ОКЕАНОЛОГИЯ, 2014, том 54, № 5, с. 622-634
= ХИМИЯ МОРЯ
УДК 556.541.4(282.256.1)
ОБЪЕМ ВОД ОБСКОЙ ГУБЫ КАК ФАКТОР ФОРМИРОВАНИЯ ГИДРОХИМИЧЕСКОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ
© 2014 г. П. А. Стунжас, П. Н. Маккавеев
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва e-mail:pastunzhas@mail.ru, makkaveev55@mail.ru Поступила в редакцию 11.06.2013 г.
В статье дается новый анализ результатов 2-х гидрохимических съемок 2010 г. в Обской губе, проведенных силами ВНИРО и ИО РАН. Показана уникальная среди всех рек мира особенность комплекса: р. Обь — Обская губа. Объем вод губы больше среднего стока р. Оби за год, и немногим меньше стока всех рек в нее впадающих. Вследствие этого для полного обновления вод в губе требуется значительное время. Внутригодовое распределение стока таково, что даже во время летних съемок в губе наблюдаются как паводковые воды, так и воды зимнего стока Оби, имеющие очень разные гидрохимические характеристики. Это обстоятельство, а не биологическая трансформация вод, как предполагалось ранее, является причиной большей части изменчивости состава вод в губе. Летние воды Оби поступают к морской границе губы только к следующей весне и с весенним паводком выносятся в Карское море, формируя там линзы распресненных вод. Осенние рейсы ИО РАН находили, что воды в линзах очень похожи на осенние воды в губе, хотя это были воды Оби разных лет, что не учитывалось ранее.
Б01: 10.7868/80030157414050128
ВВЕДЕНИЕ
Обская губа один из самых протяженных в мире речной эстуарий имеет большое народно-хозяйственное значение — транспортное, промысловое (вылов ценных пород рыб), энергетическое (наличие углеводородных месторождений). В связи с этим, особое внимание привлекают процессы преобразования в губе биогенных элементов, выносимых реками Обь, Таз и Пур. Считается, что гидрохимическая обстановка в губе характеризуется большой изменчивостью [2, 9, 15], которая значительно превосходит, например, изменчивость в Енисейском заливе, хотя расположены они практически в одинаковых природных условиях. Наиболее ярким показателем гидрохимической изменчивости в губе и прилегающих районах Карского моря можно считать содержание кремния (81), который является как биогенным элементом, так и трассером распространения речных вод. Так, согласно данным ААНИИ за 1976—1991 гг. в летних наблюдениях в этом районе 81 в пресных (речных) водах составлял 2—115 мкМ, а в морских водах 81 (если экстраполировать его содержание на нулевую соленость) менялся в пределах 40—130 мкМ [15]. По традиционному мнению, основная причина такой изменчивости интенсивные продукционно-деструктивные процессы в Обской губе: на первом этапе происходит почти полное извлечение кремния из воды (до 2—4 мкМ), а на втором этапе — поставка кремния в воду из-за ги-
бели и быстрой деструкции пресноводного фитопланктона при смешении речных и морских вод. При этом содержание Si может повышаться до 100-130 мкМ [15].
В то же время работы ИО РАН в Карском море в 1993 и 2007 гг., которые проходили в один сезон — август-сентябрь, показали простую и стабильную гидрохимическую обстановку, когда в распресненных линзах на значительной части моря хорошо соблюдались линейные соотношения между щелочностью и соленостью (Alk—S) и кремнием и соленостью (Si—S). Характерно, что эти же зависимости прослеживались и в самой губе (хотя часть точек в них и выпадала в сторону уменьшения Alk и Si). Такой консерватизм характера изменчивости Alk и Si позволил выдвинуть предположение, что в море при благоприятных обстоятельствах могут существовать изолированные линзы, образованные при участии материкового стока (преимущественно обской и енисейской водами) [13, 21]. При этом подразумевалось, что основной состав речных вод Оби и Енисея в течение года меняется мало и соблюдается стабильность конечного члена смешения речных и морских вод. Действительно, протяженность этих рек более 3 тыс. км, и при средней скорости течения 0.5 м/с время добегания вод от истоков до устья составит примерно 3 месяца. Этого кажется достаточным, чтобы в нижнем течении рек происходило сильное сглаживание сезонных колеба-
ний свойств, известное для малых рек более скромных размеров [1]. Такой вывод вызвал критику, например [15], где высказывается мнение, что такого рода идентификация вод в Карском море невозможна по причине упоминавшейся изменчивости: ее хаотичности и большого размаха. Отдельные экспедиции в Обскую губу, в которых также наблюдалась сильная изменчивость биогенных элементов [4, 7, 11, 22] не смогли дать цельную картину процессов в Обской губе.
Две детальные гидрохимические съемки были проведены в Обской губе в 2010 г., когда силами ВНИРО и ИО РАН на озерном толкаче ОТА-777 были выполнены работы на 117 станциях (30 поперечных разрезах), охватывавших центральную и северную части губы, причем наблюдения проводились не только на стрежне, но и вблизи берегов [8, 10]. Найденная в губе пространственная и временная изменчивость концентрации биогенов оказалась даже сильнее, чем отмечалась ранее в [15]. Так, в северной части губы были найдены необычно высокие концентрации биогенных элементов, особенно нитратов (до 10 мкМ) и кремния (выше 200 мкМ), происхождение которых традиционно было приписано гибели пресноводного диатомового планктона и быстрой и его деструкции [8, 9].
По нашему мнению, для объяснения изменчивости содержания кремния и других биогенов в Обской губе, которой, как отмечалось выше, нет в Енисейском заливе, надо учесть буферную роль объема вод Обской губы. Простая его оценка: длина 750 км, ширина 60 км, глубина 10 м дает 450 км3, что превышает годовой сток Оби, хотя и меньше суммарного стока всех рек в губу. Очевидно, что без учета задержки вод Оби и Таза в губе описание изменчивости биогенных элементов будет однобоким.
Цель статьи — по материалам съемок 2010 г. выявить в губе наличие разновременных вод, оценить их вклад в гидрохимическую изменчивость и найти возможную связь состава морских распрес-ненных линз с составом вод в губе.
МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ
Методика отбора проб воды и определения гидрохимических параметров приведена в [8, 9]. Определение биогенных элементов и кислорода проводилось по стандартным методикам, принятым во ВНИРО [18]. Величина щелочности, которая ниже широко используется как консервативный параметр, измерялась методом прямого титрования в модификации С.В. Бруевича с визуальным определением точки конца титрования [20].
В связи с высоким содержанием взвешенного вещества в водах Обской губы определения производились с поправкой на мутность и цветность
вод. По методикам [18] учет мутности проб проводился сравнением оптической плотности пробы с той же пробой, в которую не добавлялся один реактив, в результате чего она не "расцвечивалась". По методикам [20], используется другой прием — фильтрация проб и колориметрирование против фильтрата. Вопрос о применимости различных подходов к учету мутности и цветности проб нам представляется пока еще дискуссионным и требует дополнительных исследований. В данной работе этот вопрос не обсуждается.
Для измерения температуры и электропроводности использовался зонд FSI. Расчет солености делался по стандартной "морской" формуле, которая вряд ли подходит для речной воды, имеющей совсем другой ионный состав, поэтому абсолютные значения солености могут иметь существенные погрешности, но годятся как относительные величины для сравнения. Для пресных вод вместо термина соленость обычно используется термин "минерализация" и сумма солей выражается в мг/л. В данной работе мы будем использовать термин минерализация, когда она менее 1000 мг/л и соленость в том случае, если она более 1000 мг/л, но будем выражать ее в г/л, а не в промилле (или ед. psu).
АНАЛИЗ ДАННЫХ НАБЛЮДЕНИЙ
1-я съемка 29 июля—17 августа 2010 г. Как следует из оценки объема вод губы, наличие в ней на спаде весеннего половодья разновременных вод (зимнего стока и паводка) не вызывает сомнения. Но возможность разделения их по свойствам, которое до нас не проводилось, поначалу не была очевидной. При интерпретации результатов съемок 2010 г. в [9] и других работах было предложено разбить акваторию губы на южную чисто "речную" часть и северную — "морскую", где обнаруживаются смешанные воды, а границу между ними было предложено провести по изогалине 0.5 г/л. По нашему мнению, деление вод следует делать не по одному, а по двум консервативным параметрам — минерализации (M) и щелочности (Alk), точнее соотношению между ними (см. рис. 1а для вод с минерализацией <1 г/л и рис. 1б для вод с более высокой минерализацией).
Ключевым является рис. 1а. Если рассматривать все данные вместе, то рисунок будет просто показывать тенденцию увеличения щелочности с ростом минерализации и неоднородность вод по этим параметрам. Но мы разделили точки на две группы: паводковые (талые) воды, они показаны квадратами, и зимние (грунтовые) — кресты. Границей между ними можно было бы взять величину М = 100 мг/л, но более важным критерием является именно соотношение между М и Alk. Действительно воды рек п-ва Ямал [3, 17] и других северных рек, имеют на 50—80% снеговое питание (талые воды) и относятся к гидрокарбонатно-
(б)
30
й 20
н
о
о
я
(U
ч о
С
10
Щелочность, мг-экв/л
1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 Щелочность, мг-экв/л
2.4
Рис. 1. Связь минерализации со щелочностью. (а) — для речной части губы. (б) — для зоны смешения морских и пресных вод.
Квадраты — станции с минерализацией ниже 100 мг/л (см. текст), кресты — станции с минерализацией 0.1—1 г/л. Их средние корреляционные соотношения показаны линиями (1) и (2), соответственно.
му типу речных вод, что отмечено еще в [1], с преобладанием катионов Na. Их минерализация находится в пределах 30—180 мг/л, а содержание гидрокарбонат иона (щелочность) — в пределах 0.3—1.8 мг-экв/л, что хорошо совпадает с нашими параметрами для талых вод с учетом погрешностей расчета минерализации. Наклон линии 1 на рис. 1а можно проверить так. Гидрокарбонатные воды с низкой минерализацией можно упрощенно представить как раствор №НСО3 (или Са(НСО3)2). Тогда должно выполняться примерное соотношение:
М (
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.