научная статья по теме ПРИЧИННО-СЛЕДСТВЕННЫЕ СВЯЗИ ИЗМЕНЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭКОСИСТЕМ КАСПИЙСКОГО МОРЯ Биология
Текст научной статьи на тему «ПРИЧИННО-СЛЕДСТВЕННЫЕ СВЯЗИ ИЗМЕНЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭКОСИСТЕМ КАСПИЙСКОГО МОРЯ»
ПРИЧИННО-СЛЕДСТВЕННЫЕ СВЯЗИ ИЗМЕНЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭКОСИСТЕМ КАСПИЙСКОГО МОРЯ
д. г. н., ведущий научный сотрудник, natalia_mitina@mail.ru,
к. г. н., научный сотрудник, Институт водных проблем РАН, Москва
В работе проанализирована матрица данных, составленная по литературным и фондовым материалам, в которую по годам — с 1935 по 2005 г. — включены среднегодовые значения климатических, гидрологических, гидрохимических и биологических показателей состояния природной среды Северного Каспия (всего 119 показателей).
The paper analyzes the data matrix, based on literary and stock materials, in which the years from 1935 to 2005 included average annual values of climatic, hy-drological, hydrochemical and biological indicators of the condition of the natural environment of the North Caspian (a total of 119 indicators).
Ключевые слова: изменение уровня Каспийского моря, динамика гидроклиматических и гидрохимических показателей, биологическая продуктивность, фитопланктон, зоопланктон, макрозо-обентос, кормовые ресурсы ценных промысловых видов рыб, осетровые рыбы.
Keywords: the changing level of the Caspian sea, the dynamics of hydro-climatic and hydro-chemical indicators, biological productivity, phytoplankton, zooplankton, macrozoobenthos, food resources of valuable commercial species of fish, sturgeon fish.
В последние 150 лет северный регион Каспийского моря подвергается разнообразным антропогенным воздействиям, глобальным и региональным климатическим изменениям, которые не могли не оказывать влияния на состояние его экосистемы. За время регулярных инструментальных наблюдений, которые ведутся с 1837 г., самый высокий уровень воды зарегистрирован в 1882 г. (-25,2 м), самый низкий — в 1977 г. (-29,0 м); с 1978 г. уровень воды повышался и в 1995 г. достиг отметки -26,7 м; с 1996 г. опять наметилась тенденция к понижению, которая продолжалась до 1998 г., когда уровень Каспия понизился до -27,17 м [1]. С 1999 до 2005 г. наблюдается тенденция колебательных движений уровня с итоговым незначительным повышением до отметки -26,8 м.
Для выявления причин изменения состояния экосистем Каспийского моря, их динамики под воздействием определенных факторов и стабилизирующей роли их отдельных компонентов была проанализирована с использованием статистических методов (расчетов коэффициентов парной корреляции (г)) составленная матрица литературных и фондовых данных, в которую по годам с 1878 по 2007 г. включены среднегодовые значения климатических, гидрологических, гидрохимических и биологических показателей состояния природной среды региона и различных антропогенных воздействий (всего 119 показателей) [1 —10]. В результате получены данные количественной оценки динамики уровня Каспийского моря в зависимости от ряда гидрометеорологических показателей компонентов природной среды и зависимости изменения ряда показателей фито- и зоопланктона, некоторых видов макрозообентоса, являющихся кормовыми объектами ценных промысловых рыб и осетровых рыб, от уровня моря.
Наиболее распространена точка зрения, согласно которой колебания уровня Каспийского моря тесно связаны с варьированием стока Волги (по данным многих исследователей, ее годовой «вклад» составляет четверть объема всего моря) и других впадающих сюда рек, что, в свою очередь, обусловлено вмешательством человека и климатическими изменениями на водосборах. Волга дает максимальный приток вод в море. Суммарный сток других наиболее крупных рек — Урала, Терека, Сулака, Эмбы, Самура — составляет в среднем около 14 % от общего.
Матрица парных корреляционных связей параметров, описанных в статье (фрагмент)
Параметры Годы Среднегодовой сток р. Волги Среднегодовые расходы р. Волги Сток р. Терек Уровень Каспийского моря Площадь Каспийского моря Отток в залив Кара-Богаз-Гол
Среднегодовой сток р. Волги -0,31 1
Среднегодовые расходы р. Волги -0,36 1,0 1
Сток р. Терек -0,49 0,09 0,09 1
Уровень Каспийского моря -0,82 0,32 0,31 0,62 1
Площадь Каспийского моря -0,87 0,35 0,35 0,62 0,99 1
Отток в залив Кара-Богаз-Гол -0,61 0,42 0,41 -0,10 0,83 0,82 1
Примечание: курсивом отмечены достоверные связи при доверительном интервале Р = 0,99. Для данных расчетов число степеней свободы f = 100 при доверительной вероятности Р = 0,99 гт(теоретический) = ±0,26.
В отношении антропогенного воздействия на поступление речного стока в Каспийское море наблюдалось три периода. Первый период продолжался до 1933 г., когда сток не регулировали. С 1933 г. начался этап строительства ГЭС на крупных реках (Магнитогорская ГЭС), который продолжался до 1985 г., когда было заполнено Чебоксарское водохранилище. За этот период был построен каскад крупных водохранилищ на волжской речной системе и созданы более мелкие водохранилища на Урале, Тереке, Куре, Сулаке, Эмбе, иранских реках, при этом суммарный объем водохрани-
лищ составил более 218 км о. Третий период начался в 1985 г. и продолжается до настоящего времени — это период зарегулированного стока рек, питающих Каспийское море [2].
Результаты и обсуждение. За исследуемый период времени наблюдается общая тенденция падения уровня Каспийского моря: между показателями «уровень Каспия (Бакинский футшток) — годы» коэффициент корреляции г = -0,82 (табл. 1).
Площадь Каспийского моря, непосредственно связанная с его уровнем (г = 0,99), за столетие значимо уменьшилась (г площадь моря — годы = -0,87). Соответственно, уменьшается отток вод в залив Кара-Богаз-Гол: коэффициент парной корреляции (г) между показателями «отток (в км3/год) — годы» составил -0,614 Объем оттока зависит от уровня и площади моря: коэффициенты парной корреляции между показателями «уровень моря — отток в Кара-
1 Все приведенные корреляции значимые, согласно К. фффм^ 1994 при f = 98, р = 0,99 гт(теоретический) = = 0,26).
Богаз-Гол» и «площадью моря — отток в Кара-Богаз-Гол» соответственно равны 0,83 и 0,82.
Коэффициент корреляции между общим объемом стока (включая подземный) и стоком Волги равен 0,96. Проанализировав данные годовых значений объемов стока и расходов р. Волги, уровня Каспийского моря, общего объема зарегулированного стока, мы обнаружили, что с 1879 по 2007 г. сильной динамики по показателям стока Волги и объемов речного стока не произошло: коэффициенты парной корреляции между показателями «сток Волги — годы» и «расходы Волги — годы» составили соответственно -0,31 и -0,36, однако это значимые корреляционные связи, согласно К. Деффель [1994]2, показывающие, что сток Волги за прошедшие 126 лет уменьшился. Значимые корреляции наблюдаются также между уровнем Каспийского моря и объемом стока Волги (г = 0,3), так же как умежду ров-нем моря и расходом Волги (г = 0,31) и уровнем моря — общим объемом стока, включая о
подземный (г = 0,3). Современное резкое падение как стока Волги, так и уровня моря отмечено с момента начала строительства каскада ГЭС и закончилось, когда были заполнены основные водохранилища Волжско-Камского каскада. За 1881—2000 гг. вслед за общим понижением уровня моря значительно уменьшился сток Терека (г = -0,52 при f = 94 и Р = 0,99).
2 Для всех расчетов число степеней свободы f = 100 при доверительной вероятности Р = 0,99.
3 Для всех расчетов число степеней свободы f = 100 при доверительной вероятности Р = 0,99 гт(теоретический) = = 0,26.
Рис. 1. Соотношение изменения уровней Каспийского и Аральского морей
Уровень Каспийского моря (м) (по Фролову) 2,00 -
Уровень Аральского моря (Большое море), м
Уровень Каспийского моря Уровень Аральского моря («Большое море»), м Полиномиальный (Уровень Каспийского моря) Полиномиальный (Уровень Аральского моря («Большое море»), м)
Проблема аномальных изменений уровня Каспийского моря широко обсуждается с самых разнообразных точек. Например, В. И. Уло-мов [6] на основе анализа особенностей строения и динамики литосферы, изучения структуры высокой региональной сейсмичности и современных тектонических движений предлагает сейсмогеодинамическую модель Каспийского региона, согласно которой сейсмической активизации предшествует изгиб дна Южно-Каспийской впадины и появление «избытка» воды в море. И наоборот, после крупных землетрясений и погружения соответствующих участков земной коры в зоне Центрального Каспия следует общий спад его водной поверхности.
Действительно, Каспийское море представляет собой молодое в геологическом отношении образование — геосинклиналь Кавказских гор, которая относится к Альпийской складчатости, где в настоящее время продолжается процесс формирования — активная вулканическая и тектоническая деятельность. Кроме того, Каспийское море окружают множественные карстовые пустоты, куда могут свободно попадать огромные объемы каспийских вод. Тектоническую теорию динамики уровня Каспийского моря хорошо иллюстрирует график соотношения уровней Каспия и Арала (рис. 1), из которого видно, что данные процессы в этих водоемах взаимосвязаны как в двух сообщающихся сосудах, соединенных многочисленными подземными карстовыми пустотами, которыми изобилует регион.
Таким образом, речной сток значимо влияет на изменение уровня Каспийского моря, но
тектоническая активность региона также вносит свой вклад в описываемый процесс.
Тенденции изменения климата в северном регионе Каспийского моря. Величина и характер стока рек, впадающих в Каспийское море, тип их питания и другие гидрологические показатели весьма различны, так как зависят от климата на водосборе и от антропогенного воздействия. В результате анализа данных стока в Каспийское море наиболее крупных рек (Терека, Самура, Урала, Сулака, Эмбы и Куры) за 1881 —1969 гг. получено, что уровень и площадь Каспия имеет значимые положительные корреляции только со стоком Терека (г = 0,62) (табл. 1), что, вероятно, связано с повышением влажности на расположенном большей частью в предгорьях и северных склонах Кавказа водосборе Терека при увеличении площади моря.
По данным 1931—1990 гг., увеличился сток Волги в межень (г = 0,
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.