ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 464, № 4, с. 468-473
= ГЕОХИМИЯ
УДК 550.47:556.54
ВЛИЯНИЕ ФРОНТАЛЬНЫХ ЗОН НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВЗВЕСИ И ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДАХ АТЛАНТИЧЕСКОГО И ЮЖНОГО ОКЕАНОВ
© 2015 г. И. А. Немировская, академик РАН А. П. Лисицын, М. Д. Кравчишина, З. Ю. Реджепова
Поступило 29.05.2015 г.
В феврале—мае 2012, 2014 гг. по маршруту 32-го рейса НЭС "Академик Федоров" и 2-го рейса НЭС "Академик Трешников" (57-, 59-я Российские антарктические экспедиции) в поверхностных водах проведены исследования взвеси и органических соединений: хлорофилла, липидов, углеводородов. Установлено, что в Южном океане и западной части Атлантического океана на содержание изучаемых компонентов основное влияние оказывают фронтальные зоны. В Восточной Атлантике, на шельфе Пиренейского п-ова, поступление загрязняющих веществ приводит к резкому увеличению концентраций липидов, углеводородов, что создает антропогенные локальные зоны загрязнения.
DOI: 10.7868/S0869565215280208
В феврале—июне 2012, 2014 гг. (32-й рейс НЭС "Академик Федоров" и 2-й рейс НЭС "Академик Трешников", 57-, 59-я Российские антарктические экспедиции — РАЭ) по ходу движения судов был проведен отбор проб для изучения взвеси и основных компонентов ОВ — Сорг, липидов, алифатических УВ, хлорофилла "а" (хл "а") в поверхностных водах Атлантического, Южного океанов (рис. 1). Цель исследования — установить влияние фронтальных зон на распределение осадочного вещества и ОВ (природных, антропогенных). Исследования охватили потенциально загрязненные шельфовые районы Атлантики и акватории Южного океана, где доминируют природные процессы формирования поверхностных вод и где происходит взаимодействие геосфер: атмосферы, гидросферы, биосферы, крио-сферы [1]. Поэтому ОВ в поверхностных водах — интегральный показатель, величина которого зависит в основном от трофности вод, соотношения скоростей продукционно-деструкционных процессов и концентрации загрязнений, возникающих в результате усиливающейся деятельности человека [2, 3].
В Северном и Балтийском морях поверхностные воды отличались повышенными концентрациями взвеси, хл "а" и значительной пространственной изменчивостью концентраций. Состав
Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской Академии наук, Москва E-mail: nemir@ocean.ru
воды Северного моря определяют составляющие: с юго-запада поступает вода из пр. Ла-Манш, с севера — вода Северо-Атлантического течения, с юга (от материка) — воды, насыщенные аэрозолями и речной взвесью. Гидрологический режим Балтийского моря в значительной мере зависит от интенсивности водообмена с Северным морем. Вследствие чередования множества фронтальных зон в этих морях по пути следования судна происходило хаотичное изменение концентрации хл "а" и взвеси. Несмотря на обилие нефтяных вышек и интенсивное судоходство, содержание УВ в поверхностных водах в феврале и мае 2014 г. соответствовало фоновым концентрациям, характерным для шельфовых акваторий — 22 мкг/л [3, 4]. Аналогичные исследования, выполненные в октябре того же года по маршруту судна (130-й рейс НИС "Профессор Штокман") от Архангельска до Калининграда через Белое, Баренцево, Норвежское, Балтийское моря, обнаружили близкие концентрации всех изучаемых соединений: для УВ они составили в среднем 12 мкг/л, для взвеси — 0.77 мг/л, для хл "а" — 2.3 мкг/л.
В противоположность этому в мае 2010 г. в Северном и Балтийском морях (55-я РАЭ) концентрация УВ возрастала более чем вдвое по сравнению с атлантической водой — до 102 мкг/л [4], а средняя концентрация 52 мкг/л сопоставима с величиной ПДК для нефтяных УВ — 50 мкг/л. При этом содержание хл "а" практически не изменялось. Следовательно, в 2010 г. в южной части Северного и Балтийского морей зафиксировано по-
с.ш.
60°
30°
30°
60°
ю.ш.
з.д.
60°
30°
0°
30°
60°
в.д.
Рис. 1. Схема маршрутов экспедиций: 1 — 32-й рейс НЭС "Академик Федоров", февраль—май 2012 г. (57-я РАЭ), 2 — 2-й рейс НЭС "Академик Трешников", февраль—июнь 2014 г. (59-я РАЭ). СТФ — северный субтропический фронт, САФ — субантарктический фронт, ПФ — полярный фронт, АД — зона антарктической дивергенции, ФТАг — фронт течения Агульяс.
0
о
ступление в поверхностные воды нефтяного загрязнения.
В атлантических водах олиготрофного Бразильского течения в мае 2012 г. концентрации взвеси и ОВ были низкими (рис. 2). Во фронтальной зоне Южного Пассатного течения (5° ю.ш.) установлен локальный максимум концентрации взвеси. В районе термического экватора (ТЭ) наблюдалось синфазное увеличение концентрации УВ, взвеси, хл "а". После прохождения северного субэкваториального фронта (15° с.ш.) концен-
трация взвеси возросла в области африканского (западно-сахарского) апвеллинга. По мере понижения температуры воды концентрации взвеси, хл "а" сильно варьировались, а содержание УВ оставалось низким — 15 мкг/л. В мае 2010 г. судно пересекало эту фронтальную зону на 3° западнее, и рост концентрации взвеси был выражен еще значительнее вследствие более резкого уменьшения поверхностной температуры — до 20°С [4]. В мае 2012 г. на шельфе Пиренейского п-ова (33°—44° с.ш., аномальная область, верхняя врезка, рис. 2) наблюдали резкое увеличение концен-
470
НЕМИРОВСКАЯ и др.
с.ш.
50°
40°
30°
20°
10°
10°
20°
„о
«р
к
I.
.С
:\ч
л4
о30
16
8
■ а
Л ■■ ■■ 9
Рио-де- 1 ■
Жанейро,"
• 5 , 1 400 км 1 1
10° ю.ш. 0° ТЭ ССФ КО 40° с.ш. J_I_I_
3.5 3.0 2.5 и
1а 2.0 ^
1.5 1Г а
о
1.0 Й
0.5
0
з.д.
40°
30°
20°
10°
0°
10 ° в.д.
Рис. 2. Изменение концентраций УВ (мкг/л) в поверхностных водах на разрезе юго-западная Атлантика (порт Рио-де-Жанейро)—пр. Ла-Манш в мае 2012 г. (57-я РАЭ). Верхняя врезка — состав алканов в аномальной области вблизи побережья Европы; нижняя врезка: 1 — распределение температуры, °С, 2 — взвеси, мг/л, 3 — УВ, мкг/л, 4 — хл "а", мкг/л, на этом разрезе. ТЭ — термический экватор, ССФ — северный субэкваториальный фронт, КО — Канарские о-ва.
8
0
О
траций УВ (до 116 мкг/л). При этом доля УВ в составе липидов возросла до 86%, а средняя концентрация УВ 77 мкг/л превысила ПДК для нефтяных УВ. На периферии этой области концентрации УВ уменьшались в среднем в 7 раз.
В составе УВ в низкомолекулярной области преобладали алканы н-С18, н-С22, а в высокомолекулярной — н-С24-С26 (рис. 2, верхняя врезка), что характерно для трансформированных нефтяных УВ. Кроме того, на разрезе через Атлантический
океан наблюдали зависимость между распределением концентраций взвеси и хл "а" (гвз-хл = 0.78) и полностью отсутствовали связи в распределении этих параметров и УВ: г хл-УВ = —0.031, гвз-УВ = = 0.13.
В феврале 2014 г. при подходе к канарскому ап-веллингу на двух станциях содержание УВ также достигло высоких концентраций (76—91 мкг/л) и превысило ПДК для нефтяных УВ в 1.5—1.8 раза. Кроме того, доля УВ в составе липидов, несмотря на повышенную концентрацию липидов (118— 147 мкг/л), увеличилась до 64% по сравнению с фоновыми значениями (32%). В мае 2014 г. концентрация УВ в этом судоходном районе снизилась в 5 раз (в среднем до 4 мкг/л). Здесь неоднократно ранее были зафиксированы мелкомасштабные флуктуации концентрации УВ, превышающие ПДК [3, 5]. Только в районе Бен-гельского апвеллинга по мере приближения к порту Кейптаун концентрация взвеси вновь возрастала (до 0.5—0.7 мг/л). Последнее обусловлено не только влиянием апвеллинга, но и увеличением потоков аэрозолей из атмосферы [3].
В Южном океане судно пересекало основные фронтальные зоны южного полушария [6—9]: фронт течения Агульяс (ФТАг), субтропический фронт (СТФ), субантарктический фронт (САФ), полярный фронт (ПФ), антарктическую дивергенцию (АД). В области СТФ распределение концентраций взвеси и хл "а" имело обратную зависимость от температуры (рис. 3). Подъем к поверхности относительно холодных глубинных вод, обогащенных биогенными элементами, создавал благоприятные условия для первичной продукции и вследствие этого вызывал увеличение концентраций взвеси и хл "а". В этой области наблюдали корреляцию между распределением солености и температурой воды (г = 0.89) и отсутствовала корреляция между концентрацией взвеси и этими параметрами (гвз_г = —0.25, гвз-5) = 0.1). Сдвиг времени на 5 дней в марте 2014 г. по сравнению с мартом 2012 г. привел к уменьшению концентраций хл "а" в 1.5 раза. При этом значения концентраций взвеси в марте 2012, 2014 гг. оказались близкими и приближались к таковым в марте 2010 г. (в среднем 0.54 мг/л).
В субантарктической зоне, южная граница которой САФ, постепенное выхолаживание поверхностных вод сопровождалось понижением их продуктивности и уменьшением концентраций взвеси и хл "а". Антарктическая фронтальная зона мезотрофных вод характеризуется низкой биомассой фитопланктона — главного продуцента биогенного материала водной взвеси. В этом районе концентрации всех соединений остаются довольно низкими (рис. 3). По мере приближения к ПФ они начинают расти и достигают максимальных значений сразу после пересечения границы
этого фронта. В этом районе наблюдали массовое развитие флуоресцирующих микроводорослей.
В районе зал. Прюдс (море Содружества) сформирована область циклонического круговорота, заполненная высокоширотными водами с Т 0.4—1.2°С, т.е. сильно трансформированной глубинной водной массой [6, 8]. Проникновению этих вод в залив способствует профиль дна: при средней глубине шельфового склона 500 м в центре проходит глубоководный желоб (700—800 м), по которому глубинные воды поднимаются к поверхности, вызывая уменьшение толщины льда либо вовсе препятствуя замерзанию полыней. Вследствие этого под действием солнечного света происходит бурное развитие криофильного фитопланктона. В целом наблюдали линейную зависимость между концентрациями взвеси и хл "а" (г2 = 0.88). В прибрежных водах залива у сезонной границы льдов интенсивное развитие фитопланктона сопровождали высокие величины первичной продукции и концентрации хл "а", в меньшей степени изменялось содержание липи-дов и УВ.
В 2012 г. был выполнен разрез к югу от 60° ю.ш. вдоль антарктического побережья. Концентрации взвеси и хл "
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.