Арктика в деталях: полный портрет острова Белый

Остров Белый в Карском море — это песчаный участок суши площадью около 1900 квадратных километров, который отделён от Ямала проливом Малыгина. Среднегодовая температура воздуха здесь минус 10,6 градуса, зима длится около восьми месяцев, а минимальные температуры опускаются до минус 59 градусов. При этом остров сложен в основном песками позднеплейстоценового и голоценового возраста, которые находятся в многолетнемёрзлом состоянии. Именно мерзлота и определяет всю жизнь этого места — от того, как устроены берега, до того, какие растения и животные здесь обитают.

Учёные из МГУ имени Ломоносова обобщили многолетние данные и описали остров как единую эколого-геологическую систему, в которой геология, почвы, микроорганизмы, растения и животные связаны прямыми и обратными связями. Главная особенность литотопа — то есть геологической основы — в том, что это песчаные отложения в мёрзлом состоянии. Мощность многолетнемёрзлых пород на пляже составляет всего 2–10 метров, на лайде — до 30 метров, а в пределах первой морской террасы она достигает 65–165 метров, в среднем около 125 метров.

Один из самых тревожных результатов касается температуры грунтов. В 1972 году в толще первой террасы она составляла минус 9,5 градуса, а на лайде была примерно на градус выше. К 1978 году температура повысилась на один градус, до минус 8,6. К 2009 году она достигла минус 7,1 градуса. Таким образом, за период с 1972 по 2009 год грунты первой террасы потеплели на 2,4 градуса. Это означает, что мерзлота на острове заметно деградирует, и даже небольшое изменение уровня Карского моря может сказаться и на размерах острова, и на свойствах его грунтов.

Отдельного внимания заслуживают повторно-жильные льды — вертикальные ледяные клинья, которые растут в морозобойных трещинах. В толще первой террасы вскрыта система перекрещивающихся сингенетических жил высотой около трёх метров. Их изучение показало удивительную вещь: минерализация льда в разных частях жил сильно различается. Некоторые клинья содержат от 816 до 1240 миллиграммов солей на литр — это очень много для ледяных жил, и в ионном составе там преобладают хлор и натрий, что указывает на участие морских вод. Максимальная минерализация зафиксирована на перекрестье жил. При этом рядом встречаются и почти пресные жилы с содержанием солей всего 36–45 миллиграммов на литр. Учёные объясняют такую разницу локальным влиянием засолённых озёр: сильноминерализованные льды могли формироваться при промерзании мелкого солёного озера на поверхности, уже перешедшей в режим террасы. Льды на лайде менее минерализованы — от 60 до 268 миллиграммов на литр. А вот криопэги — незамерзающие солёные подземные воды — на острове имеют минерализацию более 110 граммов на литр, что значительно выше, чем у морской воды.

Почвенный покров острова представлен глееземами, торфяно-глееземами, псаммоземами, пелоземами и маршевыми засоленными почвами. Содержание тяжелых металлов в них, как правило, не превышает предельно допустимых концентраций, хотя для никеля, свинца и мышьяка отмечено максимальное накопление в слое 5–10 сантиметров, что связывают с криогенным массообменом. Единственное исключение по загрязнению — бенз[a]пирен, превышение которого зафиксировано только в районе метеостанции, расположенной рядом с дизельной станцией. На ненарушенном участке тундры превышений нет.

Микробиологическая картина острова оказалась богатой. В многолетнемёрзлых отложениях сохраняются жизнеспособные анаэробные бактерии и археи, причём, судя по данным по Арктике в целом, они могут оставаться живыми десятки тысяч лет. В криопэгах распространены анаэробные бактерии, восстанавливающие сульфат, — среди них описаны новые психроактивные виды рода Desulfovibrio. Микологический анализ выявил 40 видов микромицетов; в почвенных пробах доминируют виды рода Penicillium и грибы рода Fusarium, что типично для тундровых почв. Интересно, что жизнеспособные пропагулы грибов обнаружены даже в верхнем слое мерзлой породы на глубине 100 сантиметров, и только на глубине 340 сантиметров клетки микромицетов полностью отсутствуют.

Растительный мир острова определяет его положение в подзоне арктических тундр. Здесь обнаружено 75 видов сосудистых растений, относящихся к 34 родам и 16 семействам, с преобладанием злаков, осоковых и лютиковых. Абсолютно доминируют циркумполярные виды — 70,7 процента. В фитоценозе преобладают различные виды мха, тундровые травы, карликовая ива и берёзка. Среди редких сообществ в южной части острова зафиксированы лапчатково-ивково-лишайниково-гимномитриевая тундра, дриадово-ивково-моховая бугорковая тундра и злаково-ивково-моховая тундра. Отдельно изучены печёночные мхи — 43 вида и 5 разновидностей, а также лишайники, часть которых впервые отмечена для всего Ямальского региона. Исследования с использованием индекса NDVI показали, что растительная биомасса минимальна на сухих песчаных участках — от 0 до 100 граммов на квадратный метр, — и связана с температурным режимом грунтов: именно на сухих песках, где снег перевевается и промерзание сильнее, биомасса наименьшая.

Животный мир острова весьма представителен. Белый остров — место временного обитания белых медведей, которые появляются здесь и летом, и зимой; самки устраивают на острове родовые берлоги. Дикий северный олень остаётся здесь обычным — в 1978 году на Белом обитали 50–80 особей, тогда как на Северном Ямале их было не более 60. Встречаются песцы и росомахи, а также краснокнижные виды: малый лебедь, белоклювая гагара, гага-гребенушка, сибирская гага. В последние годы отмечены лежбища атлантического моржа, в том числе на северо-западном побережье острова. Всего на Белом зарегистрировано 48 видов птиц, из них гнездится 21 вид. Остров служит местом массового гнездования, линьки и остановок во время миграций белолобого гуся и чёрной казарки; в разные годы здесь обитало от 40 до 60 тысяч гусей.

Отдельный сюжет — климатические сдвиги в фауне. В 2015 году на острове появились южные виды грызунов и птиц: полёвки, степной лунь, рябинник. Полёвки стали вытеснять дальше на север леммингов, а лисы — песцов. Резко выросла популяция полярных сов: в долинах небольших рек зафиксировано около полутора сотен белых сов, хотя ранее в этом районе встречалось всего 15–20 особей. Исследования 60-летнего ряда данных по мелким грызунам Ямала подтверждают: лемминги, специализированные арктические эндемики, в южных частях полуострова стали встречаться реже, а полёвки увеличили численность и расширили ареал на север. Поскольку мелкие грызуны — ключевое звено питания для многих арктических хищников, такая смена доминирования перестраивает пищевые сети всей тундры.

Наконец, есть и сюжет о рисках для человека. Мониторинговые исследования на острове, по мнению авторов, должны включать скрининг возбудителей инфекционных заболеваний, переносимых перелётными птицами, насекомыми и клещами. Потенциально наиболее значимы природно-очаговые заболевания: туляремия, сибирская язва, бруцеллёз, псевдотуберкулёз, кишечный иерсиниоз, лептоспироз, гельминтозы, листериоз. Риск связан и с возвращением в экосистемы палеомикроорганизмов при таянии мерзлоты — это иллюстрирует вспышка сибирской язвы среди оленеводов Ямала в 2016 году, возникшая из-за проникновения спор из оттаявшей почвы мест падежа. В условиях потепления выход на поверхность микробиоты, тысячелетиями находившейся подо льдом, и обмен генами устойчивости к антибиотикам среди бактерий представляют реальную угрозу.

В целом остров Белый — очень динамичная система, где потепление мерзлоты на 2,4 градуса за четыре десятилетия, рост минерализации ледяных жил, смена видового состава грызунов и появление южных видов животных — это не отдельные факты, а звенья одной цепи. Остров остаётся ключевым фоновым объектом для всего Ямальского региона, и наблюдения за ним помогают понять, как Арктика реагирует на глобальные изменения.

Результаты исследования опубликованы в журнале «Арктика и Антарктика».

Изображение на обложке: разработано Magnific