ОКЕАНОЛОГИЯ, 2010, том 50, № 5, с. 740-747
= ХИМИЯ МОРЯ
УДК 551.465
О ВЫДЕЛЕНИИ ВОД ОБИ И ЕНИСЕЯ В РАСПРЕСНЕННЫХ ЛИНЗАХ
КАРСКОГО МОРЯ В 1993 И 2007 гг.
© 2010 г. П. Н. Маккавеев, П. А. Стунжас, П. В. Хлебопашев
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва e-mail:pastunzhas@mail.ru, makkaveev55@mail.ru Поступила в редакцию 03.03.2009 г., после доработки 14.05.2009 г.
В 1993 и 2007 гг., когда в Карское море проводились рейсы Института океанологии РАН, значительную часть его акватории занимали линзы распресненных вод. Источником пресной воды является сток рек Обь и Енисей, а также талые воды. В статье рассматриваются особенности химической трансформации пресных вод в море и показано, что в линзах с сильным опреснением (соленость ниже 15%е) роль талых вод мала, и источником пресной воды являются речные воды. Также показано, что при определенных обстоятельствах по химическим параметрам (кремний и щелочность) возможно определение относительной доли вод Оби и Енисея. Подтверждены результаты 1993 г., когда в море были встречены 2 такие линзы, причем в западной линзе преобладали воды Енисея, а в северо-восточной — Оби. В 2007 г. в изученной части моря была встречена одна линза, показано, что химические характеристики пресной воды в ней оказались сильно отличающимися от аналогичных характеристик Оби, но близки к характеристикам Енисея по данным 1993 г. Приводится карта распространения вод Оби и Енисея по акватории моря.
ВВЕДЕНИЕ
В формировании поверхностных вод Карского моря принимают участие собственно воды Карского моря, обильный речной сток и, в теплое время года, талые воды. Относительный вклад того или иного источника значительно меняется как во времени, так и по акватории моря. Одной из задач 54-го рейса НИС "Академик Мстислав Келдыш" было изучение генезиса и распространения поверхностных вод Карского моря, в которых очень велик вклад рек Обь и Енисей. Химические параметры вод этих рек (концентрация кремния (Si) и величина щелочности (Alk)) отличаются, что в некоторых случаях позволяет выделить области преимущественного распространения вод той или иной реки. Использование химических трассеров особенно перспективно в сезоны, когда биологическая активность вод невысока.
Целью статьи является сравнение ситуаций распределения в море речных вод в 1993 и 2007 гг и анализ условий, при которых возможно выделение районов с преобладанием вод одной или другой реки в поверхностном слое Карского моря.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для анализа использовались данные, полученные в сентябре 2007 г. в 54-м рейсе НИС "Академик Мстислав Келдыш", которые сравнивались с данными 49-го рейса НИС "Дмитрий Менделеев" (сентябрь 1993 е). Методики отбора и химического анализа проб приведены в [7]. Всего для работы были использованы данные, полученные на 49 гидрологических станциях (схема маршрута и положение
станций приведены в [4]), 13 проб, взятых насосом по ходу судна, и 18 проб, взятых на берегах заливов Новой Земли.
ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РЕЧНЫХ ВОД ПО АКВАТОРИИ МОРЯ В РАЗНЫЕ ГОДЫ
В западной и центральной частях моря, где проходил маршрут рейса, основными источниками пресных вод являются Обская губа, объединяющая реки Обь, Таз, Пур, и Енисейский залив. Мы будем рассматривать эти источники пресных вод, как главные и для краткости будем называть их Обь и Енисей. На море приходится 41% всего стока с суши в Северный Ледовитый океан или 56% стока рек сибирского сектора Арктики. Суммарный сток рек, впадающих в Карское море, составляет 1350 км3/год, из этого объема на долю Оби и Енисея приходится, соответственно, 530 и 603 км3/год или 37 и 45% [8, 12]. Несомненно, воды этих рек представляют основную составляющую пресноводного стока и обусловливают значительное распреснение поверхностных вод Карского моря.
В сентябре 2007 г в западной части Карского моря наблюдалась область опреснения вод поверхностного слоя площадью около 250 тыс. км2 с соленостью менее 25%о, отделенная от устьев Оби и Енисея [4, 18]. Толщина слоя опреснения (линзы) составляла около 10 м, а в ядре области опреснения, прижатом к побережью Новой Земли, соленость была снижена до значений менее 15%. В статье [4] рассматриваются гидрофизические особенности вод линзы и циркуляция поверхностных вод моря при
разных ветровых режимах в 2007 г, которые и сформировали эту линзу. В этой статье сосредоточимся на химических параметрах вод линзы (в основном на Si и Alk) с целью идентификации источников ее пресных вод — это речной сток Оби и Енисея, талые воды и поверхностный сток с материка. Вопрос выделения речных вод с использованием кроме солености химических параметров актуален для всех арктических морей, но особенно для Карского моря, с его громадным речным стоком. Использование химических параметров вод, в частности Si, началось довольно давно и иногда получаемое при их помощи распределение речных вод несколько отличается от такового, полученного по солености [11]. По мере накопления данных представления о распространении речных вод усложнялись: вначале выделялось два, потом три и, наконец, четыре типа распределения зон влияния речного стока в Карском море [10]. Это случаи [13], когда: 1) речные воды выносятся в центральную часть моря и перемещаются на восток под влиянием ветров западных и северо-западных направлений, 2) речные воды распространяются в западном направлении при ветрах восточных румбов, 3) речные воды распространяются в юго-западном направлении и охватывают многие районы юго-западной части моря вплоть до 71° с.ш., обычно свободные от влияния речного стока, 4) большие участки поверхности моря, распресненные речным стоком, изолированы от источников пресных вод (устьев Оби и Енисея) затоком с северо-востока соленой воды. Пятна воды с высокой соленостью и низкой удельной щелочностью (коэффициент корреляции между ними примерно 0.87) наблюдаются у побережья Новой Земли и в центральной части моря. Это происходит при сильных и устойчивых северо-восточных ветрах.
В качестве характерного примера 4-го типа в [10, 13] приводится ситуация, отмеченная сотрудниками ААНИИ в июле 1993 г. В сентябре того же года сотрудниками ИОРАН в 49-м рейсе НИС "Дмитрий Менделеев" наблюдались эти же две по-прежнему изолированные линзы распресненных вод. Линзы сильно отличались между собой по химическим характеристикам и по минимальной солености (10%с и 14% [1]), и была сделана попытка идентифицировать источники этих вод по соотношениям соленость-кремний и соленость-щелочность [14]. Получился неожиданный результат — в одной линзе преобладали воды Оби, а в другой — Енисея, причем обская линза оказалась севернее и восточнее, чем енисейская.
До этой работы попыток идентифицировать разные речные воды по химическим признакам (в частности, по Si и Alk) не делалось. И тому были веские причины: перемешивание речных вод в море, что затрудняет возможность разделения и самостоятельного существования линз енисейской и обской вод; наличие на акватории пресных вод другого генезиса — от таяния льда и талых вод с Новой Земли; а
также сезонная изменчивость Si и Alk между половодьем и меженью; межгодовая изменчивость этих параметров из-за изменения объема речного стока; возникающее летом сильное потребление Si в Обской губе [10]. Учитывая все эти обстоятельства, можно согласиться с С.В. Пивоваровым, что в общем случае, т.е. во все сезоны и при всех вариантах распространения пресных вод (особенно при 1-ом — восточном типе распространения) идентифицировать речные воды Енисея и Оби по таким простым химическим признакам как кремний и щелочность — нельзя. Однако при определенных благоприятных случаях, как в 1993 и, как увидим ниже, в 2007 гг., это сделать можно и, на наш взгляд, нужно, так как это дает тонкие детали перемещения речных вод. Кроме того, разделение воздействия вод Оби и Енисея на Арктический бассейн будет представлять особый интерес в случае проработки планов по изъятию части вод Оби для переброски их в Среднюю Азию [5].
Толчком к попытке идентификации вод в 1993 г. стало упоминавшееся раздельное существование двух линз вод. Идентификация вод в 2007 г. становится возможной во многом благодаря тому, что вышеперечисленные трудности в настоящее время в значительной степени можно преодолеть. Так, гидрофизические особенности поверхностных вод моря обсуждаются в [4]. Там показано, что в июне происходит залповый вынос паводковых вод Енисея, который значительно превышает таковой Оби, что дает возможность временного преобладания первых вод над вторыми, их раздельного существования и перемещения при устойчивых ветрах.
Сложности установления гидрохимических признаков разных вод остаются, но они тоже преодолимы:
1. Используется то обстоятельство, что в нижнем течении рек в летний период в Оби содержание кремния и величина щелочности ниже, чем в Енисее, и для идентификации вод используются оба этих параметра. Трудность тут представляет то, что эти параметры меняются от места к месту как по ширине реки [2, 16, 17], так и от станции к станции, даже там, где нет влияния морских вод [6, 7]. Это обстоятельство еще будет рассматриваться ниже при обсуждении результатов наблюдений.
2. Межгодовые изменения химических параметров в реках имеются, но они могут быть учтены.
3. Сезонные колебания величин имеют место, но они наблюдаются в основном в распресненных областях Обской губы и Енисейского залива и значительно снижены при выносе вод в само море за счет перемешивания зимних (с повышенной) и паводковых (с пониженной концентрацией гидрохимических параметров) вод.
4. Понижение концентрации кремния из-за биологических процессов наблюдается только в Обской губе, но сравнительно короткое время (менее месяца), в тоже время такие спады! концентрации крем-
40
Кремний, мкМ
Рис. 1. Соотношение между концентрацией кремния и величиной щелочности в поверхностном слое вод Карского моря. Данные 2007 г.: 1 — для основной части моря, 2 — для района Обской губы. Данные 1993 г.: 3 — для линзы енисейских вод, 4 — интерполяционная линия енисейских вод за оба года, 5 — для линзы обских вод.
ния в Енисейском заливе
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.