О распределении биогенных веществ на геохимическом барьере Таганрогского залива Азовского моря

О РАСПРЕДЕЛЕНИИ БИОГЕННЫХ ВЕЩЕСТВ НА ГЕОХИМИЧЕСКОМ БАРЬЕРЕ ТАГАНРОГСКОГО ЗАЛИВА АЗОВСКОГО МОРЯ

Н.В. Гусакова, А.Н. Королев, В.В. Петров

Таганрогский государственный радиотехнический университет

The results of the Asov sea waters investigation are presented. Dispersion and concentrates of biogen substances (nitrite ions and phosphates) are considered.

Таганрогский залив представляет собой пример барьерной зоны граничной области река-море. Большой объем стока р. Дон по отношению к объему залива и Азовского моря в целом обеспечивает большую протяженность зоны перехода речных вод к морским. Гидрохимическое поле залива формируется в результате взаимодействия двух противоположно направленных потоков: из Дона, несущего в залив материковый сток, и из открытой части моря через Должанский пролив. Поток пресных вод значительно возрастает только в весенне-летний период, оставаясь сравнительно устойчивым по величине в остальное время года. Соленость вод увеличивается от устья Дона к морскому краю залива. При сильных сгонных ветрах и большом стоке Дона распреснение вод распространяется даже за пределы залива. При нагонах морская вода проникает в залив, повышая соленость его вод [1].

С речным стоком Азовское море получает биогенные вещества в виде растворенных неорганических и органических соединений во взвешенном состоянии.

С целью изучения пространственного распределения биогенных веществ в Таганрогском заливе Азовского моря кафедрой химии и экологии Таганрогского государственного радиотехнического университета проведена экологическая экспедиция в октябре 2001 года (см. таблицу).

Аппаратура для анализа: фотоколориметр "КФК - 3", цифровые весы, цифровой иономер «Экотест - 2000», ионоселективные электроды фирмы «Эконикс» и «Анакон».

Реактивы: государственные и стандартные образцы для анализа соответствовали необходимым требованиям и ГОСТам [2,3].

Ниже представлен анализ полученных результатов.

Соленость вод в районе отбора проб в 2001 году изменяется от 1,36 до 2,50 %о (средняя - 1,63 °/'оо),что является низким значением по сравнению с предшествующими годами (средняя соленость в 2000году - 2,11 %о; в 1999 году - 2,89 %о).

В морской воде при солености более 5 700 соли на 98 % находятся в растворенном состоянии, а в речной воде в основном в виде взвесей. Уменьшение взвеси на барьере происходит экспоненциально, взвесь осаждается на самых ранних стадиях смешения в интервале солености 0 - 5°/00. Наиболее благоприятные условия для коагуляции тонких глинистых частиц создаются при солености около 20/'00, высокой мутности, повышении температуры, легком перемешивании, преобладании тонких взвесей. Удаление главной массы взвешенного материала оказывает преобразующее влияние на формы миграции химических элементов.

Преобразование ионного состава вод продолжается до солености 5°/00, а при солености выше 10 °/00 относительное содержание ионов практически не меняется [4].

Межгодовое изменение солености воды связано с колебаниями водности рек. Уменьшение притока речных вод приводит к активизации адвекции черноморских вод и осолонению Азовского моря.

Секция методов и средств экологического мониторинга водных районов

Точка отбора пробы Широта Долгота

1. Порт 47и12,2' 38°57,4'

2. Таганрогский металлургический завод 47и14,3' 38и56,4'

3. Р. Миус 47и07,Г 38и28,0'

4. Морская свалка грунта 47u09,1' 38°56,2'

5. Очистные сооружения 47и09,3' 38и46,6'

6. Мыс Петрушино 47и09,9' 38°54,Г

Неорганические формы азота поступают в Таганрогский залив с речным стоком и атмосферными осадками, с переходом биогенных веществ из донных отложений при возникновении анаэробных ситуаций, за счет биохимических процессов деструкции и хемосинтеза органического вещества (аммонификация, нитрификация 1 и 2 фазы). В то же время при потреблении азота в процессах фото- и хемосинтеза наблюдается уменьшение форм минерального азота.

Для вод Таганрогского залива характерны повышенные по сравнению со всей акваторией Азовского моря в целом концентрации нитритов. При равномерном распределении концентраций (в среднем 0,001 - 0,0048 мг/л) большое увеличение содержания нитритов (0,195 мг/л) наблюдается в районе 2-го отбора проб (мыс Пет-рушино), где, по-видимому, проходит граница барьерной зоны и начинается резкое нарушение ионного состава водно-солевой системы.

Содержание нитратов во всей водной толще Таганрогского залива не превышало 0,002 моль/л и имело достаточно равномерное распределение. При этом четко выделилась зона, где отмечен резкий рост концентраций N03 (до 0,08 моль/л). Это тот же район 2-го отбора проб (мыс Петрушино); т.е. область совпадает с выделенной областью геохимического барьера роста концентраций нитритов.

Фосфаты содержатся в морской воде в растворенном состоянии в виде ионов ортофосфорной кислоты. В летний период, после снижения интенсивности фотосинтеза, для водной толщи Таганрогского залива характерен процесс накопления фосфатов. С повышением температуры воды в придонных слоях усиливается процесс минерализации органического вещества, что также способствует накоплению фосфатов у дна. Ветровое перемешивание способствует выравниванию содержания фосфатов по вертикали [4].

Диапазон измеренных концентраций фосфатов от 0,14 мг/л до 0,17 мг/л; общего фосфора - от 0,046 мг/л до 0,056 мг/л. Летом в водах Таганрогского залива происходит возрастание концентраций фосфатов от поверхности ко дну, но при этом вертикальные градиенты в среднем не превышают 0,005 - 0,010 мг/л, что, возможно, связано с активизацией процесса аэрирования придонных вод в зоне контакта вода-дно, где получают развитие адсорбционные процессы, что и обусловливает снижение содержания фосфатов у дна.

При довольно монотонном изменении концентраций фосфатов и общего фосфора в поверхностном и придонном горизонтах мы предполагаем, что существует зона резкого увеличения содержания рассматриваемых гидрохимических характеристик, которая совпадает с отмеченными ранее зонами роста концентраций нитратов и нитритов и связана с наличием геохимического барьера.

Как количественную характеристику геохимических барьеров обычно используют градиент - разницу содержания элемента до и после барьера, нормированную на его ширину. Для установления факта вовлечения элемента в химические и биохимические реакции его сравнивают с консервативным индексом. Если компонент участвует только в процессе механического смешения, его содержание линейно связано с консервативным показателем и близко к теоретической прямой разбавления. При участии в физико-химических или биологических процессах поведение

элемента неконсервативно, наблюдается отклонение от линейной связи с индексом. Наиболее подходящим параметром для консервативного индекса смешения считается хлорность.

Анализ поведения абсолютных концентраций солей в Таганрогском заливе показывает плавный рост содержания всех солеобразующих ионов и не обнаруживает признаков нарушения миграционной способности ионов.

Более наглядным оказывается пространственное распределение относительных концентраций ионов (использовано отношение других составляющих ионного состава к хлору как наиболее консервативному из ионов). Географическое распределение межионных отношений выявляет границу между районом устойчивых соотношений и зоной коренной перестройки солевой системы (рис.1).

1 ............................

гТ 5 5 в

1 --♦ 0,00 4-5-  0,0066' 0.0074«  0,01 о-г-

0 1 2 3 4 5 6 ;

Хлорность, моль/л I

Рис.1

Соотнесение измеренных нами концентраций Мп2+ в районах отбора проб и хлорности в тех же районах позволяет предположить неконсервативность его поведения (рис. 2). Однако подтверждение или опровержение данной гипотезы требует наличия большей базы данных и дальнейших исследований, которые будут продолжены летом 2002 года.

Зависимость содержания Мп, мг/п от хлорности

Я 0,5 1 0,4

£ о.з £0,2 8 о,1

о л о

I I

*-0Д2

0,002 0,004 0.006 0.00В 0,01 0,012 Хлорность

Рис.2 ЛИТЕРАТУРА

1. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т.5 «Азовское море»/ Под ред. Н.П.Гоптарева. СПб.: Гидрометеоиздат, 1991. 237 с.

2. Руководство по методам химического анализа морских вод, 1978.

3. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши, 1977.

4. Экспедиционный отчет Научно-образовательного эколого-аналитического центра системных исследований, математического моделирования и геоэкологической безопасности юга России при Таганрогском государственном радиотехническом университете (ТРТУ), 2000 г.