ОКЕАНОЛОГИЯ, 2009, том 49, № 5, с. 694-706
= ХИМИЯ МОРЯ
УДК 551.464:543.319
КАРБОНАТНАЯ СИСТЕМА АМУРСКОГО ЛИМАНА И ПРИЛЕГАЮЩИХ МОРСКИХ АКВАТОРИЙ
© 2009 г. Ä. М. Колтунов1, П. Я. Тищенко1, В. И. Звалинский1, Р. В. Чичкин1,
В. Б. Лобанов1, Д. Ä. Некрасов2
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, Владивосток 2Институт биологии моря им. А.В. Жирмунского ДВО РАН, Владивосток
e-mail: iceclimber@yandex.ru Поступила в редакцию 03.04.2008 г., после доработки 07.07.2008 г.
В июне 2007 г. на НИС "Профессор Гагаринский", в рамках проекта по изучению бассейна р. Амур, проводилось комплексное исследование Амурского лимана и прилегающих акваторий. На основе полученных в ходе рейса данных была рассмотрена карбонатная система Амурского лимана в летний период. Показано, что распределение карбонатных параметров в Амурском лимане и прилегающих акваториях указывает на высокую интенсивность биогеохимических процессов продуцирования и минерализации органического вещества. Установлено, что в речной части эстуария доминирует деструкция органического вещества над фотосинтезом. Эта акватория является источником углекислого газа для атмосферы и рассматривается как гетеротрофный бассейн. Поверхностные воды на внешних границах эстуария (Сахалинский залив, Татарский пролив), напротив, являются стоком для атмосферного углекислого газа, что обусловлено интенсивным фотосинтезом в данном районе. Эта часть эстуария рассматривается как автотрофный бассейн.
ВВЕДЕНИЕ
Амур относится к числу крупнейших рек мира. Его протяженность составляет 4444 км, а площадь бассейна 1.85 млн. км2 [11]. Среднегодовой сток равен 370 км3. Амур поставляет около 23 млн. тонн взвешенного вещества в год, из которого 95% осаждается в Амурском лимане и только 5% поступает в Охотское и Японское моря [4]. Амурский лиман, таким образом, выполняет функцию маргинального фильтра [12], в котором происходит перераспределение растворенного и взвешенного органического и неорганического вещества.
Амурский лиман по сравнению с другими эстуариями занимает уникальное географическое положение. Он представляет собой узкий полуизолированный мелководный бассейн, вытянутый в меридиональном направлении на 120 км при ширине до 48 км и расположенный между двумя морями: Охотским на севере и Японским на юге [7]. Вместе с особенностями речного стока это определило высокую динамику гидрологических и гидрохимических процессов, происходящих здесь.
В последние годы большое внимание уделяется экологической обстановке бассейна р. Амур [9, 11, 14]. Ухудшение экологической обстановки связано главным образом с человеческой деятельностью. Это ухудшение обусловлено нефтяным, бактериальным и химическим загрязнением в результате промышленной и сельскохозяйственной деятельности в населенных пунктах России и Китая [10], а также через зарегулирование стока рек Зея, Селенжа,
Бурея (Россия) и Сунгари (Китай), созданными водохранилищами и ГЭС, что приводит к изменению сезонного стока реки Амур [8]. Очевидно, что изменения, происходящие в экосистеме р. Амур, будут оказывать существенное влияние на экосистемы Амурского лимана и приемных бассейнов (Охотское и Японское моря) [9, 11]. Поэтому знание современного экологического статуса эстуария р. Амур является актуальной задачей.
Важное место в функционировании экосистем эстуариев занимают процессы образования и разложения органического вещества. Карбонатная система отражает эти процессы, поскольку двуокись углерода извлекается из среды при синтезе органического вещества и, одновременно, выделяется в среду при его минерализации. Таким образом, изучение карбонатной системы Амурского лимана позволяет понять функционирование той части экосистемы, которая связана с образованием и разложением органического вещества.
В 44-м рейсе НИС "Профессор Гагаринский" в июне 2007 г. Тихоокеанским океанологическим институтом совместно с Институтом биологии моря и Институтом водных экологических проблем ДВО РАН проводилось комплексное изучение эстуария р. Амур. Полученные в ходе экспедиции данные позволили исследовать пространственное распределение параметров карбонатной системы, что явилось предметом изложения этой статьи.
Сахалинский залив
34 35 36
27 3*3 28 29 з0
32
26
31
" 25 24 23
(а) Р- АмУР .2*2
39 2201
3*8 1819
40 17 16
12 •
11 10
140.5°
76 • * •
3 4 5
Татарский пролив *****
51 52 53 54 55
61 62
63
64 65
141.0° 141.5°
142.0°
140.5° 141.0° 141.5°
142.0° в.д.
Рис. 1. Схема расположения станций (а) и показатель ослабления света (м (б) в Амурском лимане и прилегающих акваториях. Июнь 2007 г., 44-й рейс НИС "Проф. Гагаринский".
о
о
о
о
о
0
о
о
о
о
о
о
ДАННЫЕ И МЕТОДЫ
Комплексные исследования Амурского лимана проводились в период с 6-го по 17-е июня 2007 г., было выполнено 50 гидрохимических станций, расположенных в Амурском лимане, Татарском проливе Японского моря и в южной части Сахалинско-
го залива Охотского моря (рис. 1а). Образцы воды отбирались с помощью пятилитрового батометра Нискина. Измерялись следующие параметры: соленость (кондуктометрический метод), рН, щелочность, концентрации кислорода, главных биогенных элементов (силикаты, фосфаты, нитриты и
нитраты), гумусового вещества, хлорофилла "a", а также глубина видимости диска Секки. По последнему параметру рассчитывали показатель ослабления света (величина, обратная глубине видимости) [25]. Распределение показателя ослабления света показано на рис. 16. На каждой станции проводилось измерение профиля температуры, солености и флюоресценции хлорофилла с помощью зонда SBE 19 plus. Поскольку в данной работе акцент сделан на изучении карбонатной системы, то дополнительные гидрохимические параметры будут привлечены лишь по мере необходимости при обсуждении поведения элементов карбонатной системы.
Соленость измеряли солемером Guildline Por-tasal, модель 8410, калибровку которого проводили с помощью стандартной морской воды IASPO. Для каждой пробы воды, как правило, проводились 2-3 параллельных измерения. Максимальная разница между параллельными измерениями составила 0.002%е. Точность измерений в соответствии с паспортными данными прибора составляла ±0.003%е.
Определение кислорода проводилось модифицированным методом Винклера [23]. Титрование осуществляли бюретками Brinkman/Dosimate-665. Точку эквивалентности при титровании определяли визуально. Использовались калиброванные кислородные склянки. Согласно работе [23], кислород определяется с точностью ±0.02 мл/л (или ±1 мкм/кг).
Щелочность измеряли прямым титрованием в открытой ячейке соляной кислотой (0.02 N) со смешанным индикатором (метиловый красный + + метиленовый голубой) [1]. Титр устанавливали по стандартному раствору соды, приготовленному весовым способом с учетом поправки на вес в вакууме. Титрование осуществляли бюреткой Brinkman/Dosimate-665. Воспроизводимость титрования составила ±3 мкмоль/кг.
Измерения рН выполняли при температуре 15 ± ± 0.05°С в проточной ячейке объемом ~80 см3. Термостатирование проводили с помощью термостата фирмы VWR Scientific, модель 1146. Для измерения рН нами использовалась ячейка без жидкостного соединения [17]:
СЭ-№+|Исследуемый раствор (стандартный раствор) |Н+-СЭ .
ЭДС ячейки регистрировалась с точностью 0.1 мВ рН-метром ЕА-920 фирмы "Orion", который имел два высокоомных входа. Ячейка калибровалась в шкале Питцера с помощью буферного раствора TRIS-TRISHCl-NaCl (mTRIS = mTRISHCl = 0.04, mNaCl = 0.4), который был отравлен HgCl2 [17]. Значения рН, полученные в шкале Питцера, затем пе-ресчитывались в шкалу "общей концентрации водородных ионов" рНг [24]. Суточный дрейф во время экспедиции, как правило, находился в пределах ±0.3 мВ/сутки. Ячейку калибровали ежедневно.
С учетом поправок на дрейф ошибка измерений находилась в пределах ±0.004 ед. рН.
Гумусовые вещества определяли спектрофо-тометрическим методом на спектрофотометре Shimadzu UV, модели UV-1650PC [18]. Воспроизводимость данного метода оценивалась нами в 2%.
Хлорофилл "а" измеряли спектрофотометриче-ским методом на спектрофотометре Shimadzu UV, модели UV-1650 PC. Предварительно пробы фильтровались, хлорофилл экстрагировали 90% ацето-но-водным раствором. Концентрацию, CChl, рассчитывали из величины оптической плотности экстракта при длине волны 664 нм, D664, по упрощенной формуле [6]:
CChl = 11.3D664Va/VSw. (1)
Здесь Va - объем ацетонового экстракта, Vsw - объем отфильтрованной пробы морской воды. Ошибка метода около 10%.
Расчет карбонатной системы. В настоящее время используются четыре измеряемых параметра при изучении карбонатной системы, к ним относятся: водородный показатель рН, рСО2 - парциальное давление углекислого газа, ТА - общая щелочность и растворенный неорганический углерод - DIC. При изучении карбонатной системы необходимо измерять, как минимум два параметра, остальные могут быть рассчитаны. Из измеренных значений TA, рН и содержания гумусового вещества были рассчитаны рН1п situ, DIC, pCO2 и степень насыщенности вод по отношению к кальциту. Необходимая концентрация кальция нами оценивалась из предположения о консервативном смешении амурских и морских вод, при условии, что концентрация кальция в Амуре равна 0.153 ммоль/кг, а нормализованная концентрация кальция в морской воде равна 10.25 ммоль/кг [15]. Подробная методика расчета карбонатной системы для эстуариев, в которой учитывается роль гумусового вещества, изложена в работе [17].
ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА КАРБОНАТНОЙ СИСТЕМЫ ЭСТУАРИЕВ
Проблемы исследования карбонатной системы эстуариев уже ранее детально обсуждались [17]. Отмечалась необходимость измерения концентрации растворенного гумусового вещества (солевая форма гуминовых кислот и фульвокислот). Эта величина, по сути, представляет собой компоненту органической щелочности [18]. Зависимость концентрации гумусового вещества (HS-Humic Substance) от солености показана на рис. 2а. Нелинейный характер этой зависимости указывает на то, что в процессе смешения речных вод, обогащенных гумусом, с морскими водами происходит "извлечение" гумуса либо посредством коагуляции с последующей седимен
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.