img-417193806

12.3. Черное море

251

О последнем свидетельствует совпадение хода кривых N—NHt

и H2S от поверхностного слоя до дна (рис. 12.24). Концентрация нитратов обнаруживает максимум на глубине 100— 150 м вслед­ ствие нитрификаций; ниже в слое 150—300 м проникающие сверху нитраты подвергаются восстановлению бактериямиденитрификаторами и сероводородом до свободного азота и нит­ ритов.

Рис. 12.23. Содержание СаС03 в процентах на натуральный осадок Черного моря, по Н. М. Страхову и др. (1971).

1) <10 %; 2) 10—30, 3) 30—50, 4) >50 %•

Нитриты в этом слое образуют максимум также и за счет окис­ ления диффундирующего из глубин аммиака. Резко восстанови­ тельная среда глубже 300 м делает невозможным существова­ ние нитритов и нитратов, поэтому во всей глубоководной толще

Таблица 12.14

Среднее многолетнее содержание биогенных веществ (мг/мг) в воде Черного моря, по Б. А. Скопинцеву (1975)

	м	А з о т
Г л у б и н а ,				Ф о с ф а т ы	С и л и к а ты
	аммиачный	н и тр и то в	н и т р а т о в
0	39	0,4	и	5	1467
50	51	0,6	9	14	1691
100	81	0,7	25	40	2282
150	181	0,8	11	—	2863
200	263	0,8	6	136	3371
300	385	0,5	3	157	4224
500	818	0,1	0	188	5094
1000	1143	0	0	217	6123
2000	1346	0	0	243	8300

252	Глава 12. Химия морей, омывающих берега СССР

они практически отсутствуют. Содержание фосфатов ниже слоя фотосинтеза монотонно нарастает до 240 мг/м3 на глубине 1250 м, глубже практически не меняется до дна. Содержание растворен­ ных силикатов увеличивается от поверхности до дна (рис. 12.25).

Рис. 12.24. Вертикальное распре­	Рис. 12.25. Вертикальное распре­
деление аммиачного азота (мг N/л)	деление	биогенных	элементов и
и сероводорода (мг/л) в воде	хлорности	в воде	Черного моря
Черного моря, по Б. А. Скопинцеву	по средним данным, по Б. А. Ско­
(1975).	пинцеву (1975).

Значительно более высокие концентрации силикатов в Черном море, чем в океане, обусловлены массовым развитием диатомовых водорослей и влиянием материкового стока.

Режим микроэлементов в Черном море также имеет ряд ха­ рактерных особенностей. Формы содержания некоторых металлов различаются в кислородной и сероводородной зонах. В верхней зоне Мп и Fe находятся во взвешенном состоянии труднораство­ римых соединений типа гидроокисей. Глубже 300 м гидроокиси переходят в растворимые закисные соединения. Затем железо об­ разует труднорастворимый FeS, выпадающий в осадок, Мп переходит в донные осадки главным образом на мелководьях, где нет H2S. Распределение мышьяка (As) в водной толще анало­ гично распределению Fe, содержание Со и Ni растет с глубиной до дна, содержание Cu, Zn и Мо убывает вниз по вертикали, концентрации Al, Pb, Sb, Hg и V во всей толще вод меняются

12.3. Черное море

253

мало. Как правило, содержание указанных микроэлементов за­ метно превышает концентрации, свойственные океану. Устойчи­ вость микроэлементов в морской воде может быть оценена по отношению к произведению растворимости их наименее раствори­ мых солей (Б. А. Скопинцев, 1975). Как оказалось, обнаруженное химическими анализами в кислородной зоне содержание Ag, Си,

Р ис. 12.26. Содержание органического		углерода в процентах на натуральный
осадок Черного моря,	по Н. М. Страхову и др. (1971).
1) <1; 2)	1—2;	3) 2-3; 4) >3 %■

Hg, Ni, V, Zn, Со значительно меньше их равновесных концентра­ ций по растворимости, что обусловлено адсорбцией взвесями и использованием их планктоном. Найденное содержание Fe и Мп значительно больше нормы, так как эти элементы образуют рас­ творимые органоминеральные комплексы и коллоиды. В серово­ дородной зоне сульфиды контролируют только содержание Fe и частично Си и Zn, поскольку их концентрации близки к расчет­ ным по произведению растворимости сульфидов. Концентрации Мп значительно меньше сульфидной растворимости и контролируются, как полагают, карбонатными ионами.

Химический состав донных осадков Черного моря отличается неоднородностью по вертикальному профилю. Ен в верхних слоях осадков имеет значение около —200 мВ, как и в придонной воде. При переходе в невоэвксинские отложения (с 300 см от поверх­ ности осадка) Ен становится менее отрицательной и в слое 1000— 1030 см приобретает положительный знак (О. В. Шишкина, 1961). В слоях с положительным Ен появляются окисные формы железа. Величина pH современных осадков имеет тенденцию к понижению с глубиной по колонке до 7,40 на горизонте 1170 см.

254	Глава 12. Химия морей, омывающих берега СССР

Содержание органического вещества в современных донных осадках возрастает от периферии моря к центрам котловин (рис. 12.26), превышая 2—3 %, что примерно в 5 раз больше, чем в океанских осадках. В глубоководных илах Черного моря при­ сутствует множество бесформенных органических частиц. Мак­ симальные концентрации H2S в поверхностном слое осадков, совпадающие с пониженным содержанием сульфатов, распола­ гаются на периферии котловин и в центральной части моря. Данная особенность обусловлена поступлением в осадки относи­ тельно свежего, нестойкого органического вещества из районов максимальной биологической продуктивности. Высокому содержа­ нию органического вещества в осадках соответствует и повышен­ ное содержание связанных аминокислот, сложных углеводов, гу­ миновых кислот и растительных пигментов.

12.4. Каспийское море

Каспийское море — замкнутый бессточный водоем, расположен­ ный на 28 м ниже уровня океана. Котловина моря естественно разделена на три части: северную, среднюю и южную. Северная часть отделяется от средней по линии о. Чечень — мыс Тюб-Кара- ган, почти совпадающей с изобатой 20 м. Северный Каспий не­ прерывно изменяет свой рельеф, мелеет и сокращается в размерах вследствие аккумулятивной деятельности впадающих рек (Волга, Урал, Терек) и общего понижения уровня моря. Средний Каспий в геоморфологическом отношении представляет собой впадину с глубинами до 800 м, ограниченную на севере Мангышлакским, на юге — Апшеронским (до 200 м) порогами. Южный Каспий — ^гакже расчлененная впадина с глубинами до 990 м (табл. 12.15).

Таблица 12.15 Морфометрические данные Каспийского моря (сводка А. С. Пахомовой, 1966)

	П л о щ а д ь п о в ер х н о ст и ,	О б ъ е м в о д ы ,	Г л у б и н а , м
Ч а с т ь м о р я
	ты с . к м 2	ты с . кмз	с р е д н я я	н а и б о л ь ш а я
Северная	81	0,41	5	20
Средняя	138	25,74	213	800
Южная	142	48,97	325	995
Все море	361	75,12		995
Каспийское	море потеряло	связь с Черноморским бассейном
в послехвалынскую эпоху четвертичного			периода (около 10 тыс.

лет назад), поэтому в [ионном составе каспийской воды, по срав­ нению с черноморской, а т<Ш~болеё~1Г~вод0й~'Т)кеа»а^повышено 'относительное содержание ионов терригенного происхождения Са2+, Mg2+, S02~ и понижено относительное содержание Na+ и

12.4. Каспийское море

255

C1-J • Изменение соотношений между ионами в воде Каспийского моря по сравнению с океаном позволило С. В. Бруевичу (1937) вычислить примерное время, необходимое для этой метаморфизации. Если принять, что общее содержание наиболее устойчивых

в	растворе ионов С1~ и SO4- соответственно равно а					и b тоннам,
а	среднегодовой вынос этих ионов речным стоком				в море состав­
ляет а'		и Ь' тонн, то	в предшествующую	эпоху	(h	лет назад),
когда		Каспийское	море имело связь с	океаном		и отношение

Cl“/S04-6buio аналогично океаническому (7,186), общее содержа­

ние С Ь	в море было на па', a SO^- на nb' тонн меньше, чем
теперь.	Из выражения
	(а — па')/(Ь — nb') = 7,186

можно легко найти ориентировочный возраст Каспийского моря п лет, который с учетом выпадения солей в заливе Кара-Богаз-Гол оказался равным 10 600 лет.

Соотношение между соленостью и хлорностью в Каспийском

море	заметно		отличается	от установленного для океана. Для
Среднего		Каспия, по А. А.		Лебединцеву (1901), оно имеет вид:
S %0=2,386С1 %0. Позднее для вод Южного Каспия С. В. Бруеви­
чем	(1937)	было найдено		очень близкое соотношение S°/oo =
= 2,396С1 %о,			которое демонстрирует большую однородность

вод Среднего и Южного Каспи^/ Зависимость между хлорностью и соленостью для вод Северного Каспия, теоретически полученная А. В. Трофимовым (1939) и подтвержденная экспериментальными работами А. А. Мусиной и Н. И. Микей (1941), выражается урав­

нением S %о = 0,14+ 1,36С1 °/оо, где	свободный	член характери­
зует пресноводную составляющую.
Среднемноголетняя соленость воды Среднего и Южного Каспия
12,85 %q. Эта соленость невелика.	Понижению	солености	моря
способствовало, с одной стороны,	выпадение	из морской	воды

в осадок СаСОз, ионы которого Са2+ и НСОГ являются преобла­ дающими (57,5 %) компонентами в воде речного стока, с другой— осаждением солей в заливе Кара-Богаз-Гол и в мелких лиманах. До 1980 г. залив сообщался с морем проливом длиной около 9 км и шириной 120—800' м. В заливе, где уровень воды был ниже уровня моря на 3,0—3,5 м, вода быстро испарялась, превращаясь в рапу соленостью 250—300 %о. Из рапы идет садка ценных со­

лей— мирабилита, галита и др. Сток				каспийской воды в Кара-
Богаз-Гол		изменялся от 26,2 км3 в 1929 г. до 5 км3 в 1978 г.,
уменьшаясь		с	общим понижением	уровня Каспийского	моря.
При	стоке	5—	10 км3/год в залив	ежегодно выносилось	65—
130	млн. т солей, что заметно превышало сумму солей речного

стока и должно было способствовать опреснению моря на 0,0008 — 0,0017 %0 в год, или на 0,8—1,7 %0 за 1000 лет.

256	Глава 12. Химия морей, омывающих берега СССР

/ Гидрохимический режим Северного Каспия в высокой степени ^.зависит от объема речного стока, его изменчивости во времени

Рис. 12.27. Распределение солености (%0) на поверхности Каспийского моря вес­ ной, по А. С. Пахомовой и Б. М. Затучной (1966).

Г и распределения по акватории. Наиболее распреснены воды за1падного района Северного Каспия, куда впадает Волга (рис. 12.27). Ч2вязь среднегодовой солености Северного Каспия с объемом реч­

12.4. Каспийское море		257
ного стока имеет линейный характер	(А. С.	Пахомова, Б. М. За-
тучная, 1966):
■Ь °/оо === 0 > 0 4 1 Q c p эа	з года +	1 7 ,9 1 .

Аналогичные связи установлены отдельно для западного и во­ сточного районов.

Современной проблемой Каспийского моря является неуклон­ ное, начиная с 1930 г., уменьшение объема речного стока и свя­ занное с ним понижение уровня моря,'! вызванное засушливым

Рис. 12.28. Сток Волги и уровень Каспийского моря за 1900— 1979 гг., по Г. В. Во­ ропаеву и А. Н. Косареву (1981).

	1 —	сток Волги у Волгограда; 2 —среднийгодовойуровень моря.
периодом		1930-х		годов,	созданием	волжских	водохранилищ
в 1950-х	годах и непрерывным ростом					водопотребления на оро­
шение	земель		в последующие годы			(рис. 12.28). По оценкам
И. А. Шикломанова (1979),					дефицит речного стока в 1970 г. со­
ставил	22	км3/год		(7%),	в 1978 г. достиг 29 км 3/год (9,5%),
к 1985 г.		ожидается изъятие 54 км3/год (18%)					и к 2000 г.—
67 км3/год.		В	настоящее время Каспий недополучает ежегодно
35—37 км3		речного стока. Все это привело к тому, что с 1932 г.

уровень моря понизился более чем на 2,5 м и теперь находится на абсолютной отметке — 28,7 м. В результате изменения морфомет­ рических и гидрографических характеристик устьевой области Волги более 25 % стока по западным рукавам уходит транзитом в Средний Каспий. Изменяется соленость Северного Каспия: в мелководных районах западной части она уменьшается, а в во­ сточной части возросла от 6,5—8,5 %о (1949— 1958 гг.) до 9,7— 10,7 %о (1977— 1978 гг.). Затрудняется воодобмен между западной

17 Заказ № 244

258	Глава 12. Химия морей, омывающих берега СССР

частью Северного Каспия, опресняемой Волгой, и его восточной частью, опресняемой Уралом. Воды высокой солености (12—13 %о) отмечаются на акватории Северного Каспия почти во все сезоны, чего не наблюдалось до 1970 г., и занимают 5—7 % площади

вмноговодные по стоку и 10—20 % площади в маловодные годы.

Всвязи с падением уровня между собственно дельтой Волги

иболее глубокой частью устьевого взморья образовалась зона шириной 30—60 км с глубинами менее 1 м, сильно зарастающая

надводной и подводной растительностью, поэтому в море теперь поступает меньше минеральных и больше органических форм азота и фосфора. По всей акватории Северного Каспия сократи­ лись запасы биогенных веществ и первичная продукция уменьши­ лась более чем вдвое (Г. В. Воропаев, А. Н. Косарев, 1981). Биомасса фитопланктона в последние годы сократилась почти в 3 раза. Уменьшились биомасса и ареал слабосолоноватоводного и солоноватоводного комплексов организмов донной фауны; одно­

временно увеличилась продукция соленолюбивых форм.
По	заключениям специалистов (И. А.	Шикломанов,	1979;
Д. Я.	Раткович, 1980), основные отрасли	народного хозяйства
(транспорт, нефтедобыча, водопотребление		и другие) за	по­

следние 20 лет приспособились к пониженному уровню и заинтере­ сованы не в повышении уровня моря, а в сохранении его современ­ ного положения с возможно меньшей амплитудой колебаний. Решение проблемы поддержания уровня Каспия возможно различ­ ными путями: 1) всемерная экономия пресной воды в бассейне моря всеми водопотребителями; 2) переброска в бассейн Волги части стока североевропейских рек страны (Печоры, Северной Двины, Онеги); 3) уменьшение потерь воды на испарение с по­

верхности	Каспийского моря путем отчленения залива Кара-
Богаз-Гол и восточных мелководий Северного Каспия.
Вариант	переброски части стока северных рек	изучается
рядом научно-исследовательских организаций. Самым		простым

средством частичной экономии воды является отделение от моря залива Кара-Богаз-Гол, что и было осуществлено в начале 1980 г. перекрытием канала глухой дамбой. Отделение залива позволит уже в первые 10 лет сохранить до 25 км3 каспийской воды и под­ держать уровень моря на 0,1 м выше прогнозируемого. При от­ метке уровня — 28,7 м экономия воды составит 7 км3/год и даст

дополнительное	повышение уровня на 2 см/год (Ф. С. Терзиев,
Н. П. Гоптарев,	1981). В сентябре 1984 г. в дамбе пробит трубопро­

вод, пропускающий до 2 км3 воды в год, что вызвано необходи­ мостью поддержания сырьевой базы залива.

Дополнительную экономию воды может дать осуществление проекта обвалования мелководий на востоке Северного Каспия. Подсчитано, что при этом можно сохранить воды до 13 км3/год (И. Шлыгин, 1980). Частичное решение проблемы осолонения вос­ точной части Северного Каспия ожидается от введения в эксплуа­

12.4. Каспийское море

259

тацию вододелителя в вершине волжской дельты, с помощью

которого большая	часть половодного стока		начнет	поступать
в восточную часть моря.
Распределение	солености	в Среднем \и Южном Каспии
(рис. 12.27) отражает влияние		материкового	стока у	западных

берегов моря, показывая ее увеличение в восточном направлении. Наиболее высокие значения солености (до 13,62 %о) отмечаются в мелководном юго-восточном районе Южного Каспия под воз­ действием жаркого климата и сильного испарения. Изменения солености по глубинам в Среднем и Южном Каспии также неве­ лики, а средневзвешенные значения по слоям свидетельствуют об устойчивости этого компонента во времени, хотя можно усмотреть некоторую тенденцию к осолонению (табл. 12.16).

				Таблица 12.16
Средневзвешенная соленость		(% о ) по слоям в Среднем и Южном			Каспии,
	по А. С. Пахомовой, Б. М. Затучной (1966)
	Средний Каспий			Южный Каспий
слой, м	1953 г.	1962 г.	слой, м	1958 г.	1962 г.
0—25	12,48	12,72	0—100	12,82	12,95
25— 100	12,80	12,83	100—200	12,84	12,91
100—200	12,84	12,85	200—300	12,87	12,91
300—400	12,87	12,84	400—500	12,88	12,92
500—750	12,86	12,90	700—800	12,90	12,95

Содержание растворенного кислорода в воде Северного Кас­ пия, как правило, близко к насыщению: в течение года 91— 112 % на поверхности, 80—98 % У дна. Зарегулирование речного стока отразилось на кислородном режиме в сторону сглаживания меж­ годовых и внутригодовых колебаний! от 1,27%0 по объему (по отно­ сительному содержанию — 29 % ) ранее 1960 г. до 0,47 %0 по объему (3 %) после зарегулирования. В более глубоководной части Север­ ного Каспия эти колебания изменились соответственно от 0,65 %0 по объему (9 %) до 0,13 %0 по объему (3 %). Аналогичный вывод можно сделать и в отношении pH, колебания которой уменьшились от 0,15 до 0,07. Таким образом, после зарегулирования стока отме­ чается повышение стабильности режима кислорода и pH.

В Среднем и Южном Каспии на поверхности моря содержаниекислорода также близко к насыщению, поэтому вслед за распре­ делением температуры абсолютное содержание Ог (%о по объему) уменьшается к югу. Глубинные водные массы Среднего Каспия в большей мере насыщены кислородом по сравнению с Южным Каспием (рис. 12.29). Это свидетельствует о более интенсивном протекании вертикальной циркуляции в Среднем Каспии. Глубина

17*

260 Глава 12. Химия морей, омывающих берега. СССР

зимней конвекции вследствие слабой соленостной стратификации в средней области моря достигает 150—200 м, в южной— 100 м. Большой интерес вызывает режим растворенного кислорода в при­ донных водах. Если в прошлом, по наблюдениям А. А. Лебедин-

цева (1904), Н. М. Книповича (1914— 1915) и С. В. Бруевича (1937),

на максимальных глубинах Среднего Каспия содержание кисло­ рода колебалось в пределах 0,3— 1,0%о по объему, а в Южном

Рис. 12.29. Вертикальное распределение кислорода (% насыщения) в Каспийском море по сезонам, по А. С. Пахомовой, Б. М. Затучной (1966).

	а — Средний Каспий; 6 — Южный Каспий.	1— зима; 2 — весна;	3 — лето; 4 — осень.
	Каспии — в пределах 0,3—0,6 %0	по объему и	нередко		можно
	было обнаружить присутствие	сероводорода,	то	наблюдения
	последних десятилетий убедительно указывают на обогащение глу­
	бинных вод кислородом до 30—50 % насыщения. Уменьшение реч­
	ного стока и вызванное им осолонение Северного Каспия привели
	к увеличению плотности северокаспийских вод и обеспечили при
	зимнем охлаждении проникновение этих более плотных вод до са­
	мых больших глубин среднекаспийских впадин, а затем через Ап-
	шеронский порог и в придонные слои Южного Каспия (рис.				12.30).
	Поэтому теперь в придонных слоях глубоких впадин не отмечаются
	зоны сероводорода и содержание кислорода не бывает ниже 1,5 %о
	по объему.
,	Значение pH каспийских вод в поверхностных			слоях	выше,

j чем в океане и других морях: зимой в Среднем Каспии рНв около 18,2—8,3, в Южном Каспии 8,32—8,44, летом в обеих частях 8,35—