= ХИМИЯ МОРЯ
УДК 551.463.8
ВЗВЕШЕННОЕ ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ПО ТРАССЕ СЕВЕРНОГО МОРСКОГО ПУТИ
© 2015 г. А. А. Ветров1, М. С. Поняев1, Н. А. Беляев1, Е. А. Романкевич12
1 Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва 2Национальный исследовательский Томский политехнический университет
e-mail: vetrov@ocean.ru Поступила в редакцию 06.03.2014 г.
На основе собранных авторами материалов проведена сравнительная оценка содержания взвешенного органического углерода (ВОУ) в поверхностной морской воде по Северному морскому пути от Норвежского до Восточно-Сибирского моря (южная трасса) в летний период 2004—2011 гг. Оценено содержание органического вещества взвеси, его распределение и соотношение фитопланктона, детрита и минеральной составляющей в составе взвеси.
DOI: 10.7868/S0030157415030181
Взвешенное органическое вещество (ВОВ), содержание которого по массе в 13 раз превышает содержание в воде живого вещества, играет важную роль во всех биогеохимических процессах и круговоротах веществ в океане. ОВ взвеси оказывает большое влияние на содержание СО2 в атмосфере через его связывание при фотосинтезе, гравитационном осаждении различных органических соединений, их экспорте из фотического слоя и переходе в донные отложения. Его изучение позволяет заглянуть в процессы седиментогенеза, пеллетного транспорта, работу природных бионасосов, определяющих круговороты веществ, формирование различных типов донных отложений, связать биологические процессы и биопродуцируе-мые вещества с их трансформацией в толще воды.
Первые сведения о ВОУ в воде Арктического бассейна были получены в середине 70-х годов [17, 18]. Начиная с 90-х годов прошлого века интерес к Арктике резко возрос в связи с ее углеводородными и минеральными ресурсами и с изменением климата, которое здесь особенно резко выражено. В настоящее время комплексные геологические и биогеохимические исследования проводятся во всех арктических морях и центральной части Арктического бассейна [например, 1, 3, 14, 26 и др.]. Что касается изучения ВОВ, то оно является частью комплексных биогеохимических исследований Арктики и дает важную информацию о круговоротах веществ в биосфере. Среди биогеохимических обобщений следует упомянуть некоторые, например, [19—21, 23, 32].
Маршруты большинства арктических экспедиций в той или иной степени проходят по Северному морскому пути (СМП). Однако данных по ВОВ за дефицитом экспедиционного времени на его исследования крайне мало. Вместе с тем прибрежная часть арктических морей характеризуется наиболь-
шим разнообразием природных условий: ледовых, морфологических, гидрологических, гидрохимических, биогеохимических, биопродукционных.
В настоящей работе нами представлены результаты исследований ВОУ по Северному морскому пути в пробах поверхностного слоя воды в нескольких рейсах в августе—сентябре 2004—2011 гг.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Пробы морской воды были собраны в экспедициях на НИС "Профессор Штокман" (2004 г.), ледоколе "Капитан Драницын" (2004 г.), ПТС "Ауга" (2005 г.), НИС "Академик Мстислав Келдыш" (2009 и 2011 гг.) (рис. 1). Из 244 проб 194 -поверхностные (0-1 м), 50 проб были собраны в толще воды на глубинах, не превышающих 40 м. Во всех пробах было определено содержание ВОУ, в 233 — хлорофилла "а" (хл "а") и в 53 пробах содержание общего взвешенного вещества (ВВ).
Взвесь выделяли из 1—10 л морской воды, которую отбирали либо пластиковым ведром на ходу судна, либо 10-литровым батометром Нискина HydroBios Kiel. Фильтрацию воды проводили через стек-ловолокнистые фильтры GF/F (фирма Whatman, диаметр 47 мм, размер пор около 0.7 мкм, перепад давления 1—1.5 м). Предварительно фильтры были прокалены в муфельной печи при 430 ± 20°С для удаления органических веществ. После фильтрации фильтры высушивали при 60°С. Содержание ВОУ определяли на анализаторе углерода TOC VCPH фирмы Shimadzu. Погрешность прибора 1%. Воспроизводимость результатов анализов ±5%. Перед началом серии анализов проводилась калибровка прибора по трем типам стандартов осадков (СДО1, СДО2, СДО3).
Содержание ВВ было измерено в Норвежском, Баренцевом, Карском и западной части моря Лап-
387
3*
(а)
30°
60°
90°
120°
150° в.д.
1000
ч 800
| 600
>г 400 О
В200
и 100
О
« 80
с«
Я
12 60 м
™ 40
ч
с
8 20 и
-е
(б)
В О
100
80
« 60 «
§40
В
20
_ц*«___
I * ♦ *». *
V. .
30°
60°
90°
120°
150° в.д.
(в)
150° в.д.
30°
60°
о 1 2
90° ■ 3
120°
150° в.д.
* 4
Рис. 1. Расположение станций (а). 1 — НИС "Профессор Штокман" (2004 г.), 2 — ледокол "Капитан Драницын" (2004 г.), 3 — ПТС "Ауга" (2005 г.), 4 — НИС "Академик Мстислав Келдыш" (2009 и 2011 гг.); содержание ВОУ, мкг/л (б), отношение массы ОВ фитопланктона к массе взвешенного ОВ (в) и отношение массы взвешенного ОВ к массе взвешенного вещества % (г) в поверхностных водах арктических морей.
Таблица 1. Содержание взвешенного органического углерода в поверхностных водах и состав взвешенного вещества по трассе Северного морского пути
Район Взвешенный органический углерод, мкг/л Состав взвешенного вещества, %
отбора проб AVG Md STD Min Max N ОВ детрита ОВ фито- минеральная
планктона часть
Норвежское 233 208 154 89 610 9 45 1.4 54
Баренцево 168 146 90 64 353 17 14 2.0 84
Печорское 148 148 87 64 353 14 29 6.0 65
Белое 128 108 40 83 206 14 6.9 1.6 92
Карское 163 152 95 14 448 69 17 2.5 80
Карское (зап.) Карское (вост.) 192 136 196 128 126 69 14 36 650 311 43 26 21 15 3.1 2.3 76 82
Лаптевых 263 177 211 34 970 59 5.8 1.2 93
Лаптевых (зап.) 102 87 59 34 231 15 17 3.9 79
Лаптевых (вост.) 317 228 216 103 970 44 5.4 1.0 94
Буор Хая 264 270 100 137 407 8 8.2 1.5 90
Вост-Сиб 212 182 129 50 572 27 1.7 0.2 98
Все моря 204 170 154 14 970 195 15 3.0 82
Примечание. AVG — средняя величина, Md — медиана, STD — стандартное отклонение, N — число проб.
тевых. Фильтрация морской воды с целью определения общего содержания взвешенного вещества проводилась через мембранные (ядерные) фильтры (диаметр 47 мм, поры 0.45 мкм). Для увеличения достоверности измерений проводилось параллельное фильтрование двух проб воды. Поток воды через фильтры осуществлялся с помощью насоса, создающего на выходе фильтра разряжение в 0.4—0.5 бар.
Для анализа соотношений между ВОУ и ВВ в Белом море были использованы данные по ВВ из работ [11, 15], восточной части моря Лаптевых [28, 29, 31], Восточно-Сибирского моря [31].
Определение содержания хлорофилла в поверхностных водах проводилось нами по стандартной схеме [7], включающей выделение взвеси из морской воды (1—10 л) на стекловолокнистых фильтрах ОБ/Б, экстракцию хлорофилла из взвеси 90% ацетоном и измерение концентрации хл "а" в элюенте спектральными методами. Экстрагирование хлорофилла проводили при помощи ультразвуковой бани Вгашошс 1210 (20 мин, 47 кГц, 80 Вт). Полнота извлечения хлорофилла ультразвуком составляла 92—98%. Для измерения концентрации хл " а" по спектрам поглощения и флуоресценции использовался спектрофлуори-метр Флюорат—02 Панорама [9]. Дополнительное определение концентрации хл "а" по спектрам флуоресценции позволяло увеличить надежность ее определения в области малых концентраций.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В августе—сентябре содержание ВОУ в поверхностном слое вод по Северному морскому пути составляло 14—2550 мкг/л. Величины ВОУ превышающие 1 мг/л были обнаружены только на мелко-
водных станциях Восточно-Сибирского моря (глубина 4—7 м), где основным источником взвеси являлись взмученные штормом донные осадки. Эти 10 проб были исключены из статистической обработки. Содержание ВОУ по трассе СМП (рис. 1, табл. 1) уменьшается в ряду: море Лаптевых > Норвежское > Восточно-Сибирское > Баренцево > > Карское > Белое. Средняя величина ВОУ отличается от медианы для моря Лаптевых — на 33%, для остальных морей различия не превышают 15%. Как правило, с удалением от берега содержание ВОУ уменьшается в разы.
В юго-западной части Баренцева моря содержание ВОУ было нами оценено в 64—393, среднее 168 мкг/л. Для сравнения, в феврале 1997 г. по трассе СМП [16] содержание ВОУ в Баренцевом море в начале таяния льдов составляло 100—470 мкг С/л, в среднем около 330 мкг С/л, а в Карском море, покрытом льдом и снегом, оно было низким, в среднем 150 мкг/л. В это время содержание хлорофилла в Баренцевом море достигало >6 мкг/л, а в Карском море было на 1—2 порядка ниже (0.04—0.3 мкг/л). Содержание ВОУ, оцененное по всему Баренцеву морю, в августе—октябре 1997 г. составило в поверхностных водах 34—457, среднее 108 мкг/л [22]. Измеренное содержание ВОУ в Белом море (табл. 1) согласуется с его оценкой в фотическом слое в летний период в таких частях моря как Бассейне 0.116-0.465 и Горле 0.058-0.340 мкг/л [2].
Наибольшие вариации ВОУ и высокие его значения наблюдаются в местах поступления в моря речных вод (рис. 1). Значительная часть ВОУ осаждается в маргинальных фильтрах. Например, в дельте р. Лены содержание ВОУ варьирует в пределах 0.56-2.7, в среднем 1.0 мг/л [13], а в прибрежной части моря Лаптевых оно не превышает
1.0 мг/л при средней величине 0.3 мг/л (табл. 1). В Обской губе содержание ВОУ уменьшается от 0.92 в пресных водах до 0.2 мг/л (соленость 20%с) на выходе из губы [4]. В море Лаптевых высокое среднее значение ВОУ наблюдалось в заливе Буор-Хая, куда поступает взвесь с водами р. Лена. Высокое содержание ОВ в водах залива и процессы его разложения при ярко выраженной стратификации вод приводят к образованию сероводорода в депрессиях дна и даже к гибели бентоса в этих местах [12].
Содержание ОВ в составе взвеси является информативным показателем соотношения веществ морского биосинтеза и поступающих в океан с суши в органической и минеральной формах. Соотношение между ОВ фитопланктона, переводящего путем фотосинтеза неорганическую форму углерода в органическую, и общей суммой ОВ взвеси отражает долю живого вещества. Измеренное в настоящей работе содержание в воде ВВ, ВОУ и хл "а" позволяет оценить соотношения фитопланктона, детрита и минеральной части во взвешенном веществе. Содержание фитопланктона в первом приближении можно оценить, используя соотношени
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.