ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 464, № 2, с. 220-226
ОКЕАНОЛОГИЯ
УДК 551.465
ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ РАССЕЯННОГО ОСАДОЧНОГО ВЕЩЕСТВА И ЕГО ПОТОКИ В ТОЛЩЕ ВОД КАСПИЙСКОГО МОРЯ
© 2015 г. Академик РАН А. П. Лисицын, В. Н. Лукашин
Поступило 09.04.2015 г.
Представлены первые данные по химическому составу рассеянного вещества из седиментационных ловушек. Рассмотрены взвесеобразующие компоненты осадочного вещества — аморфный кремнезем, органическое вещество, карбонаты и литогенное вещество. В результате установлено, что внут-ригодовая изменчивость потоков показывает сезонные увеличения весной и осенью. Высокие потоки компонентов осадочного вещества над северным и южным склонами Дербентской впадины зимой обусловлены осаждением материала из нефелоидного слоя, сформированного контурным течением.
БО1: 10.7868/80869565215260205
Исходное вещество для образования донных осадков в конечных водоемах стока (океанах, морях, озерах, водохранилищах) в водной толще находится в виде взвеси, т.е. дисперсных частиц разной крупности и генезиса. Взвесь формируется преимущественно в верхней части водной толщи в результате взаимодействия вещества различных геосфер (литосферы, атмосферы, гидросферы, криосферы, биосферы, эндосферы) [1] и состоит соответственно из литогенных, биогенных, гидрогенных, антропогенных, эндогенных (вулканогенных) частиц. Биогенная часть взвеси зарождается в ходе фотосинтеза в верхнем освещенном жизнедеятельном слое в виде фитопланктона и организмов-консументов зоопланктона (филь-траторов). Тонкодисперсные микро-, наночасти-цы взвеси (рассеянная в воде форма вещества) агрегируются под влиянием физико-химических (коагуляция, флоккуляция коллоидов) и преимущественно биологических процессов — фильтрации воды для питания организмами зоопланктона с превращением осадочного вещества в пелле-ты (своеобразные микроконтейнеры с внешней защитной оболочкой). Скорость осаждения пел-лет в десятки раз выше скоростей осаждения отдельных рассеянных частиц ([2, 3] и др.). Это дает возможность сравнительно быстрого погружения тонкого вещества, упакованного в контейнеры ([4, 5] и др.). Формируются вертикальные потоки осадочного вещества, которое трансформируется
Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской Академии наук, Москва E-mail: lukashin@ocean.ru; lisitzin@ocean.ru
при прохождении водной толщи и в конечном счете достигает дна. Поток выражается в мг/м2 за сутки или г/м2 за год (в зависимости от длительности непрерывного сбора вещества).
В нашей работе приведены первые данные о вертикальных потоках взвесеобразующих компонентов рассеянного осадочного вещества в Каспийском море.
Материал получен седиментационными ловушками, установленными на глубинных обсерваториях АГОС в 2009—2010 гг. на транскаспийском разрезе (рис. 1а) [6, 7]. Исследования с использованием обсерваторий АГОС дают возможность изучать характеристики среды и ход осадочного процесса в море в 4-мерной системе (время и три координаты пространства). После определения общих величин потоков пробы анализировали на минеральный состав, макро- и микроэлементы: Свал, Сорг кулонометрическим методом, а 81, А1 — фотометрическим. Свал — Сорг = Скарб, по которому рассчитывают карбонаты. Это дает возможность установить общий состав рассеянного в воде осадочного материала и совокупность биогенных (биогенная триада: 8Ю2ам + ОВ + СаС03), а также терригенных компонентов (81,А1).
Биогенная кремнистая часть (панцири диатомовых) — это аморфный кремнезем (81ам), определяемый методом терригенной матрицы по А1-мо-дулю [8] или прямым определением [9]. За терригенную матрицу взвеси принят состав глин и сланцев Русской платформы [10]. Индикатор ОВ — Сорг (ОВ равно удвоенному Сорг). Карбонатную часть рассчитывают по Скарб. Карбонатные минералы во взвеси представлены биогенными и хемогенными образованиями. Кроме терриген-
ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ РАССЕЯННОГО ОСАДОЧНОГО ВЕЩЕСТВА
221
(а)
с.ш 47°
46°
45°
44°
43°
42°
41 °
40°
39°
38°
37°
К
500
8 400
^ 300
1 200 м 100
о
¿1 0
2-30Р
Юго-восточный склон Дербентской впадины 41°45.87' с.ш. 50°57.73' в.д. Глубина 520 м 2009 г.
(б)
47° 48° 49° 50° 51° 52° 53° 54° в.д.
У1-У11 уШ-К У-У УП-УГП
Весна
Лето
8
[н 1000 £ 800 ^ 600 ^ 400 200 0
8-32Р
Пелагиаль Дербентской впадины 41°49.55' с.ш. 50°23.29' в.д. Глубина 753 м 2009-2010 гг.
м
о т о
С
Х1-Х11
Осень I
к
2000 8 1600 % 1200
Х11-1 Н-Ш
1-11
Зима | 9-32Р
Ш-1У У-У1
Весна I
м
о т о
С
800 400 0
Северный склон Дербентской впадины 42°43.64' с.ш. 49°17.43' в.д. Глубина 417 м 2009-2010 гг.
Х-Х1 X
Х1-Х11
Осень I
1-н Зима
Н-Ш 1У-У
Ш-1У У-У1
Весна
ШЛИ 1
2
4
Рис. 1. Расположение седиментационных обсерваторий и внутригодовое распределение главных компонентов вертикальных потоков (мг/м2 за сутки).
а - схема расположения глубинных обсерваторий: линия - положение транскаспийского разреза, звездочки и надписи рядом - положение и номера обсерваторий АГОС; б - внутригодовая изменчивость потоков взвесеобразующих компонентов.
1 - $Ю2ам, 2 - органическое вещество (ОВ), 3 - СаСО3, 4 - литогенное вещество.
ных, вынесенных из карбонатных толщ суши, встречены и автохтонные, образованные непосредственно в море в результате прямой садки (хемогенные) из морской воды [11, 12]. Литоген-ную часть рассчитывают по измеренному в веществе ловушек содержанию А1.
Характерно общее уменьшение потоков осадочного вещества на транскаспийском разрезе с удалением от берегов и ростом глубин. Эта закономерность нарушается в придонных слоях и над склонами (глубины 300-450 м) вследствие дополнительного поступления осадочного материала из нефелоидного слоя [7]. В центре Дербентской впадины отмечено незначительное увеличение потоков в нижних слоях водной толщи, что, возможно, связано с влиянием речного стока (р. Волга, Урал) и поступлением осадочного вещества со склонов
впадины. В Южной впадине потоки распределены по классической схеме: уменьшаются с глубиной. Над южным склоном Апшеронского порога в придонных слоях воды потоки значительно увеличиваются, что связано, по-видимому, с гравитационными процессами на склоне. В центральной части Южной впадины потоки минимальны для моря [7] - здесь в аридной зоне минимально влияние рек.
Использование 12-стаканных седиментацион-ных ловушек позволило исследовать внутригодо-вое распределение вертикальных потоков вещества во времени с шагом 30 сут (табл. 1). Выяснили, что распределение потоков в Дербентской впадине сезонное: имеет весенний и осенний пики потоков, близкие по величине (рис. 1б). Это связано с цветением фитопланктона, интенсив-
Таблица 1. Вертикальные потоки, концентрации химических элементов в осажденной взвеси Каспийского моря и ее состав
Станция АГОС; с. ш., в. д.; глубина, м Горизонт, м Потоки взвеси, мг/м2 за сутки Концентрации элементов, % Состав взвеси, %
81 А с ор| с киро 8Ю2ам ов СаС03 Лито генное вещество
1-ЗОР; 48 13955 13.0 3.32 17.3 0.46 6.53 34.6 3.8 38.5
43°40.3Г,
49°18.23';
65.5
2-ЗОР; 220 470 27.4 2.74 5.53 1.89 41.2 11.1 15.7 31.8
41°45.87', 320 509 25.2 3.64 4.98 2.06 30.6 10.0 17.2 42.2
50°57.73'; 520 420 457 20.2 3.91 6.92 0.83 16.8 13.8 16.9 47.8
500 IV-V* 495 21.6 3.12 5.18 2.97 26.2 10.4 24.8 36.2
V- VI 238 20.2 3.58 3.46 2.74 20.3 6.9 22.8 41.5
VI VII 44.2 19.0 4.15 2.68 2.93 14.2 5.4 24.4 48.1
VII VIII 3.8 18.5 4.36 2.34 2.87 11.6 4.7 27.1 50.6
VIII IX 21.5 18.2 4.51 2.04 3.26 10.1 4.1 27.2 52.3
3-30Р; 100 214 25.6 1.35 4.90 1.31 44.5 9.8 10.9 28.1
43°07.44', 200 273 19.9 1.66 4.97 2.26 31.3 9.9 18.8 32.0
49°43.74'; 270 381 18.2 2.42 5.00 2.12 23.5 10.0 17.7 39.7
320
4-32Р; 130 244 12.6 2.91 7.73 2.06 21.2 15.5 17.2 33.8
39°03.32', 955 1Х-Х 69 10.9 2.63 18.9 2.55 6.66 37.8 28.0 30.2
50°48.5Г; 975 X XI 251 10.9 2.60 18.9 3.36 0.80 37.2 30.9 37.9
XI XII 126 10.1 3.27 18.6 5.71 6.54 н. о. н. о. 33.9
XII I 141 11.8 2.93 н. о. н. о. 3.09 42.1 18.6 36.8
I II 20 10.9 3.18 21.0 2.24 6.43 н. о. н. о. 34.1
II III 13 11.8 2.94 н. о. н. о. 3.09 38.4 24.1 36.8
III IV 15 10.9 3.18 19.2 7.99 4.00 н. о. н. о. 49.6
IV -V 16 14.7 4.28 н. о. н. о. 5.19 27.0 4.7 55.5
V- VI 32 16.7 4.79 13.5 0.57 6.04 25.9 6.4 47.8
5-32Р; 160 330 17.1 3.81 7.32 2.31 12.2 14.6 19.2 44.2
39°39.43', 360 360 14.2 4.12 12.6 2.93 3.92 25.1 24.4 47.8
50°56.33'; 716 560 182 16.5 4.96 12.0 2.03 3.55 24.0 16.9 57.5
685 648 16.7 3.50 14.1 3.21 3.55 28.2 26.7 40.6
696 759 10.9 2.84 16.6 2.70 5.11 33.1 22.5 32.9
ы ы ы
н о К
а\
£ ы
Таблица 1. Окончание
Станция АГОС; с. гл., в. д.; глубина, м Горизонт, м Потоки взвеси, мг/м2 за сутки Концентрации элементов, % Состав взвеси, %
81 А с ор| с киро 8Ю2ам ОВ СаС03 Лито генное вещество
7-32Р; 100 542 21.6 4.04 9.70 1.80 20.4 19.4 15.0 46.9
41°26.82', 300 2178 21.8 6.31 6.06 1.82 6.38 12.1 15.2 73.2
50°51.82';
456 435 3550 20.9 6.12 6.31 1.93 5.55 12.6 16.1 71.0
8-32Р; 150 298 22.7 3.53 10.0 1.88 26.0 20.0 15.7 40.9
41°49.55', 550 454 17.0 3.25 6.95 1.90 15.6 13.9 15.8 37.7
50°23.29';
753 705 417 21.1 4.52 6.25 1.81 16.3 12.5 15.1 52.4
735 IX X 127 32.0 5.36 6.1 0.28 26.3 12.3 2.3 62.2
X XI 754 22.6 4.86 14.2 0.92 17.2 28.4 7.7 56.4
XI XII 331 20.5 5.64 13.8 1.00 7.76 27.6 8.3 65.4
XII I 112 19.1 5.26 13.8 0.82 7.22 27.5 6.8 61.0
I II 57 19.0 5.18 10.1 0.89 7.47 20.2 7.5 60.1
II III 148 18.8 4.96 10.2 0.93 8.47 20.4 7.8 57.5
III IV 168 23.6 3.35 11.0 1.17 29.1 22.0 9.8 38.9
IV V 835 24.6 3.78 12.3 1.07 28.4 24.6 8.9 43.8
V VI 127 21.1 5.14 12.9 0.97 12.2 25.8 8.1 59.7
9-32Р; 120 262 19.6 1.97 16.9 2.01 29.4 33.8 16.7 22.8
42°43.64', 270 407 25.1 3.91 7.76 1.93 28.8 15.5 16.1 45.4
49°17.43';
417 380 1046 25.3 5.12 4.92 2.23 21.4 9.8 18.6 59.4
396 Х-Х1 149 17.2 4.12 7.3 3.17 10.6 14.6 26.4 47.8
XI XII 758 14.3 4.55 6.9 3.04 5.68 13.8 25.3 52.8
XII I 1856 16.0 4.83 7.0 2.75 3.36 14.0 22.9 56.0
I II 1665 19.1 4.95 5.3 2.37 9.24 10.6 19.7 57.4
II III 939 21.8 5.21 6.4 2.71 8.95 12.7 22.6 60.4
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.