THE DISTRIBUTION OF DISSOLVED FORMS OF TITANIUM AND VANADIUM IN THE WATER COLUMN OF THE CASPIAN SEA
Authors: Ковалев В.В. , Парада С.Г. 
Published: August 2021

По результатам химических анализов проб воды Северного, Среднего Каспия и, частично, Южного Каспия, отобранных по профилям из различных горизонтов водной толщи, определены содержания растворенных форм титана (Tiраст) и ванадия (Vраст). Приведены карты пространственного распределения этих элементов в поверхностном и наддонном водных горизонтах, а также по вертикальным разрезам водной толщи. Для каждого из изученных элементов выявлены факторы, определяющие его концентрацию и закономерности распространения в морской воде. В поверхностных водах Каспийского моря выделяются отдельные участки с повышенными концентрациями Tiраст, превышающие фоновые значения (около 1 мкг/л). В Северном Каспии к таким областям относятся авандельты рек Волги и Терека. Они образовались вследствие естественного поступления речных вод, обогащенных Tiраст. Установлено, что при удалении от устья в сторону открытых районов моря содержания Tiраст уменьшаются до фоновых значений, за счет процессов разбавления и частичного поглощения фитопланктоном. Небольшой ареал повышенных значений Tiраст в центральной части Северного Каспия (1,5–3 мкг/л) образовался в одной из местных халистатических зон в процессе концентрирования тончайших коллоидных и псевдоколлоидных комплексов. В Среднем Каспии на поверхности выделены три области повышенных содержаний Tiраст (1,5–3 мкг/л и более). Показано, что первая связана с поступлением элемента с жидким стоком реки Самур; вторая, обширная, вытянутая под действием циклонального течения вдоль побережья на север, и третья, занимающая прибрежную зону, образовались в результате приноса из пустынных территорий и растворения неустойчивых или умеренно устойчивых минералов-носителей титана. Появление повышенных концентраций Tiраст в наддонном слое авандельты Урала и центрального района объясняется биогеохимическими причинами. В распределении Tiраст по вертикали водной толщи определенных закономерностей не обнаружено. В одних случаях, на сравнительно небольших глубинах, к придонному горизонту уменьшается его концентрация, в других – наблюдается обратная картина: значения титана к придонному слою растут до экстремальных величин (более 3 мкг/л и выше) из-за диффузионного массообмена на границе раздела двух фаз («вода – осадок»), растворения фито-зоопланктонных осадков и гидроокисных образований зоопланктонных. Определены довольно низкие концентрации Vраст в водной толще Каспийского моря, что связано с его геохимической инертностью в экзогенных процессах. Локальные повышения его концентраций (более 1 мкг/л) в поверхностном слое приурочены к источникам поступления Vраст, каковыми являются реки Волга и Урал, в меньшей степени реки Терек и Самур. Установлено, что поставляемые с речным стоком Волги дополнительные порции Vраст, обогащают западную часть Северного Каспия, а с речным стоком Урала – восточную. Эти две области разграничены, вытянутой с севера на юг, зоной минимальных значений Vраст (менее 0,7 мкг/л). Относительно более высокие содержания Vраст (0,7–1 мкг/л) про- слеживаются на авандельтовых пространствах рек Терека и Самура. Река Сулак сколько-нибудь заметного влияния на концентрацию Vраст в морской воде не оказывает. Наличие сплошной полосы относительно повышенных содержаний Vраст (0,7–1 мкг/л) в центральной части Среднего Каспия, протянувшейся с запада на восток от одного берега к другому, обусловлено концентрирующим действием центростремительных сил циклонального течения. Выявленные для поверхностного горизонта закономерности распределения Vраст, в основном сохраняются и в наддонном горизонте, за исключением авандельты реки Терек, Средне- каспийской котловины и Дербентской впадины, где концентрации Vраст заметно выше (более 1 мкг/л). Из анализа распределения Vраст по разрезам водной толщи следует, что относительно высокие (более 1 мкг/л) и повышенные (0,7–1 мкг/л) значения Vраст приурочены к придонным и промежуточным слоям водной толщи.

According to the chemical analyses results of the water tests of North, average Caspian Region and, partially, South Caspian Region, selected along the profiles from different horizons of water layer, are determined the contents of the dissolved forms of titanium (Tidiss) and vanadium (Vdiss). Are given the maps of the spatial distribution of these elements in the surface and above the bottom aqueous horizons, and also on the elevations of water layer. The factors, which determine its concentration and laws governing the propagation in the sea water, are revealed for each of the studied elements. In the surface water of Caspian Sea are separated the individual sections with the increased concentrations of Tidiss exceeding background values (about 1 micrograms/l). In the North Caspian Region such regions include avandel of the Volga and Terek rivers. They were formed as a result of the natural entering of the river waters, enriched Tidiss. It is established that with the removal from the mouth to the side of the open areas of the sea the content of Tidiss decrease to the background values, due to the processes of dilution and partial absorption by phytoplankton. The small area of the increased values of Tidiss in the center section of the North Caspian Region (1,5–3 micrograms/l) was formed in one of the local cholestatic zones in the process of the concentration of the finest colloidal and pseudo-colloidal complexes. In the average Caspian Region on the surface are isolated three regions of the increased contents of Tidiss (1,5–3 micrograms/l and more). It is shown that the first is connected with the entering of element with the liquid drain of Samur river; the second, extensive, elongated under the action of cyclonal flow along the coast on the north, and the third, that occupies coastal zone, were formed as a result of delivering from the desert territories and dissolution of the unstable or moderately steady mineral-carriers of titanium. The appearance of the increased concentrations of Tidiss in the above the bottom layer of avandel of the Urals and central region is explained by biogeochemical reasons. In the distribution of Tidiss according to the vertical line of the water layer of the specific regularities not discovered. In some cases, at comparatively small depths, to the bottom-dwelling horizon its concentration decreases, in others – the reverse picture is observed: the values of titanium to the bottom-dwelling layer grow to the extreme values (more than 3 micrograms/l and above) because of the diffusion mass exchange on the border of the division of two phases («water–sediment»), dissolution of fito- zooplanktonic sediments and hydro-oxide formations of zooplanktonic. Are determined sufficiently low concentrations of Vdiss in the water layer of Caspian Sea, which is connected with its geochemical sluggishness in the exogenous processes. Local increases in its concentrations (more than 1 micrograms/l) in the surface layer are timed to the sources of entering of Vdiss, such are river the Volga and the Urals, to a lesser degree the Terek river and Samur. It is established that the supplied with the river drain of the Volga additional portions of Vdiss enrich the western part of the North Caspian Region, and with the river drain of the Urals – eastern. These two regions are demarcated, by the elongated from the north to the south, zone of minimum values of Vdiss (less than 0,7 micrograms/l). Relatively higher contents of Vdiss (0,7–1 micrograms/l) are outlined on the outer-delta spaces of the Terek and Samur rivers. The Sulak river does not render any noticeable influence on the concentration of Vdiss in the sea water. The presence of continuous strip of relatively increased contents of Vdiss (0,7–1 micrograms/l) in the center section of the average Caspian Region, which was lengthened from the West to the east from one shore to another, is caused by the concentrated action of the centripetal force of cyclonal flow. Revealed for the surface horizon laws governing the distribution of Vdiss, in essence remain also in the above the bottom horizon, with exception of avandel of river Terek, medium Caspian basins and Derbent cavities, where the concentration of Vdiss noticeably higher (more than 1 micrograms/l). From the analysis of Vdiss distribution on the sections of water layer it follows that the relatively high (more than 1 micrograms/l) and increased (0,7–1 micrograms/l) value of Vdiss timed to the bottom-dwelling and interlayers of water layer.