации, для которого характерна продолжительная полярная ночь и не менее продолжительный полярный день. Такой режим инсоляции привел к развитии ряда специфических адаптационных механизмов у растений и животных данных областей.
Наиболее ярко черты полярных экосистем проявляются на территории Таймыро-Североземельской физико-географической области. Здесь на обширной территории материка представлены все поледовательно сменяющие друг друга арктические зоны и под зоны от лесотундры до арктических пустынь.
На территории Таймыро-Североземельской физико-географической области соответствующие зональные комплексы экосистем развиты в наиболее высоких широтах в условиях резкого нарастания климатического пессимума [3].
В меньшей степени данное распределение представлено на территориях северо-восточной Субарктики, Ямала и Гыдана. В различных частях заполярной области характерные черты полярной флоры и фауны выражены неодинаково, что напрямую обусловлено степенью континентальности климата, влиянием теплых островных течений ирядом других специфических факторов.
В частности, на острове Земля Франца-Иосифа наземное оледенение занимает 85% площади острова, в Гренландии — около 80% и т. д. Свободные ото льда участки суши заняты разреженной растительностью, среди которой подавляющее большинство видов представлено мхами и лишайниками.
На Земле Франца-Иосифа флора цветковых растений состоит из 50 видов, в то время как лишайников и мхов представлено более 200 видов. Преобладающими формами являются главным образом стелющиеся и подушкообразные жизненные формы растений.
Биомасса растений на данных территориях составляет незначительную величину – около 50 ц/га. В свою очередь низкая продуктивность полярных растительных сообществ обусловливает и низкое видовое разнообразие полярных экосистем, основными представителями которых являются лемминги, песец, белый медведь, северный олень. С другой стороны, видовое разнообразие птиц представлено так называемыми птичьими базарами. Морские птицы разнообразны: полярная чайка, пуночка, толстоклювая кайра, малая гагарка, серебристая крачка, глупыш и др [6].
В силу своего бедного видового состава полярные экосистемы отличаются высокой чувствительностью к любым внешним и в первую очередь – антропогенным воздействиям, что приводит к необходимости формирования особо охраняемых природных территорий в данных зонах.
Полярные травянистые экосистемы или арктические тундры расположены в районах, прилегающих к арктическим ледяным пустыням. Большую часть года тундры находятся под воздействием штормовых холодных ветров и покрыты снегом и льдом. Зимы здесь очень холодные и темные. Осадков немного, и выпадают они в основном в виде снега.
2. Особенности структуры полярной экосистемы
В Российском секторе Арктики присутствует более 80% всех видов живых организмов, которые свойственные полярным экосистемам. При этом суммарное количество биологических видов, характерных для арктических и антарктических регионов составляет 20 000 видов. Подавляющее большинство этих видов представляют собой типичные арктические виды. Такие растения и животные тесно связаны со специфической средой обитания (тундрой, полярными пустынями, полярными морскими экосистемами) и являются важным объектом изучения и охраны в программах по сохранению видового разнообразия живой природы в высоких широтах [11].
В большинстве случаев они составляют 15 - 30% от количества видов данной группы, обитающих в Арктике. Общее число арктических видов едва ли превышает 3500 (в том числе насекомых - 800, прочих членистоногих - 500; высших растений - 400, рыб - 100, птиц - 74, млекопитающих – 20).
Сохранение природного биоразнообразия полярных экосистем обусловлена их низким видовым разнообразием и высокой степенью адаптации к существующим природно-климатическим условиям. Нарушение таких условий в процессе человеческой деятельности ведет к снижению численности растений и животных, а в ряде случаев – к быстрой деградации и полной гибели полярных экосистем.
Существует несколько характерных особенностей, которые присущи представителям полярных экосистем. Рассмотрим их более подробно.
Важнейшая особенность представителей арктической и антарктической биоты состоит в том, что наблюдается преобладание организмов с выраженными признаками примитивности строения, архаичных черт, специфических адаптационных механизмов и в тоже время суженного адаптационного потенциала. Результатом перечисленных особенностей становится невысокая устойчивость таких организмов в отношении воздействия экстраординарных, в том числе антропогенных воздействий.
Иллюстрирует такое положение пример камнеломок и лишайников, играющих огромную роль в функционировании тундровых фитоценозов

. Лососеобразные рыбы составляют основу рыбного пресноводного промысла в Заполярье. Однако не только экологическая и хозяйственная роль указанных групп животных и растений обусловливает особое внимание к сохранению их популяций, но и их уязвимость [8].
Еще одна важная черта арктической биоты – резкое снижение видового разнообразия в пределах самой Арктики. Так, на Таймыре от лесотундры до северной границы тундровой зоны, на протяжении всего около 700 км, число видов сосудистых растений сокращается в 4 раза, птиц - в 7 раз, жуков - в 15 раз и т. д.
Совершенно очевидно, что при столь низком общем уровне видового разнообразия флоры и фауны и прогрессирующем его снижении в пределах самой Арктики резко возрастает эволюционно-экологическая цена каждого вида, равно как и практическая значимость непосредственно используемых человеком, а также ценотическая, средообразующая, эдификаторная роли, удельный вес в видовой структуре сообществ и экосистем.
Другой характерной чертой структуры и функционирования арктических экосистем является своего рода универсальность, или супердоминантность отдельных видов, которые представлены множеством экологических форм и играют роль сверхмощных доминантов в широком спектре разнообразных сообществ.
Примером таких видов могут служить, например, сибирский и копытный лемминги, деятельность которых определяет многие аспекты функционирования тундровых экосистем, а также представитель лососевых рыб альпийский голец, ценнейший промысловый вид Крайнего Севера, который представлен в арктических водоемах множеством морфо-экологических форм, занимающих разнообразные экологические ниши. Этот вид является примером компенсации снижения видового богатства в экстремальных климатических условиях повышением внутривидового разнообразия [3].
Из морских беспозвоночных к числу таких «строителей» биоценозов, или эдификаторов относится рачок Сalanus finmarchicus, составляющий до 90% биомассы планктона и определяющий структуру трофических цепей в пелагиали северных морей, а в пресных водоемах - несколько видов комаров-звонцов, личинки которых («мотыль») определяют состав биоценозов и рыбопродуктивность тундровых озер. Естественно, что такие виды в программах сохранения биоразнообразия должны занимать особое положение. Снижение их численности, сокращение ареала или изменение нормальной популяционной структуры, например выборочное уничтожение какой-либо одной внутривидовой формы, подвида приводит к катастрофическим нарушениям в сукцессионных рядах, трофических цепях и экосистемах в целом.
Структура биоразнообразия арктических экосистем существенно отличается от экосистем других биомов. Например, на насекомых, которые составляют не менее 50% современных видов мировой биоты, в Арктике приходится всего 17% [15].
В Арктике, занимающей примерно 4% площади Земли, обитает всего около 1% видов организмов. Это обусловлено общим снижением видового разнообразия с юга на север из-за уменьшения количества климатического тепла (Рис. 1).
4724403175
Рис. 1. Изменение видового богатства локальных флор экосистем Севера вдоль зонального градиента
Вследствие малых интенсивностей продукционно-биоэнергетических процессов, низких восстановительных и самоочистительных возможностей в арктических экосистемах и популяциях наблюдаются резонансные эффекты, усиливающие и расширяющие нарушения, возникающие вследствие изменения среды, чрезмерного изъятия поголовья, биозагрязнений или других форм воздействий [8].
Поэтому вероятность полного исчезновения или критического состояния популяций и видов арктических животных и растений, а также локальных сообществ очень высока.
3. Использование живых и неживых ресурсов системы
Рассмотрим более подробно природные ресурсы арктического и антарктического регионов нашей планеты.
Арктика чрезвычайно богата практически всеми видами природных ресурсов. В частности, под ледяным покровом Арктики залегает около 10 млрд. тонны нефти (или 83 млрд. баррелей), что составляет 13 % от всех разведенных мировых запасов нефти. Залежи природного газа в Арктике оцениваются в 1550 трлн. кубометров [6].
Значительная часть разведанных запасов нефти и природного газа арктического региона залегает около берегов Аляски, а арктические залежи природного газа сосредоточены в основном у берегов Российской Федерации, причем большая часть из этих разведанных ресурсов залегает на глубинах не более 500 метров, что в значительной мере упрощает их добычу.
В Баренцевом, Печорском и Карском морях было разведано более 200 нефтегазоперспективных объектов, а также открыто большое количество месторождений, основными из которых являются следующие.
На шельфе Баренцева моря открыто 11 месторождений, в том числе четыре нефтяных (Приразломное, Варандей-море, Медынское-море, Долгинское), одно нефтегазоконденсатное (Северо-Гуляевское), три газоконденсатных (Штокмановское, Поморское, Ледовое), три газовых (Северо-Кильдинское, Мурманское, Лудловское) [2].
На шельфе Карского моря (в том числе в Тазовской и Обской губах) открыто 11 месторождений, в том числе два нефтегазоконденсатных (Салекаптское, Юрхаровское), два газоконденсатных (Ленинградское, Русановское), семь газовых (Антипаютинское, Семаковское, Тота-Яхинское, Каменномысское-море, Северо-Каменномысское, Гугорьяхинское, Обское) [2].
На шельфе Охотского моря обнаружено восемь месторождений, в том числе одно нефтяное (Одопту-море, Северный купол), пять нефтегазоконденсатных (Пильтун-Астохское, Одопту-море, Аркутун-Дагинское, Чайво, Лунское), одно газоконденсатное (Киринское) и одно газовое (Венинское) [2].
Следовательно, в арктическом регионе сконцентрировано 91 % добычи природного газа и порядка 80% добычи газа промышленной категории от всех разведанных запасов нашей страны [5].
В пределах материковой части Арктики также расположены уникальные месторождения медно-никелевых руд, олова, платиносодержащих руд, редкоземельных металлов и элементов, крупные месторождения вольфрама, золота, железа и черных металлов, а также алмазов, оптического сырья и поделочных полудрагоценных камней.
Основные же запасы полезных ископаемых Арктики сосредоточены в северной части Кольского полуострова. Именно там добывают металлы платиновой группы, медно-никелевые руды, железо, хром, олово, редкоземельные металлы, титан, фосфор и флюориты и ряд других.
На Таймыро-Норильской провинции также добывают медно-никелевые руды и металлы платиновой группы. В Маймеча-Котуйской и Уджинской провинциях обнаружены месторождения фосфора, железа, ниобия, платиновых металлов, алмазов и пр. В Таймыро-Североземельской провинции разведаны месторождения золота, слюыа, молибдена, вольфрама, хрома, ванадия, и полиметаллических руд [9].
В Анабарской и Якутской провинциях обнаружены месторождения алмазов, железа, редких металлов