Изменчивость потока СО2 на границе раздела вода – атмосфера в прибрежных водах Черного моря на разных масштабах времени в 2010–2014 гг.

Д. С. Хоружий

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

e-mail: khoruzhiy@mhi-ras.ru

Аннотация

Вследствие наблюдаемого в последние десятилетия тренда к повышению содержания углекислого газа в атмосфере, одним из приоритетных направлений гидрохимических исследований стало изучение газообмена в системе вода  атмосфера. Для количественной оценки роли морских акваторий в транспорте CO2 необходимо учитывать пространственную неоднородность вод по их способности к инвазии или эвазии углекислого газа. В статье представлены результаты оценки интенсивности и направления потока CO2 между морем и атмосферой в прибрежных водах Черного моря в 2010-2014 гг., выполненной на основании натурных гидрохимических исследований и реанализа метеорологических данных. Впервые для расчета потока CO2 в черноморских водах были использованы результаты прямых измерений равновесного парциального давления CO2 в поверхностном слое вод и в приводном слое атмосферы. Представлены результаты анализа изменчивости потока CO2 на разных масштабах времени. На основании выполненных расчетов показано превалирование эвазии CO2 в теплый сезон, а инвазии – в холодный. Во время межсезонных переходов состояние акватории близко к равновесному. Временные границы сезонов непостоянны и варьируют от года к году. Рассматриваются вероятные причины сезонной изменчивости потока CO2 . Оценивается возможная роль абиогенных, биогенных и антропогенных факторов в качестве причин наблюдаемых флуктуаций интенсивности обмена CO2 между морем и атмосферой. Показано, что на синоптическом масштабе времени поток CO2 характеризуется более узкой амплитудой колебаний по сравнению с сезонной и межгодовой изменчивостью. Отмечается, что мелкомасштабная временная изменчивость потока CO2 более выражена в холодный сезон. Рассматриваются особенности функционирования цикла углерода в прибрежных водах Черного моря. Обсуждается возможность использования информации об интенсивности и направлении потока CO2 для оценки экологического состояния акватории.

Ключевые слова

поток CO2, равновесное парциальное давление CO2, эвазия CO2, инвазия CO2, сезонная изменчивость потока CO2, суточный ход потока CO2, межсуточные изменения потока CO2, прибрежные воды, апвеллинг

Благодарности

Автор выражает благодарность н. с. отдела океанографии А. В. Гармашову, вед. инж.-иссл. ОГШ С. А. Шутову, м. н. с. ОБМ Е. В. Медведеву за предоставленные метеоданные, определение гидрологических параметров и общей щелочности во время проведения работ. Работа выполнена в рамках раздела «Факторы и процессы, определяющие современное состояние и эволюцию биогеохимической структуры Азово-Черноморского бассейна в условиях изменяющегося климата и антропогенного воздействия» темы No 0827-2018-0003 «Фундаментальные исследования океанологических процессов, определяющих состояние и эволюцию морской среды под влиянием естественных и антропогенных факторов, на основе методов наблюдения и моделирования» (шифр «Океанологические процессы»).

Для цитирования

Хоружий Д. С. Изменчивость потока СО2 на границе раздела вода – атмосфера в прибрежных водах Черного моря на разных масштабах времени в 2010–2014 гг. // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, No 5. С. 434–445. EDN YMQLZJ. doi:10.22449/0233-7584-2018-5-434-445

Khoruzhy, D.S., 2018. Variability of the CO2 Flux on the Water-Atmosphere Interface in the Black Sea Coastal Waters on Various Time Scales in 2010–2014. Physical Oceanography, [e-journal] 25(5), pp. 401-411. doi:10.22449/1573-160X-2018-5-401-411

DOI

10.22449/0233-7584-2018-5-434-445

Список литературы

  1. Малинин В. Н., Образцова А. А. Изменчивость обмена углекислым газом в системе океан – атмосфера // Общество. Среда. Развитие. 2011. № 4. С. 220–226. URL: http://www.terrahumana.ru/arhiv/11_04/11_04_45.pdf (дата обращения: 11.07.2018).
  2. Marinov I., Sarmiento J. L. The Role of the Oceans in the Global Carbon Cycle: An Overview // The Ocean Carbon Cycle and Climate / Eds. M. Follows, T. Oguz. Dordrecht : Springer, 2004. P. 251295. (NATO Science Series: Series IV: Earth and Environmental Sciences, vol. 40). doi:10.1007/978-1-4020-2087-2_8
  3. Sabine C. L., Feely R. A. The Oceanic Sink for Carbon Dioxide // Greenhouse Gas Sinks / Eds. D. Reay, N. Hewitt, J. Grace, K. Smith. Oxfordshire, UK : CABI Publishing, 2007. Chapter 3. Р. 31–49. URL: https://www.pmel.noaa.gov/pubs/outstand/sabi2854/modern.shtml (дата обращения: 11.07.2018).
  4. Borges A. V. Present Day Carbon Dioxide Fluxes in the Coastal Ocean and Possible Feedbacks under Global Change // Oceans and the Atmospheric Carbon Content / Eds. P. Duarte, J. M. Santana-Casiano. Dordrecht : Springer, 2011. P. 47–77. doi:10.1007/978-90-481-9821-4
  5. A global sea surface carbon observing system: Inorganic and organic carbon dynamics in coastal oceans / A. V. Borges [et al.] // Proceedings of OceanObs’09: sustained ocean observations and information for society. Venice, Italy, 21-25 September 2009 / Eds. J. Hall, D. E. Harrison, D. Stammer. Noordwijk : European Space Agency, 2010. Vol. 2. P. 67–88. (ESA Special Publication WPP-306). doi:10.5270/OceanObs09.cwp.07
  6. Millero F. J. The marine inorganic carbon cycle // Chemical Reviews. 2007. Vol. 107, iss. 2. P. 308–341. doi:10.1021/cr0503557
  7. Borges A. V. Do We Have Enough Pieces of the Jigsaw to Integrate CO2 Fluxes in the Coastal Ocean? // Estuaries. 2005. Vol. 28, iss. 1. P. 3–27. https://doi.org/10.1007/BF02732750
  8. Хоружий Д. С. Изменчивость равновесного парциального давления углекислого газа (pCO2) и концентрации растворенного неорганического углерода (TCO2) в прибрежных водах Черного моря в 2010–2014 годах. // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 4. С. 38–52. doi:10.22449/0233-7584-2016-4-38-52
  9. Хоружий Д. С., Коновалов С. К. Суточный ход и межсуточные изменения содержания углекислого газа и растворенного неорганического углерода в прибрежных водах Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2014. № 1. С. 28–43. URL: http://мгфж.рф/images/files/2014/01/201401_03.pdf (дата обращения: 11.07.2018).
  10. Голубой залив как подспутниковый полигон для оценки гидрохимических характеристик в шельфовых областях Крыма / С. И. Кондратьев [и др.] // Морской гидрофизический журнал. № 1. 2016. С. 49–61. doi:10.22449/1573-160X-2016-1-48-59
  11. Hasse L. Transport Processes in the Sea-Surface Microlayer // The sea surface and global change / Eds. P. S. Liss, R. A. Duce. Cambridge : Cambridge University Press, 1997. P. 93–120. https://doi.org/10.1017/CBO9780511525025.005
  12. Advances in Quantifying Air-Sea Gas Exchange and Environmental Forcing / R. Wanninkhof [et al.] // Annual Review of Marine Science. 2009. Vol. 1. P. 213–244. doi:10.1146/annurev.marine.010908.163742
  13. Soloviev A., Lukas R. The Near-Surface Layer of the Ocean. Structure, Dynamics and Applications. Dordrecht : Springer, 2014. P. 574. (Atmospheric and Oceanographic Sciences Library book series, vol. 48). doi:10.1007/978-94-007-7621-0
  14. Wanninkhof R. Relationship between wind speed and gas exchange over the ocean // Journal of Geophysical Research. 1992. Vol. 97, iss. C5. P. 7373–7382. https://doi.org/10.1029/92JC00188
  15. Алекин О. А., Ляхин Ю. И. Химия океана. Л. : Гидрометеоиздат, 1984. URL: http://elib.rshu.ru/files_books/pdf/img-417193806.pdf (дата обращения: 10.08.2018).
  16. Ляхин Ю. И., Александров В. П., Пальшин Н. И. Расчет баланса обмена CO2 между океаном и атмосферой по акватории Атлантического, Индийского и Тихого океанов // Исследование и освоение Мирового океана: междуведомственный сборник. Л. : Ленинградский политехнический институт имени М. И. Калинина, 1978. Вып. 65. С. 48–60. URL: http://elib.rshu.ru/files_books/pdf/img-301103000.pdf (дата обращения: 10.08.2018).
  17. Uncertainty in air-sea CO2 flux due to transfer velocity / T. Yu [et al.] // International Journal of Remote Sensing. 2014. Vol. 35, iss. 11–12. P. 4340–4370. doi:10.1080/01431161.2014.916046

Скачать статью в PDF-формате