ОКЕАНОЛОГИЯ, 2004, том 44, № 5, с. 756-767
МОРСКАЯ ГЕОЛОГИЯ
УДК 551.465
МИНЕРАЛЬНЫЕ АЭРОЗОЛИ, ИХ КОНЦЕНТРАЦИИ, СОСТАВ И ПОТОКИ НА ОКЕАНСКУЮ ПОВЕРХНОСТЬ
© 2004 г. А. А. Клювиткин, В. Н. Лукашин, А. Н. Новигатский, А. Б. Исаева, В. В. Серова
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва Поступила в редакцию 15.03.2004 г.
Приведены данные по концентрациям и минеральному составу аэрозолей, полученных сетевым методом в 18-ом рейсе НЭС "Академик Федоров" на меридиональном разрезе в восточной Атлантике от 47° с.ш. до 33° ю.ш. Показана эмпирическая кривая для расчета коэффициента эффективности сетей при разных концентрациях минеральной части аэрозолей. Рассчитаны потоки литогенной части аэрозолей на морскую поверхность. Сравнение потоков литогенного материала из атмосферы и в толще вод океана показало, что эти значения практически совпадают в районах с преимущественной поставкой осадочного материала в виде сухих атмосферных выпадений, т.е. эоловый материал в этих зонах доминирует. Эти потоки сильно различаются в ВТЗК, где осаждение аэрозолей определяется атмосферными осадками, или там, где поставка осадочного материала в океан происходит за счет речного стока. Рассчитано время пребывания аэрозольного литогенного вещества в эвфотическом слое океана.
ВВЕДЕНИЕ
Изучение аэрозолей над океанами является одним из приоритетных направлений в исследовании океанского седиментогенеза. Атмосферный перенос взвешенных в воздухе частиц осадочного материала является связующим звеном между источниками поступления вещества с суши и поверхностью океана, являющейся зоной мобилизации вещества, и донными осадками [5, 13, 15, 24]. Особенно важен эоловый перенос для транспортировки и отложения осадочного материала в аридных зонах, где минимален речной сток, а также для удаленных от континентов районов океанов. Кроме того, изучение химического состава аэрозолей над океанами дает возможность оценки влияния аэрозольных поступлений в океан на океанскую биоту, а также для более полной и надежной оценки глобальных биогеохимических циклов химических элементов [6, 22, 37 и др.].
Главным источником аэрозолей в Атлантике являются пустыни, полупустыни и саванны Африки. Десятки научных работ посвящены исследованию основных районов выноса и путей переноса африканской пыли в океан посредством спутниковых наблюдений, расчета обратных траекторий, мониторингом изменчивости атмосферной циркуляции [16, 20, 22, 30, 34, 39 и др.]. В целом в результате этих работ стали ясны основные механизмы поставки африканской пыли в атмосферу, пути ее транспортировки, дальность переноса, места осаждения и характер их изменчивости в разных временных масштабах. Изменчивость этих характеристик, как показали исследования, очень
велика, и поэтому новые наблюдения являются исключительно важными.
Основной целью настоящей работы является исследование закономерностей количественного распределения аэрозолей, их минерального и химического состава, выделение литогенной компоненты аэрозолей и оценка ее потоков в поверхностный слой океана на материале, полученном на двух меридиональных разрезах в Восточной Атлантике в 18-ом рейсе НэС "Академик Федоров" (46 РАЭ) в весенний и летний сезоны 2001 г.
Поверхностный слой океана является зоной мобилизации осадочного материала, где продуцируется за счет фотосинтеза органическое вещество, развиваются бактерии и планктонные организмы, и куда поступает терригенное вещество из атмосферы. Именно отсюда начинается поток вещества сквозь толщу воды на дно, и сравнение аэрозольных потоков на поверхность океана и потоков минерального вещества в океанской толще с их количественной оценкой, что является важным для расчета баланса вещества в океане.
Коренное отличие осадочного процесса в аридных зонах Мирового океана состоит в том, что по прямым наблюдениям терригенная часть здесь представлена эоловым (а не речным) осадочным материалом [5].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Материал для настоящего исследования был получен в 18-ом рейсе НЭС "Академик Федоров" -46-ая Российская антарктическая экспедиция,
март-июль 2001 г. на ходу судна на меридиональном разрезе по пути в Антарктиду (9 марта-14 апреля 2001 г.) и обратно (26 мая-23 июня 2001 г.). Сбор аэрозолей в приводном слое атмосферы проводился сетевым методом на ходу судна. Работы проводились по единой программе и методам, принятым в Институте океанологии.
Использовались капроновые сети с размером ячей 0.6 мм, площадь каждой сети - 1 м2. Сети выставлялись в носовой части судна на несущей раме, вмещающей пять сетей, суммарная площадь сбора аэрозолей составляла 5 м2. Несущая рама крепилась к передней мачте на высоте 3-7 м над палубой (15-19 м над уровнем моря) через вертлюги, позволяющие сетям поворачиваться на ветер. Перед постановкой сети тщательно промывались дистиллированной водой. Сбор аэрозолей производился только при кажущемся ветре (сумма векторов истинного ветра и движения судна) встречных румбов с отклонением от курса судна не более, чем на ± 60° для исключения загрязнений со стороны судна. При угрозе дождя сети снимались. Время экспозиции сетей составляло обычно около 1 сут. Схема отбора аэрозолей и преобладающие векторы ветров показаны на рис. 1, а даты, координаты, экспозиция сетей и концентрации аэрозолей - в табл. 1.
После экспозиции сети промывались в чистых полиэтиленовых баках бидистиллированной водой до полного отделения собранного аэрозольного материала. При этом морская соль растворялась, а минеральные и органические частицы эолового материала переходили во взвесь. Далее эту воду фильтровали под вакуумом через специально подготовленные (промытые особо чистой 4К НК03, отмытые от кислоты тридистиллятом, высушенные и предварительно взвешенные в "чистой комнате") ядерные фильтры диаметром 100 мм, с размером пор 0.45 мкм. После окончания фильтрации фильтры промывались дистиллятом, высушивались в сушильном шкафу при Т = 60° и упаковывались для дальнейшей транспортировки в береговую лабораторию.
В Институте океанологии ядерные фильтры с аэрозолями и взвесью в течение суток выдерживались в "чистой комнате" и повторно взвешивались для определения веса взвеси на фильтрах и расчета концентраций. После этого фильтры поступали на различные анализы.
Аэрозоли счищались с фильтров, и навески 20-50 мг использовались для анализов А1, Р, приготовления смерслайдов для просмотра вещественного состава аэрозолей под оптическим микроскопом и дифрактометрического анализа. Часть исходного фильтра просматривалась под электронным микроскопом.
Определение содержаний и А1 проводилось колориметрическим методом на фотоколоримет-
Рис. 1. Карта маршрута 18-го рейса НЭС "Академик Федоров", даты и места отбора аэрозольных проб с векторами истинного ветра в период наблюдений.
ре КФК-3 с предварительным разложением проб путем сплавления со смесью буры и соды [9]. Правильность анализов контролировалась стандартными образцами химического состава донных осадков СДО-1 и СДО-2 [14].
Минеральный состав эоловой взвеси ввиду относительно малого объема проб и чрезвычайной тонкодисперсности исследовался в основном без разделения, дифрактометрически на дифрактоме-тре ДРОН-3. Идентификация глинистых минералов по дифрактограммам проводилась по общепринятым критериям [11]. Расчеты содержаний минералов по дифрактограммам проводились по методу Рекса и Мюррея [36].Такой метод можно считать полуколичественным [13].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Распределение концентраций аэрозолей. Пробы аэрозолей в марте (А-1-А-Х1) были собраны на отрезке меридионального разреза между 8°30' с.ш. и 32°30' ю.ш., когда ветер в основном
Таблица 1. Место и время отбора проб аэрозолей и их концентрации
№ пробы Дата и время постановки и снятия сетей (GMT) Координаты Время экспозиции (часы) Концентрация аэрозолей (мкг/м3)
широта долгота
А-I 19.03.01, 13:00 08°30'19 с.ш. 14°14'04 з.д. 4 1.615
19.03.01, 17:00 08°03'49 с.ш. 13°37'64 з.д.
A-II 20.03.01, 09:00 04°10'67 с.ш. 13°23'10 з.д. 7 0.076
20.03.01, 16:00 02°42'92 с.ш. 13°20 ' 49 з.д.
A-III 20.03.01, 17:00 02°27'52 с.ш. 11°31'10 з.д. 14 0.098
21.03.01, 12:30 01°13'50 ю.ш. 08°30'35 з.д.
A-IV 22.03.01, 10:00 04°43'29 ю.ш. 04°56'08 з.д. 24 0.034
23.03.01, 10:00 08°51'99 ю.ш. 04°56'08 з.д.
A-V 23.03.01, 10:00 08°51'99 ю.ш. 02°24'10 з.д. 17 0.040
24.03.01, 03:00 11°47'10 ю.ш. 01°33'99 з.д.
A-VI 24.03.01, 10:00 12°43'76 ю.ш. 02°15'14 в.д. 25 0.016
25.03.01, 11:00 17°03'43 ю.ш. 02°15'14 в.д.
A-VII 25.03.01, 11:00 17°03'43 ю.ш. 05°57'47 в.д. 24 0.026
26.03.01, 11:00 21°08'82 ю.ш. 05°57'47 в.д.
A-VIII 26.03.01, 11:00 21°08'82 ю.ш. 09°30'22 в.д. 23 0.021
27.03.01, 10:00 24°58 33 ю.ш. 09°30'22 в.д.
A-IX 27.03.01, 10:00 24°58 33 ю.ш. 13°04'36 в.д. 24 0.022
28.03.01, 10:00 28°41 30 ю.ш. 13°04'36 в.д.
A-X 28.03.01, 10:00 28°41 30 ю.ш. 15°55'79 в.д. 22.5 0.019
29.03.01, 08:30 31°33'52 ю.ш. 15°55'79 в.д.
A-XI 29.03.01, 08:30 31°33'52 ю.ш. 16°54 ' 49 в.д. 8.5 0.056
29.03.01, 17:00 32°31'41 ю.ш. 17°24'90 з.д.
A-XII 16.06.01, 13:00 08°12'77 с.ш. 18°29'75 з.д. 24 0.782
17.06.01, 13:00 13°14'46 с.ш. 18°30'18 з.д.
A-XIII 17.06.01, 18:30 14°37'14 с.ш. 18°30'18 з.д. 24 0.057
18.06.01, 18:30 19°49'54 с.ш. 18°30'22 з.д.
A-XIV 18.06.01, 18:30 19°49'54 с.ш. 18°30'22 з.д. 24 0.091
19.06.01, 18:30 25°16'55 с.ш. 17°04'18 з.д.
A-XV 19.06.01, 18:30 25°16'55 с.ш. 17°04'18 з.д. 24 0.123
20.06.01, 18:30 30°36'57 с.ш. 14°58'99 з.д.
A-XVI 20.06.01, 18:30 30°36'57 с.ш. 14°58'99 з.д. 24 0.457
21.06.01, 18:30 35°49'58 с.ш. 13°03'68 з.д.
A-XVII 21.06.01, 18:30 35°49'58 с.ш. 13°03'68 з.д. 24 0.199
22.06.01, 18:30 41°16'30 с.ш. 10°55'65 з.д.
A-XVIII 22.06.01, 18:30 41°16'30 с.ш. 10°55'65 з.д. 21.5 0.035
23.06.01, 15:00 45°26'76 с.ш. 08°28 25 з.д.
был восточных румбов, т.е. с суши, и благоприятствовал пробоотбору. Ветры переменных и южных румбов в этой части Атлантики наблюдаются обычно во внутритропической зоне конвергенции (ВТЗК) и южнее ее. Во время наблюдений среднее положение ВТЗК было в районе 5° с.ш. Она маркируется обла
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.