ОКЕАНОЛОГИЯ, 2015, том 55, № 2, с. 224-230
= ХИМИЯ МОРЯ
УДК 551.465
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РАСТВОРЕННОГО ОРГАНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА В ПРИУСТЬЕВЫХ РАЙОНАХ БОЛЬШОГО СОЧИ (СЕВЕРО-ВОСТОЧНАЯ ЧАСТЬ ЧЕРНОГО МОРЯ) © 2015 г. А. В. Костылева
Южное отделение института океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Геленджик
e-mail: ventis-ire@yandex.ru Поступила в редакцию 22.10.2014 г.
Цель статьи — оценить вклад малых и средних рек Сочи-Адлеровского района в запасы растворенного органического углерода (РОУ) прибрежной акватории Черного моря. Рассмотрены данные, полученные в мае 2011 и 2012 гг. в прибрежном районе Большого Сочи. Исследуемый полигон включал в себя районы выноса рек Мзымты, Кудепсты, Сочи и Битхи. Концентрации РОУ в приустьевых районах Мзымты, Кудепсты, Сочи и Битхи в среднем составляли 69.22 цМ, 174.33 цМ, 171.04 цМ, 4678.31 цМ соответственно, в то время как "фоновая" концентрация РОУ в морской воде на расстоянии двух километров от устья — около 220 цМ. Воды рек Мзымта, Кудепста, Сочи и Битха значительно отличаются друг от друга по химическому составу, в том числе и по количеству выносимого органического вещества, что, главным образом, обусловлено разницей в высоте и площади водосбора рек, соотношением различных источников в питании рек, степенью и видом антропогенной нагрузки.
DOI: 10.7868/S0030157415020082
ВВЕДЕНИЕ
Зоны смешения речных и морских вод характеризуются интенсивной физико-химической и биологической активностью, что делает эту часть морской экосистемы одной из наиболее динамичных по отношению к растворенному органическому веществу. На всем Земном шаре речной вынос растворенного органического вещества в воды Мирового океана составляет около 0.25 Гт/год [17]. Несмотря на свой рефракторный характер, отмеченный многими авторами [15, 24], относительно крупные фракции растворенного органического вещества разлагаются не в речном устье, а после, в зоне смешения речной и морской вод. Поведение растворенного органического вещества также изменяется под действием физико-химических процессов, протекающих в зоне смешения, в частности — флокуляции (появление хлопьевидного осадка) и фотоокисления [7, 8, 21, 23]. Эти процессы оказывают влияние на структуру и способность органического вещества к биодеградации, внося, таким образом, свой вклад в судьбу растворенного органического вещества в прибрежной зоне. Помимо речного стока, значительный вклад в запасы растворенного органического вещества, присутствующего в прибрежной зоне, вносит сезонная автохтонная продукция.
В пределах России в Черное море впадают более двадцати малых рек (среднегодовой расход которых менее 5 м3/с), а также несколько сред-
них: Пшада, Вулан, Туапсе, Псезуапсе, Сочи, для которых характерен среднегодовой расход порядка 10—15 м3/с и годовой объем стока порядка 0.3— 0.5 км3. Более крупные реки в восточной части российского побережья (Шахе и Мзымта) имеют среднегодовой расход 37 и 49 м3/с и годовой объем стока 1.2 и 1.6 км3 соответственно [3, 9]. Общий среднемноголетний объем стока в Черное море с территории России — около 7 км3 в год, что составляет лишь 2% от суммарного пресноводного стока в море. Возможно поэтому влиянию стока малых и средних российских рек в Черное море ранее уделялось сравнительно мало внимания. Однако этот сток, являясь относительно незначительным компонентом водного баланса для моря в целом, может тем не менее оказывать заметное влияние на гидрофизику, гидрохимию и гидробиологию в системе суша—море в масштабах российского черноморского шельфа [20]. Особенно остро для российского сектора Черного моря стоит вопрос о переносе загрязнения с материковым стоком в акваториях крупных городов: Анапа, Новороссийск, Геленджик, Туапсе, Сочи [5]. Так в прибрежные воды крупнейшего курорта страны города Сочи ежегодно в море сбрасывается около 90 млн тонн загрязненных сточных вод и лишь 15% из них могут считаться чистыми или нормативно-очищенными [1].
Сведения о выносе органического вещества реками в Черное море крайне бедны. К настояще-
Рис. 1. Карта района работ в 2012 г.
му времени опубликованы только результаты исследований о выносе органического вещества рекой Дунай [18, 25, 16]; данные же о влиянии других рек и о процессах, протекающих с участием РОУ в районах их выноса, отсутствуют вовсе.
Основная цель данной работы — оценить вклад малых рек района Большого Сочи в запасы РОУ прибрежной акватории Черного моря, а также исследовать влияние антропогенного фактора на содержание РОУ в районе речного выноса.
ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
С целью исследования закономерностей распространения речного стока и переносимых им загрязнений в прибрежной зоне, в рамках ежегодных комплексных экспедиционных работ Института океанологии РАН на Черном море с 2006 г. была начата специальная программа "Малые реки Черного моря" [5]. С 2009 по 2014 гг. эти исследования выполнялись в черте Большого Сочи. В пределах исследуемого района в море впадают реки Мзымта, Кудепста, Хоста, Сочи, Битха и др. Практически все экспедиции осуществлялись в один и тот же период года — май или первые дни июня, — который в этом районе обычно соответствует паводковому стоку рек. Гидрохимические исследования сопровождали все экспедиции, на-
чиная с 2006 г. [10]. Особенности распределения РОУ в речной воде и прибрежной части моря исследовались в 2012—2014 гг.
В пределах полигона Большого Сочи (рис. 1) в море впадает ряд средних и малых рек. Этот район особенно интересен для исследования, поскольку изучаемые реки (Мзымта, Кудепста, Сочи, Битха и др.) значительно отличаются друг от друга по морфологическим характеристикам и степени антропогенной нагрузки, что отражается на химическом составе вод. Эти различия позволяют исследовать распространение по прибрежной акватории растворенных веществ (в том числе и РОУ), поступающих с водами отдельных водотоков [6, 11] и распределение РОУ для приустьевых областей различных типов. Основные характеристики рек, рассмотренных в этой работе, представлены в табл. 1.
Мзымта — самая крупная река на территории России, впадающая в Черное море. В верховьях р. Мзымта практически все лето лежит снег, и питают Мзымту небольшие ледники, фирновые снеговые поля хребтов Агепсты, Псеашхо, Чугу-ша. Кроме того, бассейн реки в верхнем течении очень богат родниками и источниками, подпитывающее значение которых особенно заметно в меженный период. Минерализация воды Мзым-ты меняется от малой в верховьях (50 мг/л) до
Таблица 1. Гидрологические характеристики рек исследуемого полигона
Название реки Длина, км Площадь водосбора, км2 Высота истока над уровнем моря, м Средний расход, м3/с Источник питания
Мзымта 89 885 2980 45.6 Дождевой, подземный, сезонно-снеговой, снего-во-ледниковый
Кудепста 23 85.4 780 3.4 Дождевой, подземный
Сочи 45 296 1813 16.1 Дождевой, подземный, сезонно-снеговой
Битха ~4 27-30 220 0.3 Дождевой, подземный
средней в среднем и нижнем течении (200 мг/л). Сочи — третья по длине река в сочинском районе после Мзымты и Шахэ. Почти половина ее бассейна лежит на высоте более 1000 м. Питание реки Сочи смешанное. Весной оно происходит за счет таяния снегов, летом и осенью за счет дождей. Также реку питают грунтовые воды. Если Сочи и Мзымта относятся к средним рекам, то Кудепста и Битха — к малым. Река Кудепста берет начало в районе хребта Ефрем. Исток реки Битха находится примерно в 4-х км от берега моря в районе поселка Верхнее Уч-Дере. В высотной зоне изучаемого района до 1000 м талый сток составляет 7%, дождевой — 74%, подземный — 19% [9]. Поэтому для рек Кудепста и Битха дождевой сток является основным источником питания. В 1.5 км от своего устья Битха протекает через район полигона твердых бытовых отходов поселка Лоо.
Почвы, залегающие в руслах рек изучаемого района, довольно разнообразны и имеют ярко выраженную вертикальную зональность. На побережье расположены желтоземные, выше — бурые, подзолистые почвы, ближе к горам — горнолуговые и маломощные примитивные горные почвы. Общей особенностью почв является их малая мощность, около 0.3—0.4 м. Во многих местах почвенный слой едва прикрывает скальный грунт. Таким образом, высота водосбора реки будет влиять на минерализацию речных вод и на содержание в них органического вещества.
Представленные в статье данные были получены в мае 2011 и 2012 гг. Схема расположения станций показана на рис. 1. Пробы воды отбирались пластиковым ведром с поверхности и батометром Нискина с придонных горизонтов. Во всех пробах определялись гидрохимические параметры: растворенный кислород, рН, общая щелочность, соленость, комплекс основных биогенных элементов, включающий в себя фосфаты, силикаты, нитраты, нитриты и растворенный в воде аммиак [10]. По данным температуры, солености, рН и общей щелочности было рассчитано содержание растворенного неорганического углерода (РНУ). Перечисленные виды анализа и расчет карбонатной
системы выполнялись по стандартным методикам [13, 19, 22].
Во время гидрохимических съемок проводился отбор проб на растворенный органический углерод. Пробы отбирались в пластиковую посуду и в течение дня доставлялись в лабораторию, где фильтровались через стекловолокнистые фильтры Whatman GF/F. Далее профильтрованные пробы подкислялись соляной кислотой до pH < 2 и продувались химически инертным аргоном для удаления неорганического углерода.
Концентрация РОУ определялась методом высокотемпературного каталитического окисления на автоанализаторе общего углерода Vario TOC Cube немецкой фирмы Elementar. Данный метод предусматривает протекание реакции на платиновом катализаторе при температуре 850°С в токе освобожденного от влаги и двуокиси углерода газа-носителя. Присутствующее в пробе органическое вещество окисляется до углекислого газа. Инфракрасный детектор измеряет выделяющийся в процессе реакции CO2.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты гидрохимических исследований в приустьевых районах рек Большого Сочи представлены в табл. 2. В приустьевом районе Кудеп-сты содержание карбонатного углерода в 4—5 раз больше чем в устье Мзымты, и в 1.5—2 раза больше РОУ. Приустьевой район Сочи в 1.5 раза богаче РНУ,
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.