Характеристика средовых факторов акватории средней части Каспийского моря в условиях трансгрессии моря

ХАРАКТЕРИСТИКА СРЕДОВЫХ ФАКТОРОВ АКВАТОРИИ СРЕДНЕЙ ЧАСТИ КАСПИЙСКОГО МОРЯ

В УСЛОВИЯХ ТРАНСГРЕССИИ МОРЯ

2010 Гусейнов К.М., Гасанова А.Ш.

Прикаспийский институт биологических ресурсов ДНЦ РАН

Представлен материал по некоторым основным гидрологогидрохимическим характеристикам акватории средней части Каспийского моря в условиях увеличения волжского стока и трансгрессии моря. Показаны вертикальное и горизонтальное распределение температуры, солености, кислорода, активной реакции среды pH. Установлен неравномерный характер распределения исследованных характеристик по акватории.

The authors of the article present the material on some main hydrological and hydrochemical features of the water area of the Middle Caspian Sea in conditions of the increase of the Volga sewer and the sea transgression. They show the vertical and horizontal distribution of the temperature, saltiness, oxygen, active reaction of the pH environment and establish the irregular distribution of the researched features along the water area.

Ключевые слова: Средний Каспий, трансгрессия моря, гидрология, гидрохимия.

Keywords: the Middle Caspian Sea, ыеа transgression, hydrology, hydrochemistry.

Водная экосистема представляет собой природный объект, который является единством

взаимозависимых среды и обитающей в ней биоты [1]. Поэтому важное значение имеет наблюдение за основными гидролого-

гидрохимичес-кими характеристиками моря. Между тем общеизвестно, что уровень Каспийского моря подвержен значительным колебаниям. За последние 3000 лет амплитуда изменений его уровня составила 15 метров [7]. Последний подъем уровня Каспийского моря начался в 1978. Водное зеркало моря расширилось более чем на 35 тыс. км2. В связи с этим изучение гидрологических параметров акватории средней части Каспийского моря весьма актуально. Большая изменчивость

гидрологических условий требует

постоянного слежения за состоянием его режима.

Материал и методика

В акватории средней части

Каспийского моря в летний период на 53 станциях, расположенных на 10-ти стандартных параллельных

широтных разрезах (рис. 1), с

охватом глубин 8-100 м батометром Нансена, отбирались гидрологогидрохимические пробы для

определения солености,

растворенного в воде кислорода, активной реакции среды (pH).

Рис. 1. Карта-схема гидрологогидрохимических разрезов и станций в акватории Среднего Каспия

Во время съемки определялась температура воды

опрокидывающимися термометрами, прикрепленными к батометрам Нансена. На каждой станции измерялась глубина. Прозрачность воды определялась с помощью диска Секки. Определение гидрологических и гидрохимических элементов проводилось согласно «Руководству по морским и гидрохимическим исследованиям» [3].

Результаты и обсуждение Температура воды. Известно, что тепловое состояние моря является основным фактором, определяющим жизнедеятельность морских

организмов. При повышении

температуры воды жизненные процессы в море усиливаются, при понижении - ослабевают.

Температурное состояние

поверхностных вод исследуемого района Каспийского моря характеризовалось высокими

температурами. Наблюдения

показали повышенные значения температуры поверхностного слоя воды - 22,9-28,9 С. В указанных интервалах наблюдались, главным образом, суточные изменения. Следует отметить, что температура воды поверхностных слоев на всей акватории исследованного района летом была сравнительно однообразной, за исключением района г. Избербаша, где наблюдались аномально низкие температуры (18,7—19,0 С). Здесь, по всей вероятности, происходило конвекционное поднятие глубинных холодных вод после сильных восточных ветров. Температурный скачок имел место на глубинах 20-35 м. У дна, на 100-метровой глубине, температура воды понижалась на 7,3-8,0С.

При сравнении результатов анализа данных 2008 г. с 1934-1938 и 1964-1966 гг. [4, 6] существенных изменений в температурном режиме дагестанского района Каспийского моря не обнаружено.

Соленость. Соленость вод дагестанского побережья

Каспийского моря, в связи с неравномерным распределением речных вод по акватории,

характеризуется гетерогенностью процессе горизонтальной опресненные

пространственной (табл. 1). В преобладающей циркуляции воды переносятся

вдоль дагестанского побережья на юг. В исследуемой акватории четко прослеживалось опресняющее

влияние речного стока. Соленость повышалась от 10,01 %о в северной зоне до 12,75%о - в южной. Самая низкая соленость соблюдалась в районе устья р. Терек и составляла 7,83%о, самая высокая - 12,85%о в южной части акватории.

Соленость

Таблица 1

чоо) воды по горизонтам на разрезах акватории Среднего Каспия

Разрезы

і оризонты I II III IV V VI VII VIII IX X

0 11,02 10,79 11,83 12,69 12,74 12,81 12,82 12,82

10 11,78 11,81 12,63 12,76 12,77 12,82 12,83 12,85

25 12,79 12,88 12,74 12,78 12,80 12,84 12,85 12,85

50 12,80 12,82 12,83 12,86 12,87 12,89

100 12,88 12,89 12,89

Распределение солености в водах средней части Каспийского моря в период наших исследований носило зональный характер. Как по величине солености, так и по другим гидрохимическим величинам

северная часть дагестанского побережья моря существенно отличается от остальной

исследуемой акватории. Находясь под сильным воздействием речного стока, она обладает меньшей, постоянно колеблющейся,

соленостью. Здесь также наблюдались наибольшие величины вертикальных и горизонтальных градиентов солености.

Южная, глубоководная зона, характеризовалась гомогалинностью, так как большая часть речных и морских вод поступает сюда уже в трансформированном виде. С глубиной градиенты солености нивелируют. В период наших исследований отмечалась

значительная соленостная разница между Северной (разрезы I—IV) и Центральной (разрезы V-VII) зонами, которая составляла 2,67%о. Средняя соленость вод Центральной и Южной зон составляла 12,68 и 12,75% соответственно (градиент - 0,07%).

В период наших наблюдений вертикальное распределение

солености отличалось весьма

малыми градиентами. При этом разность между соленостью

поверхностных и глубинных вод составляла 0,68%. На границе Среднего Каспия с Северным разность между величинами

солености составляет 0,24-0,12% и далее к югу уменьшается до 0,05%. Максимальные величины солености отмечались на 100-метровых глубинах. Наиболее высокие

градиенты увеличения солености характерны для верхнего 10-

метрового слоя. С глубиной изменение солености незначительно - 0,02-0,08%. Средняя соленость на поверхности составила 12,20%, на 100-метровых горизонтах - 12,88% .

Таким образом, в исследуемой акватории наблюдалось

значительное увеличение средней солености с севера на юг - 2,74%.

Кислород. Содержание в воде растворенного кислорода является фактором, оценивающим химическую базу биологической продуктивности моря. Комплекс физико-химических и биологических процессов,

протекающих в морской среде, непосредственно связан с наличием или отсутствием в воде растворенного кислорода.

Нормальная жизнедеятельность водных организмов находится в прямой зависимости от наличия в окружающей среде растворенного кислорода. Фотосинтетическая

деятельность водных растений и поглощение водой кислорода из атмосферы способствуют

накоплению растворенного в воде кислорода. Концентрация кислорода в поверхностном слое моря

стремится к динамичному равновесию с воздухом из-за

выделения его в атмосферу. Наряду с продуцированием свободного

растворенного кислорода

водорослями и другими

растительными организмами, идет потребление его при дыхании водными организмами и

минерализации органических

веществ. Кислород как подвижный и химически активный компонент природных вод при своем пространственном распределении служит показателем происхождения вод в водоеме и протекающих в нем физико-химических и биологических процессов.

Проникновение растворенного кислорода в глубокие слои водной толщи моря из зоны фотосинтеза происходит под влиянием зимней конвекции, сгонно-нагонных явлений, турбулентного перемешивания и других факторов термического и динамического характера,

наблюдаемых в каждом водоеме своеобразно и определяемых совокупностью его физико-географических условий, создавая определенный кислородный режим.

Характер распределения

растворенного кислорода во времени и в пространстве в Каспийском море имеет свои особенности. Как абсолютное содержание, так и процент насыщенности кислородом вод Среднего Каспия на отдельных горизонтах характеризуется

уменьшением его от поверхности ко дну (табл. 2). По содержанию кислорода в воде и характеру его распределения мелководный

Северный Каспий значительно отличается от Среднего и Южного.

Таблица 2

Средние величины содержания кислорода (02 в процентах насыщения) в водах акватории средней части Каспийского моря

Горизонты (м) Разрезы

I II III IV V VI VII VIII IX X

0 103 105 95 101 97 103 103 101

10 99 101 98 95 94 104 104 100

25 95 95 83 97 87 86 91 98

50 78 81 80 75 74

100 61 62 60 54

В исследуемый период кислородный режим формировался в условиях максимального прогрева вод и высокой фотосинтетической активности фитопланктона. Высокие показатели растворенного в воде кислорода в исследуемой акватории говорят о том, что процессы фотосинтеза компенсируют

уменьшение растворимости

кислорода. Насыщение вод кислородом в эвфотическом слое вследствие фотосинтеза велико.

Пространственное распределение кислорода характеризуется

небольшим его увеличением в южном направлении. Средние величины

содержания кислорода в водах акватории Среднего Каспия

представлены в таблице 2.

Концентрация растворенного кислорода в поверхностных водах исследуемой акватории колебалась в пределах 6,90-7,28 мл/л.

Максимальное количество

содержания растворенного в воде

кислорода приходилось на горизонты

0-10 м, что связано с активной вегетацией фитопланктона в этом слое. С глубиной концентрация кислорода уменьшалась.

Относительно низкие его величины наблюдались на глубине 100 м - 48-62%. Центральная зона (разрезы V-VII) имеет наименьшие показатели растворенного в воде кислорода.

Важную роль в формировании вертикальной структуры кислорода играет термокпин. В центральных и южных частях исследуемой акватории на горизонте 25-35 м наблюдалось снижение

относительной величины насыщения кислорода на 12-13%. В Северной зоне (разрезы I, IV) вследствие мелководности и постоянного перемешивания вод наблюдалось равномерное насыщение вод кислородом. В целом вертикальное распределение кислорода в исследуемой акватории оставалось высоким во всей толще воды.

Активная реакция среды pH. Этот показатель морской воды

определяется концентрацией в ней активных водородных ионов, зависящей от присутствия в воде слабых кислот и их солей, из которых наибольшее значение имеет угольная кислота и ее соли. Одним из основных факторов, влияющих на изменение содержания угольной кислоты и концентрации водородных ионов в море, является либо потребление углекислоты

фитопланктоном в зоне фотосинтеза (сопровождающееся повышением величины pH), либо выделение углекислоты в глубинных слоях, сопровождающееся понижением ее величины.

Величина активной реакции pH каспийской воды вследствие ее повышенного щелочного резерва за счет речного стока больше, чем в других морях и океанах. В средней

части Каспийского моря зимой pH возрастает с запада на восток и с севера на юг. Летом наибольшие значения pH наблюдаются в западных районах моря и особенно в пограничной зоне между Северным и Средним Каспием, что объясняется влиянием поступающего сюда

волжского стока [2, 5].

Наши исследования показывают, что величины pH по акватории повышены из-за активной фотосинтетической деятельности фитопланктона (табл. 3).

Наименьшие величины pH были отмечены в придонных слоях,

наибольшие - в 25-метровом слое. Причем значения pH по исследуемой акватории сочетались с высокими значениями биомассы и численности фитопланктона.

Таблица 3

Средние величины pH на разрезах акватории средней части

Каспийского моря

Горизонты (м) Разрезы

I II III IV V VI VII VIII IX X

0 8,05 8,25 8,43 8,47 8,46 8,48 8,49 8,53

10 8,15 8,31 7,96 8,45 8,47 8,47 8,47 8,50

25 8,38 8,48 8,35 8,41 8,43 8,41 8,47

50 8,42 8,40 8,28 8,20 8,35 8,36

100 8,20 8,07 8,25 8,22

Сопоставление материалов

исследований показывает, что изменение pH хорошо

коррелировалось с изменениями

растворенного кислорода, а

следовательно и с

фотосинтетической активностью фитопланктона. Воды, насыщенные или перенасыщенные кислородом, имели соответственно высокие значения pH. В общем, величины pH возрастали с севера на юг. Максимальные величины pH

наблюдались в верхнем 25-метровом слое, в зоне активного фотосинтеза, минимальные - в глубинных слоях, где вследствие затруднения вертикального обмена и понижения температуры деструкционные

процессы преобладают над продукционными, что приводит к накоплению углекислоты.

Таким образом, температура воды в период исследований колебалась от 23 до 28 С. Увеличение волжского стока и повышение уровня моря способствовали установлению

благоприятного температурного и кислородного режима, улучшению аэрации вод и, как следствие, активизации процессов фотосинтеза. Об этом свидетельствуют высокие показатели процентного насыщения вод кислородом. Высокие величины pH не только в зоне активного фотосинтеза, но и в придонных слоях служат дополнительным

подтверждением улучшения аэрации

придонных вод. В акватории средней части Каспийского моря сложились

благоприятные для жизни водных организмов экологические условия.

Примечания

1. Баринова С. А., Медведева Л. А., Анисимова О. В. Биоразнообразие водорослей-индикаторов окружающей среды. Тель-Авив, 2006. 498 с. 2. Байдин С. С., Косарев А. Н. Каспийское море. Гидрология и гидрохимия. М. : Наука, 1986. С. 245-256. 3. Блинов Л. К. Руководство по морским гидрохимическим исследованиям. М., 1959. 4. Нурмагомедов Г. Н. Содержание и

распределение биогенных веществ в воде средней части Каспийского моря // Сборн. научн. сообщ. ДГУ (кафедра химии). Вып. 4. Махачкала, 1968. 5. Катунин Д. Н. Соленость воды // Каспийское море. Гидрология и гидрохимия. М. : Наука, 1986. С. 117-128. 6. Косарев А. Н. Средний и Южный Каспий. Конвективное перемешивание // Каспийское море. Гидрология, гидрохимия. М. : Наука, 1996. С. 177-182. 7. Федоров П. В. Трансгрессии и регрессии Каспийского моря в четвертичном периоде и проблема долгосрочных предсказаний его уровня // Сверхдолгосрочные прогнозы уровня Каспийского моря. М. : Изд-во АН СССР, 1957. С. 50-57.

Статья поступила в редакцию 22.06.2010 г.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ - 09-04-96579.