научная статья по теме ГИДРОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВОД ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ КАРСКОГО МОРЯ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ГИДРОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВОД ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ КАРСКОГО МОРЯ»

= ХИМИЯ МОРЯ

УДК 551.465

ГИДРОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВОД ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ КАРСКОГО МОРЯ

© 2015 г. П. Н. Маккавеев1, З. Г. Мельникова1, А. А. Полухин1, С. В. Степанова1,

П. В. Хлебопашев1, А. Л. Чульцова2

Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва 2Северо-Западное отделение Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Архангельск

e-mail: makkaveev55@mail.ru Поступила в редакцию 23.01.2013 г.

Гидрохимические исследования Карского моря входили в программу работ комплексной экспедиции 59-го рейса НИС "Академик Мстислав Келдыш". Основные гидрохимические работы проводились на разрезах по Енисейскому заливу, вдоль восточного и западного отрогов желоба Святой Анны и через Новоземельский желоб. Кроме того, практически все время работала проточная система, в которой на ходу определялась величина рН поверхностной воды и отбирались пробы для гидрохимических анализов. Был проведен широкий комплекс гидрохимических анализов, включавший определение основных биогенных элементов (кремния, различных форм азота и фосфора), содержания растворенного кислорода и величин общей щелочности и рН. В статье показана гидрохимическая обстановка юго-западной части Карского моря, приведены основные результаты и проведено сравнение с результатами предыдущих комплексных экспедиций: 49-й рейс НИС "Дмитрий Менделеев" в 1993 г. и 54-го рейса НИС "Академик Мстислав Келдыш" в 2007 г.

DOI: 10.7868/S0030157415040115

ВВЕДЕНИЕ

Наблюдения за гидрохимическим режимом Карского моря начались в 30-х годах ХХ века, наибольшее количество данных по гидрохимии было получено с 1964 по 1980 гг. в экспедициях ААНИИ [12]. Но можно считать, что наиболее полными как по набору определявшихся параметров, так и по общему комплексу работ были экспедиции ИО РАН, проведенные в конце ХХ и начале нашего века [3, 14]. Гидрохимические работы в 59-м рейсе продолжили исследования гидрохимической структуры Карского моря, проведенные в комплексных экспедициях ИО РАН в 1993 и 2007 гг.

Особенности гидрохимического режима Карского моря определяются многими причинами, главным образом тем, что море широко открыто для вод центрального Арктического бассейна и относительно изолировано от проникновения с запада теплых атлантических вод. Влияние материкового стока в Карском море, пожалуй, наибольшее по сравнению с другими арктическими морями. На море приходится 41% всего стока с суши в Северный Ледовитый океан или 56% стока рек сибирского сектора Арктики [2, 8].

Гидрохимическая структура вод Карского моря отличается большой изменчивостью как по акватории моря, так и во времени. Это связано с непостоянством и контрастностью гидрометеорологических условий и с тем, что в формировании вод

моря принимают участие воды различного происхождения, главным образом, воды центрального Арктического бассейна и обильный материковый сток. Относительный вклад того или иного источника значительно меняется как во времени, так и по акватории моря [6].

Гидрохимические работы в 2011 г. по спектру определений были значительно шире, чем в 1993 г. По сравнению с работами 2007 г. более широко использовались определения по ходу судна в проточной ячейке (330 часов), что позволило более полно охарактеризовать поверхностные воды моря. Также значительное внимание было уделено работам с иловыми и придонными водами.

Основными задачами гидрохимических исследований были: обеспечение биологических исследований характеристиками абиотической составляющей экосистем (растворенный кислород, основные биогенные элементы, неорганические соединения углерода); исследование гидрохимической структуры вод (включая придонные и иловые воды); исследования распределения элементов "трассеров" в водах (кремний, неорганический углерод) для изучения распространения вод речного стока рек Обь и Енисей по акватории моря и их роли в формировании поверхностных вод.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Отбор проб проводился 5-ти литровыми пластиковыми батометрами Нискина комплекса "Розетта" в соответствии с ГОСТ 51592-2000 "Общие требования к отбору проб". Сразу же после отбора проводилась фиксация проб на растворенный кислород и аммонийный азот. Пробы на определение рН, биогенных элементов (силикаты, фосфаты, формы азота) и щелочности отбирались в пластиковую посуду 0.5 л без консервации. При работе в водах с большим количеством взвешенного вещества (вода в губах и заливах, в зоне смешения речных и морских вод) пробы для определения биогенных элементов предварительно фильтровались через фильтры 0.45 мкм [16]. В пробах с заметной глазу окраской воды колориметрические определения минерального фосфора и силикатов велись по соответствующей методике [10, 13].

По ходу судна проводились определения величины рН в проточной системе, установленной отрядом исследования поверхностных вод моря. Измерения проводились в проточной ячейке, где находился датчик температуры и электрод для измерения рН. Запись измеряемых параметров и координат судна проводилась каждые 30—60 с. Для регистрации гидрохимических параметров по ходу судна применялся 4-х канальный ионо-мер "Эконикс-Эксперт 001" производства НПП "Эконикс-Эксперт" (Россия, Москва). Из проточной ячейки отбирались пробы для определения в лаборатории величин общей щелочности, содержания растворенного кислорода и кремния.

Из трубок Ниемисто (диаметр 5 см) проводился отбор проб для определения градиента содержания кислорода и растворенного углерода в слое воды над осадками. Отбор проводился сифоном из силиконовой трубки с 2—4 горизонтов из слоя 1—20 см над осадком. Специально для этой цели были подготовлены флаконы малого объема (около 30 мл) для отбора проб на кислород.

Содержание кислорода в морской воде определялось титрованием по методу Винклера [13]. Величина pH определялась на иономере "Эконикс Эксперт 001.4", для калибровки использовались образцовые буферные растворы ГОСТ 8.135-74. Определение общей титруемой щелочности (Alk) проводилось методом прямого титрования (метод Бруевича) с визуальным определением точки конца титрования [13]. Определение содержания растворенного неорганического и валового фосфора (фосфаты), растворенного неорганического кремния (силикатов), нитритного азота (нитриты), нитратного азота (нитраты), аммонийного азота (ион аммония) проводились колориметрически в соответствии с [9, 10, 13]. Определение общего (валового) азота и фосфора проводилось методом мокрого сожжения [10]. Расчет содержа-

ния растворенной двуокиси углерода и различных форм растворенного неорганического углерода проводилось pH-Alk методом по термодинамическим уравнениям карбонатного равновесия с применением концентрационных констант диссоциации угольной кислоты Роя [16] с поправками для вод со свойствами, отличными от морской воды [1, 15]. Для исследования тонкой структуры распределения кислорода использовался датчик SBE-43.

РЕЗУЛЬТАТЫ

В 2011 г. как основные этапы работ можно выделить: разрез по Енисейскому заливу, разрезы вдоль восточного и западного отрогов желоба Святой Анны и разрез через Новоземельский желоб. Все эти разрезы характеризовали различные, значительно отличающиеся друг от друга районы западной части Карского моря.

Енисейский разрез проводился в период 18— 22 сентября (от ст. 5010 до ст. 5026). Начальная, самая южная, станция разреза была выполнена в водах, где по всему вертикальному профилю не прослеживалось влияние соленых вод. Но может ли она характеризовать особенности химического стока реки, в данный период сказать сложно, поскольку для Енисея, как и для других крупных рек, характерна значительная неоднородность стока по створу русла [4]. Диапазон изменения гидрохимических параметров на данном разрезе был наибольшим для всего исследованного района, что естественно для зон контакта морских и речных вод (табл. 1). На разрезе по гидрохимическим параметрам отчетливо видна зона смешения (контакта) речных и морских вод. Эта зона, как и у большинства крупных рек, имеет сложное строение и состоит из 2 частей — вертикальной фронтальной зоны, расположенной между станциями 5012 и 5013, и горизонтальной, следы которой прослеживаются практически до конца разреза. Наиболее хорошо границы фронтальной зоны видны по распределению общей щелочности (рис. 1) и растворенного кремния (рис. 2).

К сожалению, "нормальная" динамика гидрохимических параметров в переходной зоне от речных к морским водам была нарушена. В районе ст. 5018 разрез пересек "язык" распресненной воды, где соленость поверхностных вод падала практически до 5 psu. Особенно заметно пересечение этой воды на распределении общей щелочности (рис. 1). На разрезе выделяются две основные области, где проходит массовое осаждение и окисление в верхнем слое осадков органического вещества. Во-первых, это ст. 5015, где в придонных водах наблюдается рост всех биогенных элементов и снижение содержания растворенного кислорода до 4.68 мл/л, или менее 60% (рис. 3). Значительное увеличение здесь содержания об-

Таблица 1. Средние значения и пределы наблюдавшихся величин гидролого-гидрохимических параметров вод на разрезе в Енисейском заливе 18—22 сентября 2011 г.

Параметр Речные воды Переходная область Морские воды

Горизонт, м 12 0-32 7 0-16 30 0-63

Температура 9.36 8.66-9.63 4.63 0.53-7.96 -0.86 -1.56-2.01

Минерализация, г/л 0.136 0.063-0.518 21.237 1.415-29.972 32.307 31.000-34.000

Кислород, мл/л 7.84 7.73-8.04 7.48 4.69-8.58 7.48 5.74-10.95

Кислород, % 97.9 97.1-99.0 95.4 59.6-108.6 85.7 67.3-105.5

рН, ед. ОТБ 7.94 7.79-8.11 7.85 7.32-7.99 7.81 7.65-7.99

Щелочность, мг-экв/л 1.008 0.934-1.069 1.837 0.974-2.258 2.304 2.204-2.405

Фосфор, мкг-ат/л 0.18 0.02-0.23 0.45 0.12-2.34 0.77 0.18-1.40

Фосфор общий, мкг-ат/л 1.70 0.18-2.19 1.23 0.40-10.39 1.19 0.91-2.34

Кремний, мкг-ат/л 107.93 103.10-113.59 26.14 1.71-112.5 10.81 1.47-20.64

Азот аммонийный, мкг-ат/л 1.52 0.00-3.46 1.47 0.48-8.04 1.21 0.51-1.91

Азот нитратный, мкг-ат/л 0.26 0.19-0.36 0.80 0.00-7.30 3.91 0.11-6.77

Азот нитритный, мкг-ат/л 0.23 0.09-0.27 0.06 0.01-0.13 0.13 0.04-0.20

Азот общий, мкг-ат/л 18.93 9.44-24.46 15.76 3.74-45.62 14.13 6.45-21.11

Углерод неогранич., мг С/л 12.52 11.7

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»