ОКЕАНОЛОГИЯ, 2015, том 55, № 2, с. 204-216
= ХИМИЯ МОРЯ
УДК 551.464.7
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В ВОДАХ БЕРИНГОВА МОРЯ © 2015 г. А. И. Агатова, К. К. Кивва, Н. И. Торгунова
Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии, Москва
e-mail: biochem@vniro.ru Поступила в редакцию 08.10.2013 г.
Проведен анализ изменения концентраций растворенных органических форм углерода (Сорг) и азота (Nopr) в водах западной части Берингова моря и Анадырском заливе за последние 20 лет. Показано, что концентрации Сорг и N^j. во все года наблюдений колебались в очень широких пределах. В летние месяцы 90-х годов отмечалась максимальная изменчивость концентраций Сорг (85—481 мкМ). Осенью 2012 г. при понижении предельных значений и средней концентрации Сорг изменчивость этих величин оставалась очень большой: 66—337 мкМ. Максимальные концентрации были характерны для фотического слоя. Средние концентрации ^рг летом были в 1.5—2 раза ниже, чем осенью. Это определило в 3—4 раза более высокие значения молярного отношения C : N в растворенном органическом веществе летом, чем осенью. Аналогичные данные получены и для Анадырского залива. Выявленные основные различия в количестве и элементном составе растворенного органического вещества связаны скорее с сезонными, а не с многолетними изменениями состояния шельфовых и пелагических экосистем исследованного региона.
DOI: 10.7868/S003015741502001X
ВВЕДЕНИЕ
Берингово море — это полузамкнутый водоем, который на севере и западе ограничен Сибирью и полуостровом Камчаткой, на востоке — Аляской, а на юге — Алеутскими и Командорскими островами (рис. 1). Оно практически поровну делится на глубоководную часть (максимальная глубина 3500 м) и шельфовую часть (глубина меньше 200 м). На востоке шельфовая зона простирается более чем на 500 км, а на западе она занимает менее 100 км [27]. Берингово море можно рассматривать как своего рода залив, который обменивается с водами Тихого океана через проливы между островами Алеутской гряды. На севере же происходит обмен водами с Северным Ледовитым океаном через Берингов пролив.
Экосистема Берингова моря является одной из самых продуктивных морских экосистем. Ее биопродуктивность в большой степени зависит от сложных гидрологических процессов взаимодействия океанических и шельфовых вод, определяющих типы водообмена между глубоководной и мелководной частями моря. Например, от интенсивности поступления теплых вод Аляскинского струйного течения (АСТ), которое является ветвью Аляскинского круговорота и оказывает большое влияние на рыбопродуктивность этого региона [7].
Продуктивность, особенно фитопланктона, помимо гидрологических процессов здесь очень зависит и от интенсивности ветрового перемешивания шельфовых вод, и от изменения ледового
режима [18]. Все это обуславливает большие колебания величины первичного продуцирования (ПП) в разных районах моря. Например, на западном — больше 400 г С м-2 год-1, на юго-восточном шельфе ПП превышает 200 г С м-2 год-1, тогда как в районе острова Св. Лаврентия она в четыре с лишним раза выше, чем на восточном шельфе. Минимальные величины (100-150 г С м-2 год-1) отмечаются в мористой части западного района моря [3].
Несмотря на довольно значительную скорость продуцирования органического вещества (ОВ), иногда в экосистемах шельфовых зон интенсивность деструкционных процессов превышает интенсивность продукционных, т.е. в экосистеме преобладает гетеротрофный метаболизм [30]. В связи с этим данные по скоростям продукционно--деструкционных процессов ОВ, его количеству, качеству и распределению в экосистеме Берингова моря представляют особый интерес.
В настоящей статье рассматриваются собственные и литературные данные по пространственно-временной изменчивости количества и элементного состава ОВ за 20 летний период в западной части Берингова моря, включая Анадырский залив.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Данные получены во время 21- и 23-го рейсов НИС "Академик Александр Несмеянов" в июне
1992 г. и в июле 1993 г., а также в июле—ноябре 2012 г. во время 49-го рейса НИС "Профессор Ка-гановский" (рис. 1).
Пробы воды отбирали прицельно в слое 0— 1000 м пластиковыми батометрами Нискина, помещенными на розетту, снабженную CTD-зон-дом. Подготовка проб воды для анализа на содержание растворенного органического углерода (Сорг) и азота (N^) в 1992—1993 гг. подробно описаны в работе [13]. Эти пробы для освобождения от взвеси фильтровали через стекловолокнистые фильтры GF/F сразу же после отбора и непосредственно на судне определяли в них Сорг. Пробы 2012 г. без фильтрации сразу заливали в специальные пластиковые бутылочки на 25 мл, подкисляли соляной кислотой до рН 2—2.5 и хранили в холодильнике до определения в них Сорг и Морг в стационарной лаборатории на берегу. Эти пробы отфильтровывали через фильтры GF/F непосредственно перед анализами.
Концентрацию растворенного Сорг, который является основным показателем растворенного ОВ, определяли методом высокотемпературного каталитического сожжения [28]: в 1992—1993 гг. на анализаторе ТОС-500 фирмы "Shimadzu", а в 2012 г. на ТОС — VCpH этой же фирмы. Коэффициент пересчета концентраций Сорг в концентрации ОВ принимали равным 2.
Для минерализации Морг пробы воды сжигали по методу Королева в модификации Вальдеррама. Затем в них определяли валовый азот по Бенд-шнайдеру и Робинсону на автоанализаторе АА-ПС [11]. Следует отметить, что в 2012 г. валовый азот определяли методом высокотемпературного каталитического сожжения на анализаторе ТОС — VCPH. По данным Сузуки и Сугимура [29], азот природных высокополимерных соединений, растворенных в морской воде, устойчив к окислению, поэтому метод мокрого сожжения с персульфатом калия может дать результаты по содержанию Морг в 4—10 раз ниже, чем метод высокотемпературного сожжения. В то же время результаты интеркалибрации, проведенной Шарпом [26], показали, что разница определения валового азота методом окисления с персульфатом и методом каталитического высокотемпературного сожжения может колебаться в пределах 9— 49%. Причем, основные расхождения были обусловлены точностью определения NO-. Сопоставление результатов определения валового ^рг двумя вышеуказанными методами в нашей лаборатории дало небольшое расхождение в пределах 0.5—2% для стандартных растворов аминокислот различного строения и ЭДТА, а для морской воды из разных бассейнов эти расхождения были более существенны: от 8% до 20%.
5
чо
0
чо
5 5
Рис. 1. Схема расположения станций отбора проб.
Пределы изменения концентраций растворенного органического углерода (мкМ) и их средние значения, полученные в разные годы разными исследователями в водах Берингова моря
Период наблюдений и авторы Западная часть моря Анадырский залив Восточная часть моря
1992-1993 гг. июнь-июль [12] 85 -48 1 226(112) 1 58 -486 276(57) -
2012 г. июль-август - 73 - 33 7 136(80) 94- 208 136(10)
2012 г. сентябрь 66-25 7 108(75) - -
2012 г. октябрь - 1 01 -162 117(6) 90 - 115 9 9( 4 )
2001 г. март [25] - - 4 8- 94 65
2001 г. август-сентябрь [20] - - 6 1 - 92 77
2008-2009 гг. май-сентябрь [19] - - 65- 11 6 78
Примечание. Над чертой указаны пределы значений; под чертой — среднее значение и длина выборки (в скобках, только для собственных данных).
Концентрации Морг рассчитывали по разности между валовыми и минеральными значениями.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Распределение растворенного органического углерода в водах Берингова моря во все года наблюдений менялось в очень широких пределах (таблица). В летние месяцы 90-х годов для западной части моря в слое 0—1000 м отмечались максимальные пределы колебаний концентраций Сорг (85—481 мкМ, средняя величина 225 мкМ). Осенью 2012 г. наблюдалось понижение предельных значений и средней величины, но пространственная изменчивость осталась очень большой: 66— 257 мкМ (средняя величина 108 мкМ). Аналогичные данные получены и для Анадырского залива.
Как следует из литературных данных, на восточном шельфе и абсолютные значения концентраций Сорг, и пределы их изменений значительно ниже (таблица).
С одной стороны, это объясняется большой пространственно-временной динамикой вод Берингова моря и изменчивостью их продуктивности. С другой, нельзя исключать различия в методах отбора, фильтрации, обработки и времени хранения проб [2]. Следует отметить, что все данные, приведенные в таблице, получены методом высокотемпературного каталитического окисления Сорг до СО2. Однако в пробах от 1992—1993 гг. Сорг определялся сразу же после их фильтрации на бор-
ту судна, тогда как все остальные данные получены после фиксации и довольно долгого хранения проб воды перед анализом. С этой точки зрения данные, полученные в 2012 г., наиболее сопоставимы с приводимыми литературными данными.
Также как и в 90-х годах, спустя 20 лет, трудно выявить какие-либо четкие тенденции в распределении Сорг как в открытой части моря (рис. 3), так и на шельфе. Как правило, во все года и во все сезоны максимальные значения его концентраций наблюдали в фотическом слое при пересыщении вод кислородом, т.е. как результат активного первичного продуцирования. Интересно, что если летом и в 1992 г., и в 1993 г. максимальные концентрации Сорг были характерны для продукционного слоя Камчатской котловины, то в 2012 г. максимальные концентрации были зафиксированы в этом слое в Алеутской котловине.
В Камчатском проливе в очень динамичном районе, где интенсивные течения и противотечения [27], летом самые большие концентрации Сорг (до 200—338 мкМ) на прибрежье были зафиксированы не на поверхности, а в слое 25—65 м. При этом значительное пересыщение вод кислородом (115—141%) наблюдали от поверхности до 25 м. Осенью максимальные концентрации Сорг (до 240 мкМ) содержались в поверхностных водах и водах на глубине 50—60 м, которые также были пересыщены О2. В глубоководном же районе Камчатского пролива и летом, и осенью макси-
ст. 431 ст. 428 ст. 425 ст. 423 ст. 431 ст. 428 ст. 425 ст. 423
50
св
§ 100
ю
500
4 • 120 1 • * 1 • 1
- • • \
100 ^Г/
Ч? | , 1 т | -Г-/
1 *
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.