img-417193806

12.2. Азовское море

241

занимающие более 25 % всей акватории моря. В холодные периоды года активная динамическая аэрация способствует развитию на поверхности илистых осадков окисленной микрозоны — тонкой (7— 10 мм) пленки, обогащенной окисью железа и имеющей Eh от +0,15 до +0,36 В. С развитием же летней стагнации на значи­ тельной площади дна Eh снижается до —0,20 В (рис. 12.17).

Рис. 12.17. Окислительно-восстановительный потенциал (В) поверхностного слоя донных осадков Азовского моря в период летней стагнации, по В. В. Александро­ вой и А. М. Бронфман (1975).

а — июль 1970 г.; б — июль 1971 г.

Восстановительные условия приводят к ускоренной десорбции био­ генных веществ из грунтов в придонную воду. Исследования 3. В. Александровой и А. М. Бронфман (1975) показали, что при достижении в придонной воде Eh порядка —0,10 В концентрация фосфатов в придонном слое увеличивается до 200 мг Р/м3 при со­ держании в поверхностном слое воды 15—20 мг Р/м3, одновре­ менно содержание фосфатов в грунтах уменьшается от 3560 до 275 мг Р/м3. Таким образом, обменные процессы в системе вода— грунт чутко реагируют на изменение окислительно-восстановитель­ ного потенциала. Указанными процессами объясняют быстрое нарастание биогенных веществ, в частности фосфатов, в пелаги­

ческой	части моря. Среднее содержание	фосфатов с	1952 по
1969	г. возросло от 44,7 до 85,3 мг Р/м3,	хотя вынос	фосфатов

стоком р. Дона уменьшился. В донных осадках содержание об­ щего фосфора в начале периода, составляло 0,049 %, а к концу уменьшилось до 0,013 %. С окончанием 18-летнего цикла ослабле­ ния ветровой активности и возрастанием средней скорости ветра над морем содержание фосфора в водах моря начинает сокра­ щаться при одновременном увеличении его в донных осадках.

Как показали исследования А. М. Бронфман и др. (1979), выполненные методом множественного регрессионного анализа, существенное угнетение кислородного режима придонных вод моря

16 Заказ № 244

242	Глава 12. Химия морей, омывающих берега СССР
вызывается	воздействием загрязняющих веществ,, главными из

которых являются нефтепродукты и детергенты. При существую­ щих масштабах стока названных поллютантов увеличение их со­ держания на ОД мг/л уменьшает содержание кислорода в придон­ ных водах соответственно на 0,01 и 0,50 %о по объему. Каждый

миллиграмм нефтепродуктов	и детергентов, аккумулированный
в поверхностном слое грунта,	уменьшает содержание кислорода

в придонной воде соответственно на 0,1 и 0,30 %о по объему. Продолжающееся изъятие речного стока может заметным об­

разом повлиять на биологическую продуктивность моря. К 1985 г.

ожидается снижение речного притока на			14 км3/год (33 %),
а к концу столетия—		на 19 км3/год (44 %),	соответственно сред­
няя соленость моря может достичь к 1985 г.			14 °/оо (И. А. Шикло-
манов,	1979). В	целях восстановления	биопродуктивности

Азовского моря предполагается осуществлять гарантийные водо­ хозяйственные попуски в период нереста рыбы, мелиорацию есте­ ственных и создание искусственных нерестилищ, искусственное воспроизводство ценных видов рыб. Изучается возможность строи­ тельства гидроузла в Керченском проливе для регулирования во­ дообмена между Азовским и Черным морями с целью ограничить поступление соленых вод. Изучается проект переброски части стока р. Волги (15—20 км3/год) в р. Дон.

12.3. Черное море

Современный этап ..существования Черного .моря начался около 5000 лет назад, когда через пролив Босфор восстановилась связь солоноватоводного Новоэвксинского бассейна со Средиземным морем. Ранее, как показали исследования химического состава иловых вод донных осадков на горизонте 10 м от поверхности дна (С. В. Бруевич, 1952), хлорность воды Новоэвксинского бас­ сейна составляла 4—6,8 %о. С открытием пролива Босфор в Черное море стали проникать высокосоленые средиземноморские воды, заполнившие глубины моря. Усиление речного стока привело к возникновению резких плотностных градиентов между поверх­ ностным распресненным и глубинным осолоненным слоями. Рас­ творенный кислородна глубинах быстро исчерпался. На окисление органических веществ бактерии использовали кислород из раство­ ренных сульфатов. По мере протекания сульфатредукции накап­ ливался сероводород, обеспечивший переход условий среды от окислительных к восстановительным.

, Водный и солевой баланс Черного моря складывается из при­ тока и оттока через проливы, материкового стока, атмосферных осадков и испарения (табл. 12.9). В проливе Босфор сосущест­ вуют два противоположно направленных течения: глубинное из Средиземного моря с соленостью 35 %о и поверхностное из Чер­ ного моря с соленостью около 18 %о-

12.3. Черное море

243

Данные исследователей по разным статьям баланса сущест­ венно различаются. По-видимому, более точными являются расчеты Е. В. Солянкина, поскольку он учел водообмен между Черным и Азовским морями, а для оценки вклада атмосферных осадков ис­ пользовал еще и наблюдения на судах.

Вертикальная циркуляция вод сильно затруднена в связи с по­ ступлением большого объема речных вод в поверхностный слой

	„ 18	20 5 %
	200 -
	500 -
	1000 -
	1500 -
Рис. 12.18. Средняя соленость	2000 *-
воды Черного моря.	м

и соленых вод из Мраморного моря через Босфор в глубинные

слои. Результатом является резкая плотностная	стратификация
в слое О—200 м. Соленость поверхностных вод	Черного моря

17,5— 18 %о, а на глубине 200 м повышается до 22 °/оо и монотонно возрастает до 22,3 %о у дна (рис. 12.18).

Осенне-зимняя конвекция достигает глубины 50— 100							м,	где
весь	год постоянно наблюдается			минимальная температура				6 —
					Таблица			12.9
		Водный баланс Черного моря (км3/год)
		С. В . Бруевич,	Е. В. Со- II		С . В. Бруе-		Е. В . Со-
П ри ход		1953, 1960	лянкин, 1963 *	Расход	вич, 1953,	лянкин,1963
			II		I960
Речной сток		350	345	Испарение	350 .		332
Осадки		225	119	Через Босфор	400		340
Из Босфора		175	176	Через Керченский			32
Из Азовского			53	пролив
моря
Сумма		750	694		750		704
Соленость верх­		34	34,8	Соленость верхне­	17,0		18,0
него	течения			го течения
в Босфоре, %0				в Босфоре, %0

244	Глава 12. Химия морей, омывающих берега СССР

7°С. Слой 1500—2000 м подвержен придонной конвекции за счет геотермического потока тепла, поэтому гидрологические и гидро­ химические характеристики здесь быстро выравниваются. Вслед­ ствие вытеснения вод Черного моря мраморноморскими полное обновление водной массы Черного моря могло бы происходить за 2250—2500 лет. Однако обмен между поверхностным и глубин­ ным слоями происходит быстрее, с вертикальными скоростями

(0,3 — 0,95) ■10-4 см/с.

Горизонтальная циркуляция вод имеет циклонический харак­ тер. Согласно схеме Н. М. Книповича (1938), на периферии моря отмечается основное течение, а в открытом море существуют три циклонических круговорота: западный, восточный и центральный. В этих круговоротах наблюдается куполообразный подъем изоли­ ний всех гидрологических и гидрохимических элементов.

Соотношения между главными ионами черноморских вод пред­ ставлены в табл. 12.10. Значения хлорных коэффициентов для натрия, калия и стронция очень близки к океанским. Хлорные коэффициенты магния и кальция соответственно на 2 и 10 % выше

океанских значений. Отношение S04_/C1 от поверхности убывает с возрастанием солености, остается постоянным в зоне сосущест-

							Таблица 12.10
Хлорные	коэффициенты главных ионов [ион				(% о ): С1°/о0]	и общей щелочности
			в воде Черного моря
Глубина, м	Na+*	Mg2+ **	С а 2+ **	Sr2+ ***	К+ *	4	Alkобщ/С1°/о.**
						s o ? - * *
0		0,0681	0,0247	0,00046		0,1409	0,328
100		0,0о83	0,0242	0,00043		0,1406	0,293
150		0,0678	0,0238			0,1403	0,288
183	0,5494		0,0239		0,0207	0,1403	0,290
200		0,0378		0,00040
439	0,5539				0,0211	0,1385	0,317
500		0,0681	0,0236	0,00043
941	0,5541				0,0191	0,1375	0,343
1000		0,0680	0,0237	0,00042
2000	0,5490	0,0679	0,0235	0,00042	0,0200	0,1362	0,350
Океан	0,555	0,0668	0,0213	0,00043	0,0200	0,1400	0,126

*Данные С. Колотова (1892). ** Данные МГИ (Б. А. Скопинцев, 1975).

***Данные В. П. Тамонтьева. и С. В. Бруевича (1964).

вования кислорода с сероводородом (слой 150—200 м) и глубже снова убывает. Подобное распределение объясняется окислением сульфидов до сульфатов в промежуточной зоне и восстановлением сульфатов в анаэробной глубинной зоне. Щелочно-хлорный коэф­ фициент уменьшается от поверхности моря до 150 м, затем с глу­

12.3. Черное море

245

биной возрастает. Понижение Aik/Cl коррелирует с постоянством

отношения S02-/C1 в слое 150—200 м и обусловлено взаимодейст­ вием продуктов, возникающих при окислении H2S, с карбонатами. Глубинное возрастание Aik/Cl связано с повышением как карбо­ натной щелочности, так и доли гидросульфидной щелочности в процессе сульфатредукции:

2SO4- + 4С + ЗН20 — H2S + HS" + С02 + НСОГ.

Р ис. 12.19. П е р ви чн а я	п р о д у к ц и я	[г С /( м 2-д е н ь )]		в	Ч ер ном	(а в гу с т — о ктя б р ь )
и	в А зов ском	м о р я х	(и ю н ь —	а в г у с т ).
1) 1— 2 гС/(м 2-день); 2) 0,5— 1,0; 3)			0,2—0,5;	4)	0,1— 0,2; 5)	0,05—0,1.

В целом щелочно-хлорный коэффициент черноморских вод су­ щественно превышает наблюдаемые в океане значения.

Различия между хлорными коэффициентами главных ионов в водах Черного моря и океана отражаются и в соотношениях между С1 %о и 5 %о. По П. Т. Данильченко (1926), они составляют

S °/00 = 0,0025+ 1,815С1 °/00 до 200 м.;

S °/00 = 0,0006 + 1,808С1 °/00 глубже 200 м.

Распределение фито- и зоопланктона и бактериальной флоры

в море определяется ограниченностью вертикальной циркуляции вод. Нижняя граница жизни в аэробных условиях совпадает

сглубиной, где исчезает кислород и появляются следы H2S:

в центральных районах 100— 125	м, на периферии 160— 180 м.
По данным М. А. Добржанской	(1954), первичная продукция

фитопланктона прослеживается до глубины 50 м, максимумы наб­ людаются в апреле—мае и октябре, минимум — в декабре. Карта первичной продукции (рис. 12.19), обобщающая определения

246	Глава 12. Химия морей, омывающих берега СССР

3. 3. Финенко и Ю. И. Сорокина радиоуглеродным методом, по­ казывает, что наибольшие значения первичной продукции свойст­ венны прибрежным, наименьшие — центральным и юго-восточному районам моря. По Б. А. Скопинцеву (1975), средняя годовая продукция фитопланктона составляет 3,6-103 г/(м2/год) (на сы­ рое Еещество) и близка к средней продукции Мирового океана

Содержание		бактерий
4	8	12	15	%2 0 24

Рис.	12.20.	С	редняя численность			бактерий
в к а ж д о м слое			воды		Ч е р н о го м оря	(1 ) и	Т и ­
х о го	океана	(2 )		в	п р оц ентах от	об щ е го	их
	со д е р ж а н и я			во	всем столбе воды .

(2,6—8,5) -103 г/(м2/год). В Черном море среди фитофагов доми­ нируют диатомовые водоросли и кокколитофориды.

Отношение годовой продукции фитопланктона к годовой про­ дукции зоопланктона составляет 2, тогда как в океане 10. Причины такого различия требуют выяснения.

Своеобразие Черного моря отражается и в характеристиках

•бактериальной флоры. В поверхностных слоях виды бактерий типичны для всех аэробных зон. В глубинных слоях моря найдены следующие микроорганизмы:

1)сульфатредуцирующие;

2)тионовые (серные), окисляющие восстановленные соединения

•серы;

3)азотфиксаторы;

4)сапрофиты, разлагающие белки, углеводы, хитин.

Таблица 12.11 и рис. 12.20 иллюстрируют общее число бакте­ рий в водах Черного моря (по Ю. И. Сорокину, 1970). Распреде­

«12.3. Черное море

247

ление числа бактерий по вертикали имеет два максимума: в по­ верхностном слое 0—50 м и в слое, сосуществования Ог и H2S. Первый обусловлен развитием гетеротрофной микрофлоры, ис­ пользующей продукты жизнедеятельности планктонных'организмов и их остатки. Второй -максимум объясняется преимущественно процессом хемосинтеза за счет окисления соединений коры. В глу-

	Таблица 12.11
Общее число бактерий в водах	Черного моря (средние данные)
Глубина, м	Число бактерий, 103 в 1 мл воды
0—150	60— 150
200—300	200—400
500—2000	10—20

бинных слоях сероводородной зоны число бактерий уменьшается из-за недостатка усвояемого органического вещества. В придонном слое оно резко возрастает до 390 • 103 в 1 мл благодаря увеличению содержания усвояемого органического вещества на поверхности донных осадков.

Распределение взвешенных частиц в водной толще Черного моря зависит от близости источников взвесей (материковый сток,,

размыв берегов	и дна,	биологическая активность) и связано
с устойчивостью	водных	слоев. В верхнем 100-метровом слое

максимальное содержание взвесей (1,5—2,0 мг/л) совпадает с по­ ложением максимумов устойчивости. На глубине 95— 130 м содер­ жание взвесей минимально (0,8 мг/л). На горизонтах 100—180 м в промежуточной области между кислородной и сероводородной зонами наблюдается глубинный максимум взвесей (2,0—2,5 мг/л),. образованный в основном отмершим фитопланктоном. Толщина этого слоя в летне-осенний период достигает 50 м, зимой не пре­ вышает 5— 10 м. Ниже слоя максимума взвесей их концентрация снижается, а затем снова постепенно возрастает. Значительная часть общего количества взвесей приходится на долю органических агрегатов. Присутствующий во взвесях СаС03 имеет в ' основном биогенное происхождение. Среднее содержание СаСОз во всей взвеси 12,3 %, а в минеральной части 33,4 %.

Органическое вещество в водах Черного моря оценивается по содержанию органического углерода, азота, фосфора и разным формам окисляемости.

Из табл. 12.12 видно, что ниже 200 м содержание органи­ ческого углерода, суммарного и коллоидно-взвешенного, и органи­ ческого азота с глубиной постепенно уменьшается, содержание общего и минерального фосфора нарастает, а содержание орга­ нического фосфора меняется слабо. Отношение органического уг­ лерода к азоту в верхнем слое составляет 15, в нижнем— П..

248		Глава 12. Химия морей, омывающих берега СССР
							Таблица 12.12
Среднее	содержание органического углерода, азота					и фосфора		в водах
		Черного моря
	Углерод					Ф о сф о р , мг/л*
Глубина, м		в коллоидной	А зот,
	суммарный,		м г/л1
		и взвешенной		общий	минеральный		органический
	мг/л1
		фракциях, % 2
0— 10	3,69	22—26	0,236	8		3,8		4,2
100	3,32	20	0,226	47		32		15
200	3,50	25	0,202	159		134		25
500	2,86	20	0,222	216		188		28
1000	2,53	14	0,223	251		217		34
2000	2,25	9	0,206	264		231		33
1 По данным Б.		А. Скопинцева	и др.	(1967). 2	По	данным	В.	Г. Дацко.
<1950).
Содержание растворенных газов и их динамика формируются
в связи	с наличием сероводородной зоны				на	глубинах		Черного
моря. Концентрация H2S+HS~ возрастает от 0,19 мг/л на гори-
-200	0	200 Еь мВ

Рис. 12.21. Вертикальное распределение окислительно-восстановительного потен­

циала	(мВ), кислорода	(%0 по объему)
ло объему	и сероводорода	(мг/л).

зонте 200 м до 9,6— 11,5 мг/л на глубине 1500 м, далее она почти стабильна. В переходной зоне 150—200 м наблюдается смена знака окислительно-восстановительного потенциала воды от поло­

12.3. Черное море

249

жительных к отрицательным (рис. 12.21, по данным Б. А. Скопинцева и др., 1966; Ю. И. Сорокина, 1964). В верхнем слое 0—50 м режим растворенного кислорода подчиняется общим для всех аэроб­

ных бассейнов закономерностям, содержание 0 2 может достигать 80— 120 % полного насыщения. С развитием весенне-летнего термо­ клина и началом вегетационного периода на глубине 20—30 м степень насыщения кислородом достигает 140%. Изолиния содер­ жания Оа, близкого к нулю, практически совпадает с нижней

границей распространения зоопланктона, залегая несколько ниже верхней границы присутствия H2S. Толщина кислородной зоны наименьшая (125 м) в центральных областях западной и восточной частей моря, к периферии моря и к центральной линии, разде­ ляющей западную и восточную циркуляции вод, она возрастает до 200—225 м. Рисунок 12.22 демонстрирует влияние динамических факторов, обеспечивающих подъем или опускание вод, на положе­ ние слоя, в котором происходит окисление сероводорода.

Концентрация свободного азота в верхнем слое до 200 м близка к норме растворимости (97— 100 % насыщения), глубже 200 м она превышает расчетное значение насыщения в среднем на 0,6 мл/л. По Н. Н. Чигирину и П. Т. Данильченко (1930), такое пересыщение объясняется выделением азота в бактериаль­ ном процессе сульфатредукции. Причем этот процесс локализован в верхней части сероводородной зоны, куда еще проникают нит­ раты из вышележащих слоев. В анаэробных условиях в резуль­ тате ферментативного распада углеводов и жирных кислот обра­ зуется метан. На глубинах около 1500 м содержание метана достигает 160 мкг/л.

Элементы карбонатной системы в водах Черного моря получа­ ются путем расчета с учетом гидросульфидной щелочности. Примером может служить расчет, выполненный Б. А. Скопинцевым и И. П. Максимовой (1975) по наблюдениям э/с «Михаил Ломо­ носов» в 1960г. (табл. 12.13).

250	Глава 12. Химия морей^ омывающих берега СССР
		Таблица 12.13
Расчет	элементов карбонатной системы с учетом	гидростатического давления
	в центральной части Черного моря.	Октябрь 1960 г.

			ч	Ч	то
				Л	с
					U.
S		Щ елочность	л	4
					7
			4	о
	t °с		о	2	о
		CI. "/оо р н в	5	5
VO			5	о	о
		общ ая боратная hs-
			6	о	о
U			и		а.

Степень 2 насыщенности СаС03(каль­ цит)

- , Q	18,16	10,01	8,39	3,32	0,05	0	0,017	2,96	3,3	5,5
50	7,20	10,38	8,25	3,33	0,03	0	0,024	3,13	4,6	3,0
101	8,16	11,30	7,85	3,34	0,02	0	0,058	3,28	11,6	1,5
151	8,50	11,64	7,85	3,30	0,02	0	0,059	3,24	11,8	1,4
202	8,64	1.1,83	7,85	3,49	0,03	0,022	0,032	3,40	12,5	1,5
507	8,88	12,18	7,85	3,98	0,02	0,12	0,039	3,79	13,8	1,6
1014	8,88	12,32	7,82	4,37	0,02	0,21	0,078	4,Ю	15,7	1,5
2030	9,07	12,33	7,64	4,53	0,01	0,28	0,129	4,28	25,8	0,94

1рНв — без поправки на давление, при	выполнении	последующих расчетов
поправки введены. 2 Константы диссоциации	Н2С 03 по	Лаймену, LCsсо — по
МакИнтайру.

Как показывают наблюдения, в водных массах моря pH при атмосферном давлении в фотической зоне от сезона к сезону ме­ няется в пределах 8,15—8,45, а в направлении ко дну падает до

7,60—7,70.

Содержание молекулярной С 02 и ее парциальное давление непрерывно возрастают с глубиной, причем если в поверхностном слое Рсо2 близко к атмосферному, то на глубинах увеличивается почти в 10 раз. Вследствие накопления С02 в сероводородной зоне содержание суммарной углекислоты также возрастает более чем в 1,5 раза,' С. В. Бруевич (1953) отмечал, что результирующим процессом в Черном море является отдача свободной С02 в ат­ мосферу. Почти по всей толще водные массы, Черного моря нахо­ дятся в состоянии слабого перенасыщения карбонатом кальция (О. А. Алекин, Н. П. Моричева, 1966, 1970), свидетельством чему является довольно высокое содержание СаСОз в донных осадках

моря (рис. 12.23). ■ •

Режим биогенных веществ в Черном море весьма своеобразен (табл.. 12.14). Минимальные концентрации, имеющие значительные сезонные колебания, наблюдаются в фотической зоне. На гори­ зонте 200 м концентрация аммиачного азота почти на порядок больше поверхностной, глубже деятельность нитрифицирующих бактерий полностью прекращается и дальнейшее нарастание со­ держания аммиачного азота связано с деятельностью бактерийаммонификаторов на дне моря, откуда аммоний посредством тур­ булентной диффузии распространяется по всей анаэробной зоне.