Nature in the MSU WSBS vicinity

Е.Ю. Замесова, Е. Д. Краснова, Ф.А. Романенко, А. В. Чесунов

Geographical position

The Nikolai Pertsov White Sea Biological Station is situated in the northern part of the Republic of Karelia near the Arctic circle (66º33'N and 33º06'E) (Fig. 1). The biological station settlement is situated on the northern shore of the Kindo Peninsula, which is a small area of ​​about nine square kilometers of the projecting coastline of the Karelian White Sea coast. To the north, it faces the ostrov Velikiy island, which is a part of the Kandalaksha State Nature Reserve, from which it is separated by the Velikaya Salma strait, from 0.7 km to 2.4 km wide.

The territory of the MSU WSBS neighborhoods, covered by biodiversity studies and by the lists of this Catalogue, includes the eastern part of the peninsula, bounded on the west by two marine bays, jutting into the mainland towards each other (the Kislaya inlet from the south and the Ermolinskaya bay from the north), and by the line of bogs, marshes, the Verkhnee Ershovskoe Lake, and the Nizhnee Ershovskoe Lake.

The sea water area, covered by the biodiversity study, is adjacent to the coast of the Kindo peninsula; its width does not exceed 2.5 km. It covers part of the Rugozerskaya Bay, with the western boundary running along the alignment of the Ermolinskaya Bay (the southern point) - the Gorodetskiy Porog rapids (the northern point); the Velikaya Salma strait across its whole width, with the eastern boundary of a conventional line that crosses it from north to south and passes through the Krestovye islands. On the south side of the Kindo peninsula, the water area includes the coastal zone 2.5 km wide, tapering to the tip of the Zelenyy Mys cape, and the entire Kislaya bay. At a greater distance from the biological station, there are a few more study areas of the field practices and WSBS research - the Chernaya Reka River estuary to the west and the Nilma river estuary to the south, small islands of Kastyan, Velichaikha, and Kokoikha, to the east.

Climate

The north coast of Karelia is characterized by moderately cold climate with extended spring and autumn. The average annual temperature is about 0,5 ° C; the coldest month of the year is February, with average monthly temperatures ranging from -10° to -12°C; and the warmest month of the year is July, with average monthly temperature of +13,2°C. The length of frost-free period is 120 days, at not very high temperatures. The vegetation period (i.e., the number of days per year, with temperatures equal to or above +5°C) is 127 days, the daytime temperature sum is 1290°C. The active vegetation period (i.e. the number of days per year with a temperature equal to or above +10°C) is 70 days, the daytime temperature sum is 896°C. The number of days with snow covers is more than 190, the average snow depth is 40-60 cm. The annual rainfall is 390-420 mm, including 290-300 mm in the the warm period. Evaporation is insignificant, its average value is 150 mm/year (Romanov, 1961).

Geomorphology of the region

Most part of the Kindo peninsula is formed by the gneiss-amphibolite dome of the Rugozerskaya hill, with maximum height of 103 m above sea level, which has been experiencing postglacial uplift at a rate of 3-4 mm per year. The most common rocks in this area are Archean gneiss dated 2.7-2.8 billion years old. The upper part of the Rugozerskaya hill appears as ridges with rounded tops ("whale backs")up to 100 m wide, separated by marshy hollows about 15-25 m deep. On the surface of most ridges, there are no loose sediments; and at the bottoms and side of the hollows, the sediment depth reaches up to several meters. The hill slopes are covered by thin, up to 1-2 m, layer of ice and water-ice deposits. The relief of the slopes traces tectonic faults in the form of steep rocky ledges about 15-40 m high (in the Biofiltry Bay), terrace-like steps and cracks up to 2-3 m deep. Several small basins, up to 0.5 km in diameter, situated in the central and eastern parts of the massif of the Rugozerskaya hill, are taken by peat lakes, one of which is used as a source of potable water and undergoes large seasonal level changes, due to increased water consumption in summer. The Rugozerskaya hill is fringed by marine terraces, reaching maximum width in the west, near the Ershovsky lakes. Open-casts of the terraces reveals graded sand series, underlain by boulder and pebble beds, and sandy clays. In one of these cuts, located at a height of 20 m relative to the modern sea level, at a depth of 2.6 m from the surface, in clays, there were found numerous shells of bivalves Tridonta borealis, Elliptica elliptica, Hiatella arctica, brachiopods Hemithyris psittacea and others. Their age, determined by radiocarbon dating, is 7160 ± 90 years (Shevchenko, 1999), which allows to date formation of this surface to the maximum of the Tapes transgression in the middle Holocene. The modern marine terrace up to 2 m high and up to 100 m wide, mildly sloping down to the intertidal zone, is composed of mainly sands and gravels, often silty, with lots of boulders. As a result of tectonic uplift of the coast, this surface has recently gone out of the level of flood tide, and continues to experience impacts from wave and ice during storms and surges.

Soils

The soil cover of the Kindo peninsula is very colorful and complex, due to the relief mosaic, as well as to lithological and hydrological conditions. The area is dominated by podzolic soils. The most developed and mature podzols are formed under coniferous shrub-green forests on well drained deep sands of marine terrace II. Marsh soils are also ubiquitous, from the hollows in top ridges, to the coasts, and estuaries of streams. In the coastal zone, under coastal meadows, marsh soils with signs of soil salinity are formed. On the rocks, in places where loose products of weathering of the bedrock accumulate, under the cover of mosses and lichens primitive shallow soils are formed. All types of soil have a shortened genetic profile and peaty upper humus horizon (Evdokimova, 1972).

Terrestrial plant communities

Geobotanical zoning classifies the area covered by the Catalogue, as part of the Kola-Karelian subprovince of the Nordic taiga province, which is divided into several districts. Together with all the Louhi Administrative Region of the Republic of Karelia, it is a part of the Pjaozerskiy-Topozerskiy district, which is a lakeside plateau, slightly elevated in the west and sloping gently down to the east, devoided of high hills, with thinned and clarified boreal forest. Pine is the main tree species in the area. Pine forests occupy 80% of the area (Ramenskaya, 1983).

Pine forests form natural ecological patterns according to the moisture levels in soils: in the most humid places - on the peat marsh ridges, there are individual dwarf pines of curved shapes; less flooded, but still swampy flat areas or gentle slopes are occupied by pine forest with wild rosemary and ground covered by sphagnum moss; on better-drained gently sloping areas, there are pine forests with blueberry, and green mosses in the bottom level; on the upper parts of slopes with rocky or sandy soils, with the lack of moisture, there are pine forests with cranberry. Tops of the "whale backs" are usually occupied with sparse pine forests with ground covered with lichens. Spruce forests are rare in the Biological Station vicinity; forests with spruce can be found on the banks of lakes, near streams, around marshes, and along the sea coast (Vital, 1999).

The age of most forests is less than 70 years, due to frequent forest fires, hurricanes, and most important, mass forest cutting carried out in 20-30s. On paces of cuttings and old fires, there have appeared birch forests with an addition of aspen, pine, fir, with ground covers composed by different herbs, shrubs and green moss, or by sedge and horsetail. Along the sea coast, there are primary birch forests with crooked trees and crowberry cover. (Vital, 1999).

Bogs taking 6% of the Kindo Peninsula, are situated in gullies, lacustrine depressions, flat terraces and in lower slopes of ridges. The most common wetland type is aapa bog, i.e. vast treeless ridge pattern marshes, typical for the northern taiga with similar plant communities. Peat ridges are covered with sphagnum moss, and high places with plants typical for raised bogs.

The grassland area of ​​the peninsula is very low. Along the sea coast, there is a narrow strip of coastal meadows or wetlands of varying salinity: large-grained grasses, small-grained grasses, and sedge-rush. On the northern coasts facing the open sea, instead of coastal meadows there develops a particular type of tundra-like vegetation - thick hedges of crowberry shrubs (Empetrum hermaphroditum), mixed with other low-growing shrubs: Alpine Bearberry (Arctostaphylos alpina), cranbery, and bearberry (Breslina, 1980). Under the coastal crowberry shrubs, a specific type of soil is formed: a so-called "dry peat". Dry meadows are found in small fragments on the shores of the Ershovskiy lakes, where the dominating grass types are hair grass and motley grass. On under ridge plains, there are areas of lowland reed or mixed reed and hair grass meadows, invaded by moss. (Vekhov, Bogdanova, 1971).

Coastline

Карельский берег, сложенный в основном кристаллическими породами Балтийского щита, из-за черезвычайной изрезанности береговой линии относится к фиардово-шхерному типу. Многочисленные заливы с невысокими берегами напоминают фиарды, широко рпспространенные на побережьях Швеции и Финляндии; вдоль всей береговой линии — множество больших и малых островов, мелкие скалистые островки «луды» и каменистые отмели корги, обнажающиеся во время отлива — беломорские аналоги шхер (Каплин и др., 1991). На фиардово-шхерную изрезанность береговой линии накладывается более мелкое фестончатое расчленение литорали: вогнутости береговой линии протяженностью от нескольких десятков до нескольких сотен метров, ограниченные скальными выходами или мысами из грубообломочного материала с вложенными в них фестонами более низких порядков, формирующихся за счет разномасштабных циркуляций приливно-отливных и волновых течений.

Берега Кандалакшского залива, а вместе с ними и полуостров Киндо, испытывают быстрое тектоническое поднятие, начавшееся после последнего оледенения и продолжающееся в наши дни. Средняя скорость воздымания на описываемой территории 3-4 мм в год, что дает возможность наблюдать прирастание берега и изменения в его очертанях на протяжении жизни одного исследователя: причленяются острова, замыкаются и пересыхают лагуны, поднятие подводных порогов приводит к возникновению перемычек и превращению морских заливов в опресненные озёра.

The Karelian coast is composed mainly by crystalline rocks of the Baltic shield. Because of the extremely indented coastline, it belongs to the fiord/skerry coastal landscape. Numerous bays with low shores resemble fjords, highly common along the coasts of Sweden and Finland. Along the entire coastline there are numerous large and small islands, small rocky islets "ludy", and the White Sea analogues of skers called korgi - rocky shoals which are exposed at low tide. (Kaplin et al ., 1991). On fiardovo-rocky indented coastline is superimposed over a shallow scalloped dismemberment littoral: the concavity of the coastline stretching from a few dozen to several hundred meters, bounded by rocky headlands or outputs of coarsely fragmented material embedded in them scalloped lower orders, formed by different-scale circulations of tidal wetlands and wave flows. Shore of Kandalaksha Bay, and along with them and Kindo Peninsula, experience rapid tectonic uplift, which began after the last glaciation and continuing today. The average rate of uplift in the described area of ​​3-4 mm per year, which makes it possible to observe prirastanie coast, and changes in its outline for the life of a researcher: articulated the island are closed and dry lagoons, underwater lifting thresholds leads to a jumper and turning bays in freshened lake.

Tides

In the vicinity of ​​the MSU White Sea Biological Station, as elsewhere in the Kandalaksha Bay, tides are regular, semidiurnal, with amplitudes up to 2.5-3.5 m. Because of the high irregularity of the coastal line, tidal current velocities range from 0.2 - 0.5 m/s, reaching 3 m/s in narrow straits and sea rapids. Asymmetry is one of the features of the tidal wave in the Kandalaksha Bay: the flood tide lasts 1,5-2,2 hours less, compared to the ebb tide.

Гидрологические особенности акватории

Большая часть акватории, прилегающей к полуострову Киндо относительно мелководна, за исключением Великой Салмы, по дну которой проходит желоб глубиной до 25 м напротив поселка биостанции, возрастающей в восточном направлении до 50 м. Сильные приливно-отливные течения в Великой Салме обеспечивают однородность характеристик воды по всей толще, тогда как в восточной глубоководной части образуется типичная для Белого моря стратификация в три слоя.

Соленость воды в акватории вокруг полуострова Киндо пониженная —16 до 28‰, с минимумом в период весеннего таяния льдов и максимумом в зимнее время. В эстуарии Чернореченской губы, принимающей сток реки Черной, поверхностная солёность опускается до 2-4‰. Температура поверхностного слоя моря претерпевает существенные сезонные колебания, в то время как на больших глубинах она низкая и более постоянная, до -1,5°C в локальных депрессиях (ямах) на мористом выходе из Салмы. У поверхности в летнее время вода прогревается до +15-16ºС, а в вершинах мелководных губ в даже до +20ºС и выше. Самый теплый месяц – июль, но уже к августу температура падает до +10ºС и продолжает понижаться. В ноябре температура воды по всей ее толще опускается до -1,4ºС и только в апреле поднимается к нулевой отметке. Ледостав начинается в октябре, когда температура воздуха опускается ниже нуля, постоянный ледовый покров формируется в декабре и держится до марта. В проливе Великая Салма, на Еремеевском, Кривом и нескольких других порогах из-за сильного течения лед не становится, и всегда остаются полыньи, увеличиваясь в размерах во время оттепелей и сокращаясь при сильных морозах. В апреле ледовый покров начинает трескаться, от прибрежного ледового припая отрываются отдельные льдины, приливно-отливные течения носят по образовавшимся полыньям, где они постепенно крошатся и тают. В губах, глубоко вдающихся в материк – Кислой и Ермолинской, ледовый покров держится дольше и тает на месте. Полное очищение акватории ото льда происходит в первой половине мая.

Most of the waters surrounding the peninsula Kindo relatively shallow, with the exception of the Great Salma, which runs along the bottom of trench depth of 25 meters in front of the village of the biological station, increasing in an easterly direction to 50 m. Strong tidal currents in the Great Salma ensure uniformity of the characteristics of water the entire thickness, whereas in the eastern part of the deep-formed for a typical stratification of the White Sea in three layers. Water salinity in the waters around the peninsula Kindo reduced -16 to 28 ‰, with a minimum during the spring melting of ice and a maximum in winter. In the estuary mouth Chernorechenskaya taking stock of the Black River, the surface salinity decreases to 2-4 ‰. Sea surface temperature undergoes significant seasonal variations, while at greater depths it is low and more constant, and to -1,5 ° C in local depressions (pits) on the seaward outlet of Salma. Near the surface in summer the water warms up to +15-16 º C, and in the tops of shallow lip, even to +20 º C and above. Warmest month - July, but by August the temperature drops to +10 º C and continues to drop. In November the water temperature throughout its thickness drops to -1,4 º C and only in April, rising to zero. Freeze begins in October, when the temperature drops below zero, permanent ice cover is formed in December and lasts until March. In the Strait of Great Salma on Eremeevskom, curve, and several other thresholds because of strong currents is not ice, and always remain open water, increasing in size during thaws and contracting with severe frosts. In April, the ice cover begins to crack, from the coastal fast ice of the ice floes break away separate, tidal currents are formed on the polynya, where they gradually crumble and melt. In the mouth, deeply protrude into the mainland - Sour and Yermolinsky, the ice cover lasts longer and melts on the spot. Complete cleansing waters of ice occurs in the first half of May.

Littoral

Ширина и характер грунта, слагающего литораль – часть береговой зоны, которая оказывается затопленной во время прилива, и обсыхает в отлив – зависит от характера залегания подстилающих коренных пород, воздействия ветров, силы и направления прибрежных течений, а также наличия берегового стока. В районе ББС МГУ ширина литорали варьирует от нескольких метров до двух-трех сотен. На участках, подверженных сильному прибою, литораль, как правило, узкая, всего несколько метров в ширину. Она может быть скальной — в виде «бараньих лбов» округлых очертаний, валунной, гравийной или песчано-гравийной. Большая часть береговой линии в окрестностях биостанции не столь подвержена волновому воздействию, и там литораль шире – до нескольких десятков метров. На таких участках между уровнями среднеквадратурного прилива и среднеквадратурного отлива, как правило, находится зона из мягких грунтов, чаще алевритисто-песчаных с примесью грубообломочного материала; у нижней границы осушки обычно тянется валунный пояс, сформированный в результате взаимодействия припайных льдов и приливно-отливных колебаний, а мористее его — отливный пляж, либо склон, который уходит под уровень сизигийного отлива. В кутовых частях губ комплексы берегового рельефа иные: там значительная часть береговой зоны занята маршем, постепенно переходящим в плоскую алевритисто-глинистую осушку шириной от нескольких десятков до первых сотен метров.

The width and nature of the soil, making up the littoral - part of the coastal zone, which is submerged at high tide and low tide in the dry off - depending on the nature of occurrence of the underlying bedrock, the impact of the winds, the strength and direction of coastal currents, and the availability of runoff. In the area of ​​intertidal width BBC MSU varies from several meters to two or three hundred. At sites exposed to strong surf, intertidal, usually narrow, only a few meters in width. It can be rocky - as "mutton foreheads" rounded contours, cobble, gravel or sand and gravel. Much of the coastline around the biological station is not as exposed to wave action, littoral, and there is wider - up to several tens of meters. These sections between levels srednekvadraturnogo tide and low tide srednekvadraturnogo, usually there is a zone of soft soils, usually aleurite-sand with a mixture of coarsely fragmented material at the lower boundary drying usually lasts boulder zone, formed by the interaction of landfast ice and tidal fluctuations, and seaward of it - tidal beach or hillside, which goes under the level syzygial low tide. In parts of the province Kutovoy complex coastal topography are different: there is a significant part of the coastal zone is occupied by a march, gradually turning into a flat-aleurite clay dehydration in width from a few tens to few hundreds of meters.

Marine vegetation

На литорали с мягкими грунтами в самой верхней ее части можно встретить сообщества из сосудистых растений-галофитов: астры морской, подорожника морского, триостренника морского и гляукса. У самого верха пояса галофитов и в супралиторали часто тянется полоса ситника чернобурого. Большая часть песчаной осушки, как правило, свободна от растительности, а на заиленных участках встречаются заросли морской травы зостеры (Zostera marina), которая в прежние времена по биомассе превосходила все остальные прибрежные макрофиты. Массовая гибель этого растения, случившаяся в Белом море в середине 60-х годов XX века, привела к практически полному исчезновению его зарослей. Наблюдаемое возрождение зостеры происходит очень медленно, и, хотя ее уже можно встретить по всему побережью, в основном это мелкие молодые растения. Прежние густые «леса» из растений двухметровой длины, которые существовали, в частности, в Ермолинской и Чернореченской губах, пока не восстановились. Нижняя часть приливно-отливной зоны в районе ББС МГУ почти повсеместно покрыта густыми зарослями прикрепляющихся к валунам фукусов, ниже уровня максимального отлива в верхней сублиторали простираются подводные «леса» из ламинарии, а на глубинах от 10 до 15 м царствуют красные водоросли.

In the littoral soft-bottoms in the uppermost part of the community can be seen from vascular plants, halophytes: aster sea, sea plantain, sea and triostrennika glyauksa. At the top of the belt of halophytes and supralittoral often stretches the band rush Chernoburov. Most of the sand drying, usually free of vegetation and silt in areas there are thickets of sea grass Zostera (Zostera marina), which in former times the biomass than all other coastal macrophytes. Mass mortality of the plant, which occurred in the White Sea in the mid 60-ies of XX century, led to almost complete disappearance of its thickets. There is a revival of Zostera is very slow, and although it can already be found around the coast, mostly small young plants. Former thick "forest" of plant-meter length, which existed, in particular, and Yermolinsky Chernorechenskaya lips until they recovered. The lower part of the intertidal zone in the BBC MSU almost everywhere covered with dense thickets attach to fucus boulders, below the maximum low tide in the upper sublittoral zone extends underwater "forest" of kelp, and at depths ranging from 10 to 15 m reign red algae.

Marine faunas

Морская биота района ББС МГУ весьма богата и, видимо, в целом весьма мало отличается от видового состава всего Белого моря. Фауна литорали не так разнообразна, как в сублиторали, но количественно обильна и ее обитатели великолепно приспособлены к переживанию отливов – это подвижные ракообразные-гаммариды и брюхоногие моллюски-литторины, зарывающиеся полихеты и двустворчатые моллюски мии и макомы, прикреплённые усоногие раки (балянусы) мидии, актинии и многие другие. Большая часть видов литорали относится к так называемому бореальному комплексу – основная часть их ареала расположена южнее, а Белое море является крайним северо-восточным пределом их обитания. Ниже, от нуля глубин (уровень максимального отлива) расположена субл.ная зона. Сообщества животных и растений здесь распределены поясами, которые определяются условиями освещённости и температуры, а в их пределах – характером грунта и трофическими условиями. Здесь соседствуют животные бореального и бореально-арктического комплексов, тогда как в наиболее глубоких местах, где в течение всего года сохраняется температура, бизкая к нулю и даже отрицательная, обитает комплекс из небольшого числа типично арктических видов.

В зоопланктоне акватории, охваченной Каталогом, в течение года сменяется два фаунистических комплекса. Весной, летом и осенью здесь царствует мелководный планктонный комплекс из планктонных личинок донных беспозвоночных, а взрослые формы представлены преимущественно бореальными, относительно теплолюбивыми животными, численность которых увеличивается в теплое время года, а в холодное многие виды исчезают. У нескольких видов планктонных рачков, таких как Centropages hamatus, Temora longicornis и Acartia bifilosa, зимуют только покоящиеся яйца, осевшие на дно. Зимой на смену ему из глубоководных центральных частей Белого моря приходят немногочисленные виды арктического комплекса, в частности, копеподы Metridia longa и Calanus glacialis. Разнообразие донных грунтов – от скалистых, валунных, галечных, до песчаных, илистых и сложенных ракушей, богатые заросли донных макрофитов, мозаика из мелких и глубоководных участков, хорошая аэрация дна на всех глубинах – все это вместе создает условия для обитания большого количества видов с разными экологическими требованиями, из-за чего биота в окрестностях ББС МГУ отличается высоким разнообразием.

Marine Biota BBC MSU district is very rich and, probably, in general, very little different from the species composition of the White Sea. Intertidal fauna is not as varied as in the subtidal, but quantitatively abundant and its inhabitants are adapted perfectly to the experience of low tides - a mobile crustaceans, gastropods and gammarids-littoriny, burrowing polychaetes and bivalves mission and poppy seeds are attached barnacles (barnacles), mussels, anemones and many others. Much of the littoral zone refers to the so-called boreal complex - the main part of their habitat is located to the south, and the White Sea is an extreme north-eastern limit of their habitat. Below zero depth (the maximum level of low tide) located subl.naya zone. Community of plants and animals are distributed zones, which are determined by the lighting conditions and temperature, and within them - the character of the soil and trophic conditions. Here, neighbors and pets boreal boreal-arctic systems, whereas in the deepest places throughout the year maintained the temperature to zero bizkaya or even negative, lives a small set of typically Arctic species. In zooplankton area covered by the Catalogue, in the year followed by two faunal complex. In the spring, summer and autumn are the reigns of the complex shallow planktonic planktonic larvae of benthic invertebrates and adult forms are mostly boreal relatively heat-loving animals, whose numbers increased during the warmer months, and in the cold, many species disappear. Several species of planktonic crustaceans, such as Centropages hamatus, Temora longicornis and Acartia bifilosa, hibernate only resting eggs had settled to the bottom. In winter to replace him in the deep central parts of the White Sea come few species of Arctic complex, in particular, copepods Metridia longa and Calanus glacialis. A variety of bottom soil - from the rocky, boulder, pebble, sand until, silt and folded rakushey rich growths of benthic macrophytes, a mosaic of small and deep areas, a good aeration of the bottom at all depths - all of this together creates habitats for many species with different environmental requirements, because of what the biota in the vicinity of Moscow State University, the BBC has a high diversity.

rus:Природные условия в районе ББС МГУ