ОКЕАНОЛОГИЯ, 2004, том 44, № 6, с. 870-881
= ХИМИЯ МОРЯ =
УДК 551.463.5:551.464
ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПРОЗРАЧНОСТИ И СОДЕРЖАНИЕ ВЗВЕШЕННОГО ВЕЩЕСТВА В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ
ЧЕРНОГО МОРЯ
© 2004 г. А. С. Кукушкин, Е. А. Агафонов, 3. П. Бурлакова, Л. В. Еремеева
Морской гидрофизический институт НАН Украины, Севастополь Поступила в редакцию 18.12.2002 г., после доработки 17.09.2003 г.
По данным многолетних одновременных оптических биологических и гидрологических наблюдений (1978-1995 гг.) рассмотрены особенности формирования горизонтального распределения прозрачности и взвешенного вещества, их изменчивости и взаимосвязь в поверхностном слое северо-западного шельфа и прилегающих водах открытой части Черного моря в зимне-весенний период. По степени влияния стока рек и вод открытого моря на формирование распределения этих характеристик выделены три района, для каждого из которых рассмотрены распределения солености, прозрачности, суммарного взвешенного вещества и его органических компонент (органический углерод и азот, хлорофилл "а"), а также относительное содержание органического углерода в суммарном взвешенном веществе и хлорофилла "а" в органическом углероде. Во всех районах в оба сезона получено хорошее соответствие распределения прозрачности и взвешенного вещества, и их зависимость от динамики вод. Показано, что экстремальному антропогенному воздействию подвержена лишь зона смешения речных и морских вод, где в поздневесенний период содержание взвешенного органического вещества достигает уровня эвтрофных вод. В других районах распределение прозрачности и взвешенного вещества определяется, в основном, интенсивность вегетирования фитопланктона и динамикой вод.
Известно о влиянии содержания взвешенного вещества на прозрачность вод в открытых [18] и прибрежных [6] районах Черного моря. В северозападной части моря (СЗЧМ), отличающейся от других районов высокой антропогенной нагрузкой, большие объемы загрязненных береговых стоков (речной сток, промышленно-бытовые стоки, смыв удобрений с полей и др.), смешение их с морскими водами и новообразование органического вещества в результате фотосинтеза должны существенно влиять на прозрачность вод и степень их эвтрофикации. Важным показателем эвтрофикации является взвешенное органическое вещество (ВОВ), которое в свою очередь влияет на прозрачность вод. Поэтому совместный анализ одновременных измерений прозрачности воды, ее гидрологических характеристик и различных компонент взвешенного вещества представляет несомненный интерес.
Сведений о распределении прозрачности в зимне-весенний период мало. Известны работы [2, 3], которые по результатам отдельных съемок дают представление об основных чертах и некоторых особенностях формирования горизонтальной структуры показателя ослабления света (ПОС) и ее изменчивости в поверхностном слое вод СЗЧМ в зимне-весенний период. В работе [3] также приводятся результаты немногочисленных одновременных измерений ПОС и концентрации органического углерода (июнь, 1979 г., 23 точки) и хлорофилла "а" (март, 1984 г., 27 точек). Изу-
ченность распределения взвешенного вещества и его пространственно-временная изменчивость в зимне-весенний период также крайне мала. Сведения об отдельных наблюдениях его качественных и количественных изменений в этот период приводятся в работах [1, 9, 19]. В работе [10] на основе многолетних наблюдений (1985-1994 гг.) описаны результаты анализа сезонной изменчивости пространственного распределения и состава ВОВ. Однако внутрисезонная изменчивость ВОВ в этой работе не рассматривалась.
Целью настоящей работы является анализ и обобщение результатов многолетних (1978-1995 гг.)
29° 31° 33° в.д.
1 Одесса
Днепро-Бугский
лиман
Тендровская
коса Каркинитский
залив
р. Дунай м. Тарханкут
- Каламитский
залив
1 1 м. Херсонес 1 1 1 1
Рис. 1. Карта района исследований.
Сведения о проведенных исследованиях
Дата Судно, № реИса Параметры
зима
17- -23.03.1978 "Муксун", 45 е, T
28.02- -12.03.1984 "Муксун", 99 е, T, V, СХл
17- -25.12.1986 "Профессор Колесников", 14 е, T, S
14- -19.12.1987 "Профессор Колесников", 17 е, T, S
7- -10.12.1987 "Профессор ВодяницкиИ", 25 T,S, СВВ, СВов, NBOB, сПФ
9- 16.01.1988 весна
7- 11.06.1979 "АИ-Тодор", 1 е, Z6, T, S, цвет воды, СВОВ
24- 25.04.1981 "Муксун", 76 е, T, С í ' ^хл а
6- -12.04.1982 "АИ-Тодор", 3 е, T, S, цвет воды
24- 25.05.1982 "Профессор ВодяницкиИ", 12 СПФ
14.04- 22.05.1988 "Профессор Колесников", 18 T, S, СВ^ Cвов, Nвов, сПФ
17- 23.05.1988 "Академик ВернадскиИ", 37 Z6, T, S
8- -12.04.1989 "Профессор ВодяницкиИ", 28 T, S, СВОВ, NboB, Схл
4- -10.04.1993 "Профессор Колесников", 30 е, Z6, T, S, цвет воды
4- -14.04.1993 "Профессор ВодяницкиИ", 41 T, S, СВ^ Cвов, Nвов, сПФ
3- -14.05.1994 "Гидрооптик" Z6, T, S, СВОВ, NboB, сПФ
22.03- 4.04.1995 "Профессор Колесников", 33 е, Z6, T, S, Схл"а"
исследовании распределения прозрачности и компонентов взвешенного вещества, их изменчивости и взаимосвязи в зимне-весенниИ период в поверхностном слое (0-5м) вод СЗЧМ.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
В работе использованы материалы наблюдений (собственные и из банка данных Морского гидрофизического института HAH Украины) оптических, гидробиологических и гидрофизических характеристик морской воды в СЗЧМ и прилегающем к ней районе моря, ограниченного на юге 44° с.ш., на востоке - побережьем Крыма (рис. 1). Сведения о проведенных исследованиях приведены в таблице. Измеряемые параметры: £ - показатель ослабления света (ПОС); Z6 - относительная прозрачность (глубина видимости белого диска); T - температура; S - соленость, V -скорость течения; СВВ - суммарное взвешенное вещество; СВОВ - взвешенный органический углерод; NBOB - взвешенный органический азот; Схл.а., СПФ -концентрация хлорофилла "а" и суммы хлорофилла "а" и феофитина "а" соответственно.
Количество проанализированных наблюдений (станции, буксировки) в зимний период: £ - 52 станции и 1670 миль буксировки; СВВ - 15; СВОВ^ВОВ) - 34; СПФ - 89; в весенний период: £ -100 станций и 720 миль; Z6 - 115; СВВ - 33; СВОВ (Nbob) - 91; СПФ - 91.
В исследованиях использовали буксируемый измерительный комплекс МГИ-2201 [4], измеряющий ПОС и температуру на глубине 4-5 м, зондирующие логарифмический фотометр-прозрачномер [16] и автоколлимационный спектральный зонд-про-зрачномер [15]. Эти приборы однотипные, что позволило корректно сравнивать полученные ими данные. Результаты измерений ПОС (при десятичном основании логарифма) анализировали в максимуме пропускания светофильтра 420-430 нм. Цвет воды определяли по шкале Фореля-Уле. Данные по солености и температуре получены с помощью СТД-зонда типа ИСТОК. Параметры поверхностных течений измеряли электромагнитным измерителем течений ЭМИТ.
Пробы воды для определения содержания взвешенного вещества отбирали кассетой батометров СТД-зонда ИСТОК. Содержание суммарной взвеси определяли на мембранных ультрафильтрах Sartorios (диаметр 22 мм, размер пор 0.45 мкм) по разности в весе фильтра с осадком и без него. Взвешенное органическое вещество в зимний период получали фильтрацией 1.0-2.5 л воды через прокаленные при 400°С стекловолок-нистые фильтры GF/С, а в весенний - фильтрацией 0.3-2.5 л воды через стекловолокнистые фильтры GF/F. Проведенное нами сравнение показало, что на фильтрах GF/С в среднем терялось 11% массы ВОВ. Концентрации СВОВ и NBOB, после обработки фильтров слабой соляной кислотой для
46°
45°
44°
28.02-12.03.1984 г. Г'/!0 /~\л / Лг\0.8« _____' е V/ ^^^ / // (^0.8^ _ (д)
ч ^
( 20// 0.4 030 1 1*1 1 ^ 1 1 1
29°
31°
33°
Рис. 2. Распределение ПОС (£, м 1, сплошная линия) и солености (5, %о, штриховая линия) в поверхностном слое СЗЧМ в зимний период.
Тонкая штриховая линия - изобата 100 м. Дата и измеренный параметр обозначены в левом углу каждого отдельного рисунка.
удаления карбонатов, определяли на анализаторе СИК-1 (Чехословакия). Точность определения СВОВ составляла 1%, КВОВ - 0.3% от имеющейся массы. Концентрация хл "а" определялась флюо-риметрическим методом [20].
Для учета ветровых условий, в основном определяющих динамику поверхностных вод в мелководных районах СЗЧМ, использовали судовые наблюдения ветра и материалы банка данных МГИ НАН Украины, полученные на морских гидрометеорологических станциях Одессы и Евпатории.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Процессы распространения и трансформации речных вод в морские, подробно изученные по гид-
рологическим и атмосферным условиям [7, 8, 13], а также по прозрачности вод [5], происходят в зоне СЗЧМ, ограниченной изохалиной 17%е. Условия смешения речных и морских вод в этой зоне, положение и форма ее границы имеют значительную пространственно-временну ю изменчивость, зависящую от объема стока рек и динамики окружающих вод.
Вследствие большой разности плотностей морских и речных вод вертикальный обмен между ними мал, поэтому трансформация в приустьевых районах рек происходит в верхнем слое моря толщиной ~10 м под действием горизонтальной адвекции и турбулентной диффузии. По мере удаления от приустьевых районов отдельные изолированные ядра (объемы) трансформированной
речной воды, оторвавшиеся от гидрофронтов под действием ветровых течений, сливаются друг с другом и создают более или менее стационарный поток вдольберегового течения южного направления. В период весеннего половодья в приустьевом районе Дуная, независимо от ветровых условий, видимо, возникает антициклонический круговорот [14], выносящий трансформированные речные воды на восток в центральную область СЗЧМ.
Зимний сезон. Зимой гидрологическая структура вод определяется развитием конвекции, а также влиянием адвекции более теплых и соленых вод открытого моря. Вследствие развития перемешивания вертикальная структура вод довольно однородная, особенно в мелководных районах.
Анализируемые данные получены в период от начала зимнего выхолаживания вод (декабрь) до начала весеннего половодья (март).
Как видно из рис. 2а, 26 во второй половине 1986 г. при умеренных северо-восточных ветрах граница трансформированных речных вод (изо-халина 17%е), ориентированная
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.