ОКЕАНОЛОГИЯ, 2014, том 54, № 1, с. 44-51
= ХИМИЯ МОРЯ =
УДК 556.545+550.424
ВЛИЯНИЕ СТОКА р. АМУР НА БИОГЕОХИМИЧЕСКИЙ ЦИКЛ ЖЕЛЕЗА
В ОХОТСКОМ МОРЕ
© 2014 г. В. М. Шулькин1, И. А. Жабин2, А. А. Абросимова2
Тихоокеанский институт географии ДВО РАН, Владивосток 2Тихоокеанский океанологический институт ДВО РАН, Владивосток e-mail: shulkin@tig.dvo.ru Поступила в редакцию 03.07.2011 г., после доработки 30.01.2012 г.
В статье рассматривается распределение солености, взвеси, растворенных и взвешенных форм Fe в Амурском лимане и Сахалинском заливе при различном объеме речного стока в летний период. Показано, что влияние вариаций стока сказывается на составе поверхностного слоя эстуарных и прибрежных вод и нивелируется в пределах Сахалинского залива. На растворенное Fe дополнительное нивелирующее воздействие оказывают коагуляционные процессы при смешении речных и морских вод. Расчет поглощения Fe планктоном указывает на определяющую роль продукционных процессов Сахалинского залива в дальнейшей миграции металла в Охотском море.
DOI: 10.7868/S0030157414010092
ВВЕДЕНИЕ
Значительно повышенная концентрация растворенного железа в водах р. Амур по сравнению со среднемировыми показателями [5, 7], объем стока реки превышающий 300 км3/год, и очевидные доказательства выноса вод, находящихся под влиянием речного стока, через Сахалинский залив на восточное побережье о. Сахалин и их распространение к югу [11, 16], привели к формированию гипотезы об определяющей роли стока р. Амур в обеспечении железом Охотского моря, и, особенно его южной части [14]. Учитывая жизненную необходимость железа для продукции фитопланктона в морских водах [8, 10], очевидна важность проверки этой гипотезы, напрямую связывающую процессы на водосборе р. Амур с продукционными процессами в Охотском море.
В результате интенсивных работ по совместному Российско-Японскому проекту "Амур-Охотск" получены уникальные материалы по распределению железа и других показателей в южной части Охотского моря и вариациям стока воды, железа и некоторых других соединений в среднем и нижнем течении р. Амур [2, 12, 13, 14, 15]. Анализу процессов в Амурском лимане и их влиянию на сток уделялось относительно меньше внимания, хотя для железа активно участвующего в биогеохимических процессах при изменении солености, значение эс-туарного этапа в миграции трудно переоценить.
При рассмотрении биогеохимических процессов в сопряженных экосистемах, каковыми являются нижнее течение р. Амур, эстуарий — Амурский лиман, и южная часть Охотского моря, в частности Сахалинский залив, важна теснота связи между ними, т.е. насколько процессы в экоси-
стемах влияют друг на друга. Для оценки влияния речного стока на прилегающие морские акватории ключевым является характер изменчивости солености, которая является наиболее удобным консервативным параметром, отражающим соотношение речных и морских вод в прибрежных акваториях. Распределение других компонентов относительно солености позволяет учесть изменение их концентрации за счет смешения и указывает на наличие/отсутствие физико-химических или биогеохимических процессов в водах промежуточной солености.
Целью данной работы является анализ распределения солености, взвеси, растворенных и взвешенных форм железа в Амурском лимане и южной части Сахалинского залива в летний период, когда выносится 87% годового стока [6]. Для оценки роли физических и биогеохимических факторов, контролирующих биогеохимический цикл Fe в Сахалинском заливе, будут оценены элементы баланса растворенных и взвешенных форм железа в заливе с учетом биоассимиляции фитопланктоном.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Анализ распределения солености основан на результатах 4 достаточно представительных отборов в середине июня 2005 г., в конце июля 2005 г., в начале июня 2006 г., ив начале июня 2007 г. (рис. 1). При этом расход реки в самом нижнем по течению гидрологическом створе п. Богородское (150 км выше устья) составлял 26500, 16228, 15000 и 14800 м3/с, соответственно, т.е. изменялся более чем в 1.8 раза. Данные по солености получены при CTD-зондировании зондом SBE 19 plus [2].
с.ш.
54°
53°
52°
с.ш.
54°
53°
52°
141°
142°
143°
141°
с.ш.
54°
53°
52°
с.ш.
54°
142° в.д. 143°
53°
52°
141 °
142°
143°
141°
142° в.д. 143°
Рис. 1. Распределение солености в поверхностном слое вод Амурского лимана в летний период при различной величине речного стока: (а) — июнь 2005, 25600 м3/с, (б) — июль 2005, 16228 м3/с, (в) — июнь 2006, 15000 м3/с, (г) — июнь 2007, 14800 м3/с. Штриховой линией показано положение северной границы стоковой линзы по данным снимков спутника NOAA в ИК диапазоне. По оси лимана нанесена линия разреза I-I к рис. 2.
Рис. 2. Распределение солености (рби) в толще вод по оси Амурского лимана при различной величине стока в летний период, (а, б, в, г) — см. рис. 1.
Данные по взвеси и концентрации форм железа приведены по результатам отборов 14—17 июля 2005 г. и 7—13 июня 2007 г. Пробы на содержание взвеси и форм Fe отбирали пластиковым батометром "HYDRO-BIOS-KIEL" на капроновом фале с резиновой лодки во избежание загрязнения от корпуса судна. Растворенные формы отделяли сразу после отбора фильтрацией через капсуль-ный фильтр Pall GWV с размером пор 0.45 мкм. Параллельную аликвоту 1—2 л фильтровали через предварительно взвешенные фильтры Millipore с тем же размером пор для определения содержания взвеси и взвешенных форм Fe. Количество растворенных форм Fe определяли атомно-аб-сорбционным методом на спектрофотометре Shimadzu6800 после концентрирования в 100 раз в системе диэтидитиокарбаминат-№ — хлороформ. Содержание Fe во взвеси определяли тем же методом после разложения фильтров со взвесью смесью HF—HNO3. Кроме того, в июле 2003 г. в Сахалинском заливе было отобрано 4 пробы планктона путем драгирования поверхностного (1—2 м) слоя воды планктонной сетью с размером ячеи 0.05 мм. Просмотр собранного материала под микроскопом показал, что его большая часть представлена диатомовым фитопланктоном, который является основным первичным продуцентом в Охотском море. Пробы планктона разлагали и анализировали аналогично взвеси. Правильность определения Fe контролировали методом стандартных добавок (растворенные формы) и одновременным анализом стандартного образца BCSS-1 (взвешенные формы и планктон). Расхождение с паспортными данными не превышало 10—12%.
Основное внимание уделено распределению параметров к северу от устья р. Амур, поскольку в теплое время года сток реки направлен в основном в Охотское море [2].
Гидрологические разрезы построены при помощи программы ODV (Schlitzer R. Ocean Data View, http:// www.awi-bremerhaven.de/GEO/ODV).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Распределение солености в Амурском лимане и в южной части Сахалинского залива в летний период при различной величине речного стока приведено на рис. 1. Здесь же изображено положение северной границы стоковой линзы р. Амур фиксируемой по данным съемки в инфракрасном диапазоне спутником NOAA в периоды отбора проб. На рис. 2 изображено распределение солености в толще вод Амурского лимана по осевым разрезам.
Анализ данных по распределению солености показывает, что: 1) независимо от расхода, южная часть Амурского лимана достаточно перемешена, тогда как в северной части лимана и, особенно в южной части Сахалинского залива, наблюдается стратификация с термохалинным скачком на глубине 10—12 м (рис. 2); 2) сезонные вариации расхода реки от 16228 до 26 500 м3/с сопровождаются значительными изменениями в пространственном распределении солености в верхнем 5—7 м перемешенном слое, особенно в пределах лимана (рис. 1); 3) вариации расхода реки практически не влияют на положение слоя скачка и не ведут к изменению солености глубже 12 м (рис. 2).
Детальное рассмотрение изменчивости солености поверхностного слоя вод (рис. 1) позволяет констатировать, что наиболее явную связь с изменением величины речного стока демонстрирует положение изохалин 5 и 10%о. При этом изохали-на 5% не выходит за пределы Амурского лимана независимо от наблюдавшихся расходов реки. Положение изохалин 10 и 15% контролируется в большей степени гидрометеорологическими условиями в Сахалинском заливе в период отбора. Так сильный южный и юго-западный ветер, наблюдавшийся в июле 2005 г. и в июне 2007 г., привел к смещению изохалин 10 и, особенно 15% севернее, чем в июне 2005 г., хотя расход реки в последнем случае был в 1.7—2.5 раза выше (рис. 1). Во время обсуждаемых в данной работе отборов изохалина 10% не смещалась севернее середины Сахалинского залива. Таким образом, линза прибрежно-морских вод распресненных за счет стока р. Амур, расположена в восточной части Сахалинского залива и имеет соленость 10— 25%. Ее северная граница, маркируемая в летнее время по спутниковым данным в инфракрасном диапазоне, не выходит за пределы Сахалинского залива (рис. 1), несмотря на значительные (до 2.5 раз) вариации исходного речного стока. Объем линзы, конечно, зависит от величины речного стока, но площадь и конфигурация определяются, прежде всего, гидрометеорологическими условиями на акватории залива. По данным [2] стоковая линза имеет среднюю соленость 16.5%, при площади и объеме около 5900 км2 и 31.4 км3, соответственно. Именно эти воды при соответствующих гидрометеорологических условиях могут постепенно смешиваясь с морскими водами перемещаться вдоль северного и восточного побережья о. Сахалин вплоть до зал. Терпения.
Распределение взвешенного материала в пределах Амурского лимана и прилегающих морских акваторий изучено достаточно детально [1]. По нашим данным в июле 2005 при малом расходе и содержании взвеси в низовьях р. Амур 33—46 мг/л воды с содержанием взвеси более 5 мг/л располагались практически целиком в пределах Амурского лимана. В июне 2007 г. хотя концентрация взвеси в исходных речных водах изменилась незначительно (30—32 мг/л), увеличение расхода воды в 1.5 раза привело к увеличению твердого стока, и к существенному возрастанию размера акватории с содержанием взвеси от 5 до 10 мг/л (рис. 3).
Главной особенностью поведения растворенных форм Бе при смешении речных
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.