УДК 551.463.5:[551.465.4+551.464.7](262.5)
Влияние распределений гидрологических и гидробиологических параметров на структуру поля прозрачности в верхнем слое пелагиали Черного моря
А. С. Кукушкин*
По данным многолетних одновременных наблюдений рассмотрено влияние содержания взвешенного вещества и динамики водных масс на формирование оптической структуры вод в верхнем слое глубоководной части Черного моря. Показано, что на особенности горизонтального распределения глубины залегания прозрачного и мутного оптических слоев оказывают влияние распределения гидрологических параметров, характеризующих динамические процессы в верхнем слое моря. Рассчитаны и проанализированы параметры регрессионной зависимости между показателем ослабления направленного света и концентрациями органической и суммарной взвеси и хлорофилла а, а также между глубиной залегания прозрачного слоя и положением нижней границы холодного промежуточного слоя в разных динамических образованиях в весенний, летний и осенний периоды.
Введение
На формирование оптической структуры вод в верхнем слое глубоководной части Черного моря (0—200 м) заметное влияние оказывают холодный промежуточный слой, сероводородная зона и устойчивая циклоническая система течений [6]. В вертикальной структуре прозрачности выделяется поверхностный слой, описываемый значением показателя ослабления направленного света (ПОС) е на глубине 10 м, и два специфических слоя — слой повышенной прозрачности (далее прозрачный слой) и глубинный слой мутности (далее мутный слой), расположенные на глубине Zem;n и Zemax соответственно [2]. Горизонтальное распределение ПОС в верхнем слое моря в основном определяется распределением концентрации взвешенного вещества [3, 4, 7], которое, в свою очередь, зависит от динамики вод. Это проявляется как в перемещении частиц взвеси по горизонтали и вертикали, так и в увеличении содержания биогенных элементов в верхнем (эвфотическом) слое моря в районах подъема вод. Последнее часто наблюдается в центральных областях циклонических круговоротов и может способствовать более интенсивному продуцированию фитопланктона, от биомассы и количества клеток которого зависит прозрачность воды. Образование детрита в результате отмирания клеток фито-
* Морской гидрофизический институт Национальной академии наук Украины; e-mail: kukushkinas@ mail.ru
планктона также в значительной степени влияет на ее прозрачность, что связано с его преобладанием в составе взвешенного органического вещества.
Влияние динамики вод на распределение ПОС отмечали многие исследователи [2, 6, 9, 11]. В этих и других работах были качественно описаны особенности его распределения, полученные в разных оптических слоях по данным наблюдений в отдельных рейсах, а также по осредненным данным в разные сезоны. Эти особенности объяснялись влиянием динамических образований (циклонические и антициклонические круговороты), выделенных на сезонных схемах горизонтальной циркуляции водных масс в Черном море [6]. Сезонные и внутрисезонные изменения статистических оценок характерных значений ПОС, определенные в районах расположения ста ци о нар ных цик ло ни чес ких (запад ный и вос точ ный) и ква зис та ци о-нарных антициклонических (севастопольский и в юго-восточной части моря) круговоротов и в Основном черноморском течении, были проанализированы в работах [9, 10, 19].
Наличие связи между содержанием в воде взвешенных частиц и ослаблением излучения в видимом диапазоне спектра в разных районах Мирового океана отмечали многие исследователи [13, 14, 18, 20]. Установление общих закономерностей такой связи в морской среде затруднительно. Это обусловлено, прежде всего, сложным качественным составом морской взвеси, состоящей из разнообразных по форме и размерам органических и неорганических частиц, имеющих разные поглощающие и рассеивающие свойства. Кроме того, необходимо учитывать, что в открытых районах моря, удаленных от источников терригенной взвеси, взвешенное вещество состоит из частиц преимущественно биологического происхождения, обусловлен ных жиз неде я тель нос тью план ктон но го со об щес тва. В при бреж ных районах моря к биологическим источникам взвеси добавляются речной и береговой стоки, волновое взмучивание осадков, антропогенное загрязнение и другие источники.
Единичные измерения, выполненные в разных по своим условиям районах Черного моря, показали, что между горизонтальными и вертикальными распределениями ПОС и распределениями концентраций разного рода взвесей визуально наблюдалось достаточно хорошее сходство [1, 8, 18]. В синей области спектра, где поглощение света пигментами хлорофилла а максимально, по результатам единичных наблюдений получена достаточно тесная линейная связь между ПОС и численностью клеток фитопланктона (коэффициент корреляции г = 0,74—0,96), а также между ПОС и концентрацией хлорофилла а (г = 0,72) [18].
Целью работы является оценка влияния содержания компонентов взвешенного вещества и распределения гидрологических параметров на структуру ПОС в верхнем слое глубоководной части Черного моря и связи между ними.
Материалы и методы
Были использованы данные многолетних (1978—1995 гг.) одновременных наблюдений показателя ослабления направленного света (при десятичном основании логарифма и длине волны 407—422 нм), глубины видимости белого диска, концентрации взвешенного органического углерода (Свов), суммарного взвешенного вещества (СВВ) и хлорофилла а (Схл) и гидроло-
гических величии (температуры и условной плотности). Экспериментальные данные брали из банка данных Морского гидрофизического института и Института биологии южных морей HAH Украины, рассматривали результаты измерений в верхнем слое в глубоководной части Черного моря в весенний (апрель, май), летний (июнь — сентябрь) и осенний (октябрь — первая половина декабря) гидрологические сезоны.
Для оценки связи между одновременно измеренными значениями ПОС (е) и концентрациями компонентов взвешенного вещества в поверхностном слое моря, а также между глубиной залегания прозрачного слоя (Zem;n) и глубиной нижней границы холодного промежуточного слоя (Zjj(8°C)) [6, 17] был применен линейный регрессионный анализ. Число использованных для расчетов оценок связи пар значений этих параметров: е и СХл — 677; е и Свов — 214; е и СВВ — 169; Zemin и Z^C) — 424.
Результаты и обсуждение
Регрессионный анализ многочисленных экспериментальных данных показал, что между одновременно измеренными в поверхностном слое моря и в слое фотосинтеза показателем ослабления света е и концентрациями отдельных компонентов взвешенного вещества и хлорофилла а существует связь, описываемая линейным уравнением регрессии е = а + bX, где X = Схл, Свов, СВВ. Результаты анализа приведены в табл. 1, где кроме свободного члена уравнения регрессии а и коэффициента регрессии b также представлены коэффициент корреляции r, стандартная ошибка а, число измеренных пар параметров N и пределы их изменений. Связь между некото ры ми парами параметров из табл. 1 приведена на рис. 1 и 2.
Анализ данных табл. 1 показ ал тесную связь между ПОС и содержанием отдельных компонентов взвешенного вещества в довольно широком диапазоне изменения значений этих величин. Коэффициент корреляции в большинстве случаев находился в пределах 0,60—0,85, что свидетельствует о заметном влиянии содержания взвешенного вещества на прозрачность воды в глубо ко вод ной час ти моря.
В весенний период (конец марта — апрель) коэффициент корреляции между ПОС и Схл в поверхностном слое моря достаточно велик (табл. 1). По данным отдельных съемок он находился в предзлах 0,62—0,85. Его среднее многолетнее значение по результатам измерений ПОС в поверхностном слое моря буксируемым (1981, 1984 гг.) и зондирующим прозрач-номером составило 0,72. Также была отмечена заметная связь между ПОС и содержанием Свов в слое фотосинтеза в апреле 1993 г. (r = 0,84). Связь между ПОС и суммарным взвешенным веществом в этом слое в апреле 1993 г. была выражена слабее (r = 0,5). Большие коэффициенты корреляции (0,85—0,91) были получены между значениями глубины видимости белого диска и Схл, измеренными в конце марта 1988 г. и в мае 1984 г. Анализ приведенных результатов позволяет сделать предварительный вывод, что на прозрачность черноморских вод в весенний период преобладающее влияние оказывает взвешенное органическое вещество.
В летний период связь между ПОС и Схл как в отдельных съемках (r = 0,59—0,80), так и средняя в период квазистабильного оптического состояния вод моря в 1978—1986 гг. (r = 0,82) была достаточно тесная. Рас-
Таблица 1
Параметры уравнений регрессионной зависимости е = а + ЪХ между показателем ослабления направленного света е и концентрацией хлорофилла а Схл, взвешенным органическим углеродом Свов и суммарным взвешенным веществом СВВ в поверхностном слое (ПС) и слое фотосинтеза (ФС)
Год, Месяц Слой а Ь г N Пределы из ме не ний
сезон а е Х
1)Х = Сх.
1984 Март ПС 0,26 0,26 0,84 0,06 50 0,30—0,75 0,29—2,0
1981 Апрель ПС 0,36 0,26 0,85 0,05 39 0,30—0,70 0,10—1,5
1988 Апрель ФС 0,12 0,17 0,62 0,03 42 0,10—0,30 0,06—0,51
1993 Апрель ФС 0,21 0,34 0,84 0,05 15 0,16—0,42 0,05—0,62
1995 Апрель ФС 0,14 0,18 0,73 0,02 73 0,10—0,30 0,05—0,55
1978 Август ПС 0,06 0,56 0,59 0,02 48 0,07—0,16 0,05—0,18
1985 Сентябрь ФС 0,09 0,66 0,80 0,04 15 0,09—0,30 0,05—0,26
1986 Июнь ПС 0,15 0,83 0,70 0,03 32 0,15—0,41 0,09—0,31
1989 Август ПС 0,16 0,07 0,31 0,25 42 0,15—0,31 0,20—0,65
1992 Июль ПС 0,22 0,41 0,70 0,05 12 0,10—1,00 0,08—2,0
1980 Ноябрь ПС 0,16 0,10 0,71 0,02 31 0,16—0,24 0,04—0,65
1989 Ноябрь ФС 0,11 0,13 0,64 0,04 36 0,04—0,25 0,08—1,60
1990 О ктябрь ПС 0,31 0,28 0,50 0,06 45 0,30—0,65 0,25—0,75
1991 Декабрь ФС 0,30 0,27 0,65 0,04 40 0,30—0,65 0,25—1,00
1994 Декабрь ФС 0,22 0,15 0,78 0,02 10 0,25—0,35 0,30—0,75
Весна ПС 0,25 0,27 0,72 0,10 126 0,13—0,75 0,09—2,00
Лето ПС 0,02 1,30 0,82 0,05 95 0,07—0,41 0,05—0,31
Осень ПС 0,17 0,05 0,52 0,02 57 0,15—0,25 0,04—0,95
2) Х = Свов
1993 Апрель ФС 0,14 0,015 0,84 0,05 23 0,16—0,42 3,3—20
1985 Сентябрь ФС 0,09 0,0093
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.