научная статья по теме ОРГАНИЧЕСКИЙ УГЛЕРОД ВОДЫ, ВЗВЕСИ И ВЕРХНЕГО СЛОЯ ДОННЫХ ОСАДКОВ ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ КАРСКОГО МОРЯ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ОРГАНИЧЕСКИЙ УГЛЕРОД ВОДЫ, ВЗВЕСИ И ВЕРХНЕГО СЛОЯ ДОННЫХ ОСАДКОВ ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ КАРСКОГО МОРЯ»

= ХИМИЯ МОРЯ

УДК 550.465

ОРГАНИЧЕСКИЙ УГЛЕРОД ВОДЫ, ВЗВЕСИ И ВЕРХНЕГО СЛОЯ ДОННЫХ ОСАДКОВ ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ КАРСКОГО МОРЯ

© 2010 г. Н. А. Беляев, В. И. Пересыпкин, М. С. Поняев

Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва e-mail: belyaev@ocean.ru Поступила в редакцию 23.03.2009 г., после доработки 20.10.2009 г.

На трех разрезах в Карском море определено содержание растворенного (РОУ), взвешенного (ВОУ) органического углерода и органического углерода (Сорг) донных осадков. Содержание ВОУ изменялось от 6.3 до 2400 мкг/л, РОУ — от 0.84 до 12.2 мгС/л. Средняя концентрация по всем исследованным пробам для ВОУ — 200 мкг/л (n = 78, ст = 368), для РОУ — 2.7 мг/л (n = 92, ст = 2.7). Концентрации Сорг в пробах верхнего слоя донных осадков исследованного района изменяются от 0.13 до 2.10% от сухого вещества, при среднем значении 0.9% (n = 21, ст = 0.49%).

Показано, что распределение различных форм органического вещества (ОВ) является индикатором поступления и распостранения ВВ в Карском море, и что РОУ и ВОУ Карского моря формируются под определяющим влиянием вод стока рек Оби и Енисея. Установлено, что распределение ОВ донных осадков исследованной части Карского моря тесно связано с их гранулометрическим составом и со структурой течений в исследованном районе. Изменение содержания Сорг в колонках донных осадков в зоне смешения речных и морских вод отражают изменчивость захоронения ОВ.

ВВЕДЕНИЕ

Изучение распределения органического углерода в связи с геологическими и гидрологическими параметрами является важным показателем, позволяющим оценить потоки органического вещества и выявить его происхождение и трансформацию в морских экосистемах. С этой целью в экспедиции в Карское море проводилось исследование органического углерода (Сорг) воды, взвеси и донных осадков. Обработка собранных данных позволила получить картину распределения органического вещества в юго-западной части Карского моря для летне-осеннего периода 2007 г.

По сравнению с другими арктическими морями Карское море относительно хорошо изучено. Исследования, проведенные в отечественных и зарубежных экспедициях, позволили выявить основные тенденции распределения и захоронения органического вещества (например, [10, 16]). Однако изучение органического вещества одновременно в воде, взвеси и донных осадках совместно с детальными гидрологическими и геологическими исследованиями проводились лишь эпизодически (например, 49-й рейс НИС "Дмитрий Менделеев" в 1993 г. [5]).

Маршрут 54-го рейса НИС "Академик Мстислав Келдыш" в Карское море планировался с целью получения комплексной океанологической информации в трех принципиально разных районах. Ямальский разрез пересекает область минимально подверженную влиянию речного стока. Разрезы через желоб Святой Анны и Обский разрез охватывали зону от пресноводной внутренней части Обской губы до глубоководных районов Арктического бассейна и

позволяли выявить особености трансформации органического вещества в зоне смешения речных и морских вод, а также в области континентального склона. Расположение разрезов и точки отбора проб представленны на карте [13].

МЕТОДИКА

Пробы морской воды отбирались батометрами Нискина емкостью 30 литров с горизонтов, выбранных по результатам гидрологического зондирования. Также отбирались пробы придонной воды над слоем донных осадков, взятых трубкой Ниемисто. Пробы воды фильтровались через предварительно прокаленные при 430°С фильтры ОБ/Б с условным диаметром пор 0.5—0.7 мкм. Средний объем профильтрованной воды с одного горизонта составлял ~10 л, а придонной воды отобранной над трубкой Ниемисто ~0.5 л. Фильтрат для определения растворенного органического углерода (РОУ) отбирался в стеклянные сосуды емкостью 22 мл, подкислялся до рН 2 и хранился в холодильнике. Фильтр с собранным веществом замораживался и хранился при —20°С до последующих анализов.

Пробы донных осадков отбирались дночерпате-лем "Океан" и трубками Ниемисто, причем предпочтение отдавалось последним из-за сохранения неповрежденным в трубке верхнего слоя донных осадков. Из дночерпателя поверхностный горизонт 0— 1 см отбирался сразу же после подъема его на борт судна, а отобранная трубкой Ниемисто проба донных осадков предварительно отстаивалась в течение 1—2 часов до осаждения взмученного верхнего слоя. Далее слой придонной воды фильтровался через вы-

шеуказанный тип фильтра для последующего определения содержания Сорг и состава ОВ. В пробе донных осадков выделялся верхний полужидкий слой (обводненный горизонт мощностью ~1 см); далее колонка делилась приблизительно на равные слои толщиной 5 см, причем границы раздела выбирались по литологическим характеристикам. Пробы осадков до анализа на содержание углерода хранились в замороженном состоянии. Непосредственно перед началом анализа размороженные фильтры высушивались в сушильном шкафу при 60°С; пробы донных осадков высушивались до воздушно-сухого состояния и растирались.

Определение Сорг и Скарб выполнялось на анализаторе ТОС-\СрИ фирмы ВЫтаёги с приставкой 88М-5000А. Для растворенного органического углерода диапазон измеряемых концентраций 0.05— 25000 мгС/л, объем вводимого образца 100 мкл. Для донных осадков диапазон измеряемых концентраций углерода 0.05—30% масс (на сухой вес), навеска 100 мкг. Для взвешенного вещества диапазон измеряемых концентраций углерода 5—10000 мкгС/л. Погрешность прибора 1%. Воспроизводимость результатов анализов ±5%. Перед началом серии анализов проводилась калибровка прибора по трем типам стандартов образцов донных осадков (СДО2, СДО1, СДО3).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Растворенный и взвешенный органический углерод. Данные аналитических определений содержания растворенного и взвешенного органического углерода (РОУ и ВОУ соответствено) морской воды представлены в табл. 1—3. На основании этих данных были выявлены особености распределения РОУ и ВОУ в толще вод на трех разрезах (рис. 1).

Концентрации растворенного органического углерода в исследуемом районе варьировали в широком диапазоне: от 0.84 мгС/л в глубоководной части желоба Святой Анны (ст. 4983) до 12.2 мгС/л в пресноводной части Обской губы (ст. 4993). Концентрация взвешенного органического углерода в исследованном районе изменялась от 2400 мкг/л в придонных водах зоны начала смешения речных и морских вод (ст. 4994) до 6.3 мкг/л в придонных водах центральной части Ямальского разреза (ст. 4958). Среднее содержание РОУ для всех исследованных проб составляло 2.7 мг/л (число определений п = 92, среднее квадратичное отклонение а = 2.7), ВОУ — 200 мкг/л (п = 78, а = 368), среднее содержание РОУ для всех исследованных проб поверхностного слоя воды составляло 4.2 мг/л (п = 18, а = 3), ВОУ — 266 мкг/л (п = 18, а = 388).

На Ямальском разрезе (рис. 1а) повышенные и максимальные концентрации РОУ (ст. 4950 горизонт 0 м 3.15 мгС/л) (табл. 1) обнаружены в западной части в поверхностном слое вод, где сказывалось распресняющее влияние речных вод [8].

В прибрежной зоне Ямальского разреза максимум ВОУ отмечен на станциях 4954—4958 (50— 435 мкг/л), где также наблюдалось некоторое увеличение содержания РОУ. Минимальные значения концентраций РОУ выявлены на горизонте 70 м ст. 4946 и на горизонте 60 м ст. 4960 (1.14 и 1.13 мг С/л соотв.), а минимум взвешенного — на горизонте 110 м ст. 4958 (6.3 мкг/л). В поверхностном слое концентрации РОУ и ВОУ несколько превышали средние и составляли 2.1 мгС/л и 82 мкг/л соответственно. Среднее для разреза содержание РОУ составляет 1.55 мгС/л (п = 32, а = 0.47), ВОУ - 65 мкг/л (п=25, а = 99).

Наблюдаемое обогащение прибрежных вод взвешенным веществом, возможно, вызвано протекающими процессами береговой абразии и перемывом Ямальским течением донных осадков берегового склона (станции 4956, 4957), а также воздействием на осадки генерирующегося здесь внутреннего прилива [9]. При этом также наблюдается некоторое увеличение содержания РОВ, которое можно объяснить переходом части ОВ из взвешенной в растворенную форму. Наиболее бедные ВОУ воды располагаются в зоне смешения прибрежных вод Ямальского течения и верхнего распресненного слоя вод (ст. 4960), занимающего центральную часть разреза. В западной части разреза в глубинных слоях концентрация ВОВ превышает 25 мкг/л при низких концентрациях РОУ (1.4-1.1 мг/л), возможно, маркируя Баренцевоморские воды [2].

Концентрации ВОУ в воде, отобранной трубками Ниемисто, колеблются в широких пределах (157— 1000 мкг/л) и обусловлены различными типами подстилающих их донных осадков. Заметного увеличения концентраций РОУ в этой воде не выявлено, они составляли 2.2—1.6 мг/л.

Среднее содержание ОВ на разрезе через желоб Святой Анны (РОУ — 1.58 мгС/л (п = 31, а = 0.64), ВОУ — 61.1 мкг/л (п = 27, а = 30.7)), (табл. 2) в целом сравнимо с содержанием ОВ на Ямальском разрезе (рис. 1б). В северной части разреза на станции 4983 на глубинах 61 и 200 м в исследованных образцах морской воды выявлены минимальные для всего исследованного района значения концентраций РОУ (0.94 и 0.84 мгС/л соответственно). На этой же станции на горизонте 200 м отмечена минимальная концентрация ВОУ — 17.2 мгС/л. По содержанию Сорг эти воды значительно беднее вод южной части моря. Пониженное содержание РОВ возможно маркирует заток атлантических вод в 2007 г. в Карское море [2]. В южной части разреза в поверхностном слое наблюдалось увеличение концентраций ОВ, связанное с влиянием речного стока (ст. 5004). Увеличение концентрации взвешенного вещества в придонном горизонте ст. 4983 до 106 мкгС/л предполагает существование нефело-идного слоя в желобе Святой Анны.

Распределение Сорг на Обском разрезе показывает вынос ОВ водами реки и его трансформацию в области барьера река-море (рис. 1в). В южной части

Таблица 1. Содержание растворенного и взвешенного органического вещества на Ямальском разрезе

№ ст. Глубина, Горизонт, Соленость, РОУ Взвешенное вещество С орг

Дата м м мг С/л цмоль С/л мг/л мкг С/л % Свзв/Взв. раств./взвеш.

4946 160 0 28.0 2.17 181 0.34 23.1 6.9 94

09.09.2007 20 32.1 1.99 166 0.18

30 33.2 1.38 115 0.17 29.2 17.4 47

70 34.2 1.14 95 0.34 32.0 9.4

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.

Показать целиком