WWW.KNIGA.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Онлайн материалы
 

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

«Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды ТРУДЫ ГОСУДАРСТВЕННОГО ОКЕАНОГРАФИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА ...»

-- [ Страница 2 ] --

В августе, в период м аксим ального прогрева в ер хн и х слоев м оря, средн яя тем пература воды в зап адн ой части возрастает к ю гу от 22 до 2 6 °С. У восточного п обереж ья в этот п ериод сильно проявляю тся процессы п одъ ем а глубинны х вод (апвеллинг), что приводит к ф ормированию зоны отрицательной тем пературной аном алии, где в течение теплого сезона средняя тем пература н и ж е н а 5 — 7 °С, чем в северны х уч астк ах. О собенно сильно это п ро­ является на участке от Б екташ а до К уули-М аяка. В Ю жном К ас­ п ии поверхностны е воды к концу лета прогреваются до 26— 2 7 °С.

В сентябре средняя температура воды понижается на 2 — 3 °С, при­ чем у восточного берега о х л а ж д ен и е более интенсивное (4 — 5 °С).

В п осл едую щ и е 2 м еся ц а при резк ом п о н и ж ен и и тем пературы воздуха и установлении слабы х морозов средняя тем пература воды п он и ж ается на 4 — 7 °С за м еся ц в зависим ости от п обереж ья.

В ноябре наблюдается переход к зим ним процессам формирова­ н и я пол я тем ператур. В С реднем К асп и и п роявляется тен ден ц и я п он и ж ен и я тем пературы с ю га (1 2 — 14 °С) на север (8 — 10 °С) для зап адн ого берега. В озле восточного побер еж ья тем пература п он и ­ ж ает ся ещ е интенсивнее — с 12 до 5 °С. В Ю ж ном К аспии ср ед­ н я я тем пература воды на поверхности и зм ен я ется от 11 до 16 °С.

Р азл и ч и е клим ати ч еск и х условий обусловливает зн ачитель­ ную неоднородность полей тем пературы воды на п оверхн ости в разли ч ны х ч астях м оря. Главная роль в сезон н ой изм енчивости отводится тепловом у балансу и адвективном у п ереносу. П ереход от отрицательного теплобаланса к п ол ож и тел ьн ом у п рои сходи т в м арте. С этого м ом ента прекращ ается о х л а ж д ен и е в ер хн и х слоев м оря и н ачинается и х прогрев.



В Среднем и Ю жном Каспии сезонные изм енения наиболее вы­ раж ены в деятельном слое толщ иной до 1 00 м. Н епериодические изм енения температуры в прибрежной зоне Среднего К аспия связа­ ны с апвеллингом и сгонно-нагонными явлениями. В западной час­ ти м оря они непродолж и тельн ы. У восточного п обер еж ья п одъем глубин н ы х вод носит устойчивы й харак тер, образуя тем п ератур­ ны е аном алии (отрицательны е л етом, п олож и тельн ы е зи м ой ).

О сновны е зак он ом ер н ости ф орм и рован и я и расп р едел ен и я солености сф ормулированы ещ е Н. М. К ниповичем [1 0 ]. Север­ ный К асп и й п редставляет собой обш и рную область см еш ен и я речны х и м орск и х вод.

Р еж и м солености вод этого района ф ор­ м ирую т сл едую щ и е основны е факторы:

— речной сток, — д и н ам и к а вод, — испарен и е, — солеобм ен со Средним К аспием.

Рис. 4 Расположение кромки льда 15 (а), 20 (б), 22 (в) и 25 марта (г) 2001 г.

Изолинии характеризуют равновесное содержание кислорода, мл/л.

46 - 44 - 42 - 40 - 38

–  –  –

48 ' 50 ' 52 ' 54 Рис. 5. Поля температуры воды на поверхности Каспийского моря, °С.

С езонная изм енчивость поля солености хорош о согласуется с ди нам и к ой волж ского стока (рис. 6). П оэтом у м акси м ум сол ен о­ сти наблю дается зи м ой, к огда небольш ой сток и ледообразование способствую т накоплению соли.

В есн ой с увели чен и ем стока речны х вод соленость п он и ж ает­ ся, дости гая м ин и м ум а в и ю ле. Основной поток пресны х вод про­ ходит вдоль западного побережья и оттесняет ю ж н ее устья р. Волги воды с соленостью 4 % о и более. Остальная часть гидроф ронта с соленостью 6 — 1 0 % о см ещ ается к границе со С редним К асп и ем.





О пресняю щ ее дей стви е уральского стока ограничивается устье­ вым взморьем У рала и северо-восточной частью акватории.

В ию ле начинается постепенное осолонение м елководны х рай ­ онов м оря. Н а август п р и ходи тся второй м аксим ум солености Северного К аспия.

Осенью под действием конвективного и ветрового п ерем еш и ­ вания на м елководны х уч астк ах моря наблю дается вертикальная гом охалинность, а на границе свала глубин градиенты солености н езначительны. В сентябр е— октябре п р одолж ается сок ращ ени е площ адей с опресненны м и водами и увеличивается приток вод Среднего К асп и я.

В н оябр е—дек абре воды Северного К аспия п родолж аю т осолоняться за счет сокращ ения речного стока и начи н аю щ и хся про­ цессов ледообразовани я.

В верхнем слое акватории Среднего и Ю ж ного К аспия поля солености ф орм ирую тся под воздействием речного стока рек (Т е­ р ек а, С улака и К уры ), ветра и ц и р кул яци и вод, а в отдельны х рай он ах м оря добавляется влияние атм осф ерны х осадков и и сп а­ р ения.

Средняя соленость поверхности вод в открытом море н аходит­ ся в п ределах 1 2 — 13 %о. У восточного побереж ья, ввиду отсут­ ствия речного стока, во все сезоны характерна более вы сокая со­ леность, чем у западного. Здесь соленость м ож ет достигать 14 %о, а в м елководны х б у х та х м ож ет быть и вы ш е. Вдоль западного п обер еж ья вплоть д о А п ш еронск ого полуострова прослеж и вается п олоса опреснен н ы х вод (1 0 — 12 %о), поступ аю щ и х и з Северного К асп и я. В Ю ж ном К аспии п он и ж ен и е солености связано со сто­ ком К уры. П осле весеннего половодья Волги и др уги х рек зап ад ­ ного п обер еж ья, когда поступает 50 % годового сток а, зон а оп ­ ресн ен и я увеличивается, достигая м аксим ум а в августе. Осенью на п оверхн ости вы деляется область п он и ж ен н ой солености вдоль зап адн ого п обер еж ья. С уж ается полоса повы ш енной солености (13 %о) вдоль восточного берега. Н а остальной части акватории преобладает соленость 1 2,5 %о.

Поверхностные течения Т ечен и я играю т важ ную роль в гидрологическом р еж и м е К ас­ п и я и оп ределяю тся влиянием сл едую щ и х факторов:

— ветра;

— стока рек В олги, Т ерека, С улака, К уры и Урала;

—: расп редел ени я плотности.

Речны м стоком и распределением плотности определяю тся ква­ зи п остоян н ы е стоковы е теч ени я, а воздействием ветра — н еп ер и ­ оди ч еск и е ветровы е и градиентны е (рис. 7).

Н а рис. 7 приведены векторы п оверхностны х скоростей для зи м ы, весны, л ета и осени по результатам ч исленны х эк сп ер и ­ м ентов, п олучен н ы х с использованием ЭПОС, а так ж е схем ы ос­ новны х стр уй н ы х потоков и ц и р кул яци он ны х структур.

П о х а ­ рак теру р асп р едел ени я ц и р кул яци он ны х структур и струй н ы х течени й в поверхностном слое К асп и й ск ое м оре м ож н о разделить на три части:

1) С еверную,

2) С реднюю,

3) Ю ж ную.

В р еж и м е течений Северного К аспия под влиянием атм осф ер­ ной ц и р к ул я ц и и и тепловы х процессов вы деляю тся два основ­ н ы х периода:

1) л едовы й, к огда поверхность м оря изолирована от в оздей ­ ствия ветра и подо льдом наблю даю тся инерционны е течения вет­ рового и бароградиентного п р о и сх о ж ден и я. В восточной части м оря подо льдом наблю даю тся антициклональны е ц и р к ул я ц и он ­ ны е структуры с небольш им и (5 с м /с ) скоростям и теч ени я. В за ­ п адной части просл еж и ваю тся стоковы е вдольбереговы е течения и з В олги с ср еднем есячны м и скоростям и м енее 5 см /с;

2) безл едн ы й, когда в Северном К аспии среднем есячны е ск о ­ рости теч ени я малы (5 — 7 с м /с ). В восточной части м оря до м и н и ­ рую т антициклональны е структуры, в зап адн ой — циклональны е, оп редел яю щ и е вдольбереговы е течения.

В дольбереговы е стоковы е течения на устьевом взморье В олги сущ ествую т почти во все сезоны года и распространяю тся вплоть до И ран ского берега.

П орядок скоростей зависит от силы и направления ветра, к о­ торы й м о ж ет усиливать или ослаблять вдольбереговы е потоки Основного вдольберегового К аспийского течения (ОВТК), и м ею ­ щ его циклональную завихренность.

В С реднем и Ю ж ном К аспии структуры п оверхностны х теч е­ н ий более сл ож н ы е.

46

–  –  –

Д л я С реднего К аспия характерны дипольны е структуры ц и к ­ л он — антициклон дл я зи м ы, весны и лета и циклональны е — для осени.

Зап адны е вдольбереговы е течения в поверхностном слое на­ блю даю тся весь год. Они наиболее развиты летом и осенью, когда циклональны е структуры Среднего и Ю жного К аспия достигаю т н аибольш ей м ощ ности.

В осточное вдольбереговое течение в Среднем К асп и и, направ­ л ен ное на северо-зап ад, сущ ествует только зи м ой. В остальны е сезоны года дл я К азахского п обереж ья в поверхностном слое х а ­ рактерны вдольбереговы е п отоки, направленны е на ю го-восток.

С еверо-западны е потоки, зам ы каю щ ие западны е вдольбереговы е структуры на востоке, в августе см ещ ены к зап адн ом у берегу, в ноябре — к центральной части м оря, а в м ае разорваны на две части.

Д л я Ю ж ного К асп и я зи м ой и весной характерны ц и к л он ал ь­ ные структуры с антициклональны м и сателлитам и. Х орош о п ро­ сл еж и в а ет ся вдольбереговое теч ени е Зап адного К асп и я, и м ею ­ щ ее генерал ьное н апр авление на ю г, и вдольбереговое теч ен и е В осточного К а сп и я, и м ею щ ее генеральное направлени е на с е ­ вер. В осточ н ая ветвь к асп и й ск ой вдольбереговой ц и р к у л я ц и и в Ю ж ном К асп и и неск ол ьк о см ещ ен а к за п ад у.

В доль Т уркм енско-И ранского берега потоки направлены на юг во все сезон ы года. И зм ен яю тся лиш ь и х характерны е скоро­ сти теч ен и я, которы е малы зи м ой (м еньш е 5 с м /с ) и увели чи ва­ ю тся от весны к осени от 5 до 1 7 с м /с.

Т аким образом, проведенны й анализ показы вает, что п оверх­ ностны е течения в клим атическом плане имею т зн ачительную внутригодовую изм енчивость. И звестны е схем ы среднегодовы х течений Н. М. Книповича, В. Б. Штокмана, В. Н. Зенина и В. А. Леднева [9 ], п о-ви дим ом у, вы полняю тся только для осредн ени я за м ноголетний период и наиболее бли зк и к зи м н ем у (ф евральско­ м у) распределению поверхностны х скоростей течений, рассчитан­ ны х в данной работе.

Расчеты позволяю т уточнить д и н ам и к у п оверхн остн ы х теч е­ н ий и и зуч ить внутригодовы е и зм ен ен и я ди н ам и ч еск и х структур К асп и я, как это показано на рис. 7.

О снованием правом ерности такого утв ер ж ден и я сл уж ат р е­ зультаты ч исленны х расчетов п оверхностны х течений Среднего и Ю ж ного К аспия д л я февраля и августа, вы полненны е по д и аг­ ностической м одели А. С. С аркисяна в ГОИНе Г. В. Ерем еевой [9], которы е бл и зк и к наш им результатам и так ж е подтверж даю т сильную внутригодовую изм енчивость полей.

Динамические структуры и схемы течений Рассмотрим р еж им внутригодовой изменчивости интегральны х течений, ф орм ирую щ ихся под действием ветровых и терм охалинн ы х процессов. В отличие от поверхностны х течений, рассм отрен­ ны х ранее, полны е потоки характеризую т интегральны й перенос на конкретной вертикали в море, т. е. р азн и ц у м еж д у противо­ п олож н о направленны ми на вертикальной координате течениям и.

Если говорить о сх ем а х теч ени й, то правильнее представлять и х по интегральны м переносам. И нтегральны е ф унк ц ии тока, х а ­ рак тер и зую щ и е так и е переносы дл я зим ы (с учетом ледового п о­ крова) и остальны х сезонов года приведены на рис. 8.

Расчеты п оказали, что весь год сущ ествует вдольбереговое ц ир­ к ул яц и он н ое теч ени е, состоящ ее и з отдельны х струй н ы х ветвей:

— Кизлярской, — Д ер бентской, — А п ш ерон ск ой, — Л ен кор ань-П ехл еви н ской, — И ран ской, — Т урк м енско-К расноводской, — К аза х ск о й, — С еверокаспийской.

Д и н ам и к а эти х отдельны х струй н ы х течени й зависит от и з­ м енчивости м ощ ности и пространственной п р отяж ен ности циклональны х и антициклональны х структур.

В К асп и й ск ом м оре вы деляю тся сл едую щ и е основны е ц и р к у ­ ляц и он ны е структуры.

1. С еверокаспийская область циклональной завихрен н ости.

2. Д ер бен тск ая, состоящ ая и з д в у х ц ик лонально-антициклональны х ди п ол ей.

3. Ю ж н ок аспи й ская, в которой вы деляю тся:

1) А п ш ер он ск и й антициклон с циклональны м и сателли та­ м и на п ериф ери и,

2) Л ен кор ань-П ехл еви н ски й циклон с антициклональны м и сателлитам и,

3) И ран ски й ан ти ц ик лон,

4) Т уркменско-К расноводская область циклональной за в и х ­ ренности.

Три вы деленны е области р аздел яю тся двум я фронтальны м и зон ам и, расп олож ен н ы м и квазизонально (вдоль широты):

— первая в виде д у ги, обращ енной вы пуклостью к северу, п роходи т от устья Сулака до ф орта Ш евченко на п-ове Караган;

— вторая простирается от А п ш ерон а до К ара-Богаз-Гола.

Рис. 8. Интегральные функции тока от поверхности до дна, см3/с.

В ю ж н о й части К аспия вы деляется та к ж е квазим еридиональны й (п роходящ и й вдоль м еридиана) ф ронт, дел ящ и й м оре на две зоны:

1) зап адн ую п оловину, где преобладаю т антициклональны е структуры с сателлитам и циклональной завихренности;

2) восточную половину, где преобладаю т циклональны е струк ­ туры с сателлитам и и з антициклонов.

Р ассм отрим вначале годовую изм енчивость ОВКТ (см. рис. 8).

К и зл ярск ая ветвь ОВКТ сущ ествует во все врем ена года и за ­ висит п р еж д е всего от стока В олги. И нтенсивность эти х водото­ ков увеличивается в периоды весеннего и осеннего паводков и в м есяцы п реобладания ветров ю ж н ы х рум бов, когда уси ливается м ощ ность циклональны х структур северо-восточной части К ас­ пи я, подпиты ваю щ их К изл яр ск ую ветвь.

Д ербентская ветвь ОВТК наиболее развита весной и летом в связи с увеличением мощ ности циклональной структуры Д ербент­ ского ди п ол я. З и м ой, при развитии антициклонального к ом п о­ нента, рассм атриваем ое течение у некоторы х береговы х участков значительно сн и ж ает свою интенсивность, сущ ествуя на п ери ф е­ рии ц иклональны х сателлитов береговой части Д ербентского ан ­ тиц и клон а.

А п ш ер он ск ая ветвь ОВТК как вдольбереговое течение при ­ сутствует только осенью (когда циклональная структура Ю жного К асп и я м аксим ально развита), см ещ ая А п ш ерон ск и й ан ти ц и к ­ лон в центральны е районы Ю ж ного К аспия. З и м ой, весной и л е­ том это теч ени е обтекает периф ерию А п ш еронск ого ан ти ц и к л о­ на, возвращ аясь к зап адн ом у берегу в районе банки П авлова, п е­ р ехо д я в сл едую щ ую ветвь ОВТК.

Л ен кор ань-П ехлеви н ская ветвь ОВКТ сохран яется как стр уй ­ ное течение во все сезоны года, испы ты вая некоторы е деф ор м а­ ц и и, проявляю щ иеся в отклонении генерального направления на восток в связи с развитием И ранского антициклона.

И ран ская ветвь ОВТК сущ ествует во все сезоны года, отсту­ пая от берега к северу при развитии береговы х антициклональны х структур.

Т уркм енско-К расноводская ветвь ОВКТ им еет устойчивое н а­ правление д в и ж ен и я на север во все сезоны года, отк лон яясь от берега в центральны е части м оря при развитии антициклональны х структур в ю ж н ой части области (февраль). От ю ж н ого побе­ р еж ья К аспия до северной границы К азахск ого зали ва на зап ад­ ной п ериф ерии ОВТК практически во все сезоны года сущ ествует область циклональной завихр ен н ости, известн ая и з реж и м н ы х обобщ ений [9] как зон а апвеллинга восточной части К аспия.

К а за х ск а я ветвь ОВТК н еустойчива в теч ени е года и зависит от м ощ ности антициклональной компоненты Д ербентского д и п о ­ л я. Зи м ой (февраль) и осенью (ноябрь), когда антициклональны й к ом понент ослаблен, К азахск ая ветвь представляет целостн ое об­ разовани е, питаю щ ее С еверокаспийскую ветвь ОВТК.

В периоды у си л ен и я Д ербентского ан ти ц ик лон а, К азахск ая ветвь раздел я ется на две части: 1) ю ж н ую и 2) северн ую. В так и х си туац и я х восточное ОВТК соединяется с западны м через лок аль­ ный ф ронт Д ербентского ди пол я, зам ы кая вдольбереговую стр ук ­ тур у по малой ц и р кул яци он ной сх ем е, вклю чаю щ ей только ср ед­ нюю и ю ж н у ю части К асп и я. Северная часть К азахск ой ветви п итает С еверокаспийскую ц и р кул яци он ную структуру.

С еверокаспийская ветвь ОВТК сущ ествует в центральной и зап адн ой частях Северного К аспия практически во все сезоны года, зам ы кая по второму кольцу вдольбереговую ц и р к уля ц и ю.

В восточны х уч астк ах области в году преобладаю т антициклонально направленны е потоки.

О писание интегральной циркуляции несколько отличается от описания циркуляции поверхностны х течений, приведенны х на рис. 7. В целом структура поверхностны х течений не противоре­ чит интегральной схем е, если учесть влияние чисто дрейфовой составляю щ ей в поверхностном слое, которая м ож ет менять на­ правление течения в этом слое на противополож ное генеральному направлению ОВТК. Этот факт отчетливо проявляется у восточ­ ного берега К асп и я. П оверхностны е течения в эти х рай он ах и м е­ ют генеральное направление на ю го-восток, тогда как п одп ов ер х­ н остны е, и соответственно ОВТК, направлены на северо-запад.

З ак л ю ч ен и е

Ч и сленн ы й ан ализ терм оди н ам и ческ и х структур К асп и й ск о­ го м оря п оказал следую щ ее:

— и м ею щ и еся представления о к вазистационарны х теч ен и я х К асп и я очень упрощ ены ;

— до настоящ его врем ени не бы ла и зуч ен а, в том числе и теоретич ески, сезон н ая изм енчивость эти х п олей.

П р еж д е всего, сл едует отм етить, что О сновное вдольбереговое К асп и й ск ое теч ени е (ОВТК) сущ ествует во все сезоны года на п е ­ риф ерии циклональны х вдольбереговы х струк тур. М ощ ность и протяж ен ность эти х структур оп ределяю т интенсивность вдоль­ береговы х стр уй, и х удаленность от берега и причастность к л о ­ кальны м ф ронтам дипольны х (ц и к л он — антициклон) структур.

В К аспийском м оре вы деляю тся сл едую щ и е основны е ц и р к у­ ляц и он ны е структуры, действую щ ие в течение года:

— С еверокаспийская область циклональной завихренности;

— Д ербентская область, состоящ ая и з двух циклонально-анти ц иклональны х диполей;

— Ю ж нокаспийская область, в которой вы деляю тся:

1) А п ш ер он ск и й антициклон с циклональны м и сателли та­ ми на п ериф ерии,

2) Л ен кор ань-П ехлеви н ски й цик л он с антициклональны м и сателлитам и,

3) И ранский антициклон,

4) Туркменско-Красноводская область циклональной зав и х­ ренности.

В се ц ир кул яци он ны е структуры имею т сл ож н ую ди н ам и к у внутри года и определяю т интенсивность вдольбереговы х и струй ­ ны х течений на локальны х ф ронтах ди польны х структур.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. В а с и л ь е в А. С. О применении моделей плотности, температуры и соле­ ности в теории океанических течений / / Проблемы теории ветровых и термохалинных течений. — Севастополь, 1968. — С. 168—181.

2. В а с и л ь е в А. С. Гидродинамическая модель нелинейного взаимодейст полей течений и плотности / / Мор. гидрофиз. журн. — 1974. — № 4. — С. 5—16.

3. В а с и л ь е в А. С. Гидротермодинамическая модель Азовского моря. — Севастополь: Изд. МГИ АН УССР, 1983. — 45 с.

4. В а с и л ь е в А. С. Модель теплового и водного балансов поверхности раз­ дела вода—воздух / / Системный анализ и моделирование процессов на шельфе Черного моря. — Севастополь, 1983. — С. 46—52.

5. В а с и л ь е в А. С. Обучающиеся модели биофизических систем моря. — Севастополь: Изд. МГИ АН УССР, 1984. — 51 с.

6. В а с и л ь е в А. С. Основы прикладной экологии океана. — Владивосток:

Изд. ДВО АН СССР, 1992. — 283 с.

7. В а с и л ь е в А. С. Автомодельность второго рода в мониторинге основ­ ных физических полей океана / / ДАН. — 1993. — Т. 328, № 5. — С. 613—618.

8. В а с и л ь е в А. С. Адаптивно-обучающаяся система прогнозирования клас­ сов природных процессов. Ч. 1. Создание и ведение региональных специализиро­ ванных банков океанографической информации. Методические указания. — СПб:

Гидрометеоиздат, 2001. — 235 с.

9. Г и д р о м е т е о р о л о г и я и гидрохимия морей. Т. VI. Каспийское мор Вып. 1. Гидрометеорологические условия. — СПб: Гидрометеоиздат, 1992. — 360 с.

10. К н и п о в и ч Н. М. Гидрологические исследования в Каспийском море в 1914—1915 гг. / / Тр. Касп. экспедиции 1914—1915 гг. — 1921. — Т. 1. — 943 с.

11. К о с а р е в А. Н., Т у ж и л к и н В. С. Климатические термохалинные поля Каспийского моря. — М.: Изд. РФФИ, 1995. — 92 с.

12. П о л о н с к и й В. Ф., М и х а й л о в В. Н., К и р ь я н о в С. В. Устьевая область Волги: гидролого-морфологические процессы, режим загрязняющих веществ и влияние колебаний уровня Каспийского моря. — М.: ГЕОС, 1998. — 279 с.

ГИДРОЛО ГО -ГИ ДРОХИ М ИЧЕСКИ Е Х А Р А К Т Е РИ С Т И К И

ВО Д КАСПИЙСКОГО М ОРЯ В Л ЕТН И Й СЕЗОН

В СО ВРЕМ ЕН НЫ Х УСЛО ВИЯХ

–  –  –

УДК 551.464 (262.81) В работе проанализированы особенности распределения минеральных и ор­ ганических форм биогенных веществ, кислорода, pH и нефтепродуктов в зоне смешения и в других районах моря в июле—августе 2000 г. Выявлены районы с гипоксией у дна (абсолютное содержание кислорода — до 0,29 м л/л, относи­ тельное — 5,2 %). Отмечена высокая концентрация аммонийного азота (до 148,9 тМ ) и органического азота и фосфора (до 60,7 и 2,0 т М соответственно) на вековых гидрологических разрезах в Северном Каспии. ПДК по нефтепродуктам (50 мкг/л) превышена на северных станциях разрезов III а, III и в области авандельты. Здесь содержание нефтепродуктов составило 1—3 ПДК и более. Приве­ дена таблица с основными обобщенными результатами анализа гидрохимичес­ ких параметров.

Работа выполнена при поддержке Минпромнауки РФ и РФФИ, проекты 99—05—64085 и 01—05—06092.

В веден и е

Л етом 2 0 0 0 г. в рам ках совм естной научно-исследовательской программы «К ом плексное и зуч ен и е законом ерностей ф орм иро­ вания и эволю ции геохи м и ч еск и х барьерны х зон ю ж н ы х м орей Р оссии в современны х условиях» ГОИН и ВНИРО проведены ч е­ тыре эксп еди ци и в К аспийском море. В августе—сентябре 2 0 0 0 г.

съ ем к ой бы ли охвачены Средний и Ю ж ны й К асп и й, а та к ж е г л у ­ боководны е районы Северного К аспия. В ию ле вы полнена съ ем ­ к а низовьев дельты р. В олги, авандельты и м елководны х рай о­ нов Северного К асп и я (эта съ ем к а частично повторена в августе), кром е того, проведены исследования на м икрополигоне в районе о. М алый Ж ем ч уж н ы й (рис. 1).

О сновная задач а к ом плексны х эксп еди ц и й 2 0 0 0 г. — возоб­ новить регулярны е гидрохим и ческ ие и гидрологические съ ем к и на вековы х р а зр езах в К аспийском море в ц ел я х экосистем ного м ониторинга и ссл едуем ы х акваторий в период относительно вы­ сокого стояни я уровня моря.

К асп и й ск ое м оре-озеро — уникальны й реликтовы й солонова­ товодны й водоем, и нтереснейш ая природная экоси стем а. А к ти в­ но и сп ол ьзуется человеком как ц енн ей ш ий ры бопромы словы й Рис. 1. Положение гидрологических станций НИС «Метан» и «Экопатруль-2» (1), «Исследователь Каспия» (2) и «Медуза» (3) в Каспийском море в июле— сентябре 2000 г.

рай он и рай он и нтенси вн ой р азв едк и и добы чи углеводородн ого сы рья. Н аи бол ьш и й и нтерес представляет м елк оводн ая часть м оря — Северный К асп и й. И м енн о в ш ельф овой зон е наиболее остро просл еж и ваю тся все и зм ен ен и я аби оти ческ и х хар ак тер и с­ тик вод, вы званны е как п ри родны м и, так и антропогенны м и ф акторам и. Сегодня важ ен еж егодн ы й и п осезонны й контроль ги д р охи м и ч еск и х характеристик вод К аспия.

В соврем енны х услови ях относительно высокого стояния уров­ н я м оря ( - 2 7,0 7 м абс. в 2 0 0 0 г. по данны м А страхан ск ой ЦГМС и М П Р) и н еопределен н ости дальнейш его сц ен ари я его и зм ен е­ н и я н еобходи м о заф иксировать ф оновы е гидролого-ги дрохи м и ч еск и е хар ак тер и сти к и, п ри сущ и е дан н ом у п ери оду. Это важ но д л я прогнозирования экологического состояни я К аспия в дал ь­ н ейш ем и вы работки правильной стратегии в хозя й ствен н ом о с­ воении м оря.

Особого вним ания требует контроль состояния аби оти ческ и х и би оти ческ и х харак тери сти к вод ш ельф а Северного К асп и я. Се­ верная часть м оря в си л у своей м елководности и соответственно небольш ого объ ем а отличается малой и н ерц и ей по отнош ению к воздей стви ю вн еш н и х ф акторов п риродного и антропогенного п р ои схо ж д ен и я.

В 9 0 -е годы наблю далось резк ое сн и ж ен и е активности к ом п ­ лексного мониторинга К аспия, особенно его северной части, вклю ­ ч аю щ ей в себя обш ирную зон у см еш ен и я. П оэтом у несом н енн ую ц енность п редставляет возобновление н аблю ден и й на вековы х р азр еза х в Северном К асп и и, сек у щ и х основны е структуры зоны см еш ен и я.

Материалы и методика

Работа основана на экспедиционны х данны х по пространствен­ н ом у расп ределени ю би оген н ы х вещ еств, неф тепродуктов и д р у ­ ги х ги д р охи м и ч еск и х параметров на акватории К асп и я. Б олее подробно освещ ена си туац и я в Северном К аспии.

Д ля оп редел ени я биогенны х вещ еств прим еняли соврем енны е вы сокочувствительны е ф отом етрические методы ги д р охи м и ч ес­ кого ан ал и за [3]. Н еф тепродукты оп ределяли м етодом И К сп ек т­ ром етри и [6 ]. А бсолю тн ое содер ж ан и е растворенного к ислорода и его процентное насы щ ение рассчиты вали по соответствую щ им ф орм улам, сл ед уя к ласси ческ ом у м етоду объем ного ан али за (м е­ тоду В и нк лера) [6]. П розрачность и зм ерял и при пом ощ и ди ск а Секки.

Д л я наглядности при ан ал изе полученны х дан ны х и сп ользо­ вали схем ы пространственного расп ределени я ги дрохи м и ческ и х параметров, вы полненны е при пом ощ и пакета граф и ческ и х п ро­ грамм (S u rfer 7).

Обсуждение результатов работы

Основные обобщ енны е результаты работы приведены в табли ­ ц е. П ом им о приведенны х в ней ги др охи м и ческ и х характеристик во время рейсов определены и др уги е гидром етеорологические и ги др охи м и ческ и е параметры (тем пература воды и в озд уха, ат­ м осф ерное давл ен и е, скорость ветра, облачность, волн ен ие, ско

–  –  –

120—170 0,5 8 —0,82 0,0 0 —142,86 2,2 2 —5,00 — 0,2 5 —0,56 2,7 8 —6,67 — — — 9 0 —150 0,0 0 —57,50 2,00—74,44 0,0 7 —1,68 — 60—160 0,1 7 —6,89 2 1,7 9 —93,57 1,28—148,89 — 8,4 7 —8,56 0,9 3 —6,04 0... 10 0,2 8 —0,37 5,3 3 —6,33 8,3 0 —8,59 1,0 4 —9,82 5,3 3 —6,61 0,3 1 —0,57 — 8,3 4 —8,50 3,6 8 —9,32 0 —20 0,1 0 —0,29 5,5 0 —10,56 7,1 9 —8,54 0,1 3 —0,42 5,6 4 —13,79 4,9 4 —8,11 — — 8,4 1 —8,65 0,1 4 —5,79 0,0 9 —0,20 6,1 7 —10,00 8,2 4 —8,55 0,1 4 —6,57 6,4 4 — 11,11 0,0 9 —0,20 — 0 —25 8,6 4 —8,91 2,11 — 13,00 0,1 6 —0,33 7,39—11,78 7,9 2 —8,94 1,8 2 —13,64 8,2 2 —15,39 0,1 7 —0,38 — 20—45 8,5 7 —8,68 13,25—16,25 0,0 9 —0,42 11,78—19,11 8,1 9 —8,61 9,0 3 - 1 5,7 5 8,9 4 - 1 7,7 2 0,0 4 —0,61 — 8,3 5 —8,70 0 —40 0,6 4 —2,75 0,1 3 —0,37 3,5 6 —7,00 7,3 5 —8,63 0,0 0 —5,79 3,0 0 —14,00 0,0 8 —0,36 — — 8,4 5 —8,56 0,1 4 —0,42 0,0 0 —7,99 — 8,1 0 —8,55 0,0 0 —30,00 0,0 2 —0,27 — — — — 0,0 0 —7,90 0,0 3 —0,08 0,8 3 —2,00 16,00—145,00 0,7 0 —9,99 0,1 0 —1,90 — — — 7,66— 11,32 0,5 7 —1,00 0,0 0 —0,23 — 14,99—64,27 0,5 5 —1,06 0,1 8 —1,16 — — — 0,0 0 —12,32 0,8 3 —1,64 0,0 0 —0,16 — 14,32—96,00 1,02—2,21 0,0 4 —1,53 — — лорода заф иксировано не только в глубоководны х вп ади нах, но и в отм елы х рай он ах м оря.

Уникальны е природны е особенности экосистем ы К асп и й ск о­ го м оря непосредственно связаны с ф изик о-географ и ческ им свое­ образием этого водоем а (в частности, с отсутствием геом орф оло­ гической связи с акваторией М ирового океана, больш ой м ер и ди ­ ональной протяж ен ностью, р езк и м и к олебаниям и уровня м оря, сущ ествованием обш ирной м елководной северной части и др).

Г идролого-ги дрохим и ческ ий р еж и м, би ологи ческ ая п р одук ­ тивность и тр оф ическая структура экосистем ы м оря реш аю щ им образом зависят от п ри родно-к ли м атически х и антропогенны х ф акторов, ф орм и рую щ их на водосборе бассейна огром ное к ол и ­ чество поступаю щ его в К асп и й материала: пресны х вод, би оген ­ ны х и ор ган ич ески х вещ еств, загр я зн яю щ и х вещ еств и др.

Б ольш ую озабоченность вызывают работы по расш ирению д о ­ бычи нефти в районе А пш ерона (А зербайдж ан) и особенно на ш ель­ ф ах у восточного побереж ья Северного К аспия (К азахстан ), на акватории, объявленной заповедной и являю щ ейся основным райо­ ном нагула рыб [4].

Н а количество и качественны й состав би оген н ы х вещ еств в зон е см еш ен и я речны х и к асп и й ск и х вод значительное влияние оказы вает гидрологи ч еск и й р еж и м рек к аспи й ского бассейн а.

Современны й р еж и м рек, впадаю щ их в К асп и й ск ое м оре, н а х о ­ ди тся под сильны м воздействием антропогенной деятельн ости.

Зарегулировани е стока сн и ж ает вы сокую потенциальную би ол о­ гич ескую продуктивность м оря.

В то ж е врем я благоприятны е адаптационны е услови я для рыб и д р у ги х гидробионтов к р еж и м у солености склады ваю тся вблизи тех рек, где ф орм ируется постоянное и достаточно боль­ ш ое по п лощ ади оп реснен н ое буф ерное пространство — зон а см е­ ш ен и я речны х и м ор ски х вод, здесь сосредоточиваю тся основны е запасы би оген н ы х вещ еств вы носим ы х рекой.

Р е ж и м би оген н ы х вещ еств летом в Северном К асп и и ф орм и ­ руется в зон е см еш ен и я в основном под влиянием следую щ и х факторов:

— воздей ствия стока р. В олги (8 0 % всего речного стока в К асп и й ), рек У рала, Т ерека, Сулака и др.;

— адвекции вод Среднего К аспия в приглубы е районы;

— сл о ж н о й гидродинам ической обстановкой и т. д.

Х орош и й прогрев и аэрация водной толщ и в усл ови ях м елк о­ водий и и нтенсивное ветровое перем еш ивание способствую т и н ­ тен си ф и к аци и би охи м и ческ и х процессов м етаболизм а органичес­ кого вещ ества.

Л етом активно вегетирует ф итопланктон, бурно протекаю т п родук ци он но-деструкц и он ны е процессы в эвф отическом слое и р а зл о ж ен и е орган ич ески х остатков за его пределам и, постепенно ослабевает влияние волж ского половодья; систем а Северного К ас­ п и я ф ун к ц и он и рует в относительно «стабильны х» усл ов и я х м о­ н отонно сн и ж а ю щ его ся вл и ян и я вол ж ского сток а. В этот п е­ риод интересно проследить р еж и м ги д р охи м и ч еск и х параметров, отр аж аю щ ий вл ияние аби оти ческ и х и би оти ческ и х процессов на состояни е вод м оря.

Во врем я эк сп еди ц и он н ы х работ в Северном К аспии отм ечена вы сокая тем пература воды. Д и апазон и зм ен ен и я тем пературы в поверхн остн ом слое 2 5,4 — 2 7,7 °С (до 2 8,5 °С в районе авандельты ), у д н а 2 4,5 — 2 7,5 °С.

Д л я августа характерно вы сокое содер ж ан и е растворенного кислор ода в водах Северного К асп и я [5].

В поверхностном слое исследуем ы х районов Северного К аспия о т м е ч е н о в ы со к о е а б со л ю т н о е и о т н о с и т е л ь н о е с о д е р ж а н и е растворенного кислорода. М аксимум концентрации растворенного к ислорода (6,3 5 — 8,0 4 м л /л ) зафиксирован на западе (разрез III а).

Д ол я значений концентрации кислорода, превы сивш их 6,0 м л /л, составила 83 % зафиксированных, а превысивших 7,0 м л /л — 12 %.

В тех р ай он ах, где насы щ ение воды растворенны м к ислоро­ дом возрастало до 1 3 0 % и более (станции р азр еза III а), ск азы ва­ ется результат ак тивизации процессов ф отоси нтеза, что подтвер­ ж д ен о вы соким pH = 8,6 4...8,9 1.

В С реднем и Ю ж ном К аспии насы щ ение п оверхностны х вод кислородом бы ло бл и зк о к 1 0 0 % (равновесие с атм осф ерой).

Р асп р едел ен и е растворенного кислорода у дн а им ело более сл ож н ы й харак тер (рис. 2).

Острый деф и ц и т к ислорода у дна заф иксирован в сл едую щ и х районах:

— в зап адн ой части бассейна Северного К аспия в районе сва­ ла глубин, — в придонном слое терекского взморья, — в глубоководны х впадинах Среднего и Ю ж ного К асп и я.

Так, в зап адн ой части бассейна Северного К асп и я абсолю тная концентрация растворенного кислорода 0,2 9 — 0,7 8 м л /л. При этом насы щ ение вод кислородом падало до 5,2 %. Пробы донного грун ­ та, отобранны е в этом районе, им ели сильны й зап ах сероводоро­ да. Это свидетельствует о возм ож ном наличии ан аэробны х усл о­ вий непосредственно у дн а.

В зап адн ой части Северного К аспия наблю далось резк ое с н и ­ ж ен и е сод ер ж а н и я растворенного кислорода на глубин ах больш е Рис. 2. Концентра а — аб со л ю тн ая, м л /л ;

ция кислорода у дна.

б — относительная, %.

8 — 10 м (станции 70, 6 9, 67), а так ж е на глубин ах больш е 5 м на стан ц ии 66:

— на горизонте 15 м абсолю тное зн ачен и е конц ен трац и и к и с­ л орода 0,7 1 м л /л, относительное — 1 3,6 %;

— на горизонте 16 м — 0,7 8 м л /л и 1 4,7 %;

— на горизонте 10 м — 0,5 6 м л /л и 1 0,2 %;

— на горизонте 6 м — 0,2 9 м л /л и 5,2 %.

Р езк о е сн и ж ен и е содер ж ан и я кислорода в глубинны х гори ­ зон тах западной части Северного К аспия связано с тем, что л е ­ том при оп ределенн ы х гидром етеор ологических усл ов и я х (при адвекции вод Среднего К аспия и д р.) в приглубы х рай он ах уста­ н авливаю тся сравнительно больш ие градиенты тем пературы и солености. Так, соленость в слое 1 0 — 15 м на станции 70 увел и ­ чилась с 1 0,7 4 до 1 2,0 6 %о, т. е. вертикальны й градиент сол ен о­ сти составил 0,2 6 % о/м, а в слое 0 — 10 м — лиш ь 0,0 6 % о/м. На станции 6 9 вертикальный градиент сблености составил 0,1 5 % о /м в слое 1 0 — 16 м и 0,2 6 % о / м в слое 5 — 10 м.

В том ж е слое 5 — 10 м п рослеж и вался м аксим альны й гради ­ ент тем пературы 0,2 4 °С/м. Н а станции 6 7 основны м ф актором, обусловивш им плотностную стратиф икацию водной толщ и, был вертикальны й градиент тем пературы. В слое 5 — 10 м он достигал 2,8 °С/м. Что касается м елководной станции 6 6, здесь в слое 0 — 6 м (поверхностны й и придонны й горизонты ) сравнительно вели­ ки были вертикальны е градиенты и температуры (0,3 7 °С/м), и солености (0,4 5 % о /м ).

И з-за резк ого р асслоения водной толщ и по вертикали затр уд­ нен вертикальны й газообм ен м еж д у придонны м и п оверхн ост­ ным слоям и.

В августе отм ечен деф и ц и т кислорода на м елководны х север­ ны х стан ц и я х разрезов III а и III (2,6 4 м л /л в п оверхностны х водах и столько ж е у дн а). Н а разр езах I и II в Северном К аспии районы с придонной гип ок сией не отм ечены. В н изовья х устье­ вой области р. Волги и авандельте в ию ле районы с гип ок сией так ж е не отм ечены.

Забровочны е районы и слабопроточны е каналы в 2 0 0 0 г. не исследованы.

Н асы щ ение придонны х вод кислородом не сн и ж ал ось м енее 5 1,7 % (станция 77 ), а дол я стан ц ий, где у дн а относительное содер ж ан и е к ислорода превы ш ало 1 0 0 %, составила 74 % общ е­ го числа вы полненны х станций.

Х орош ая аэрац ия всей водной толщ и отм ечена на м елководь­ я х в зап адн ой и восточной частях бассейна Северного К аспия.

Здесь ветровое перем еш ивание обеспечивает вентиляцию вод.

Рис. 3. Распределение pH в поверхностном слое.

В рай он е взм орья р. Т ерек абсолю тная к он ц ен трац и я раство­ рен ного к и сл ор ода у д н а п адала до 0,8 6 м л /л (1 5,7 % ). Н а р а з­ р езе о. Ч еч ен ь— п-ов М ангы ш лак отм ечен деф и ц и т к ислорода у дн а (1,0 9 — 3,2 0 м л /л на стан ц и я х 2 и 4). Западны е станции р а з­ р еза М ахачкала— м. Сагындык (станции 2 и 3) харак тери зова­ лись резк и м ум еньш ением к онцентрации кислорода в придонном горизонте (до 3,0 2 — 1,1 9 м л /л ). В глубинны х слоях глубоковод­ ны х впадин С реднего и Ю ж ного К аспия отм ечена к онцентрация к ислорода около 1 м л /л (20 % насы щ ения). П одобная си туац и я с кислородом в Среднем и Ю ж ном К аспии заф иксирована и ранее (эк сп еди ц и и В Н И РО ), в частности в 1 9 8 8, 1 9 9 5 и 1 9 9 9 гг.

П оверхностны е воды в Северном К аспии были пересы щ ены кислородом (до 1 5 2 % ), его абсолю тная конц ен трац и я дости гала 8,0 4 м л /л в северо-западном районе бассейна Северного К аспия.

П ок азатель активности ионов водорода яв л яется хорош и м и ндикатором направленности и н апр яж ен н ости би охи м и ч еск и х процессов в м оре.

Зн ачен и е pH в Северном К аспии в основном и зм енял ось в ди ап азон е 8,3 4 — 8,9 1 (рис. 3), лиш ь в зон ах с при ­ дон ной гип ок сией зн ач ен и я pH падали до 7,9 2. В ы сокий уровень pH и значительное пересы щ ение вод кислородом — следствие и нтенси ф ик ац ии процессов ф отоси нтеза. В н екоторы х м елк овод­ ны х рай он ах (с глубинам и до 4 — 5 м) ф отосинтез охваты вал всю водную тол щ у, о чем свидетельствует увели чен и е содер ж ан и я к ислорода и зн ачен и й pH у дн а по сравнению с поверхностью.

П ересы щ ение поверхностны х вод кислородом (1 1 7,6 — 1 5 2,3 %) на стан ц иях с придонной гипоксией, значения pH 8,6, сравни­ тельно высокие концентрации органического азота (2 8,0 — 3 7,5 т М ) предполагаю т наличие в эти х районах достаточного количества органического вещ ества, д л я того чтобы ок ислен и е детри та у дна (в усл ов и я х стратиф ицированной водной толщ и) привело к воз­ никновению гип ок сии.

В западной части Северного К аспия летом отчетливо просле­ ж ивается ум еньш ение pH с севера на юг. Н аибольш ие значения pH 8,6 отмечены в районах, подверясенных наиболы пему влия­ нию стока р. Волги. Горизонтальный градиент pH особенно увели ­ чивается в конце лета. Это объясняется ум еньш ением тем перату­ ры и увеличением солености воды в направлении с севера на юг.

В осточная часть Северного К аспия хар ак тери зуется бол ее о д ­ нородны м расп редел ени ем pH, что, п о-ви дим ом у, обусловлено относительной однородностью расп ределени я тем пературы и со ­ лености в данном районе.

В зап адн ой части бассейна Северного К аспия расп ределени е pH в водном столбе до горизонта 5 м было довольно равном ерно и м енялось в п р едел ах 0,0 5. Н и ж е горизонта 5 м и зм ен ен и е pH дости гало 0,6 — 0,7. Такое вертикальное расп ределени е pH хар ак ­ терно дл я района свала глубин, где придонная вода ф орм ируется в результате адвективного вторж ен и я вод Среднего К асп и я.

Д л я м елководны х станций в восточной части Северного К ас­ п и я, где вертикальны е градиенты солености и тем пературы воды не превы ш али 0,0 4 % о / м и 0,0 5 °С/м соответственно, зн ач ен и я pH и по вертикали, и м е ж д у станциям и и зм ен я л и сь не более чем на 0,1.

В целом ди апазон и зм ен ен и я pH на всей и ссл едуем ой аквато­ ри и Северного К асп и я в период 2 3 — 2 7 августа 2 0 0 0 г. составил 8,3 4 — 8,9 1 в поверхностном слое и 7,9 2 — 8,9 4 у дна.

Д л я северо-зап адн ы х отм елы х районов устьевы х взм орий рек Волги и Т ерека отм ечена невы сокая прозрачность вод от 0,9 (при глубин е станции 4 м) до 2,0 м (при глубине 6 м). Это сви детель­ ствует о больш ом количестве взвеш енны х частиц (м инеральны х и орган ич ески х) в водной толщ е.

Д л я п риглубы х районов Северного К аспия и зм ерен н ая п ро­ зрачность составила от 3,3 (при глубине станции 15 м) до 7,0 м (при глубине 2 0 м).

В целом для исследуем ы х в августе—сентябре 2 0 0 0 г. районов Северного К аспия хорош о прослеж ивается практически линейная связь м еж д у увеличением глубины и увеличением прозрачности.

Н а р азр езах в Среднем К аспии такая связь не наблю далась. М ак­ симальная прозрачность 12 м (при глубине станции 24 м), зареги­ стрированная нами за все время эксп еди ци и, отмечена на станции 2 ч. М инимальная прозрачность составила 1,5 м (при глубине стан­ ц ии 13 м) и отм ечена на станции 1 ч. Н а стан ц иях с глубинами более 3 0 м прозрачность вод не превыш ала 6,5 м.

М ощ ность эвф отического слоя по данны м прозрачности со­ ставляла соответственно от 3 (м елководье на зап аде) до 20 м (п ри ­ донны й слой в районе свала глубин) в Северном К асп и и. Таким образом, практически вся водная толщ а охвачена п р одук ц и он ­ ны ми п р оцессам и ф итопланктона, что та к ж е п одтверж ден о ув е­ ли чен и ем абсолю тного и относительного содер ж ан и я растворен­ ного к ислорода в придонном слое на стан ц и я х зап адн ы х разрезов (станции 6 1 — 6 3 и др).

Р ассм отрим характеристики ряда биогенны х вещ еств (рис. 4).

Н аи бол ьш ее со д ер ж а н и е би оген н ы х вещ еств при урочен о к приустьевым областям рек Волги и Терека, глубинным слоям Сред­ него и Ю ж ного К аспия.

Отмечены следую щ ие диапазоны изм енения концентрации ам ­ м онийного азота:

Рис. 4. Распределение минеральных форм биогенных веществ в поверхностном слое Каспийского моря летом 2000 г., т М.

— аммоний, — нитриты, — кремний, — фосфаты.

а б в г — в северной части моря (на вековых гидрологических разре­ зах) 5,3—74,4 тМ в поверхностных водах и 5,3—148,9 тМ у дна;

— в глубоководных частях моря 0,55—8,9 тМ в поверхност­ ных водах и 0,55—14,0 тМ у дна.

Содержание аммонийного азота в водах волжского взморья в августе 2000 г. было в 2 раза и более выше содержания, отме­ ченного в июле—августе 1996 г. [7]. В низовьях устьевой области р. Волги летом 2000 г. отмечена концентрация аммонийного азо­ та 2,22—6,67 тМ.

Ряд исследователей считают, что в водах Северного Каспия для различных видов фитопланктона предпочтительной формой азотного питания служит аммонийный азот [2]. Поэтому при уменьшении фотосинтетической активности фитопланктонных организмов и в результате окисления азотсодержащих частей органического вещества в августе—сентябре увеличивается содер­ жание аммонийного азота на всей акватории Северного Каспия.

Нитритный азот — нестойкая переходная форма в процессе окисления аммония до нитратов. Нитритный азот служит хоро­ шим показателем зон с интенсивной деструкцией органического вещества, а также загрязнения вод.

В пробах воды, отобранных в августе 2000 г. в Северном Кас­ пии, концентрация нитритного азота не превышала 0,19 тМ. Это, скорее всего, связано с быстрым окислением химически нестойкого соединения нитритов до нитратов в условиях хорошей аэрации вод.

Относительно большое содержание нитритного азота отмече­ но в водах восточной мелководной части. Для всех гидрологичес­ ких станций в данном районе во всем водном столбе была харак­ терна концентрация нитритного азота 0,07 тМ и выше.

В целом в зоне смешения отмечено увеличение содержания М02в направлении северо-запад, северо-восток (см. рис. 4 б). Ска­ зывается влияние волжского стока и интенсивное окисление ам­ мония при снижении утилизации его фитопланктоном в услови­ ях интенсивной минерализации органического вещества.

В низовьях устьевой области р. Волги и районе взморья кон­ центрация нитритов колебалась от 0,09 до 0,39 тМ с минимумом в районе выхода из Белинского Банка и максимумом в Каспии.

В Северном Каспии зафиксированы большие концентрации органических форм азота и фосфора — до 60,7 и 2,0 тМ соответ­ ственно.

Кремний кремнекислоты сохранился на мелководьях в кон­ центрациях более 10 шМ благодаря выносу его с речными водами и, возможно, в результате смены доминантов в фитоцене (диато­ мовые в значительной мере заменяются перидиниевыми и сине­ зелеными [7]). Максимумы концентрации кремния (140—143 тМ) приурочены к низовьям устьевой области р. Волги и глубинным слоям Среднего Каспия. По распределению кремнекислоты хоро­ шо выделяется фронтальная зона, в которой ее содержание меня­ лось на порядок (см. рис. 4 в).

Возможно, что зоны с придонной гипоксией в дальнейшем сохранят тенденцию к расширению, а условия в них также будут приближаться к анаэробным. Этому будет способствовать высо­ кое стояние уровня моря и возможное загрязнение поверхност­ ных вод нефтепродуктами [1 ] в связи с активной разработкой нефтяных месторождений на шельфе. В связи с этим возможно увеличение доли сине-зеленых в фитоцене бассейна Северного Кас­ пия и увеличение численности желетелых, что, в свою очередь, способно негативно отразиться на численности популяций про­ мысловых видов рыб.

Содержание нефтепродуктов в августе в подповерхностном горизонте (около 0,5 м) не превышало ПДК (50 мкг/л) почти на всей исследуемой акватории моря. Исключение составили север­ ные участки разрезов III а и III (станции 1—4), а также области авандельты, где содержание нефтепродуктов соответствовало 1 — 3 ПДК и более. Наибольшее загрязнение приурочено к системе западных волжских каналов Рытного, Кировского и к выходу из Белинского Банка в Каспий. По-видимому, здесь сказывается вли­ яние переноса нефтепродуктов с волжским стоком.

Выводы

Анализ данных показал сохранение зон с придонной гипокси­ ей в глубоководных впадинах средней и южной части моря, ост­ рую гипоксию в придонных слоях в районе терекского взморья и в районе свала глубин в западной части Северного Каспия, сопро­ вождающуюся признаками сероводородного заражения непосред­ ственно у дна. В дальнейшем возможно расширение зон с при­ донной гипоксией летом в области шельфа.

Высокое стояние уровня моря и загрязнение вод нефтепро­ дуктами будут способствовать соответственно сохранению стра­ тификации водного столба в шельфовых районах моря и затруд­ ненному вертикальному газообмену. Интенсивное окисление большого количества органического вещества также будет спо­ собствовать острому дефициту кислорода у дна.

В то же время пересыщение кислородом поверхностных слоев вод (и всей водной толщи в отмелых районах) Северного Каспия свидетельствует об интенсивной фотосинтетической деятельнос­ ти фитопланктонных организмов, что, в свою очередь, обеспечи­ вает интенсивный расход кислорода на окисление органического вещества и (в меньшей степени) на дыхание организмов.

Большое содержание аммонийного азота, органических форм азота и фосфора зафиксировано в мелководных северных райо­ нах моря, что свидетельствует об интенсивном окислении обилия органических остатков и притоке органических форм биогенных веществ с речными (главным образом волжскими) водами.

В дальнейшем при анализе гидрохимической обстановки в водах моря следует привлекать данные по содержанию органи­ ческого вещества в районах исследования.

Необходимо также, по-видимому, оценивать долю синезеленых водорослей в фитоцене и миграции, а также возможные скопления желетелых в районах Северного Каспия, изобилующих органичес­ ким веществом и подверженных развитию придонной гипоксии.

Необходимо интенсифицировать ежегодные, по возможности, посезонные комплексные гидролого-гидрохимические съемки в Каспийском море с привлечением гидробиологических данных и данных по загрязнению вод в целях прогнозирования экологи­ ческого состояния моря в ближайшем будущем, а также выра­ ботки правильной стратегии дальнейшего хозяйственного освое­ ния Каспия.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. В а с и л ь е в А. С., К и р ь я н о в С. В., Л у к ь я н о в Ю. С. и др. Пробле­ мы загрязнения северной части Каспия в связи с подъемом его уровня и увели­ чением техногенной нагрузки / / Тез. докл. конф. «Нефть и экологическая безо­ пасность в Каспийском регионе». — Астрахань, 1997. — С. 16—17.

2. Г и д р о м е т е о р о л о г и я и гидрохимия морей. Каспийское море. Т. VI, вып. 2. Гидрохимические условия и океанологические основы формирования биологической продуктивности. — СПб: Гидрометеоиздат, 1996. — С. 65—129.

3. М е т о д ы гидрохимических исследований основных биогенных элемен­ тов. — М.: Изд. ВНИРО, 1988. — С. 25—60.

4. Н а у ч н ы е основы устойчивого рыболовства и регионального распреде­ ления промысловых объектов Каспийского моря. — М.: Изд. ВНИРО, 1998. — С. 6 —9.

5. П а х о м о в а А. С., З а т у ч н а я Б. М. Гидрохимия Каспийского м о р я.— Л.: Гидрометеоиздат, 1966. — С. 115—135.

6. Р у к о в о д с т в о по химическому анализу морских вод. — СПб: Гидроме­ теоиздат, 1993. — С. 7—126.

7. С а п о ж н и к о в В. В. Комплексные экосистемные исследования Север­ ного К аспия на НИС «Медуза» и э /с «Севрюга» (июль—сентябрь 1996 г.) / / Океанология. — 1997. — Т. 37, № 4. — С. 624—627.

ИССЛЕДОВАНИЕ П Р И Б Р Е Ж Н Ы Х А К ВА ТО РИ Й

М ОРЕЙ РОССИИ

В РА Й О Н А Х УСТЬЕВЫ Х ОБЛА СТЕЙ РЕ К

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

В УСТЬЕВЫХ ОБЛАСТЯХ РЕК ОНЕГИ, СЕВЕРНОЙ ДВИНЫ

И МЕЗЕНИ С КУЛОЕМ

–  –  –

УДК 551.465 П роанализированы результаты расчетов, выполненных при помощи эл ек­ тронной подсистемы описания среды (ЭПОС) адаптивно-обучающейся автомати­ зированной системы прогнозирования (АОАСП), разработанной в ГОИНе. И зуче­ ны термохалинная структура на основных устьевых взморьях Белого моря, про­ цессы ледообразования, кислородного реж им а, гидродинам ические ф ронты, вихревые структуры и течения при учете стока рек, неравномерной глубины и бароклинности. Созданы электронные базы данных климатических термодина­ мических и газохалинных полей на основе ГИС-технологий.

Работа выполнена при поддержке РФФ И, грант 00—05 —64156а.

Введение

Для проведения численных экспериментов по расчету распре­ деления температуры, солености и плотности использована мате­ матическая модель, разработанная одним из авторов статьи, при­ менявшаяся для различных морских и океанических регионов в режиме интерактивной обработки информации с использованием гидродинамических и динамико-стохастических моделей [5, 6].

Адаптивно-обучающаяся автоматизированная система прогно­ зирования (АОАСП) [7] адаптирована для изучения процессов река—море в морских устьевых областях рек.

Изучение процес­ сов взаимодействия речных и морских вод представляет собой сложную задачу в теоретическом и прикладном плане, так как необходимо учитывать следующие факторы:

— материковый сток, — ветровые сгоны и нагоны, — бароклинность, — неравномерные глубины, — очертания и формы берегов и другие особенности этого слож­ ного объекта.

Для устьевых областей рек создана такая специальная техно­ логия — ЭПОС (электронная подсистема описания среды), обес­ печивающая первоначальную загрузку ЭВМ информацией о рас­ сматриваемом морском регионе и формирование проблемно-ори­ ентированных банков информации. Система организована в виде комплекса библиотек, размещенных на жестком диске компью­ тера, и позволяет обрабатывать информацию в интерактивном режиме.

ЭПОС служит для формирования:

— архива исходной информации по среде (данные по атмо­ сферному давлению, температуре воды и солености на поверхно­ сти моря);

— спутниковой и другой регулярной информации в реперных (нерегулярных) точках;

— расчетной информации, получаемой при помощи матема­ тических моделей.

Из гидродинамических и динамико-стохастических блоков сформированы проблемно-ориентированные банки информации, в которых в виде электронных карт при помощи современных ГИС-технологий собрана климатическая информация основных гидрометеорологических и океанографических полей [7].

Физико-географические особенности морских устьевых областей рек Северной Двины, Онеги, Мезени и Кулоя Устьевая область Северной Двины относится к типу прилив­ ного устья с многорукавной дельтой и с приглубым устьевым взморьем.

В ее состав входят:

— устьевой участок реки протяженностью около 150 км от переката Ступинская гряда до устьевого створа м. Ю. Мудьюг— о. Кошка Скандия, — устьевое взморье—часть Двинского залива южнее услов­ ной линии—м. Куйский (Зимний берег Белого моря)—м. Толстик (Летний берег Белого моря).

Устьевой участок реки включает многорукавную дельту, име­ ющую классическую форму треугольника с основанием 45 км, и высотой около 40 км. Площадь дельты 900 км2.

На устьевом участке Северной Двины расположен крупней­ ший на Севере России г. Архангельск с морским и речным порта­ ми. К устью Северной Двины тяготеет другой крупный промыш­ ленный г. Северодвинск. Таким образом, устье Северной Двины можно отнести к числу наиболее урбанизированных объектов на Севере России, освоенных в промышленном и транспортном от­ ношении, а также испытывающих значительную антропогенную нагрузку.

Устьевая область Северной Двины относится к числу наибо­ лее изученных устьев северных рек. Гидрологические условия этого устья описаны в монографии [8, 9].

Устьевая область р. Онеги включает в себя часть нижнего те­ чения реки и прилегающую к устью реки часть вершины Онеж­ ского залива Белого моря. Протяженность устьевого участка реки около 30 км. Устьевой участок р. Онеги однорукавный, имею­ щий устьевое расширение и по своим геоморфологическим ха­ рактеристикам приближается к эстуарию. Глубины около 4 м на участке ниже г. Онега и около 1,5—2,0 м выше г. Онега. Русло реки выше г. Онега имеет четко выраженный подъем дна, свя­ занный с залеганием здесь трудно размываемых подстилающих дно горных пород.

Входящее в состав устьевой области устьевое взморье занима­ ет мелководную часть вершины Онежского залива, ограничен­ ную морским побережьем на западе от м. Пильского до м. Ворзогорского, на востоке — от м. Пихнемского до м. Пильемского.

Длина устьевого взморья от устьевого створа до морской границы около 15 км. Устьевое взморье находится в пределах зоны, огра­ ниченной изобатой 5 м, и его следует отнести к типу открытого отмелого устьевого взморья с преобладающими глубинами 2—5 м.

Устьевая область р. Мезени имеет единое с устьем р. Кулой устьевое взморье, занимающее вершину Мезенского залива до условной линии м. Абрамовский—устье р. Мглы на Канинском берегу Белого моря. Ширина устьевого взморья на этой границе 50 км, длина взморья от устьевого створа до морской границы 30 км.

Средняя глубина устьевого взморья 6—8 м. Устьевое взморье от­ носится к типу открытого отмелого устьевого взморья. Устьевая область р. Мезени относится к приливному типу с сильным воз­ действием приливной волны. Высота прилива на входе в устье реки достигает 9 м [8].

Площадь эстуария Мезени 165 км2, длина 40 км. Вершина эстуария расположена у г. Мезень. Эстуарий составляет лишь часть устьевого участка реки, имеющего длину 90 км.

Для изучения термодинамических процессов в устьевых об­ ластях рек Северной Двины, Онеги и Мезени с Кулоем проведены расчеты на гидродинамической модели для каждого района отII III ИМ 1 Ш Ш Ш Ш 11 1 1 1И 1......... III I II щ НИ II I I I...........I II...............II I II I в)

[аш шшпмишашшннианхнинниншнтишшашши швиа.'ш в а аанпаиш а аааниииаиш аииииианш аанаиш аиш аи инааиииниаишаишиинашииииинианаииинаанианш!

шааш ав н аан в иш ан ианананааанаинааш ан «!!»!,.аси аан в ааааааааш аааааш 'в ц ан аииан ианаиианааннааннаааааш аи ииаишнив!.шшаашааааааашинааааа^анца ааваанааввава ш н иш ш (в а а а а н и н а а в и в на1И а а 1111Г аа11 навшишававш ||||||1Па а и. а а а в аШ а а а а в ш нааааавваа а а а 1111а|||||.Я11111111Па 1Ин11111аа а,11Ш ш ав иаа!

ан ииииш ||||||||111111111111111а11а11111111111а а1 аи 11а1111111111111111111111а1111па1 в ианиинишшиииншпниашиинишнааниниипипш} ни О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 55 70 75 областей рек Мезени с Кулоем (а, б) и Онеги (в, г).

Рис. 1 д, е. Расчетные сетки (5) и карты глубин (е) устьевой области р. Северной Двины.

дельно. Расчетные сетки и карты глубин для упомянутых трех устьевых областей приведены на рис. 1.

Исходными данными для модели являлись:

— массивы температуры и солености воды на поверхности, атмосферного давления и водообмена на границе устье—море, за­ даваемых в узлах реперных точек;

— распределенные по месяцам года речной сток и функции стратификации плотности, параметризующие бароклинность мор­ ской воды.

Ветровой режим

Направление ветра и его средние скорости над рассматривае­ мыми акваториями рассчитаны при помощи программных моду­ лей ЭПОС по климатическому полю атмосферного давления, при­ веденному в работе [7]. Характер изменения ветрового режима в течение климатического года в устьевых районах рек Белого моря приведен на рис. 2.

В холодное время года поле ветра формируется под влиянием Исландского минимума. Циклоническая циркуляция способствует преобладанию юго-западных и южных ветров, реже наблюдают­ ся западные. В заливах и у побережья ветер испытывает влияния особенностей рельефа суши и орографии береговой линии. Над Онежским заливом в большинстве случаев отмечены ветры югозападных и западных румбов. Над акваториями Онежского, Двин­ ского и Мезенского заливов господствуют юго-западные ветры, лишь в их вершинах меняют направление на западное. В резуль­ тате сильной циклонической деятельности средние скорости ветра зимой велики: в декабре они достигают 16 м/с, в январе — около 14 м/с, а в феврале наблюдаются самые максимальные в году.

С наступлением весны циклоническая деятельность ослабева­ ет. В связи с этим сокращается повторяемость южных и югозападных ветров, уменьшаются средние скорости. В марте и ап­ реле средние скорости ветра 3,5 и 1,2 м/с соответственно. Вслед­ ствие дальнейшего ослабления атмосферной циркуляции в мае преобладают ветры северных направлений с максимальными сред­ ними скоростями до 4,5 м/с.

Летом с интенсивным прогревом суши и формированием над морем мощного малоградиентного антициклона наблюдается сложная картина поля ветра с небольшими средними скоростями:

июнь — 4 м/с, июль — 2,2 м/с, август — 4,5 м/с. В июне продол­ жают преобладать ветры северных направлений. Наибольшего раз­ гона они достигают в Мезенском и Двинском заливах. В Онеж­ ском заливе скорости ветра менее 1 м/с, но в августе они могут достигать 10 м/с (см. рис. 2 д). К концу лета над всей акваторией моря повторяемость южных и северных направлений ветра по­ чти одинакова. Увеличение градиентов атмосферного давления приводит к усилению средних скоростей ветра.

Осенью с установлением сильной циклонической циркуляции формируются поля ветра, характерные для зимы. Средние скоро­ сти в октябре возрастают до 7 м/с. Преобладают южные и югозападные ветры. К концу осени в ноябре над акваториями устье­ вых районов господствуют западные ветры, средние скорости которых при разгоне на открытой воде достигают 1 1, 2 м/с.

в) 65,4 65,0 64,6 е)

–  –  –

Средняя картина сезонной изменчивости направления и ско­ рости ветра подвержена межгодовым изменениям с соответствии с естественными колебаниями циркуляции атмосферы.

Результаты расчета ветра, полученные в ЭПОС, хорошо согла­ суются с обобщениями, выполненными другими авторами [8, 10 ].

Термические и ледовые условия устьевых областей Температурный режим воды в устьевых областях рек Север­ ной Двины, Онеги, Мезени с Кулоем формируется под влиянием теплового стока рек, теплообмена воды с атмосферой, поглоще­ а) б) ния солнечной радиации, процессов смешения речных и морских вод, ледовых явлений, приливов.

Температурный режим воды при наличии ледяного покрова характеризуется стабильностью значений, близких к температу­ ре замерзания воды (рис. 3).

В безледный период температура воды имеет значительный сезонный ход, повторяющий сглаженный ход температуры воз­ духа [10 ]. Особенно это заметно в мелководных устьях Онеги и Северной Двины. В устье Мезени с Кулоем такая картина не про­ является из-за влияния в этом районе приливных процессов.

в) е) Зимой, с ноября по апрель, на поверхности устьевых областей Белого моря отмечена температура воды подо льдом в среднем

-1,2...-1,4 °С для Онеги и Северной Двины (см. рис. 3 б, в, д, е) и С для Мезени с Кулоем (см. рис. 3 а, г).

Мелководность исследуемых районов способствует быстрому выхолаживанию вод. Незначительный речной сток в этот период приводит к небольшому повышению температуры в вершинах за­ ливов.

Данная картина распределения поля температур хорошо про­ слеживается в Онежском и Двинском заливах. В Мезенском за­ ливе основную роль в формировании поля температуры воды играет перемешивание за счет приливов и поступление холод­ ных вод вдоль Канинского берега из Карского моря. Мелководность районов способствует формированию однородного по тем­ пературе слоя от поверхности до дна.

Наибольшее охлаждение поверхностных вод наблюдается в марте.

Весной сразу же после очищения ото льда температура воды на устьевых участках рек резко повышается — начинается про­ грев водной массы. Далее фаза нагревания водных масс продол­ жается более медленно до середины июля, когда температура воды достигает летнего максимума, равного за многолетний период 25, 23, 17 °С в Двинском, Онежском и Мезенском заливах соответ­ ственно.

Вода начинает охлаждаться в августе (см. рис. 3). В этом месяце температура устьевых областей в среднем 10—12 °С. Сред­ няя дата наступления нулевой температуры воды для Северной Двины 2 ноября, в дельте реки — 10 ноября. Температура воды в устье Онеги достигает нуля в среднем в последней декаде ок­ тября. Для Мезени с Кулоем эта дата наступает значительно раньше.

Фаза осеннего охлаждения воды в устьях рек завершается на­ чалом ледообразования. Для каждого района процессы ледообра­ зования специфичны.

Продолжительность периода ледостава в вершине устьевой области Северной Двины в среднем 172 сут, наибольшая продол­ жительность ледостава 206 сут, наименьшая 142 сут. Про­ должительность ледового периода на устьевом взморье в среднем 192 сут.

Наибольшая толщина ледяного покрова наблюдается в мар­ те: в вершине устьевой области в среднем 57 см, в дельте — в среднем 63—68 см.

Весеннее таяние льда начинается после устойчивого перехо­ да температуры воздуха через 0 °С, в среднем с 18 апреля. Вскры­ тие (первые подвижки льда) в устьевой области реки начинает­ ся в среднем через 15—19 сут после перехода температуры воз­ духа через 0 °С под динамическим воздействием волны весеннего половодья.

Продолжительность ледового периода в устьевой области Онеги в среднем 180—190 сут. Максимальная толщина льда (в среднем около 60—70 см) наблюдается в марте. Вскрытие и очищение ото льда устьевой области Онеги в среднем приходится на середину мая.

Устье Мезени ежегодно замерзает. Сильные приливно-отлив­ ные течения препятствуют быстрому установлению ледостава.

А на мористом участке эстуария протяженностью 20 км припай вообще не устанавливается.

Вскрытие эстуария Мезени начинается бурно, под воздействи­ ем волны половодья и сопровождается мощными заторами льда.

В районе п. Каменка подъемы уровня воды от заторов достигают 6 м над горизонтом полной воды в сизигию. Устье Мезени вскры­ вается обычно в середине мая.

Для всех трех устьевых областей характерно наличие льдов в течение всей зимы. Особенно интенсивно процессы ледообразова­ ния проявляются в Мезенском заливе.

В связи с потеплением климата хорошо выражена тенденция к более раннему вскрытию устьевых областей рек Белого моря и к сокращению продолжительности ледового периода.

Распределение солености

Для зимы поле солености имеет малую обеспеченность в свя­ зи с практически полным отсутствием данных. Климатическое поле солености для зимы в устьевых областях рек Северной Дви­ ны, Онеги и Мезени с Кулоем восстановлено при помощи методов оптимальной интерполяции между полями солености осенью и весной с учетом зимних данных по солености на береговых и островных станциях и постах.

Поля солености на поверхности для всех сезонов имеют слож­ ный характер, связанный с формированием фронтов в зонах сме­ шений речных и морских вод (рис. 4).

Для водных масс заливов характерно также наличие линз распресненной (до 2 1 —22 %о) воды, что можно объяснить меандрированием фронтального течения, образующегося вдоль грани­ цы залива с морем и захватывающего распресненную воду морс­ кого края дельты.

Например, весной фронт Двинского залива ориентирован от Летнего берега к м. Зимнегорскому. Со стороны Двинского зали­ ва он несет прогретые до 4 °С и опресненные до 21 % о воды, в то время как со стороны бассейна воды более холодные (2 °С) и соле­ ные (26—27 %о).

Летом фронт Двинского залива становится менее интенсив­ ным, однако можно отметить, что в зонах фронтального апвеллинга соленость может увеличиваться до 27,6 %о, что на 1,5— 2,0 % о больше, чем в окружающих водах.

а) б) г) д) Осенью, когда поле температуры становится безградиентным, а из-за осеннего паводка градиенты солености значительны, Двин­ ская фронтальная зона поддерживается исключительно за счет солености.

Распределение солености по сезонам года в Мезенском заливе, в том числе в устьях рек Мезень и Кулой, аналогично распре­ делению солености в Двинском заливе. Здесь во все сезоны года также существует фронтальная зона, проявляющаяся по соле­ ности.

0) в) Фронтальные течения имеют сложную картину, связанную с меандрированием и образованием вихревых структур циклони­ ческой и антициклонической завихренности.

Онежский залив не имеет явно выраженной фронтальной зоны, как Двинский и Мезенский. Отличительной особенностью его является наличие зоны повышенной солености (до 28 %о) на гра­ нице с бассейном, существующей во все сезоны года. Минимум солености в этой зоне (26,5 %о) наблюдается летом, а максимум (более 28,0 %о) — в осенне-зимний сезон.

Течения в устьевых областях Режим течений в устьевых областях рек Северной Двины, Онеги и Мезени с Кулоем определяют следующие основные фак­ торы:

— сток речных вод, — приливно-отливные и сгонно-нагонные явления, — бароклинность, — ледовые условия.

Характерная особенность устьевых областей рек Белого моря — формирование в заливе фронтальных зон и связанных с ними а) б) течений, а также циклональных и антициклональных структур в районе морского края дельты (МКД).

В устьевой области Северной Двины зимой формируется фрон­ тальная зона, отделяющая области циклональной и антициклональной завихренности и повторяющая контуры Зимнего берега.

Зона циклональной завихренности определяется стоковым тече­ нием Северной Двины.

На севере устьевой области Северной Двины стоковые тече­ ния конвергируют с вдольбереговым циркуляционным потоком бассейна, направленным на север к Горлу Белого моря (рис. 5 б).

В районе Усть-Пинеги в этот период скорость стокового течения в) е) 65,4 6 5,0.

Рис. 5. Поле интегральной функ­ ции тока от поверхности до дна для устьевых областей рек в феврале 64,6 (о—в) и августе (г—е), Св • 10 3.

а и г — М езен ь с К улоем, б а д — О нега, в н е — С еверн ая Д ви н а.

не превышает 0,3 м/с, а на западной границе этой области оно еще меньше (0,2 м/с).

Расчеты показали, что зимой Двинский залив полностью покрыт льдом. ВКС распространяется до дна при глубинах менее 50 м в зонах антициклональной завихренности. Дипольные струк­ туры с преобладанием зон антициклональной завихренности развиты в центральных районах взморья. Основной поток вод Северной Двины распространяется вдоль северного берега зали­ ва. В местах соприкосновения потока с динамическими структу­ рами циклональной завихренности возможны усиления скорос­ тей течений до 1 м/с.

Зимой вследствие влияния ледяного покрова скорости тече­ ний меньше, чем летом. Течения, возбуждаемые ветром в этот период, отсутствуют. Подо льдом существуют бароклинные и инерционные течения, а также остаточные течения, связанные с нелинейными деформациями приливных течений на неровном дне, учитываемые в модели через градиенты солености (плотно­ сти).

При сильных сгонах для дельты характерны только стоковые вдольбереговые течения, отодвигающие фронтальную зону в сто­ рону бассейна. При нагонах, наоборот, фронтальная зона смеща­ ется к МКД, усиливая скорости вдольберегового течения.

В половодье в баровой зоне хорошо выражен эффект клина соленых вод.

Вода в поверхностном слое течет в море со скорос­ тью до 2,5 м/с, в то время как в придонном слое наблюдается обратный поток соленых вод со скоростью 0,4—0,6 м/с. Стоко­ вые течения прослеживаются до свала глубин. Транспортиру­ емые ими воды за свалом глубин подхватываются результиру­ ющим потоком вод, направленным на взморье с запада на вос­ ток. Этот хорошо выраженный перенос вод в вершине Двинского залива питает постоянное течение вдоль восточного (Зимнего) берега Белого моря. Оно выносит из устьевой зоны смешанные воды и транспортирует их в южную часть Горла Белого моря (см. рис. 5 б).

Весеннее половодье отодвигает фронтальную зону в сторону моря. При расходах воды более 10 000 м3/с устанавливается ре­ жим струйного пограничного (у Зимнего берега) течения с типич­ ной параболической эпюрой и максимумом скорости в поверхно­ стном слое. При прохождении пика половодья скорости стоково­ го течения могут достигать 1,6—2,5 м/с, а в мористой части устьевой области — до 1,0 м/с.

Летом (в августе) характерный небольшой (3,0—3,5 м/с) ве­ тер с востока практически не нарушает зимнюю структуру тече­ ний. Векторы скорости поверхностных течений формируют антициклональные структуры, расположенные в основной области Двинского залива. Для этой области типично, что антициклоны сопровождаются циклональными сателлитами. Максимальные скорости порядка 0,2 м/с. Максимальные глубины верхнего квазиоднородного слоя (ВКС) 10 м (рис. 6).

В период летней межени стоковые вдольбереговые течения также имеют небольшие скорости, соответствующие уменьшен­ ному расходу воды.

Осенний период характерен увеличением скорости стоковой составляющей до 0,6 м/с, что способствует усилению режима фор­ мирования гидрофронтов.

Режим течений в устьевой области р. Онеги формируется под влиянием стоковых и ветровых сгонно-нагонных течений, а так­ же бароклинных течений и остаточных приливных течений. Ско­ рость стокового вдольберегового течения зависит от стока р. Оне­ ги, направлений ветра и градиентов плотности, обусловленных бароклинностью. Скорости потоков при нагонном ветре могут возрастать до 0,7—0,8 м/с.

Зимой при отсутствии ветрового воздействия на водную по­ верхность в Онежском заливе, согласно выполненным расчетам, подо льдом образуются потоки циклональной завихренности и фронтальная зона, которая отделяет вдольбереговой поток от по­ токов циклональной завихренности с антициклональными сател­ литами буферной антициклональной зоной (см. рис. 5 б).

В вертикальной структуре течений устьевого района преобла­ дает двухслойная циркуляция:

— отток речных трансформированных вод в верхнем слое, — поступление соленых вод Бассейна в придонном слое.

Скорости течений могут достигать 20 см/с.

Летом, когда преобладают ветры восточных и юго-восточ­ ных румбов, на поверхности залива формируются ветровые тече­ ния, направленные от устья р. Онеги на запад со скоростями около 0,1 м/с.

Динамические характеристики устьевой области р. Онеги ле­ том приведены на рис. 5 в и 7 б. Воды р. Онеги распространяются по акватории, прижимаясь к северному берегу и создавая Онеж­ ское вдольбереговое течение. Внутри области образуется ряд дипольных структур с преобладанием циклональной завихренности.

Фронтальная зона выделяется в западной части Онежского залива, отделяя зону антициклональной завихренности от цик­ лональной и вдольберегового Онежского течения (см. рис. 7 д).

В районе МКД в течение всего года присутствуют циклональные 4 3,5 4 4,0 37 38

–  –  –

Прижимаясь к восточному берегу, он образует циклональный круговорот в Мезенском заливе.

Картина течений на акватории залива осложняется многочис­ ленными антициклональными и циклональными образованиями (см. рис. 6 а и 7 а). В центре акватории залива образуются дипольные структуры (с преобладанием циклональных) со скорос­ тями течений подо льдом до 30 см/с.

Обычно максимальные скорости потоков приурочены к фрон­ тальным зонам между областями циклональной и антициклональной завихренности или циклональной структурой взморья и бе­ регом.

С окончательным очищением залива ото льда на формирова­ ние поверхностных течений начинает влиять ветер.

Летом (в августе) преобладает ветер диклонального характе­ ра, изменяющийся от восточного и северо-восточного на севере до западного и северо-западного на юге региона. Такое распреде­ ление ветра характерно для циклона, центр которого расположен в районе устья р. Мезени.

Поверхностные течения соответствуют скорости и направле­ нию ветра. Так как глубина (мощность) циклона незначитель- е) 65,4

–  –  –

на, то скорости поверхностного течения также невелики (не более 10 см/с).

Летом, как и зимой, воды рек Кулой и Мезень распространя­ ются в море, прижимаясь к восточному берегу залива. На аквато­ рии залива образуются дипольные структуры, проявляющиеся в интегральных функциях тока.

Скорости течений в силу слабого ветрового режима также не­ значительны. Фронтальная зона практически повторяет контур берега и распространяется по всей акватории (см. рис. 6 а и 7 а).

Заключение Использование электронных подсистем описания среды (ЭПОС) адаптивно-обучающихся систем прогнозирования (АОАСП) приме­ нительно к устьевым областям рек позволило перейти на новый ка­ чественный уровень исследования природных объектов река—море.

В данном исследовании получены важные фундаментальные резуль­ таты, присущие всем устьевым областям рек бассейна Белого моря.

Речные воды распространяются при безветренной погоде, при­ жимаясь к берегу, находящемуся справа от потока. Это способ­ ствует образованию циклональной структуры вдольбереговых те­ чений в морских устьевых областях северного полушария.

Вблизи морского края дельт образуются вихревые (в основ­ ном циклональные) структуры пониженной солености, сохраня­ ющие свои свойства длительное время (порядка сезона).

В морской части дельты (на взморье) образуются дипольные структуры (циклон—антициклон), на границе которых усилива­ ются струйные течения.

На перифериях дипольных структур и между берегом образу­ ются локальные фронтальные зоны, как зоны конвергенций тече­ ний. Зимой (подо льдом) эти фронты более устойчивы, чем летом.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Б е л о в А. Б., В а с и л ь е в А. С. Климатические характеристики Белого моря и его основных районов / / См. наст, сборник. — С. 45—76.

2. В а с и л ь е в А. С. О применении моделей плотности, температуры и соле­ ности в теории океанических течений / / Проблемы теории ветровых и термохалинны х течений. — Севастополь, 1968. — С. 168—181.

3. В а с и л ь е в А. С. Гидродинамическая модель нелинейного взаимодействия полей течений и плотности / / Мор. гидрофиз. журн. — 1974. — № 4. — С. 5—16.

4. В а с и л ь е в А. С. Обучающиеся модели биофизических систем моря Севастополь: Изд. МГИ АН УССР, 1984. — 51 с.

5. В а с и л ь е в А. С. Основы прикладной экологии океана. — Владивосток:

Изд. ДВО А Н СССР, 1992. — 283 с.

6. В а с и л ь е в А. С. Автомодельность второго рода в мониторинге основ­ ных ф изических полей океана / / ДАН. — 1993. — Т. 328, № 5. — С. 613—618.

7. В а с и л ь е в А. С. Адаптивно-обучающаяся система прогнозирования клас­ сов природных процессов. Ч. 1. Создание и ведение региональных специализиро­ ванных банков океанографической информации. Методические указания. — СПб:

Гидрометеоиздат, 2001. — 135 с.

8. Л у п а ч е в Ю. В. Динамическое взаимодействие морских и речных вод в приливных устьях рек / / Тр. ГОИН. — 1984. — Вып. 172. — С. 64—82.

9. М и х а й л о в В. Н. Устья рек России и сопредельных стран: прошлое, настоящее и будущее. — М.: ГЕОС, 1997. — 415 с.

10. П о л о н с к и й В. Ф., Л у п а ч е в Ю. В., С к р и п т у н о в Н. А. Гидролого-морфологические процессы в устьях рек и методы их расчета (прогноза). — СПб: Гидрометеоиздат, 1992. — 382 с.

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ

БИОГЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЗОНЕ СМЕШЕНИЯ

РЕЧНЫХ И МОРСКИХ ВОД ДВИНСКОГО ЗАЛИВА БЕЛОГО МОРЯ

(НА ПРИМЕРЕ УСТЬЕВОЙ ОБЛАСТИ СЕВЕРНОЙ ДВИНЫ

И ВЕРХНЕЙ ЧАСТИ ЗАЛИВА)

–  –  –

УДК 551.464.32 (261.24) По результатам комплексных гидрохимических исследований в марте 1999— 2001 гг. и в августе 2000 г. выявлены основные черты распределения биогенных элементов в устьевой области р. Северной Двины и верхней части Двинского залива Белого моря. Рассмотрены временное различия в реж име биогенных эле­ ментов в меженные периоды. Отмечено большое влияние речного стока на фор­ мирование гидрохимических условий зоны смеш ения. П оказано, что зимой со­ держ ание биогенных элементов больш е, чем летом. Основными ф акторам и, определяющ ими распределение биогенных элементов зимой, являю тся ледооб­ разование, биохимические процессы в подледной воде и льде, антропогенное вли­ яние.

Р абота вы полнена при поддерж ке М инпромнауки Р Ф и Р Ф Ф И, проект 99—0 5 —64085.

Проблема трансформации химического состава речного сто­ ка в устьевых областях — один из наименее изученных аспек­ тов геохимии глобального гидрологического цикла. В пределах этих своеобразных геохимических барьеров резко изменяется миграционная способность многих химических элементов, что сопровождается изменением их фазового состояния и непосред­ ственно воздействует на экологию водной среды. Трансформа­ ция химического состава в устьевых областях определяется мно­ жеством различных факторов (гидродинамическим режимом вод, химическими и биологическими процессами, морфологией рус­ ла и др.), поэтому в каждой конкретной зоне смешения харак­ тер миграции того или иного элемента может существенно ме­ няться.

Белое море — своеобразный физико-географический объект — эпиконтинентальный водоем субполярного типа. Изучение содер­ жания биогенных элементов и их поведения в этих природных условиях представляют значительный интерес. Наиболее значи­ тельные исследования полного комплекса биогенных элементов в воде Белого моря и устьевых областей рек, впадающих в него, относятся к периоду до 1995 г. и приведены в работах [2, 6, 7, 9, 14, 15].

В суровых климатических условиях Белого моря сильно за­ медлены биологические процессы, существенно влияющие на фор­ мирование химического состава природных вод. Продолжитель­ ный (более полугода) период ледяного покрова — важный фак­ тор формирования гидролого-гидрохимического режима Белого моря. Он влияет на аккумуляцию и трансформацию биогенных веществ в зоне смешения, а также на условия ветрового и кон­ вективного перемешивания, процессы теплового взаимодействия моря и атмосферы и дальность проникновения в устье реки при­ ливной волны, таким образом воздействуя на процессы биогеохимической трансформации в барьерной зоне. Несмотря на важ­ ность проблемы, изученность химического (в частности, биоген­ ного) состава ледяного покрова крайне слаба [8, 13].

Кроме того, изучение закономерностей поведения биогенных элементов в устьевых областях рек особенно актуально в связи с тем, что в последнее время остро встала проблема охраны природ­ ного комплекса устьев рек от истощения и загрязнения [1 1, 1 2 ].

Двинский залив Белого моря и особенно устьевая область р. Се­ верной Двины ниже г. Архангельска представляют собой наибо­ лее протяженную и хорошо выраженную барьерную зону, фор­ мирующуюся в результате взаимного влияния мощного речного стока и циркуляционных процессов, существующих в море.

В 1998 г. ГОИНом начаты и продолжаются по настоящее вре­ мя исследования поведения биогенных элементов в воде, снеж­ ном и ледяном покрове в рук. Кузнечиха — одном из рукавов дельты, на долю которого в настоящее время приходится в сред­ нем 5,4 % стока р. Северной Двины [1, 11]. Перед выходом к взморью рук. Кузнечиха соединяется с более водоносными рука­ вами Маймакса и Корабельный, образуя Корабельное устье. Зим­ ними исследованиями охвачен весь участок устьевой зоны от Соломбальского моста до д. Лапоминки (станции 1—7) (рис. 1 а).

В летне-осенний период 2000 г. полигон работ был существен­ но расширен и охватил дополнительно верхнюю часть самого Двинского залива (рис. 1 б).

Анализ результатов содержания биогенных элементов в пери­ оды зимней (март 1999—2001 гг.) и летней (август 2000 г.) меже­ ни приведен далее. Методические аспекты отбора, хранения и пробоподготовки приведены в работе [17]. Лабораторный анализ проб проведен по методикам, изложенным в работах [1 0, 16].

Полученные результаты представлены в пересчете на элемент.

Методика упаковки, транспортировки, хранения, предваритель­ ной подготовки проб к анализу и нюансы использования различ­ ных вариантов последних приведены в работе [17].

а) 65“оо' о. М удьюг

–  –  –

Распределение биогенных элементов в период зимней межени Зимы 1999—2001 гг. различались по условиям формирования снежного и ледяного покрова. Так, зима 2001 г. характеризовалась частыми оттепелями, слои снега и льда были менее мощными, чем в 1999 и 2000 гг. Лед, как правило, всегда имел двухслойную струк­ туру. Верхний слой содержал множество различных включений ми­ нерального и органического происхождения. К моменту отбора проб в феврале—марте из-за старения лед приобретал желтоватый от­ тенок, а его нижний слой был прозрачным с включениями кисло­ рода. Толщина слоев льда в разные годы также различалась.

Ледообразование зависит от множества физических причин и определяет начальное вовлечение любого вещества в лед и его последующую миграцию. Изучение биогенных веществ осложня­ ется их меньшей консервативностью по сравнению с компонента­ ми основного солевого состава и вероятным продолжением био­ химических процессов в подледной воде и льде. Поэтому приве­ денный анализ носит скорее гипотетический характер.

Кремний. Концентрация кремния в снеге на льду имела наи­ большую изменчивость зимой 2000 г., меняясь от 80 до 150 мкг/л.

В 2001 г. диапазон ее изменений 30—65 мкг/л, а в 1999 г. на всех семи станциях она характеризовалась большой однородностью и не превышала 20 мкг/л.

Значительная пространственная изменчивость содержания того или иного биогенного элемента в снеге связана со следующими факторами:

— ветровым воздействием (перевеванием снега);

— загрязнением снега атмосферной пылью (часто антропоген­ ного происхождения);

— обменными процессами между снегом и нижележащим льдом, содержание биогенных элементов в котором, в свою очередь, оп­ ределяется его содержанием в подледной воде.

Диапазон изменения концентрации кремнекислоты во льду в 1999 и 2001 гг. 20—200 мкг/л, а в 2000 г. — 65—900 мкг/л. При этом в 1999 и в 2000 гг. общей чертой при двухслойной структу­ ре льда было уменьшение содержания кремния в 3—5 раз при переходе от верхнего слоя к нижнему.

Верхний слой льда, вероятно, образовался из воды, содержав­ шей большое количество кремния, который затем не очень ак­ тивно потреблялся криофильными микроорганизмами, тогда как в нижнем слое, где постоянно идут обменные процессы с подлед­ ной водой и температура несколько выше, кремний мог потреб­ ляться активнее.

В 2001 г. толщина льда была менее значительной. Верхний и нижний слои льда имели сходную структуру и мало различались по содержанию кремния, а наблюдаемое в отдельных точках чуть более высокое его содержание в нижнем слое связано со отекани­ ем рассола под воздействием силы тяжести.

Для воды рек, впадающих в Белое море, и особенно р. Северной Двины, характерно высокое содержание кремния. Концентрация кремнекислоты в речной воде не зависит от фазы водного режи­ ма и колеблется от 2 до 5 мг/л [15]. Наблюдаемая концентрация данного элемента зимой составляла 3—5 мг/л, тогда как в авгус­ те на тех же станциях она не превышала 1 мг/л. Отметим некото­ рое снижение содержания кремнекислоты с ростом суммы солей.

Содержание кремнекислоты, как правило, возрастает ко дну на 10—25 %, но может увеличиваться в поверхностном слое воды в зависимости от циркуляции вод, изменяющейся под влиянием приливно-отливных явлений.

Фосфор. Распределение валового, минерального и органичес­ кого фосфора в снежном и ледяном покрове, поверхностном и придонном слоях воды зимой 2000 г. приведено на рис. 2.

В наледном снеге в период зимней межени концентрация ва­ лового фосфора изменялась в пределах 8—35 мкг/л, что намного меньше, чем в ледяном покрове и подледной воде. Несколько более высокие значения характерны для зимы 2000 г.

В снежном покрове общий фосфор на 50—80 % представлен минеральной формой. Концентрация органического фосфора 1— 9 мкг/л. Превышение содержания минерального фосфора над содержанием органического в снегу скорее всего связано с его поступлением с атмосферной пылью, подчас аэротехногенного происхождения. Повышенное содержание минерального и, как следствие, валового фосфора в снегу отмечено на станции 4.

Концентрация валового фосфора в ледяном покрове не превы­ шает 70 мкг/л, причем в верхнем слое льда содержание всех форм фосфора несколько выше, чем в нижнем. При этом наблюдается превышение доли органической формы над долей минерального.

б) N. мкг/л р,

–  –  –

Некоторое разнообразие в вертикальном распределении всех форм фосфора можно связать с различной интенсивностью разло­ жения органических форм во льде или проявлением деятельности криофильных водорослей. Не исключено также органическое заг­ рязнение нижнего слоя льда за счет обменных процессов с под­ ледной водой (особенно на станции 4 в районе лесозавода № 29).

В воде концентрация валового фосфора от поверхности ко дну, как правило, уменьшается, не превышая при этом 100 мкг/л.

Максимумы содержания всех форм фосфора приурочены к верхней границе барьерной зоны. Преобладание доли органичес­ кого фосфора над долей минерального в ледяном покрове и в воде на некоторых станциях свидетельствует о влиянии не успевшей разложиться органики и возможном продолжении биохимичес­ ких процессов зимой.

Формы азота. Концентрация общего азота в наледном сне­ ге составляла в среднем 900—1500 мкг/л зимой 1999 г., 500— 900 мкг/л — зимой 2000 г., 300—600 мкг/л — зимой 2001 г.

Общим для всех трех периодов является снижение содержа­ ния валового азота вниз по течению реки. Во время всех трех съемок максимум его концентрации (до 2000 мкг/л в 1999 г.) отмечен в снеге на станции 7. При этом общий азот на 70—80 % представлен органической формой. Во всех остальных точках для снежного покрова характерно равное содержание минеральной и органической частей или очень незначительное превышение доли органического азота над долей минерального.

Минеральная часть азота в снежном покрове характеризована повсеместным преобладанием аммонийной формы. Зимой 1999 г.

при средней концентрации аммонийного азота 10 0 —200 мкг/л на отдельных станциях отмечены значения 400—450 мкг/л. В 2001 г.

данный элемент равномерно распределялся по всему профилю.

Концентрация в снеге нитратного азота, как правило, чуть ниже, чем аммонийного, и не превышает 200 мкг/л.

Концентрация нитритного азота крайне мала (1—5 мкг/л).

Диапазон изменения концентрации общего азота в ледяном покрове зимой для всех трех лет 4000—6500 мкг/л. Азот на 90 % представлен органической формой. Содержание минерального и органического азота в верхнем слое льда было больше, чем в сне­ ге, но меньше, чем в нижнем слое льда. При этом максимум со­ держания всех форм азота отмечен в верхнем слое льда на стан­ ции 4. Изменение содержания валового и органического азота в нижнем слое имело более плавный характер, чем в верхнем, и в целом повторяло распределение данных характеристик в поверх­ ностном слое воды.

Зимой 2000 г. картина распределения общего, минерального и органического азота аналогична той, что наблюдалась в 1999 г., с той лишь разницей, что концентрации рассматриваемых эле­ ментов находились в диапазоне 350—1500 мкг/л. Концентрации валового, минерального и органического азота зимой 2001 г. еще ниже (250—700 мкг/л).

Как и в снежном покрове, во льду основную долю минераль­ ного азота составлял аммонийный. Зимой 2000 и 2001 гг. его концентрация была в пределах 100—300 мкг/л, а в 1999 г. она в 1,5—2,0 раза выше.

Несмотря на некоторый разброс значений, в качестве общей черты отметим, что на станциях 4—7 содержание аммонийного азота в верхнем слое льда немного больше, чем в нижнем. Выше станции 4 (верхняя граница зоны смешения [5]) характеристики выравни­ ваются или картина их распределения меняется на обратную.

Содержание нитратного азота в ледяном покрове меньше, чем в снеге. Характерно значительное уменьшение его содержания в нижнем слое льда по сравнению с верхним. Исключением явля­ ется станция 4, где в результате резкого изменения химического состава воды и обменных процессов в системе вода—лед возмож­ но накопление в нижнем слое льда нитратного азота.

Концентрация нитритного азота во льду мала (3—10 мкг/л), в верхнем слое льда ее значения чуть выше, чем в нижнем.

Анализ данных всех трех зимних съемок показал, что общий азот (диапазон концентраций 800—3000 мкг/л) в воде представ­ лен главным образом органической формой, доля которой дости­ гает 80 % его общего содержания. Содержание валового и органи­ ческого азота в воде максимально на станциях 3 и 4 (см. рис. 2).

Скорее всего, это увеличение связано с влиянием сточных вод, поступающих с лесозавода № 29.

В воде, в отличие от снега и льда, содержание аммонийного и нитратного азота во все три рассматриваемых периода было рав­ ным, либо содержание нитратного было даже больше, чем аммо­ нийного.

Нитритный азот, являясь промежуточной фазой в цикле транс­ формации азота, по сравнению с прочими элементами группы азота отличался наиболее консервативным поведением и самой низкой концентрацией (3—10 мкг/л).

Резюмируя изложенное, отметим следующие моменты.

Содержание биогенных веществ в период зимнего ледостава подвержено не только пространственной, но и временной (межгодовой) изменчивости. Зима 2001 г. отличалась пониженным со­ держанием всех биогенных элементов, кроме фосфора, во всех без исключения средах. При этом отмечено максимальное про­ никновение соленых вод в дельту р. Северной Двины и сумма солей в зоне смешения в 2—3 раза превышала наблюдаемые зна­ чения во время зимних съемок 1999 и 2000 гг.

В районе станции 4, где условно проходит верхняя граница барьерной зоны (первое резкое изменение химического состава воды), отмечены максимумы содержания органических форм азота и фосфора, всех минеральных форм азота и кремнекислоты, что, скорее всего, связано с загрязнением речных вод сточными вода­ ми лесозавода № 29. Вопрос нуждается в дополнительном иссле­ довании. Повышенное содержание биогенных элементов в воде со станций 3 и 5, а также изменения его вертикального распреде­ лении в ледяном покрове позволяют предположить смещение положения верхней границы зоны смешения в зависимости от соотношения расхода воды и приливно-отливных явлений, ос­ ложненных наличием ледяного покрова.

Большое количество органического вещества, содержащегося в подледной воде и ледяном покрове, свидетельствует о продол­ жений биохимических процессов зимой. В вертикальном распре­ делении форм азота и фосфора имеются различия. Так, доля орга­ нического азота преобладает над долей минерального практичес­ ки во всех средах, за исключением снега, где содержания двух форм азота иногда бывают равны. Доля органического фосфора преобладает над долей минерального лишь в ледяном покрове, в снеге они практически равны, а в воде преобладает минеральная форма. В верхнем слое льда, как правило, больше биогенных эле­ ментов, чем в нижнем.

Распределение биогенных элементов в устьевой области Северной Двины и Двинском заливе в период летней межени Поведение биогенных элементов в период летней межени изу­ чено на основе результатов экспедиционных исследований, проведенных в августе 2000 г. Массив состоял из данных о тем­ пературе и содержании форм фосфора, азота и кремнекислоты на 25 станциях, 7 из которых совпадают со станциями, где пробы отобраны и зимой (см. рис. 1 о). Остальные станции расположе­ ны в верхней части Двинского залива, а пробы здесь отобраны в поверхностном и придонном слоях и в слое температурного скач­ ка (см. рис. 1 б).

Период летней межени 2000 г. отличался крайне низкими расходами воды, высокой температурой воды и воздуха и малым количеством атмосферных осадков. Сложившаяся синоптическая ситуация не могла не повлиять На структуру и положение границ зоны смешения в пределах устьевой области р. Северной Двины.

Температура воды рук. Кузнечиха во время проведения работ 18—19 °С, вся толща воды была насыщена кислородом (95—103 %).

Недонасыщение кислородом (около 80 %) отмечено в районе стан­ ции 4 и скорее всего связано с органическим загрязнением сточ­ ными водами и расходованием кислорода на окисление. На стан­ циях 5—7 отмечено понижение температуры воды и температур­ ная стратификация, сформированная в результате смешения речных и морских вод.

В период летней межени отмечено пониженное по сравнению с зимой содержание практически всех биогенных элементов. Так, концентрация кремнекислоты не превышала 1 мг/л, что, веро­ ятно, свидетельствует о ее активном потреблении живыми орга­ низмами. Однако это значение существенно выше, чем в самом Двинском заливе.

Летом в устьевой области рук. Кузнечиха концентрация об­ щего фосфора изменялась в диапазоне 10—25 мкг/л. Эти значе­ ния примерно в 2—3 раза меньше, чем зимой 2000 и 2001 гг., но вполне сравнимы с данными 1999 г. или даже превышают их.

Подобная же картина наблюдается и в отношении минераль­ ной и органической форм фосфора (рис. 3 в и г). Соотношение между этими двумя формами по вертикали существенно различа­ ется. Если в поверхностном слое содержания органического и минерального фосфора равны и определяются уровнем потребле­ ния его водными организмами, то в придонном слое большая часть фосфора представлена минеральной формой.

Не исключено, что в области верхней границы барьерной зоны, где речные воды смешиваются с морскими и меняется ионная сила раствора и pH, картина адсорбционно-десорбционных про­ цессов будет сложной: когда на речном конце профиля содержа­ ние фосфора уменьшается, а ближе к морскому оно повышается в связи с десорбцией [3].

В августе 2000 г. содержание общего азота в воде рук. Куз­ нечиха было сравнимо с зимними значениями, однако соотноше­ ние между его формами подвержено сезонным изменениям. Ле­ том органический азот составляет 70—90 % его валового содер­ жания, в то время как зимой его доля, как правило, не превышает 50 %, за исключением станции 4, о которой уже отмечено ранее.

Содержание аммонийного азота зимой примерно в 2 раза больше, чем летом, поскольку идут процессы разложения и минерализа­ ции органического вещества при более низком содержании кисО 20 40 Расстояние от точки разветвления р. Северной Двины на рукава, км Рис. 3. Распределение К —N02 (®) N —N3 (б), минерального (в) и органического (г) фосфора в рук. К узнечиха в августе 2000 г., м к г/л.

лорода подо льдом. Как зимой, так и летом, содержание аммо­ нийного азота особенно высоко на станции 4, что свидетельству­ ет о его антропогенном поступлении. Распределение нитритного азота приведено на рис. 3 а. Концентрация данного элемента 5—15 мкг/л (несколько больше, чем зимой), а максимумы свя­ заны с повышенным содержанием аммонийного азота и являются результатом его окисления. Летом нитратный азот активно по­ требляют гидробионты, этим определяется его крайне низкое со­ держание по сравнению с зимой (см. рис. 3 б).

Двинскому заливу Белого моря свойственна специфическая гидрологическая и гидрохимическая двухслойная структура — опресняемая водами р. Северной Двины поверхностная водная масса (тонкий 1 0 -метровый слой) и подстилающие воды, пред­ ставленные трансформированными промежуточными водами глу­ бинной части моря [2].

Пространственное распределение биогенных элементов в Двинском заливе четко связано с динамикой вод. Мощный сток р. Северной Двины непосредственно влияет на содержание био­ генных элементов, распространяясь узкой струей вдоль Зимнего берега залива и обогащая поверхностный слой воды кремнием, фосфатами, аммонийным азотом, органическим и взвешенным веществом и формируя поля повышенного или пониженного со­ держания биогенных элементов. В области влияния стокового те­ чения р. Северной Двины отмечены самые высокие горизонталь­ ные градиенты в пространственном распределении как основных солеобразующих ионов, так и почти всех биогенных элементов, распределение которых приведено на рис. 4 и 5.

Летом 2000 г. поверхностный слой воды верхней части Двин­ ского залива был насыщен кислородом, концентрация которого была 7,5—9,0 мл/л, что составляло 100 % насыщения и более и свидетельствовало об активном фотосинтезе. Вертикальное рас­ пределение кислорода показало уменьшение его концентрации с глубиной до 6—8 мл/л, однако насыщение кислородом в придон­ ном слое на мелководных станциях оставалось достаточно высо­ ким (90—100 %).

Структура формирующейся зоны смешения неоднородна и отличается высокими горизонтальными градиентами на внешней границе. Согласно [17], кремний удаляется из речной воды, яв­ ляющейся поставщиком данного элемента, при смешении ее с морской. Так, концентрация кремнекислоты в поверхностном слое в предустьевой части залива (станции 7, 9—11) 700—800 мкг/л и уменьшается уже на станции 12 в 2 раза, а при продвижении в глубь залива снижается до 50—90 мкг/л на станциях 18—23.

–  –  –

• ^ С Щ Ж 65,0 \ \Ы Ш

–  –  –

Рис. 5. Распределение минерального фосфора (а, б) и органического азота (в, г) в поверхностном (а, в) и придонном (б, г) слоях Двинского залива в августе 2000 г., м к г/л.

Пространственное распределение кремнекислоты в придонных слоях Двинского залива в целом повторяется в поверхностном слое, однако горизонтальные градиенты на внешней границе зоны смешения менее резки. Кроме того, на станциях 18—23 содержа­ ние кремнекислоты в придонном горизонте в 1,5—2,0 раза выше, чем в поверхностном. Вероятно, это связано с биологическим потреблением данного элемента. Содержание кремния в виде си­ ликатов может уменьшаться на 15 % за счет оседания на дно [19]. Потери взвешенного ЭЮ2 пропорциональны потерям взве­ шенного вещества [4].

Речные воды, поступающие в Двинский залив, обогащены аммонийным, нитритным и органическим азотом. Для поверхно­ стного слоя вод зоны смешения (фронтальной зоны) в августе 2000 г. характерна повышенная (7—13 мкг/л) концентрация нитритного азота и плавное ее уменьшение в направлении от­ крытой части залива до 1 —3 мкг/л.

Распределения нитритного азота в придонном и поверхност­ ном слоях аналогичны (7—12 мкг/л в области влияния речного стока). Однако если внутри самой зоны смешения содержание дан­ ного элемента мало меняется по вертикали вследствие мелководности и хорошего перемешивания, то ближе к открытой части залива содержание нитритного азота в придонном слое в 2—3 раза выше, чем в поверхностном.

Среди минеральных форм азота преобладает аммонийный. Его концентрация в поверхностном и придонном слоях достаточно однородна (200—300 мкг/л) и характеризуется наличием макси­ мумов на станциях 11 и 12 (450—500 мкг/л) и минимумов на станциях 7, 9 и 10 (см. рис. 4 б). На этих же станциях отмечено повышенное содержание органического азота (см. рис. 5 в и г), доля которого достигает 70 % его валового содержания и более.

Наличие локальных максимумов, особенно в придонных слоях на мелководных станциях, можно объяснить следующими при­ чинами:

— интенсификацией здесь жизнедеятельности гидробионтов, — осаждением органического вещества и последующей его де­ струкцией и минерализацией.

Кроме того, при малых глубинах наблюдается связанное с дей­ ствием приливных течений высвобождение аммонийного азота из донных отложений.

Минимумы содержания аммонийного и органического азота скорее всего обусловлены активно протекающими при выходе на устьевое взморье сорбционными процессами и флоккуляцией в зоне повышенной мутности.

Характерна также обратная картина распределения нитрат­ ного азота. Содержание нитратного азота в речных водах мало, поэтому и в зоне смешения содержание этой формы примерно в 2 раза меньше, чем в открытой части залива. Локальные мини­ мумы содержания нитратного азота отмечены для всей водной толщи на тех станциях, где отмечены максимумы содержания аммонийного и органического азота (см. рис. 4 а и в).

Очевидно, что смешение речных и морских вод сопровожда­ ется массовой гибелью микроорганизмов. Разложение и деструк­ ция органического вещества приводят к недонасыщению водной толщи кислородом (80—85 %) и уменьшению содержания нит­ ратного азота, который является высшей формой окисления в цикле минерального азота. Помимо этого, согласно [18], в зоне смешения содержание нитратного азота в поверхностном слое может снижаться при уменьшении скорости течения в связи с горизонтальным растеканием вод, которое становится значитель­ нее вертикальных движений.

С глубиной концентрация нитратного азота увеличивается, достигая в слое скачка 45—50 мкг/л, а в придонном слое возрас­ тает еще примерно в 2 раза. У дна значительно расширяется и сама область повышенного содержания нитратного азота.

Отме­ чено наличие в придонном слое двух типов вод:

1) с температурой 13—19 °С и концентрацией 20—60 мкг/л, что характеризует придонный слой воды, находящийся под не­ посредственным влиянием стока р. Северной Двины;

2) с температурой 0—6 °С и концентрацией 80—115 мкг/л, что характеризует воды более глубоких придонных слоев, не ис­ пытывающих воздействия речного стока.

Речные воды содержат больше фосфора, чем морские. В зоне смешения и далее при продвижении к открытой части залива снижается (вначале более резко, с высокими горизонтальными градиентами, потом, ближе к центральной части залива, менее резко) содержание общего, минерального и органического фосфо­ ра (см. рис. 5 а и б).

Подобная картина наблюдается во всей водной толще. Однако при относительном постоянстве содержания общего фосфора по вертикали соотношение Рм н о1 от поверхности ко дну увеличи­ и /Р р.

вается. В поверхностном слое при активном потреблении фосфо­ ра гидробионтами содержание минерального уменьшается, а орга­ нического, напротив, возрастает. В придонном слое наблюдается обратная картина.

Не исключено, что некоторое уменьшение содержания орга­ нического фосфора во фронтальной части зоны смешения связа­ но с более быстрой минерализацией фосфорорганических соеди­ нений.

Согласно [7], в Двинском заливе соотношение N /Ы,,,,,, больг ше, чем Ро г/Р ин, что свидетельствует о более быстрой регенера­ р н ции фосфора по сравнению с азотом.

Резюмируя изложенное, отметим несколько моментов. Реч­ ной сток в большой степени обусловливает распределение био­ генных элементов в Двинском заливе, принося растворенные в воде минеральные и органические соединения и большое коли­ чество взвешенного материала. Формирующаяся при этом ди­ намически активная зона смешения речных и морских вод спо­ собствует концентрированию здесь большого количества фито- и зоопланктона, а также создает условия для интенсивных сорбционно-десорбционных процессов, коагуляции и осаждения.

Сезонный ход гидрохимических характеристик определяется преимущественно сезонным климатическим ходом, сопровожда­ ющимся соответственно активизацией или затуханием биохими­ ческих процессов, жизнедеятельностью различных водных орга­ низмов. Содержание всех биогенных веществ зимой выше, чем летом, за исключением, пожалуй, органического азота, содержа­ ние которого летом сравнимо со значениями, наблюдаемыми зи­ мой. Летом наблюдается интенсивное потребление минеральных веществ, при этом образовавшаяся органика частично минерали­ зуется, а частично, вероятно, поступает в донные осадки, где во­ влекается в круговорот в пограничной зоне вода—дно, особенно в мелководной зоне залива под воздействием активных приливноотливных явлений. Органическое вещество, не успевшее минера­ лизоваться до начала ледостава, вовлекается в лед. Наличие до­ вольно большого количества биогенного и органического веще­ ства в ледяном и даже в снежном покрове свидетельствует о продолжении биохимических процессов зимой.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

–  –  –

УДК 551.48 : 556.54 В результате натурных наблюдений, проведенных в устьях рукавов Кузнечиха и Корабельный дельты р. Северной Двины с марта 1999 г. по июль 2000 г., установлено консервативное поведение растворенных стронция, кальция, фтора и бора. При этом для параметров зависимости содержания кальция и, в меньшей степени, бора от содержания хлоридов наблюдались различия, связанные с се­ зонной изменчивостью химического состава речных вод, тогда как для стронция и фтора подобная закономерность отсутствовала.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (гранты 99—05—64085 и 01—05—64852) и Минпромнауки РФ по программе «Глобальные изменения природной среды и климата».

В последние годы наблюдается возрастающий интерес к про­ блемам гидрологии и гидрохимии северных морей России. Важное место в этих исследованиях занимает изучение устьевых областей рек — специфических водных объектов, в силу определенного со­ четания природных условий представляющих собой седиментологический, геохимический и гидробиологический барьер, на кото­ ром осуществляется заключительный этап трансформации речно­ го стока [1, 3]. Однако несмотря на большое число исследований, проведенных в зонах смешения речных и морских вод, фактичес­ кого материала недостаточно, чтобы выявить общие закономерно­ сти поведения многих малоизученных компонентов, к числу кото­ рых относятся стронций, фтор и бор. Литературные сведения об особенностях миграции этих химических элементов немногочис­ ленны, а для рек водосбора Белого моря их вообще нет.

Цель настоящей работы — изучение закономерностей поведе­ ния растворенных стронция, фтора и бора в устье р. Северной Двины — наиболее крупной реки водосбора Белого моря, сток которой в среднем 108 км3/год [4]. По химическим свойствам стронций очень близок к кальцию, поэтому в данной работе со­ вместно изучены закономерностей миграции этих элементов.

Характеристика объекта и методики исследований

Устьевая область р. Северной Двины относится к дельтовому типу и состоит из устьевого участка реки с вершиной в месте впадения р. Пинеги и устьевого взморья — юго-восточной мелко­ водной части Двинского залива, ограниченной изобатой 8 м [4].

Ниже г. Архангельска р. Северная Двина формирует треугольную дельту с пятью крупными рукавами (рис.

1 ), доля которых в сум­ марном стоке реки в вершине дельты в среднем следующая [6]:

1) Никольский — 32,2 %,

2) Мурманский — 18,2 %,

3) Корабельный — 21,5 %,

4) Маймакса — 18,4 %,

5) Кузнечиха — 5,4 %.

–  –  –

16,2 13,8 0,74 63,6 0,224 11,6 5,5 — — 4,20 0,058 11,1 14,5 2 13,8 0,70 63,0 0,200 1,0 13,4 15,2 65,0 0,204 10,5 5,5 0,68 — — 0,055 10,4 5,40 1,36 40,4 64,4 0,218 3 1,0 0,67 4,74 64,4 9,01 39,7 0,58 0,188 3,0 — —

–  –  –

Содержание хлоридов в устье рук. Кузнечиха монотонно уве­ личивалось по направлению от вершины дельты к морю, незначи­ тельно изменяясь по глубине потока, что соответствовало услови­ ям хорошего вертикального перемешивания и отсутствия стратифи­ кации [3]. Минимум концентрации хлоридов (0,013—0,015 г/л) соответствовал речной водной массе в верхнем течении рук. Куз­ нечиха и одинаков для съемок марта 1999—2000 гг. Максимум концентрации хлоридов (9,25 г/л) отмечен на устьевом взморье вблизи о. Мудьюг во время экспедиции в устье рук. Корабельного.

С ростом содержания хлоридов линейно увеличиваются со­ держания растворенных стронция и кальция (рис. 2), что соот­ ветствует консервативному типу поведения этих элементов.

За­ висимость между содержаниями стронция и хлоридов в устьях рукавов Кузнечиха и Корабельного описана общим уравнением для съемок 1999—2000 гг.:

[бг, мг/л] = 0,51 + 4,64 • 10 4[С1, мг/л], г = 0,984, п = 32. (1)

a) S r м г/л 6 -I

–  –  –

Однако для зависимости между содержаниями кальция и хло­ ридов характерны различия, связанные с сезонной изменчивос­ тью химического состава речных вод. Так, по данным съемок устья рук. Кузнечиха в уравнении связи между содержаниями кальция и хлоридов [Са, мг/л] = а + b [С1, мг/л] (2) коэффициенты пропорциональности а и b в марте 1999 г. равны а = 130,4, Ь = 0,0245 (г = 0,880, п = 13), снижаясь в марте 2000 г. до а = 63,3, Ь = 0,0140 (г = 0,993, п = 14).

Результаты анализа распределения содержаний кальция в устье рук. Корабельного в июле 2000 г. показали еще большее уменьшение его содержания в речных водах: коэффициенты а и Ь в уравнении (2) уменьшились до а = 33,3, Ъ = 0,0171 (г = 0,995, п = 5).

Аналогичные линейные зависимости содержания растворен­ ных стронция и кальция от содержания хлоридов получены на основе данных натурных наблюдений, проведенных в июне 1998 г.

в устье рук. Восточного дельты Дуная [5] и в сентябре 1993 г. в устьевых областях Енисея и Оби [8]. Результаты исследований, проведенных в январе 1986 г. в устьевой области р. Янцзы [15], показали существование линейной зависимости между содержани­ ем растворенного стронция и соленостью. Консервативное пове­ дение кальция установлено также для многих крупных рек мира:

— Южного Буга, Днепра, Кубани, Сулака [1];

— Эльбы, Везера, Эмса [9];

— Маханади (Индия) [10, 14];

— Чикугогавы (Япония) [12].

Вместе с тем результаты натурных наблюдений, проведенных в августе 1996 г. на устьевом взморье Волги [7], показали неболь­ шое превышение содержания стронция над значениями, расс­ читанными по уравнению консервативного смешения, тогда как поведение кальция было строго консервативным.

Весовое отношение Sr/Ca закономерно увеличивалось при пе­ реходе от речной водной массы к морской и при снижении содер­ жания кальция в речных водах (см. рис. 2), изменяясь от 0,005— 0,007 до 0,009—0,016 в устье рук. Кузнечиха в марте 1999 и 2000 гг. и достигая 0,014—0,028 в устье рук. Корабельного в июле 2000 г.

а) мг/л Рис. 3. Зависимости концентрации фтора (а) и бора (б) от кон­ центрации хлоридов.

У ел. обозн. см. р и с. 2.

Распределение содержания растворенных фтора и бора в ус­ тье р. Северной Двины (рис. 3), также как стронция и кальция, описано уравнениями консервативного смешения.

При этом за­ висимость между содержаниями фтора и хлоридов общая для съемок рукавов Кузнечиха и Корабельный, проведенных в 1999— 2000 гг.:

[Ре, мг/л] = 0,175 + 4,820 *10-5[С1, мг/л], (3) г = 0,972, п = 32.

Аналогичная зависимость для бора имеет вид [В, мг/л] = а + Ь [С1, мг/л]. (4) Параметры этой зависимости (4) для устья рук. Кузнечиха в марте 2000 г.

различались незначительно:

а = 0,054, Ь = 1,20 • 10“4 (г = 0,986, п = 10), а для устья рук. Корабельного в июле 2000 г. они увеличились:

а = 0,113, Ь = 1,43 • 10~ (г = 0,992, п = 5).

Консервативное поведение фтора и бора характерно и для ус­ тьевых областей других рек. Линейные зависимости между содержаниями фтора, бора и хлоридов установлены для устьев Волги [2], Дуная [5], Енисея и Оби [8]. Консервативное поведение фтора установлено также для устьевых областей р. Чикугогавы [12] в Японии и некоторых американских рек [16, 17]. В работе [1 1 ] получено единое уравнение связи между содержанием ра­ створенного бора и соленостью воды в устьевых областях круп­ нейших рек Африки и Южной Америки — Заир и Магдалена.

Подобные зависимости наблюдались и в устьевых областях менее крупных рек — Чикугогава [12] и Бьюли [13]. Единственное ис­ ключение представляет собой небольшая р. Альда в Южной Анг­ лии, неконсервативное поведение бора в устье которой предполо­ жительно связывалось с сорбцией на речной взвеси [13].

Выводы

Таким образом, в результате исследований, проведенных в устье р. Северной Двины в марте 1999—июле 2000 гг., установ­ лено консервативное поведение растворенных стронция, кальция, фтора и бора, что согласуется с литературными данными для ус­ тьевых областей других рек мира. При этом для параметров зави­ симости содержания кальция и, в меньшей степени, бора от со­ держания хлоридов характерны различия, связанные, по всей видимости, с сезонной изменчивостью химического состава реч­ ных вод, тогда как для стронция и фтора подобная закономер­ ность не наблюдалась.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Г о р д е е в В. В. Речной сток в океан и черты его геохимии. — М.: Наука, 1983. — 160 с.

2. З а х а р о в а Е. А., С а в е н к о В. С. Фтор и бор в зоне смешения вод р. Волги и Каспийского моря / / Геохимия. — 1998. — № 2. — С. 215—217.

3. М и х а й л о в В. Н. Гидрологические процессы в устьях рек. — М.: ГЕОС, 1997. — 176 с.

4. М и х а й л о в В. Н. Устья рек России и сопредельных стран: прошлое, настоящее и будущее. — М.: ГЕОС, 1997. — 413 с.

5. М и х а й л о в В. Н., М о р о з о в В. Н., П о в а л и ш н и к о в а Е. С. и др.

Результаты эксперимента по изучению процессов смешения речных и морских вод в устье Дуная / / Водные ресурсы. — 2000. — Т. 27, № 1. — С. 5 —12.

6. П о л о н с к и й В. Ф., К у з ь м и н а В. И. О распределении стока в дельте Северной Двины / / Тр. ГОИН. — 1986. — Вып. 179. — С. 49—56.

7. С а в е н к о А. В. Поведение стронция в зоне смешения вод Волги и Кас­ пийского моря / / Водные ресурсы. — 1999. — Т. 26, № 2. — С. 248—251.

8. С а в е н к о А. В., Г о р д е е в В. В., Р а х о л ь д В. Закономерности поведе­ ния стронция, фтора и бора в устьевых областях Енисея и Оби / / Молодые уче­ ные России об экологии. Сб. науч. работ стипендиатов Фонда им. В. И. Вернад­ ского. — М.: Ноосфера, 2001. — С. 111—120.

9. B l o c k e r G., T h o m s e n J. Valdivia cruise October 1981: Ca- and Mgconcentrations in the mixing zones of Elbe, Weser, and Ems rivers / / Mitt. Geol. — Palaont. Inst. Univ. Hamburg. — 1982. — H. 52. — S. 605—613.

10. B o r o l e D. V., M o h a n t i М., R a y S. B., S o m a y a j u l u B. L. K.

Preliminary investigations on dissolved uranium and silicon and major elements in the Mahanadi estuary / / Proc. Ind. Acad. Sci. — 1979. — Vol. 88-A, pt. 2, N 3. — P. 161— 170.

11. F a n n i n g K. A., M a y n a r d V. I. Dissolved boron and nutrients in the m ixing plumes of major tropical rivers / / Netherl J. Sea Res. — 1978. — Vol. 12, N 3 /4. — P. 345—354.

12. H o s o k a w a I., O h s h i m a N., K o n d o N. On the concentration of dissolved chemical elements in the estuary of Chikugogawa river / / J. Oceanogr.

Soc. Jap. — 1970. — Vol. 26, N 1. — P. 1—5.

13. L i s s P. S. Conservative and non-conservative behaviour of dissolved con­ stituents during estuarine mixing / / Estuarine Chemistry. — L.: Acad. Press, 1976.

— P. 93—130.

14. R a y S. B., M o h a n t i М., S o m a y a j u l u B. L. K. Suspended matter, major cations and dissolved silicon in the estuarine waters of the Mahanadi river, India / / J. of Hydrology. — 1984. — Vol. 69. — P. 183—196.

15. W a n y i n g Q., J i a y i Z., X i u x i a L. et al. Concentration and distribution characteristics of dissolved and particulate Rb, Cs, Sr, Ba, Sb, Se, Sc, La, Ce, Eu, Lu, U and Th in surface water of Changjang river and its estuarine area / / Biogeochem ical study of the Changjang estuary. — China Ocean Press, 1990. — P. 387—404.

16. W a r n e r Т. B. Mixing model prediction of fluoride distribution in Chesapeake Bay / / J. Geophys. Res. 1972. — Vol. 77, N 18. — P. 2728—2732.

17. W i n d o m H. L. Fluoride concentration in coastal and estuarine waters of Georgia / / Limnol. and Oceanogr. — 1971. — Vol. 16, N 7. — P. 806—810.

СОДЕРЖАНИЕ ЖЕЛЕЗА В ЗОНЕ СМЕШЕНИЯ ВОД

СЕВЕРНОЙ ДВИНЫ И ДВИНСКОГО ЗАЛИВА

–  –  –

УДК 551.464.32 (261.24) Рассмотрено пространственное распределение двух- и трехвалентного железа в зоне смешения вод р. Северной Двины и Двинского залива в августе 2000 и феврале 2001 гг. Впервые при помощи цветометрической тест-методики с высокой точнос­ тью количественно определено подвижное железо в снежном и ледяном покрове.

Показаны сезонные различия в содержании растворенного железа и высказаны предположения о влиянии различных процессов на распределение Ее (II) и Ре (Ш).

Работа выполнена при поддержке Минпромнауки РФ и РФФИ, проекты 99—05—64085 и 01—05 —06090.

Процессы миграции железа в зонах смешения речных и морс­ ких вод, соотношение его форм и их внутригодовое распределение играют важную роль в биохимических реакциях, протекающих на границе река—море. Анализ первого дня представляет собой боль­ шую проблему в полевых условиях для количественного определе­ ния рассматриваемого элемента. При этом низкое содержание же­ леза, которое можно наблюдать в зонах смешения, требует чув­ ствительных методов определения, что часто бывает синонимом сложности и дороговизны аппаратуры. Для решения этих проблем использована тест-методика1 на качественное и количественное определение Ее (II), созданная на базе цветометрического метода, позволяющая одновременно обрабатывать большой массив проб воды с разными гидрохимическими характеристиками (соленос­ тью и т. д.). Методика отличается экспрессностью и высокой чувствительностью. Впервые она использована для природных вод устьевой области р. Северной Двины и Двинского залива.

Материалом для исследования распределения общего, двух- и трехвалентного железа в зоне смешения речных и морских вод послужили пробы воды, снега и льда, отобранные в устьевой об­ ласти р. Северной Двины (рук. Кузнечиха) в августе 2000 и в феврале 2001 гг., а также пробы из вершинной части Двинского залива, отобранные в августе 2000 г. (см. рис. 1 из работы [2]).

В пробах, отобранных зимой, растворенное железо определе­ но непосредственно после отбора, одновременно с определением в них биогенных элементов.

'Алюкаева А. Ф,, Иванов В. М., Цыцарин А. Г. О тест-методе определения железа в водной среде / / См. наст. сб. — С. 415—425.

Пробы, отобранные во время летней экспедиции, предвари­ тельно хранились в течение некоторого времени до момента про­ ведения определений железа. Поэтому к интерпретации получен­ ных в этом случае результатов надо относиться с долей осторож­ ности, особенно в отношении Ее (II) и Ее (III). Изменения их содержания показывают скорее общую тенденцию в распределе­ нии железа.

Содержание железа в речной воде зависит от ряда факторов:

— литологических особенностей пород, — состава почв бассейна реки, — климатических условий, — растительного покрова.

Концентрация железа в поверхностных водах рек, относящих­ ся к бассейну Белого моря, высока и иногда достигает 1000 мкг/л [5]. Воды р. Северной Двины, и особенно ее устьевой части, испы­ тывают значительное антропогенное влияние, которое может ска­ зываться на трансформации форм железа и его распределении по акватории.

Анализ проб снега, отобранных вдоль рук. Кузнечиха в фев­ рале 2001 г., показал, что концентрация растворенного железа вдоль профиля меняется незначительно в диапазоне 5,5—7,0 мкг/л.

При этом около 60—70 % общего содержания составляет Ее (II).

Концентрация Ее (III) в снежном покрове крайне мала — не бо­ лее 3 мкг/л. Концентрация общего растворенного железа в ледя­ ном покрове также невелика — 4,5—10,0 мкг/л. Как и в снеж­ ном покрове, преобладает восстановленая форма железа.

Распределение железа в снеге и льде вдоль течения реки ме­ няется мало, при этом практически не наблюдается связи с изме­ нением химического состава речной воды. Увеличение концент­ рации железа до 20,5 мкг/л, вызванное возрастанием концентра­ ции Ее (III) более чем в 2 раза в верхнем слое льда в точке 7 по сравнению с его концентрацией во всех остальных точках, носит явно случайный характер. Во всех остальных точках количество железа в ледяном покрове не изменялось по вертикали.

Отметим, что зима 2000/2001 г. отличалась повышенной тем­ пературой воздуха, многочисленными оттепелями, что, возмож­ но, привело к выравниванию характеристик в ледяном покрове.

Однородность распределения и низкое содержание характерны этой зимой и для биогенных элементов [2].

Распределение содержания железа и его форм в воде показа­ но на рис. 1, на котором выделяется область повышенного содер­ жания данного элемента, связанная с верхней границей зоны сме­ шения речных и морских вод. Здесь в придонном горизонте наРасстоявие от точки разветвления р. Северной Двины на рукава, км

–  –  –

Рост концентрации растворенного железа до 133—255 мкг/л в точках 5 и 4, возможно, связан с десорбцией железа со взвеси в зоне повышенной мутности, которая формируется на границе барьерной зоны. В районе точки 6 содержания Ге (III) и общего железа снижаются до значений, отмеченных выше границы ба­ рьерной зоны в точках 1 —3.

Содержание восстановленной формы железа в точках 4 и 5 также возрастает, хотя и не столь резко, как окисленной до Ре (III) и общего железа.

Характерно, что подобная же картина распределения содер­ жания общего растворенного железа отмечена и в августе 2000 г., с той лишь разницей, что рост содержания данного элемента на границе барьерной зоны был не столь значителен.

Вертикальное распределение железа в воде и в феврале, и в августе характеризовалось однородностью. Исключение отмече­ но только на границе барьерной зоны, там содержание растворен­ ного железа в придонных слоях больше, чем в поверхностных.

В августе 2000 г. в поверхностном слое вершинной части Двин­ ского залива концентрация общего железа 20—35 мкг/л (рис. 2).

Ее минимумы отмечены в районе точки 33 вблизи г. Северодвин­ ска.

В области фронтальной зоны (точки 11 и 12) отмечено неболь­ шое снижение содержания общего растворенного железа, что свя­ зано с его удалением при флоккуляции коллоидов. В открытой части залива с ростом суммы солей содержание железа незначи­ тельно увеличивалось [1 ].

В придонных слоях Двинского залива концентрация общего растворенного железа 25—45 мкг/л. Рост содержания отмечен при продвижении в сторону центральной части залива.

Для вертикального распределения общего железа характерно увеличение содержания от поверхности ко дну. При этом содер­ жание Ее (II) также увеличивается, а содержание Ее (III) незна­ чительно снижается. В придонных слоях интенсивно восстанав­ ливаются окисленные формы железа, причем процесс восстанов­ ления не является только химическим, так как теснейшим образом связан с деятельностью донной микрофлоры в целом, создающей в окружающей среде, особенно в иловых отложениях, понижен­ ный окислительно-восстановительный потенциал [4].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Г о р д е е в В. В. Речной сток в океан и черты его геохимии. — 1983. — М.: Наука. — 159 с.

2. Е ф и м о в а Л. Е., Ц ы ц а р и н А. Г. Пространственно-временное распре­ деление биогенных элементов в зоне смешения речных и морских вод Двинского залива Белого моря / / См. наст. сб. — С. 199—216.

3. Е ф и м о в а Л. Е., Ш м и д е б е р г Н. А., Ц ы ц а р и н А. Г., Ч е р н о в а Т. А.

Сезонные особенности химического состава воды в устьевой области Северной Двины / ГОИН. — М., 2001. — 17 с. — Деп. ВИНИТИ 10.01.01, № 39-В2001.

4. Л и н н и к П. Н., Н а б и в а н е ц Б. И. Формы миграции металлов в пре­ сных поверхностных водах. — Л.: Гидрометеоиздат, 1986. — 269 с.

5. Р е с у р с ы поверхностных вод СССР. Т. 3. Северный край. — Л.:

Гидрометеоиздат, 1970. — 289 с.

К ВОПРОСУ О СЕЗОННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ

ГЕОХИМИЧЕСКОГО БАРЬЕРА

В СЕВЕРНОМ КАСПИИ

–  –  –

УДК 551.464.32 (262.81) В работе рассмотрен современный солевой состав вод Северного Каспия, определено положение геохимического барьера, исследована сезонная измен­ чивость ионного состава, проанализировано изменение термохалинной струк­ туры вод за последний год по сравнению со среднемноголетними данными.

Использованы материалы экспедиций февраля 1991 и августа 2000 гг.

Наиболее резкий рост абсолютных концентраций всех ионов отмечен при увеличении солености с 2 до 8 г/кг, подтверждено пространственное изменение межионных соотношений.

Геохимический барьер смещен в сторону устья и локализуется зимой. Гра­ ница между речными и морскими водами наиболее резко выражена в диапазо­ не солености 1—5 г/к г, здесь гипотеза о постоянстве солевого состава вод не­ применима.

Работа выполнена при поддержке Минпромнауки РФ и РФФИ, проекты 9 9 —05—64085 и 01—05 —06093.

Введение

За последние годы значительно возрос интерес к изучению пограничной области река—море, представляющей собой част­ ный случай геохимического барьера.

Здесь происходит целый спектр явлений [3]:

— резкое замедление скорости течения речных вод, — осаждение крупных фракций взвешенного материала, — смешение морских и речных вод, — интенсификация биологических процессов и др.

Малые глубины и большая площадь Северного Каспия, а также значительный объем стока р. Волги [1] обусловливают крупномасштабность процессов смешения. Исследование связи основ­ ных ионов химического состава вод с соленостью в этой зоне по­ казывает, что практически все из них можно отнести к индика­ торам физического смешения пресных и соленых вод.

В работе использованы данные ГОИНа за февраль 1991 г.

(уникальная подледная съемка) и данные наблюдений в августе 2000 г. (рис. 1). Особое внимание уделено температуре, солености и солевому составу.

Рис. 1. Расположение станций экспедиций в феврале 1991 г. (а) и в августе 2000 г. (б).

Температура и соленость

Т ерм ические услови я в районе Северного К асп и я за счет мелководности бы стро перестраиваю тся в зависим ости от вн еш ни х воздей ствий. В целом в августе 2 0 0 0 г. тем пература воды не от­ личалась от средн ем н огол етн их августовских зн ач ен и й [ 2 ].

О собенностью августа 2 0 0 0 г. бы ли отриц ательн ы е ан ом а­ ли и сол ен о ст и, дости гавш и е 3 г /к г и п р о сл еж и в аю щ и еся вдоль зап адн ого п о б ер еж ь я. П ол ож и тел ьн ы е ан ом али и зн ач и тельн о м ен ьш е. Они вы явлены в п оверхн остн ом слое вблизи восточной ч асти дельты р. В ол ги и бы ли м ен ее 0,5 г /к г по сравнению со ср едн ем н огол етн и м и зн ач ен и ям и за август (ри с. 2). В о зм о ж н о, осн овн ой п р и чи ной в обои х сл у ч а я х бы ло п ер ер асп р едел ен и е больш ей ч асти в о л ж ск и х вод в зап адн ую часть дельты и у с и л е ­ н и е ц и к л о н и ч еск о й ц и р к у л я ц и и вод под в оздей стви ем си л ьны х северн ы х и север о-зап адн ы х ветров, н абл ю дав ш и хся в п ериод э к сп ед и ц и и. А н ом ал и и сол ен ости л егк о п р осл еж и вал и сь д о г л у ­ бины 10 м и бол ее.

Л етом 2 0 0 0 г. в водах Северного К аспия наблю далась гомотерм ия и гом охалинность. В центральной и ю ж н ой частях Север­ ного К асп и я р а сх о ж д ен и я н аблю ден н ы х и ср едн ем н оголетн и х зн ач ен и й солености бл и зк и к нулю.

В зим ню ю м еж ен ь, к огда сток м иним ален, пресны е воды про­ слеж и ваю тся только на поверхн ости. У дн а отм ечено п р он ик н о­ вение более сол ены х м орских вод. В бли зи устья в зап адн ой части взморья р. В олги соленость 1 — 2 г /к г, она п остепенно увели чи ва­ лась до 3 — 4 г /к г на д н е. И зогалины сохр ан яли горизонтальную струк тур у в п редел ах 50-килом етровой зоны.

Н а м елководны х восточном и центральном уч астк ах речны е воды п рослеж и вали сь дальш е в глубь м оря, а и х см еш ен и е с м ор­ ск им и водам и п р ои сходи л о резко — соленость возрастала от 1 до 4 г /к г на п р отя ж ен и и 20-килом етровой зоны свала глубин до изобаты 5 м.

В ф еврале 1 9 9 1 г. р азл и ч и я солености в поверхн остн ом и придонном гори зон тах в целом составили 1 г /к г в районе взморья р. В олги. Такое оп реснен и е значительно ум еньш ает теп лосодер­ ж а н и е поверхностной толщ и вод зи м ой. Зи м ой 1991 г. зар еги ст­ рирована вертикальная инверсия температуры : тем пература воды п одо льдом на 0,5 °С н и ж е п ридонной.

Е щ е в прош лом веке М еж дун ародн ы й совет по исследованию морей принял такое определение солености: «П риведенное к пусто­ те весовое количество всех тверды х растворенны х вещ еств, зак лю ­ ч ен н ы х в 10 00 г воды при усл ови и, что бром и йод зам ещ ены эквивалентны м количеством хлора, все карбонаты переведены в ок и си, а все органическое вещ ество со ж ж ен о ». Так как этот п ро­ цесс трудновы полним, ком и сси ей К нудсен а со ссы лкой на п осто­ янство солевого состава введено понятие «хлорность», которую следует определять путем простого объем ного титрования проб м орской воды нитратом серебра и прим енять дл я расчета сол ен о­ сти.

Солевой состав вод зам кнутого К аспийского м оря отличается от океанского, поэтом у м еж дун ародн ы е уравнения состояни я для этого водоем а ви дои зм енен ы.

Д л я К аспия соленость рассчиты ва­ ют по сл едую щ и м формулам:

— при хлорности м енее 4,3 г /к г S = 0,2 5 + 2,4 2 С1, — при больш их зн ач ен и ях хлорности S = - 2 4,3 6 + 1 3,2 6 CI - 1,1 9 С12.

В Северном К аспии изм енчивость ионного состава слиш ком велика, чтобы определять соленость по одн ом у и ону. Н априм ер, хлорны й к оэф ф иц и ент (отн ош ен ие солености к хлорн ости S/C1) м еняется от 2,3 6 до 4,0 (рис. 3 о ), а приведенная ф орм ула сол ен о­ сти верна при хлорности более 3 г /к г.

Р и с. 3. Р а с п р е д е л е ­ ние значений соотноше­ ния S/C1 ( а ) и Са/С1 (б) в поверхностном слое в августе 2 ООО г.

К ачественное ул уч ш ен и е определени й солености и плотности вод К асп и я подразум евает использование в роли непосредственно и зм еряем ого параметра относительную электри ческ ую проводи­ м ость, к оторая в отличие от хлорности лучш е интегрально х а ­ рак тери зует сум м арное содерж ан и е солей в м орской воде. Такие способы, как «Ш кала практической солености — 78» и «У равне­ н ия состоя н и я — 8 0 », применим ы ко всем ок еани ческ и м водам при расчете солености по электрической п роводим ости. Однако использование и х дл я вод, и м ею щ и х хи м и ч еск и й состав, отли ч ­ ны й от стандартного м орского, не всегда оп равдан о, так как появляется н еи зб еж н а я систем атическая ош ибка.

К роме того, с изм енен и ем ионного состава воды и зм ен я ется и тем пературная зависимость электрической проводимости, что вы­ зы вает р а сх о ж д ен и я в зн ач ен и ях солености, оп ределяем ы х на л а­ бораторны х сол ем ер ах, работаю щ их в ш ироком ди ап азон е тем п е­ ратуры.

П ри м ен ен ие гипотезы о постоянстве солевого состава н е вер­ но при и зуч ен и и обш ирны х опресненны х акваторий м оря, хар ак ­ тер и зу ю щ и х ся изм енчивы м гидрологи ческ и м р еж и м о м, в том числе в данном случае.

В данной работе соленость рассчитана по непосредственно опре­ деленны м компонентам ионного состава. Причем этот способ более доступен, чем определение сухого осадка, так как воспроизводи­ мость последнего очень сильно зависит от используемой м етодики.

Солевой состав

И нтересен и качественный состав растворенных в морской воде солей, которы й и оп ределяет отличие вод морей от ок еан и ч ес­ к и х, а та к ж е степень м етам орф изации вод по схем е п ресны е— м орски е— рассольны е.

А н ал и з пространственного расп ределени я сум мы солей и аб­ солю тны х к онцентраций сол еобразую щ их ионов в Северном К ас­ п ии по данны м августовской эк сп еди ц и и обн аруж и л наиболее явны е черты зоны см еш ен и я по м ере следования основной струи волж ской воды в северо-западной части акватории.

В августе 2 0 0 0 г. наиболее р езк и й рост абсолю тны х к он ц ен т­ раций всех ионов прослеж и вался при увеличении солености с 0,5 до 7 г /к г. В п р едел ах этой полосы ш ириной 5 0 — 70 км с о д ер ж а ­ ние больш инства основны х ионов увеличилось на п орядок. И с­ клю чение составили ионы НСОд и Са2+, содер ж ан и я которы х воз­ росли в 1,5 и 3,0 раза соответственно (см. таблицу).

Концентрации основных ионов солевого состава в августе 2000 г., г/кг

–  –  –

И оны Са2+ и НСОд образую т малорастворим ы й осадок карбо­ ната и гидрокарбоната кал ьц ия, значительное количество к ото­ рого вы падает и з м орской воды при см еш ен и и речной и м орской воды й затем осаж дается на дн о либо пребываю т в толщ е воды в ф орм е взвеси. И ногда ионы М&2+ способны создавать м алораство­ рим ы е соеди н ен и я с к арбонатам и, а ионы при услови и п ер е­ н асы щ ения образую т гипсовы й осадок в соеди н ен и и с Са2+ [4].

Сопоставление расп редел ени я основны х ионов в п оверхн ост­ ном и п ридонном гори зон тах не вы явило значительны х р азл и ­ ч и й. Зам етны в целом несколько больш ие содер ж ан и я ионов в придонном сл ое, свидетельствую щ ие о распространении речны х вод по п оверхн ости и подтверж даю щ и е теорию о к линообразном типе см еш ен и я речны х и м ор ски х вод на Северном К асп и и. О дна­ ко вследствие сезон н ого м иним ум а речного стока эта черта п ро­ является лиш ь в направлении основного следования распресненн ы х вод. Н ал и чи е в данном ди ап азон е сум мы солей гидрологи ­ ческого ф ронта не является прямы м индикатором сущ ествования солевого геохим и ческ ого барьера.

Геохимический барьер

В заи м одействи е водны х масс наиболее активно н еп одал ек у от устья рек и во ф ронтальной зон е, совпадаю щ ей с геом етрическим м естом м аксим альны х градиентов одн ой или н еск ольк и х х а р ак ­ тер и сти к, наприм ер отн ош ен ия ионов основного состава к хл ору.

Д л я Северного К аспия по данны м м ноголетних исследований гра­ н и ц а м е ж д у речны ми и м орским и водам и наиболее резк о выра­ ж ен а в ди ап азон е солености 1 — 5 г /к г.

Д анны м и августа 2 0 0 0 г. подтверж дены выводы п реды дущ и х эк сп еди ц и й о том, что м еж и онн ы е соотнош ения крайне н еустой ­ чивы практически по всей акватории Северного К асп и я [4]. Н аи ­ более резк и е и зм енения м еж и онн ы х соотнош ений отмечены в вос­ точной части дельты р. В олги, т. е. в стороне от магистрального п р о х о ж ден и я волж ской струи. Столь резк ая перестройка солевой системы к востоку от дельты р. Волги объ ясн яется тем, что и м ен ­ но с этой стороны м орские воды м енее подверж ены влиянию сто­ ка р. В олги и гл у б ж е проникаю т к ее устью.

В доль западного п обереж ья в направлении дв и ж ен и я в ол ж ­ ской воды градиенты отнош ений ионов Са2+ и НСО3 к С1~ невели ­ ки (см. рис. 3 б). С опоставление пространственны х р асп ределе­ ний сум м ы солей и м еж и онн ы х отнош ений показало, что к зап а­ д у от дельты перестройка солевой системы в основном происходит при сум м арном содер ж ан и и солей до 3 — 4 г /к г, тогда как к вос­ ток у от дельты она охваты вает воды с м ин ерали зац ией до 6 г /к г.

В ф еврале 1991 г. отмечены некоторы е отличия содер ж ан и й основны х ионов солевого состава и и х распределение от хар ак ­ терны х зн ачен и й теплого сезон а. Если летом содер ж ан и е ионов постепенно увеличивалось с удален ием от устья р. В олги и п рои с­ ходи л а слабая диф ф еренциация поверхностного и придонного сло­ ев, то зи м ой картина пом енялась. Вдоль западного берега, где речны е воды распространяю тся по п оверхности, а м орски е п од­ х одя т б л и ж е к устью по д н у, содерж ан и е ионов возросло с глуби ­ ной, практически не м еняясь пространственно по горизонтали.

Только с удал ен и ем от устья на 5 0 — 70 км, где глубины превы ­ ш аю т 5 м, начался горизонтальны й рост содер ж ан и й. В ц ент­ ральной и восточной ч астях взморья р. Волги такое расслоение п ресны х и солены х вод зим ой 1991 г. не отм ечено.

П о сравнению с летом вы делялось поведение НСОд, со д ер ж а ­ ние которого ум еньш алось или не м енялось при увели чен и и со ­ лености. С одерж ание кальция увеличилось практически в 1,5 раза.

Значи тел ьн ая пространственная изм енчивость харак терн а для сульф атов. В ф еврале 1991 г. среднее и х отнош ение к хл ору бл и з­ ко к л етн ем у, но разброс содерж ан и й в разны х точках велик д а ж е для проб, б л и зк и х по содер ж ан и ю хлора. Д овольно устойчиво лиш ь отн ош ен ие M g /C l, равное 0,1 4 — 0,1 5.

З и м ой при п адении тем пературы до 0 °С и н и ж е раствори­ м ость углеки слого газа больш е на 25 %, чем летом. Ч асть ги дро­ карбонатов при участии иона гидроксония распадается на С 0 2 и воду. О бразую щ ийся при этом деф и ц и т гидрокарбонатов воспол­ няется за счет растворения твердой фазы С аС 03, взвесей и д о н ­ ны х отл о ж ен и й. П ри повы ш ении содерж ан и я углекислоты пониж ает ся pH. Т аким образом, в результате н аруш ени я равновесия карбонатной системы по сравнению с летом к онц ен трац и я к аль­ ц и я увеличилась, а конц ен трац и я гидрокарбонатов ум еньш илась от 0,3 вблизи устья р. Волги до 0,0 3 г /к г на удал ен и и от него.

Д оп ол н и тел ьн ое увел и ч ен и е со дер ж а н и я к альц и я о б ъ я с н я ­ ется тесн ой связью к арбон атн о-кал ьц и евой и сульф атн ой с и с ­ тем К а сп и я. Р аствор им ость С а в 0 4 • 2Н 20 невы сока и у м ен ь ш ает­ ся при п о н и ж ен и и тем п ературы воды. В то ж е врем я с о д е р ж а ­ н и е с у л ь ф а т о в в в о д е К а с п и я б о л ь ш е, ч ем в о к е а н е и в насы щ ен ном растворе С аБ 04 в ди сти л л и р ован н ой воде. В и ди м о, д л я о с а ж д е н и я С а в 0 4 в у сл о в и я х К асп и я н еобходи м ы с п ец и ф и ­ ч еск и е у сл о в и я, одн и м и з которы х м о ж ет бы ть н ар уш ен и е к ар ­ бон атн о-кал ьци евого равновесия осенью и д о ст и ж ен и е н екого п орогового со д ер ж а н и я дл я Са2+. В р езул ь тате при хл орн ости бол ее 3 г /к г п р едел н асы щ ен и я С аЭ04 м о ж ет быть перекры т.

Н ач авш ееся д а ж е небольш ое его о с а ж д ен и е м о ж ет создать д е ­ ф и ц и т Са в к арбон атн ой си стем е и вы звать в н ей н овое см ещ е­ ние равн овеси я [4].

П ри увеличении солености до 3 г /к г конц ен трац и я сульфатов растет до 1,2 г /к г, затем падает д о 0,2 5 — 0,5 0 г /к г и снова р ас­ тет. Д анны й м иним ум п рослеж и вался на ф оне увели чен и я к о н ­ центрац ии карбонатов с 0,0 5 до 0,1 0 г /к г и ум ен ьш ен и я к он ц ен ­ трации кальция с 0,3 д о 0,2 г /к г. Д ал ее по мере увели чен и я сол е­ ности конц ен трац и я сульфатов возрастала до 1,2 5 — 1,5 0 г /к г, карбонатов — до 0,1 0 — 0,1 5 г /к г, кальция — до 0,3 0 — 0,3 5 г /к г.

В и ди м о, частичное растворение С аС03 при п он и ж ен и и тем п е­ ратуры воды и десор бц ия Са со взвесей приводят к зам етн ом у повы ш ению его со д ер ж а н и я, вследствие чего осаж дается Сав0 4.

В качестве доп олни тельны х причин значительны х сезон н ы х р а з­ личий карбонатно-кальциевой и сульф атной солевы х систем м о­ ж ет вы ступать избирательное вы саливание при ледообразовании и сульф атредук ц ия при интенсивном осадк онак оп лени и.

Д ан н ы е зи м н ей эк сп ед и ц и и 1 9 9 1 г. не ук л ады ваю тся в п р ед ­ став лен и я о м алой сезон н ой и зм ен ч и в ости и онн ого состава вод, п ри няты е в о к еан ол оги и. О тм етим, что соврем енн ы й уровень ф и зи ч еск о й х и м и и не п озвол яет н а д еж н о п рогнозировать п ове­ д ен и е м н огок ом п он ен тн ы х растворов при и зм ен ен и и п ар ам ет­ ров среды (тем п ер атуры, со д ер ж а н и я к ом понентов и дав л ен и я ).

О тносительно хор ош о и зуч ен ы лиш ь отдельны е систем ы, и з п ри ­ родн ы х растворов — это ср ед н ео к еа н и ч еск а я вода. К асп и й ск ая вода в этом отн ош ен и и и зу ч ен а к рай н е сл або, п оэтом у дл я нее п ри м ен яю т п р едставл ен и я, п ри няты е д л я ок еан ск ой воды, о т ­ ли чн ой как по сум м ар н ом у со д ер ж а н и ю и онов, так и и х состаа) НС03/С1 24 т О <

–  –  –



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
Похожие работы:

«ОДОБРЕНА решением федерального учебнометодического объединения по общему образованию (протокол от 22 декабря 2015 г. № 4/15) Примерная адаптированная основная общеобразовательная программа начального общего образования обучающихся с тяжелыми нарушениями речи ОГЛАВЛЕНИЕ...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ ЫСЫК-КУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. К. ТЫНЫСТАНОВА Осмонбаева Кымбат Бейшеновна ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЫЛЬЦЫ ТЕСТРАСТЕНИЙ В КАЧЕСТВЕ ТЕСТСИСТЕМЫ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Каракол-2010 УДК 574 ББК 28.081 0-75 Реценз...»

«N4vн и t{ и lii} JlI )I lО е б к lr,l;ttе,г I tо с ()б llI с О б р а з с llз а,г с.г I ь I iо с \,LI р с )к.] tс I I и е I.()p()] 1a К 1 pr lrrra (] р е ;trrя я о б rrtе о б р Llз ()в а,I,е,r] LrI а Я I ] lKO;la,Vtl5l Р а с с л lil tpeI ltl lJ ilр l] I iя,l,а У t,tз с 1l;t; н а з а с е.] lа rlи и I lc,:lc()t] c­I il r,tl р ск i { lr Lltк ()­lы tlt u.i /,, Г rrf 2()l5r, I...»

«КАТАЛОГ МУЛЬТИМЕДИЙНЫХ ДОКУМЕНТОВ МЕДИАЦЕНТРА № НосиКол-во ББК Название Инв. № п/п тель экз. 2 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ 1. 20 Занимательная наука. Основы естествознаCD 1 798/0912 1. ния: интерактивная энциклопедия –M.: Новый диск, 2007. 2....»

«Миф о шести миллионах Дэвид Хогган Миф о шести миллионах Дэвид Хогган (c) David Hoggan. The Myth of the Six Million. The Noontide Press, 1969. (c) Перевод с английского Питер Хедрук, 2005 г. Содержание Об авторе Отношение Адольфа Гитлера и национал-социал...»

«А. И. Лагунов "Духовная телесность" и красота (об эстетическом идеале Вл. Соловьева и А. Фета) Поэтические произведения Вл. Соловьева занимают весьма скромное, но важное место в его колоссальном литературном наследии, он...»

«п. Акши стр5,6 Алатениз стр7 Зеленый дом стр8 Аквамарин стр9 Варадеро стр10. Черный Камень стр11 Комфорт стр12 Оазис стр13 Алаколь стр14,15 Пеликан стр16,17 Аласу стр18 Алмас Бриллиант стр19 Самрук стр20,21,22 Аквамарин Резорт стр23 Бриз п. Коктума Стр.24 Коктума Стр.25 Асуан стр26 Фортъ Верный стр27 Зодиак Прайс-лист на размещени...»

«ЖИТИЯ СВЯТЫХ по изложению святителя Димитрия, митрополита Ростовского Месяц май 1 мая Житие и страдание святого пророка Иеремии Житие преподобного отца нашего Пафнутия Боровского Страдание святого мученика Ваты 2 мая Страдание святых мучеников Еспера и Зои...»

«ГЛ О ги Ш ГОССТРАХ Раас Hi 8 1980 Смешанное страхование жизни дает возможность за Ш О время действия договора путем ежемесячных взносов \ накопить определенную денежную сумму, кот...»

«Скульптура программа для ДХШ и ДШМ М. 1989 год. И. А. Бурганов " Учимся лепить " Биб – ка Ю. Х. выпуск 2, 2005 года.Содержание программы : Пояснительная записка 1. Сведения о затратах учебного времени 2. Учебно-тематический план 3. Содержание программы 4. Методическое ресурсное обеспечени...»

«МУЛЬТИФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ РОБОТ-ПЫЛЕСОС Модель: L’ROBOT A320 Функции: сухая уборка, влажная уборка, очистка воздуха, антибактериальная обработка, автоподзарядка Спасибо за выбор робот-пылесоса L’Robot, пожалуйста перед применением внимательно ознакомьтесь настоящей и...»

«Муниципальное общеобразовательное учреждение "Красногорбатская средняя общеобразовательная школа" Селивановского района Владимирской области Согласовано Утверждаю с методическим советом школы Протокол от 29 августа 2016 г.№ 01 Директор школы_ Н. В. Рябова Прик...»

«Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение г.Владимира "Средняя общеобразовательная школа № 36" 600031 г. Владимир, улица Добросельская, д. 179-А, тел./факс (84922) 21-29-46, е-mail: Sch36@edu.vladimir-city.ru сайт школы: http://vladimirschool36.edusite.ru Публичный доклад директора МА...»

«Российская Федерация Администрация Тульской области Комитет лесного хозяйства Тульской области ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ РЕГЛАМЕНТ СУВОРОВСКОГО ЛЕСНИЧЕСТВА Разработчик: Филиал ФГУП "Рослесинфорг" "Заплеспроект" Первый заместитель директораглавный инжен...»

«СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ DOI: 10.14515/monitoring.2014.5.04 УДК 316.347(=112.2)(=161.1) Е.В. Гришенкова НАЦИОНАЛЬНЫЙ МЕНТАЛИТЕТ РУССКИХ И НЕМЦЕВ (СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ НА ПРИМЕРЕ СТУДЕНЧЕСКОЙ МОЛОДЕЖИ МОСКВЫ И БЕРЛИНА) НАЦИОНАЛЬНЫЙ МЕНТАЛИТЕТ РУССКИХ И NATIONAL MENTALITY OF RU...»

«Загрузить Инструкция к вакцине против б марека ьимарек. Руководство пользователя PDF 311 КБ MARANTZ SR8200 MZ02-013. Инструкция к вакцине против б марека ьимарек СКАЧАТЬ Меню прибора на русском языке с 2007 года. Оргмомент, предъявление темы уро...»

«Система автоматизации радиовещания DIGISPOT® II Настройка сервиса RDS Версия 2.14 Редакция 4 18.01.2010 Руководство пользователя ООО "Тракт-СОФТ" ул. Кронверкская, 23 Санкт-Петербург, 197101, Россия Тел.: (812) 346-95-55 Факс: (812) 233-61-47 e-mail: info@tract.ru http://www.tract.ru Настр...»

«МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ (МГС) INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION (ISC) ГОСТ EN МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ 12593— СТАНДАРТ БИТУМ И БИТУМИНОЗНЫ Е ВЯЖУЩ ИЕ Метод определения температуры хрупкости...»

«МИНФИН РОССИИ ПРЕСС-СЛУЖБА МАТЕРИАЛЫ СМИ УТРЕННИЙ ВЫПУСК ВТОРНИК, 2 ИЮЛЯ 2013 Г Оглавление Наука для Медведева Поспешная реформа РАН вызвала возмущение ученых и парламентской оппозиции: коммунисты при поддержк...»

«Курс ACI 10: руководство для воина духа, часть 1 Третий этап в изучении Madhyamika На основе уроков Геше Майкла Роуча Перевод, редакция, и подача Ламы Дворы-ла Кохав Яир, ноябрь 2005 Урок 1, часть 1 (Мандала) (Прибежище) Мотивация для обучения: победа над смертью Это десятый курс, в серии кур...»

«УДК 07(94)"1953/64" Н. С. ХРУЩЕВ: "ПОДРУЧНЫЕ НАШЕЙ ПАРТИИ – АКТИВНЫЕ БОЙЦЫ ЗА ЕЕ ВЕЛИКОЕ ДЕЛО"* © 2010 Р. В. Даутова канд. ист. наук, доц. каф. теории и практики электронных средств массовой информации e-mail: RVagiz@yandex.ru ФГАОУ ВПО "Казанский (Приволжский) федеральный университет" В статье предлагается анализ противоречивы...»

«УДК 630* 182 А.П. Смирнов, А.А. Смирнов, Ву Ван Чыонг ДИНАМИКА ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ В РАЗНОВОЗРАСТНЫХ ОСУШАЕМЫХ СОСНЯКАХ, ПРОЙДЕННЫХ РУБКАМИ Введение. За последнюю четверть века гидромелиоративные работы в лесах России пра...»

«Вытяжные круглые канальные вентиляторы для установки на стену CFW 100 CFW 100S CFW 125 CFW 125S CFW 160 CFW 160S CFW 200 CFW 200S CFW 250 CFW 250S CFW 315 CFW 315S Руководство по эксплуатации _ Ноябрь 2012 г. Содержание Содержание Условные обозначения Требования по безопасности Область применения Рекомендуемая структура и состав системы...»

«ОТКРЫТОЕ ПИСЬМО ПРЕЗИДЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ВЛАДИМИРУ ВЛАДИМИРОВИЧУ ПУТИНУ "ПРИВАТИЗАЦИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНОСТРАННЫМИ АГЕНТАМИ ПОДТВЕРДИЛАСЬ". Мы, специалисты в области диалектического (природоподобного) моделирования, убеждены в том, что мировое сообщество в своем развитии находится на этапе перехода от однополярного вектора...»








 
2017 www.kniga.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.