= ХИМИЯ МОРЯ
УДК 550.47
ОРГАНИЧЕСКИЙ УГЛЕРОД ВОДЫ, ВЗВЕСИ И ВЕРХНЕГО СЛОЯ ДОННЫХ ОСАДКОВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ КАРСКОГО МОРЯ
© 2015 г. Н. А. Беляев, М. С. Поняев, А. М. Кирютин
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва e-mail: belyaev@ocean.ru Поступила в редакцию 22.04.2013 г.
На основании материалов, полученных в 59-м рейсе НИС "Академик Мстислав Келдыш", определено содержание органического углерода в воде (РОУ), взвеси (ВОУ) и донных осадках Енисейского эстуария и центральной части Карского моря в осенне-летний период 2011 г. Показано определяющее влияние вод речного стока на изменение концентраций РОУ и ВОУ в акватории моря. Выявлено обогащение ВОУ автохтонной компонентой в зонах фронтов, увеличение концентраций РОУ в фронтальной зоне у северной оконечности Новой Земли. На основе анализа собственных и литературных данных построена карта распределения органического углерода (Сорг) в верхнем слое донных осадков центральной части Карского моря. Установлено существенное обогащение (>20%) органическим углеродом тонкого верхнего (0—0.5 см) слоя донных осадков, зафиксированное на большинстве станций и не зависящее как от литологического состава осадков, так и от расположения точек отбора.
DOI: 10.7868/S0030157415040012
ВВЕДЕНИЕ
Программа изучения цикла углерода Карского моря в 59-м рейсе НИС "Академик Мстислав Келдыш" формировалась с учетом выявленной по результатам экспедиции 2007 г. океанологической, биологической и геохимической обста-новок [13]. Перед авторами статьи — участниками экспедиции — стояла задача исследовать главные особенности и факторы, определяющие распределение органического вещества (ОВ) в системе Карского моря. Анализ образцов, отобранных в эстуарии Енисея и центральной части Карского моря, позволил провести сравнение результатов с ранее полученными данными по западной части моря и Обской губе, а фокусировка исследований на изменениях ОВ в различных барьерных зонах (вода—дно, зоны смешения) — локализовать процессы его трансформации. В данной работе рассматривается поступление органического углерода (ОУ) с речным стоком в растворенной и взвешенной форме, изменение его концентраций в зоне маргинального фильтра и системе вода—осадок. Расположение станций (разрезы и точки отбора проб представлены на рис. 1) на выбранных разрезах позволяет проследить судьбу органического углерода (Сорг) от мест его выноса с речным стоком до захоронения у подножия континентального склона. Енисейский разрез (рис. 1, I), совместно с разрезом через восточный отрог желоба Святой Анны (рис. 1, II), формируют субмеридиональный профиль, пересекающий область внутреннего шельфа и выхо-
дящий на континентальный склон. Разрез у северной оконечности Новой Земли (рис. 1, III) замыкает область исследований с севера, а Таймырский разрез (рис. 1, IV) маркирует распространение речного стока на восток вдоль береговой линии Карского моря.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для отбора и предварительной обработки образцов морской воды, взвешенного вещества и донных осадков была применена стандартная методика, описанная в работах [например 1, 7]. Применение мультикорера позволило исключить нарушение поверхностного слоя донных осадков. Всего была отобрана и проанализирована на содержание органического углерода 91 проба морской воды и 157 проб донных осадков на 22 станциях.
Основным усовершенствованием методики обработки собранного материала от предыдущих методов аналитических определений [1] являлось исключение сушки образцов для определения содержания Сорг и карбонатного углерода (Скарб) в пробах взвешенного вещества и донных осадков. Применение лиофилизации глубокозаморожен-ных образцов непосредственно перед анализом позволило свести к минимуму изменение состава ОВ при пробоподготовке, унифицировать методы пробоподготовки образцов взвешенного вещества морской воды и донных осадков, а также достоверно определять концентрации и состав
563
5*
с.ш 79°
78°
77°
76°
75°
74°
73°
72°
71°
60°
65° 70°
О 1
75° 80° ♦ 2
85° в.д.
Рис. 1. Схема расположения станций пробоотбора. 1 — рейс АМК-54, сентябрь 2007 г., 2 — рейс АМК-59, сентябрь 2011 г.
I — Енисейский разрез, II — разрез через восточный отрог желоба Св. Анны, III — разрез у северной оконечности Новой Земли, IV — Таймырский разрез.
ОВ в сильно обводненных верхних слоях колонок донных осадков — наилка и поднаилка.
Определение Сорг и карбонатного углерода (Скарб) выполнялось на анализаторе ТОС-\СрИ фирмы 8Ы-шаё2и с приставкой 88М-5000Л. Для растворенного органического углерода диапазон измеряемых концентраций составляет 0.05—25 000 мг С/л, объем вводимого образца 100 мкл. Для донных осадков диапазон измеряемых концентраций углерода 0.05—30 мас. % (на сухой вес), навеска 100 мг. Для взвешенного органического углерода диапазон измеряемых концентраций составляет 5— 10000 мкг С/л. Погрешность прибора 1%. Воспроизводимость результатов анализов ±5%. Перед началом серии анализов проводилась калибровка прибора по стандартным образцам дон-
ных осадков (СДО2, СДО1, СДО3). Для верификации метода лиофильной сушки образцов был повторно проанализирован ряд проб донных осадков, отобранных в 54-м рейсе НИС "Академик Мстислав Келдыш". Результаты повторных определений стабильно укладывались в 5% доверительный интервал.
Следует отметить, что для количественного определения содержания взвешенного вещества используются поликарбонатные ядерные фильтры с диаметром пор 0.45 мкм, а для определения содержания углерода — стекловолокнистые фильтры Whatman GF/F с условным размером пор 0.7 мкм. Из-за разницы в форме и диаметре пор фильтров представленная величина содержания ВОУ во взвеси (табл. 1) не является строгой количественной величиной, но выражает закономерности содержания Сорг в составе взвешенного вещества.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Растворенный и взвешенный органический углерод. Результаты аналитических определений содержания в морской воде РОУ и ВОУ представлены в табл. 1. Данные о массовых концентрациях взвеси представлены М.Д. Кравчишиной [4]. Максимальные концентрации как РОУ (10.8 мг/л), так и ВОУ (566 мкг/л) зафиксированы в начале маргинального фильтра реки Енисей на ст. 5015, причем максимум растворенного ОВ приходился на пресный поверхностный горизонт, а взвешенного — на солоноводный придонный. Минимальное содержание РОУ выявлено у северной оконечности Новой Земли (0.77 мг С/л, ст. 5044), а ВОУ - у восточного отрога желоба Святой Анны (22 мкг/л, ст. 5042) на горизонтах 110-150 м. Среднее содержание РОУ в поверхностном слое воды составляло 4.5 мг/л (число определений n = 22, средне квадратичное отклонение а = 2.3), ВОУ — 188 мкг/л (n = 25, а = 118), а в придонном 3.1 мг/л (n = 19, а = = 2.4) и 145 мкг/л (n = 21, а = 144) соответственно. Для всех исследованных проб среднее содержание РОУ составляло 3.4 мг/л (n = 69, а = 1.99), ВОУ — 129 мкг/л (n = 77, а = 110).
Концентрации органического углерода в слоях наддонной воды, отобранных из трубок мульти-корера, варьировали в широких пределах: взвешенного — 74—3290 мкг/л, растворенного — 0.89— 12.03 мг/л. Необходимо отметить, что если концентрации РОУ в слое наддонной воды в целом не сильно отличаются от концентраций в соответствующем ему слое придонной, то концентрации ВОУ наддонной воды на порядок превосходили придонные. Возможно, частично это было связано с взмучиванием осадка в процессе отбора, однако отличие химического состава ОВ взвешенного вещества наддонного слоя как от ОВ придонных горизонтов, так и от ОВ наилка [7]
Таблица 1. Содержание растворенного и взвешенного органического вещества в центральной части Карского моря
№ станции Глубина, м Горизонт, м Соленость, РОУ, мг С/л Взвешенное вещество РОУ/ВОУ
Р8И мкг С/л мг/л ВОУ/ВВ, %
5007 138 0 135 Надд. 24.0 34.6 12.03 164 137 0.43 38
5008 22 Надд. 31.8 5.81 3290 2
Енисейский разрез
5013 30 0 27.5 Надд. 0.1 0.1 7.85 7.95 6.88 394 518 2.55 3.95 15 20 13
5014 10 2 0.0 7.96 407 2.93 14 20
8 0.1 187 1.81 10
5015 14 0 0.5 10.78 345 2.73 13 31
12 21.0 4.69 567 10.31 5 8
Надд. 23.4 4.78 1569 3
27 0 7.19 381 2.05 19 19
5018 22 0 15.8 5.11 279 1.15 24 18
6 24.9 3.27 153 0.97 16 21
14 28.3 4.77 171 1.53 11 28
20 31.1 3.25 367 5.53 7 9
Надд. 31.0 2.26 2906 1
5021 34 3 17.1 363 1.04 35
31.5 31.5 1.91 283 7.63 4 7
5011-2 36 0 13.6 4.72 311 15
5 14.1 238 1.27 19
12 29.7 2.39 224 0.51 44 11
25 31.3 3.42 246 1.20 21 14
33.5 32.4 2.12 151 1.73 9 14
Надд. 32.5 1.57 2207 1
5023 29 2-2.5 16.5 4.55 120 0.82 15 38
5 25.0 4.59 121 0.83 15 38
22 31.9 2.74 83 0.80 10 33
27 32.1 4.49 127 2.50 5 35
Надд. 32.1 1.65 640 3
18 0 3.53 188 0.78 24 19
34 0 3.90 150 0.81 18 26
5010 0 26.2 4.94 152 0.44 35 32
5 26.3 5.81 96 0.31 31 61
10 26.3 3.23 141 0.35 40 23
20 31.2 2.28 82 0.58 14 28
27.5 32.1 2.06 149 2.06 7 14
Надд. 32.2 1.88 2538 1
Таблица 1. Продолжение
№ станции Глубина, м Горизонт, м Соленость, РОУ, мг С/л Взвешенное вещество РОУ/ ВОУ
мкг С/л мг/л ВОУ/ВВ, %
5025 47 0 22.9 3.36 118 0.47 25 28
45 33.5 1.33 46 0.71 7
Надд. 33.5 1.54 74 21
5026 62 0 2.99
2 24.2 3.24 113 0.34 33 29
6 25.3 2.88 80 0.40 20 36
20 32.9 1.77 65 0.16 41 27
60 34.0 1.11 45 0.38 12 25
Надд. 34.0 1.40 1251 1
Разрез через восточный отрог желоба Святой Анны
5032 59 1.5 28.7 2.24 72 0.28 25 31
16 32.9 1.12 44 0.29 15 26
40 33.7 4.71 37 0.17 21 126
56 34.,04 7.64 37 0.42 9 208
Надд. 34.0 4.58 684 7
5033 122 2.5(0) 27.3 2.48 79 0.31 26 31
9.5 27.6 2.79 84 0.37 23 33
55 34.2 38 0.26 15
120 34.4 1.23 37 0.36 10 33
Надд. 34.4 3.35 974 3
5034 219 1 31.3 74 0.26 29
15 32.9 40 0.16 25
110 34.7 38 0.22 17
215 34.9 63 0.35 18
Надд. 34.9 3.83 2705 1
5039 361 1 31.6 2.54 63 0.16 39 40
20 34.4 2.29 49 0.29 17 46
150 34.8 3.62 31 0.31 10 116
355 34.9 1.26 37 0.25 15 34
Надд. 34.9 1.37 1270 1
5042 465 1 32.2 3.62 66 0.15 44 55
9 33.3 3.95 65 0.15 42 60
35 34.4 2.81 43 0.13 33 65
100 34.9 3.0
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.