ОКЕАНОЛОГИЯ, 2013, том 53, № 3, с. 357-366
ХИМИЯ ^^^^^^^^^^^^^^^^ МОРЯ
УДК 556.541.4(282.256.1)
ОСОБЕННОСТИ ГИДРОХИМИЧЕСКОГО РЕЖИМА ОБСКОЙ ГУБЫ
В ПЕРИОД ОТКРЫТОЙ ВОДЫ
© 2013 г. К. В. Артамонова1, С. А. Лапин1, О. Н. Лукьянова1, П. Н. Маккавеев2, А. А. Полухин2
всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии, Москва
e-mail: sal58@mail.ru, makkaveev55@mail.ru 2Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва Поступила в редакцию: 05.03.2011 г., после доработки 21.06.2012 г.
По результатам исследований в Обской губе в период открытой воды проведена оценка гидрохимических особенностей водоема в условиях двух сезонов разной водности. Предложено разделение губы на "речную", "морскую" и промежуточную между ними области, отличающиеся по факторам, формирующим их гидрохимический режим. Подробно рассмотрены процессы, происходящие в каждой из выделенных областей. Особое внимание уделено гидрохимической специфике в районе смешения пресных и соленых вод (фронтальной зоне) в периоды максимальной и минимальной биологической активности в акватории Обской губы.
DOI: 10.7868/S0030157413030027
ВВЕДЕНИЕ
В 2010 г. были проведены две комплексные экспедиции в Обской губе [8], в состав которых входили сотрудники ФГУП "ВНИРО" и ИО РАН. Исследования осуществлялись с борта арендованного судна ОТА-777 (озерный толкач) и охватили большую часть акватории Обской губы от мыса Парусный (68°21' с.ш.) до морского края губы (72°40' с.ш.). Проведенные работы по количеству исследованных параметров и по детальности изучения акватории Обской губы (120 комплексных станций и 22 дополнительных, где осуществлялось только гидрологическое зондирование) практически не имеют аналогов. Малая осадка судна позволила не ограничиваться работами по фарватеру, как это делалось в предыдущих комплексных экспедициях [9, 17], а детально исследовать всю акваторию, в том числе и прибрежные мелководные части губы. От многочисленных морских и прибрежно-морских экспедиций [3, 4, 12, 18, 19] эти съемки отличались большим охватом акватории губы и очень широким спектром определяемых параметров. Кроме того, большинство предыдущих исследований проводились в августе—сентябре, когда данный район досягаем для прохода исследовательских судов со стороны Карского моря. Выход из порта г. Лабыт-нанги и небольшие размеры судна позволили провести изыскания практически за волной ледохода сразу после очищения губы ото льда в период высокой водности (29 июля—17 августа 2010 г.) и непосредственно перед ледоставом (18 сентября— 7 октября 2010 г.).
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
На каждой комплексной станции пятилитровыми батометрами Van Dorn проводился отбор проб воды на определение содержания растворенного кислорода, кремния, минерального фосфора, нитратного, нитритного, аммонийного азота, органических форм азота и фосфора, величин рН и общей титруемой щелочности (Alk), а также железа. Отбор осуществлялся c двух или более горизонтов в зависимости от вертикальной структуры вод. Обработка проб воды для определения всех исследуемых гидрохимических параметров проводилась в судовой лаборатории в соответствии со стандартными методиками [15, 16] непосредственно после их отбора на станциях.
Растворенный в воде кислород определялся титрованием по методу Винклера в модификации Черняковой [16]. Определение биогенных элементов (нитратный, нитритный, аммонийный и общий азот, минеральный и общий фосфор, кремний) проводилось колориметрически по стандартным методикам [15, 16]. Для определения железа была применена методика Стоки с феррозином в модификации А. Г. Розанова [14]. Величину Alk измеряли методом прямого титрования в модификации С. В. Бруевича с визуальным определением точки конца титрования. Величина рН определялась потенциометрически в единицах практической шкалы NBS. В связи с высоким содержанием взвешенного вещества в водах Обской губы, определения производились с учетом поправки на мутность и цветность вод [15]. Расчет компонентов карбонатной системы (общее
содержание растворенного неорганического углерода, карбонат и бикарбонат ионов и растворенной двуокиси углерода) проводился рН-А1к методом [20]. Минерализация воды определялась зондом по электропроводности и, естественно, полученная величина характеризует скорее относительные изменения, а не абсолютное содержание солей в воде.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Гидрологические и гидрохимические характеристики Обской губы существенно различались в период первой и второй съемок. Значительные отличия наблюдались и вдоль по губе. По гидролого-гидрохимическим параметрам Обскую губу предложено делить на две большие области [5, 6, 7], граница между которыми очень подвижна и зависит от сезона и объема стока:
— "речную" (в период открытой воды в 2010 г. до 71°20' с.ш.), лишенную контакта с солеными морскими водами, процессы в которой определяются речным стоком;
— "морскую" (севернее 72° с.ш.), представляющую собой часть зоны смешения (фронтальной зоны) соленых вод Карского моря и пресноводного речного стока, ограниченную с юга на своей речной границе значением 0.5 г/л.
Между ними располагается промежуточная область, испытывающая периодическое воздействие со стороны фронтальной зоны, посредством ветровых нагонов и приливов. Уровень минерализации здесь выше, чем в речной, но ниже, чем в морской области и колеблется в диапазоне 0.1-0.5 г/л.
В свою очередь, "речная" область может быть разделена на две части выше и ниже слияния Обской и Тазовской губ, гидролого-гидрохимические характеристики которых значительно отличаются.
Гидрохимическая характеристика "речной" части Обской губы. В летний период гидрохимический режим "речной" части Обской губы определялся высоким объемом стока. Очень ярко была выражена так называемая струйность потока, при которой отдельные струи воды на значительном протяжении губы сохраняют индивидуальные особенности своего химического состава. При полном перемешивании от поверхности до дна в каждой струе, поперечное перемешивание крайне незначительно. Наиболее ярко это проявляется в распространении тазовских вод, следы которых прослеживаются вдоль восточного берега губы почти до 71°30' с.ш.
Обские воды в южной части губы (до слияния с тазовскими водами) были относительно теплыми (11-15°С), а содержание растворенного кислорода в них (рис. 1а, 1б) достаточно низким для
этого периода (6.8—7.2 мл/л). Степень насыщения вод кислородом составила 88—90% как в поверхностном, так и в придонном слое.
Поступающие в Обскую губу тазовские воды — более холодные. Содержание в них кислорода (от 7.4 до 7.7 мл/л) и степень насыщения (90—94%) были выше, чем в обских водах. Содержание кислорода севернее зоны смешения обских и тазов-ских вод увеличивалось до 8.0 мл/л, что определялось падением температуры поверхностных вод до 3—4°С, однако, насыщение вод кислородом оставалось менее 100%. Это связано с тем, что кислород активно расходуется на окисление поступающего со стоком большого количества органического вещества и соединений железа [6, 7]. При этом у западного берега губы, отличающегося небольшими глубинами, воды были теплее (7.0—8.2°С), чем у восточного (менее 5°С), и здесь создавались более благоприятные условия для активного процесса фотосинтеза [5]. В результате насыщение воды растворенным кислородом у западного берега достигало максимальных для участка величин (98.0—99.8%), в то время как у восточного — не превышало 92%. Значительно различались обские и тазовские воды и по величине общей щелочности (Alk). Слабо минерализованные тазовские воды (менее 0.02 г/л) обладали очень низкой величиной Alk (менее 0.1 мг-экв/л), содержание растворенного неорганического углерода было в них около 2.2—2.4 мг/л, что значительно ниже, чем в обских водах (6—12 мг/л). Кроме того, тазовские воды были более "кислыми" чем обские. Их величина рН составила 6.6—6.9 ед. NBS против 7.6—8.1 ед. в обских водах (рис. 2), что связано, во-первых, с особенностями бассейнов водосбора рек и, во-вторых, с тем, что из-за низкой щелочности буферная емкость тазовских вод относительно мала. До слияния губ величина Alk обских вод составляла 0.92—0.98 мг-экв/л, величина рН более 7.8. Непосредственно перед "морской" областью (фронтальной зоной), когда обские и тазовские воды уже полностью перемешиваются, величины Alk и рН составляли 0.6 мг-экв/л и 7.6— 7.7 ед., соответственно. Это близко к средним многолетним величинам для обского стока [10, 11].
По сравнению с рН и общей щелочностью распределение биогенных элементов было более равномерным. Севернее 69° с.ш. и до м. Хонарасаля (71°20' с.ш.) распределение растворенных форм азота и кремния определялось, главным образом, бурным развитием диатомовых водорослей, которые здесь составляют 95% от всей биомассы фитопланктона. Концентрация растворенного кремния в основной части "речной" области губы была относительно невысокой, в пределах 15—60 цМ, значительная его часть была использована диатомовыми водорослями в процессе фотосинтеза (рис. 3а, 3б). Воды "речной" части губы в целом характеризовались и пониженными величинами
(а) (б) (в) (г)
72° 73° 74° 75° 72° 73° 74° 75° 72° 73° 74° 75° 72° 73° 74° 75° в.д.
с.ш. 72.5°
72.0°
71.5°
71.0°
70.5°
70.0°
69.5°
69.0°
68.5°
Рис. 1. Распределение растворенного кислорода (мл/л) на акватории Обской губы.
(а) — в поверхностном слое в летний период, (б) — в придонном слое в летний период, (в) — в поверхностном слое в осенний период, (г) — в придонном слое в осенний период.
минеральных форм азота. Концентрация нитратного азота в основном потоке обских вод колебалась в диапазоне от аналитического нуля до 1.0 цМ, также невысоким было и содержание аммонийного азота. В тоже время, наблюдалось большое количество органических форм азота и фосфора, концентрация которых изменялись в пределах от 40 до 50 цМ и от 0.5 до 1.4 цМ, соответственно. Высокое содержание в речной воде фосфатов (0.4—3.0 цМ) и трехвалентного железа (10—40 цМ) связано с большим количеством фосфора и железа во взвешенном веществе, что, вероятно, является специфической особенностью обских вод с большим количество
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.