научная статья по теме ГЕНЕЗИС И ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ВЗВЕСИ В КАРСКОМ МОРЕ В ПЕРИОД НАИБОЛЬШЕГО СОКРАЩЕНИЯ АРКТИЧЕСКОЙ ЛЕДОВОЙ ШАПКИ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ГЕНЕЗИС И ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ВЗВЕСИ В КАРСКОМ МОРЕ В ПЕРИОД НАИБОЛЬШЕГО СОКРАЩЕНИЯ АРКТИЧЕСКОЙ ЛЕДОВОЙ ШАПКИ»

МОРСКАЯ ГЕОЛОГИЯ

УДК 551.35,504.423,528.855,556

ГЕНЕЗИС И ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ВЗВЕСИ В КАРСКОМ МОРЕ В ПЕРИОД НАИБОЛЬШЕГО СОКРАЩЕНИЯ АРКТИЧЕСКОЙ ЛЕДОВОЙ ШАПКИ

© 2015 г. М. Д. Кравчишина, А. Ю. Леин, И. Н. Суханова, В. А. Артемьев, А. Н. Новигатский

Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва e-mail: kravchishina@ocean.ru, lein@ocean.ru, m_Jlint@orc.ru Поступила в редакцию 23.09.2014 г., после доработки 29.10.2014 г.

Изучено распределение концентрации взвеси в водной толще Карского моря, включая эстуарии рек Оби и Енисея, в сентябре 2007 и 2011 гг. — периоды наименьшей площади дрейфующих льдов в Арктике. В 2007 г. в эстуарии Оби установлены повышенные концентрации взвеси в поверхностном слое (в среднем 26 мг/л в пресной воде и 16 мг/л при солености 3—10 епс), по сравнению с данными литературы за предшествующие годы. Концентрация взвеси и доля терригенной составляющей в ней в эстуарии Оби (2007 г.) была в >10 раз выше, чем в эстуарии Енисея (2011 г.). По мере смешения пресной и соленой воды в области маргинальных фильтров (МФ) этих рек концентрация взвеси уменьшается экспоненциально. Основное преобразование состава вещества эстуария в вещество шельфовых вод происходит в пределах соленостной фронтальной зоны (коагуляционно-сорбцион-ной ступени МФ). В 2011 г. сильное влияние терригенного вещества на состав морской взвеси ослабевало в северном направлении. Аномальное опреснение поверхностного слоя моря в 2007 г. привело к значительному облегчению изотопного состава органического углерода взвеси в западной части Карского моря, то есть влияние терригенного вещества на состав взвеси лишь незначительно ослабевало в северном направлении. Отмечено распространение минерального вещества от северо-восточной оконечности Новой Земли в северо-восточном направлении. Однако вплоть до 76°30' с.ш. в составе терригенной части взвеси Карского моря преобладали частицы, приносимые реками из Западной и Восточной Сибири. Показано, что процессы кросс-шельфового переноса взвеси в Карском море являются топографически привязанными.

DOI: 10.7868/S0030157415030089

ВВЕДЕНИЕ

Морская взвесь формируется в результате жизнедеятельности планктонных организмов (биогенное вещество) и поступления минерального материала (абиогенное вещество). Изучение ее состава необходимо для понимания процессов современной седиментации и путей переноса загрязняющих веществ. Общие закономерности распределения взвеси в Карском море представлены в работах [30, 34, 51, 54, 65] и оказались характерны для других арктических и субарктических морей [31, 33, 39].

В рамках международной программы 8РЛ81БЛ (1989—1995 гг.) проведены три крупных экспедиции в море Лаптевых и дельту р. Лены, Карское море, в Обскую и Енисейскую губы [10]. В ходе экспедиции НИС "Дмитрий Менделеев" в Карское море в 1993 г. [30, 51, 65] впервые выполнены геолого-геохимические исследования взвеси в Арктике.

В рейсе НИС "Профессор Логачев" в 1994 г. проведены исследования в желобе Святой Анны (ЖСА) [16]. Изучение биогеохимического цикла углерода (включая его взвешенную форму) в Карском море и сопряженной речной сети (реки

Енисей и Обь) выполнено в рамках российско-германского проекта SIR.RO в 1997—2002 гг. [8].

Первые данные по изучению изотопного состава взвешенного органического углерода (ВОУ) в Карском море представлены в статье Леин с соавторами [28]. Подобные исследования проводились в ходе целого ряда работ [8, 17, 18, 56, 62 и др.]. Было показано значительное влияние терригенного вещества на состав морской взвеси, которое ослабевало в северном направлении.

Российско-германское сотрудничество в области арктических исследований (моря Лаптевых и Карское) началось в 1991 г. и совпало с периодом ускорения климатических изменений в Арктике [44, 54]. Обзор исследований по распределению взвеси в морях российской Арктики с привлечением оптических методов дан в работе [33].

В ходе экспедиций ААНИИ на НИС "Иван Петров" в моря Карское и Лаптевых в 2007—2008 гг. были составлены карты распределения взвеси и гидрооптических параметров [5, 6].

В сентябре—октябре 2007 г. ИО РАН была организована комплексная экспедиция в Карское море, 54-й рейс НИС "Академик Мстислав Келдыш"

(АМК) [49]. Аномалии температуры и солености поверхностного слоя летом 2007 г. на большей части акватории Северного Ледовитого океана были отнесены к экстремальным [48]. В сентябре 2007 г. произошло крупнейшее за весь ряд наблюдений с 30-х гг. XX века, уменьшение арктической ледовой шапки: остаточная ледовитость (общая площадь дрейфующих льдов, сохранившихся после летнего разрушения и таяния) составила 4.3 млн. км2 при норме 6.6 млн. км2 (1978-2009 гг.) [38, 45]. Наиболее вероятные причины такой ослабленной ледо-витости заключаются в возникновении благоприятных условий в весенне-летний период для проникновения атлантической водной массы в воды Карского моря [15, 38]. Установлено, что атлантические воды являются дополнительным поставщиком осадочного материала в ЖСА [24].

Следующим важным этапом комплексных исследований в Карском море является 59-й рейс НИС АМК в сентябре 2011 г. В целом по Арктике летний минимум ледовитости 2011 г. приблизился к абсолютному рекорду, зафиксированному в 2007 г. [38].

Целью настоящей работы явилось изучение особенностей состава и пространственного распределения взвеси в Карском море в период наименьшей ледовитости в Арктике (2007 и 2011 гг.). Особое внимание уделено изучению кросс-шельфового переноса терригенного взвешенного вещества, поступающего со стоком рек Оби и Енисея.

РАЙОН ИССЛЕДОВАНИЙ

Карское море подвержено мощному воздействию речного стока и вместе с ним - значительному влиянию терригенного осадочного вещества. Поступление взвеси со стоком Оби составляет 15.5 х 106 т/год, а со стоком Енисея — 4.7 х 106 т/год (в районе гидрологических постов Игарки и Салехарда) [66]. Около 80% взвешенного вещества поступает летом [67]. Установлено, что большая часть взвеси (80—90%) оседает в пределах МФ рек [29]. Кроме речного стока, важным источником взвеси может служить абразия берегов [68].

Биогенная составляющая взвеси — фитопланктон и детрит — подвержена значительным сезонным изменениям, превосходящим по масштабам межгодовую изменчивость. Это связано с тем, что развитие фитопланктона жестко ограничено поступлением фотосинтетической активной радиации и биогенных элементов с речным стоком. Начало вегетации зависит от ледовой обстановки в море. Согласно оценкам первичной продукции, Карское море — олиготрофный бассейн и характеризуется низкой биомассой фитопланктона [4, 46]. Максимальная скорость роста фитопланктона на внутренней части шельфа наблюдалась в августе и начале сентября. Цветение фито-

планктона обычно связано с развитием диатомовых и зеленых водорослей и, в меньшей степени, цианобактерий [36, 46].

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Работы проводились в двух экспедициях АМК: 54-й рейс (05 сентября — 07 октября 2007 г.) в западной части Карского моря и 59-й рейс (10—30 сентября 2011 г.) в восточной части моря (рис. 1). Особое внимание в статье уделяется двум субмеридиональным разрезам: Обскому и Енисейскому. В 54-м рейсе взвесь изучена на 21 станции, в 59-м рейсе — на 22 станциях (всего 158 батометрических проб). Дополнительно пробы отбирались ведром с поверхности по ходу судна (всего 33). Исследования выполнены по единым программе и методике.

Методика отбора и анализа проб взвеси. На океанографических станциях отбор проб воды проводился с помощью комплекса Rosette, оснащенного 10- и 5-литровыми батометрами. Горизонты пробоотбора намечали по результатам предварительного вертикального зондирования оптическим и гидрофизическим зондами [2, 15]. Первичную обработку проб выполняли в судовой лаборатории: 1) фильтрацию воды под вакуумом через мембранные и стекловолокнистые фильтры; 2) изучение с помощью анализатора количества и размера частиц — счетчика Коултера.

Фильтрацию взвеси для определения ее массовой концентрации (мг/л) проводили стандартным методом под вакуумом 400 мбар через мембранные ядерные фильтры (0 пор 0.45 мкм, 0 фильтра 47 мм, полотно производства ОИЯИ, г Дубна) [20, 31]. Каждая проба (~5 л) одновременно фильтровалась через три и более фильтра (~580 проб взвеси на фильтрах). Концентрацию определяли взвешиванием фильтров с точностью до ±0.01 мг, соотнося с объемом отфильтрованной воды.

Для определения содержания ВОУ и его изотопного состава (813СВОУ) взвесь фильтровали под вакуумом 200 мбар через стекловолокнистые фильтры GF/F фирмы Whatman (0 фильтра 47 мм, эффективный размер пор 0.7 мкм), прокаленные при t = 250°С. Методы анализа содержания и изотопного состава углерода описаны в работах [17, 27]. Проанализировано ~90 проб.

Изучение объемной концентрации (мм3/л) взвеси проводилось с помощью анализатора частиц Multisizer™ 3 (счетчик Коултера®) фирмы Beckman Coulter, США (ISO 13319) [52]. Прибор калибровали на борту судна при помощи стандарта — суспензии латекса с номинальным размером частиц 5 мкм (Coulter® CC Size Standard L5). Измеряемый диапазон частиц составил 2—60 мкм. Методика измерения дана в работах [20—22].

Между массовой и объемной концентрациями взвеси установлена линейная зависимость, кото-

80 Ч

°с.ш.

79

Г Я с\>

78

77

76 -

75

74-

73 -

72

71 -

70

(ч^к! .-ГТч i

5042

% • (И \ /^W,) • П

5039

300

5034

* «5033

5032

— /fe-

1

50¿4983

9885044

■Р049^: 4990 4 5026 4973 Á ^-37

4971973 5004 *

5003-*

о. Северны

43

5025

0

5001

// а жЙмШ А

5028

о JdZ мЖГэ

■/-у II Т

fjj

5000

5008#15 5011-2

<7

. »07^ 10 060 4950..... " п

5029%5030

ф п-ов Таймыр

5010 • 5023

34-е5023 18

011 5021

Л-5018

/X" 5015 " 20

4960

55

60

65

70

75

80

85

90° в.д.

Рис. 1. Карта станций отбора проб взвеси в Карском море: 1 — сентябрь 2007 г.; 2 — сентябрь 2011 г. На врезке стрелками показана схема циркуляции вод в верхнем стометровом слое в юго-западной части моря по [15], сплошная линия — изобата 100 м.

рая тем лучше выражена, чем больше в составе взвеси доля минеральных частиц пелитовой размерности (рис. 2). Со

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геофизика»