Особенности регионального баланса неорганического углерода морских экосистем в условиях антропогенной нагрузки

Н. А. Орехова✉, С. К. Коновалов, Е. В. Медведев

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: natalia.orekhova@mhi-ras.ru

Аннотация

Цель. Глобальные изменения биогеохимической структуры Мирового океана, наиболее проявляющиеся в региональном масштабе, вызванные ростом потока углерода в водные экосистемы в результате увеличения поступления из атмосферы, береговых источников, первично-продукционных и деструкционных процессов в морской среде, делают актуальными вопросы разделения влияния на цикл углерода природно-климатических и антропогенных факторов. Для количественной оценки и анализа степени влияния факторов, приводящих к трансформации природного цикла углерода, необходимо восстановить его бюджет, который определяется поступлением и выносом углерода, равно как и процессами, в результате которых происходит его перераспределение между различными формами.

Методы и результаты. В работе выполнена оценка бюджета углерода для экосистемы Севастопольской бухты (Черное море), а также анализ вклада антропогенной составляющей по данным многолетних исследований (2007–2018 гг.) гидрохимических и геохимических характеристик. Представлены результаты исследования карбонатной системы донных отложений: вертикальный профиль общего растворенного неорганического углерода, щелочности и рН, а также соотношение между растворенным неорганическим углеродом и щелочностью.

Выводы. Установлено, что окисление органического вещества происходит преимущественно в анаэробных условиях. Величины потока общего растворенного неорганического углерода (JTCO2) на границе вода – донные отложения направлены из донных отложений в придонный слой вод и составляют JTCO2 = 0,42…0,61 моль/(м2∙год). Анализ различных составляющих бюджета неорганического углерода показал, что наибольшую роль играют антропогенные источники, вклад которых составляет не менее 75% от общего поступления неорганического углерода. По величине общего запаса растворенного неорганического углерода и выноса в открытое море сделано предположение, что время полного обновления вод Севастопольской бухты составляет 2 года 4 месяца.

Ключевые слова

бюджет углерода, растворенный неорганический углерод, поток TCO2, карбонатная система, Севастопольская бухта, Черное море

Благодарности

Авторы выражают благодарность сотрудникам отдела биогеохимии моря ФГБУН МГИ за помощь в выполнении экспедиционных и аналитических работ. Работа выполнена в рамках темы № 0827-2018-0004, проектов РФФИ № 16-35-60006 мол_а_дк «Многолетние изменения характеристик цикла углерода Севастопольской бухты» и № 18-05-80028 Опасные явления «Исследование и оценка роли гидрофизических и биогеохимических процессов в формировании зон дефицита кислорода и сероводородного заражения прибрежных районов Крымского полуострова и Керченского пролива».

Для цитирования

Орехова Н. А., Коновалов С. К., Медведев Е. В. Особенности регионального баланса неорганического углерода морских экосистем в условиях антропогенной нагрузки // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 3. С. 248–260. EDN ZOODIE. doi:10.22449/0233-7584-2019-3-248-260

Orekhova, N.A., Konovalov, S.K. and Medvedev, E.V., 2019. Features of Inorganic Carbon Regional Balance in Marine Ecosystems under Anthropogenic Pressure. Physical Oceanography, 26(3), pp. 225-235. doi:10.22449/1573-160X-2019-3-225-235

DOI

10.22449/0233-7584-2019-3-248-260

Список литературы

  1. Schmidtko S., Stramma L., Visbeck M. Decline in global oceanic oxygen content during the past five decades // Nature. 2017. Vol. 542, iss. 7641. Р. 335–339. https://doi.org/10.1038/nature21399
  2. Declining oxygen in the global and coastal waters / D. Breitburg [et al.] // Science. 2018. Vol. 359, iss. 6371. Eaam 7240. 11 p. doi:10.1126/science.aam7240
  3. Physical and biogeochemical modulation of ocean acidification in the central North Pacific / J. E. Dore [et al.] // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2009. Vol. 106, no. 30. P. 12235–12240. https://doi.org/10.1073/pnas.0906044106
  4. Acidification of subsurface coastal waters enhanced by eutrophication / W.-J. Cai [et al.] // Nature Geoscience. 2011. Vol. 4, iss. 11. P. 766–770. doi:10.1038/NGEO1297
  5. Air–sea exchanges of CO2 in the world’s coastal seas / C.-T. A. Chen [et al.] // Biogeosciences. 2013. Vol. 10, iss. 10. P. 6509–6544. https://doi.org/10.5194/bg-10-6509-2013
  6. The marine inorganic carbon system along the Gulf of Mexico and Atlantic coasts of the United States: Insights from a transregional coastal carbon study / Zh. A. Wang [et al.] // Limnology and Oceanography. 2013. Vol. 58, iss. 1. P. 325–342. https://doi.org/10.4319/lo.2013.58.1.0325
  7. The changing carbon cycle of the coastal ocean // J. E. Bauer [et al.] // Nature. 2013. Vol. 504, iss. 7478. P. 61−70. doi:10.1038/nature12857
  8. Сток реки Черной как фактор формирования водно-солевого режима и экологического состояния Севастопольской бухты // Е. И. Овсяный [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : МГИ НАНУ, 2007. Вып. 15. С. 57–65.
  9. Овсяный Е. И., Орехова Н. А. Гидрохимический режим реки Черной (Крым): экологические аспекты // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 1. С. 8294. doi:10.22449/0233-7584-2018-1-82-94
  10. Гидролого-гидрохимический режим Севастопольской бухты и его изменения под воздействием климатических и антропогенных факторов / В. А. Иванов [и др.]. Севастополь, 2006. 90 с. (Препринт / НАН Украины, МГИ). URL: https://b-ok.org/book/3183138/f51a2a (дата обращения: 15.04.2019).
  11. Михайлов В. Н. Гидрологические процессы в устьях рек. М. : ГЕОС, 1997. 175 с.
  12. Современные методы гидрохимических исследований океана / Под ред. О. К. Бордовского, А. М. Черняковой. М. : ИО АН СССР, 1992. 201 с.
  13. Millero F. J. The Marine Inorganic Carbon Cycle // Chemical Reviews. 2007. Vol. 107, iss. 2. P. 308–341. doi:10.1021/cr0503557
  14. Zeebe R. E., Wolf-Gladrow D. CO2 in Seawater: Equilibrium, Kinetics, Isotopes. Amsterdam : Elsevier Science, 2001. 360 p. (Elsevier Oceanography Series, vol. 65).
  15. Thermodynamics of the carbon dioxide system in seawater. Paris : Unesco, 1987. Р. 3–21. (Unesco Technical Papers in Marine Science, vol. 51). URL: http://www.jodc.go.jp/jodcweb/info/ioc_doc/UNESCO_tech/077668eb.pdf (дата обращения: 13.09.2018).
  16. Millero F. J. Chemical Oceanography. Boca Raton : CRC Press, 1996. 469 p.
  17. Хоружий Д. С. Использование приборного комплекса AS-C3 для определения парциального давления углекислого газа и концентрации неорганического углерода в морской воде // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : МГИ НАНУ, 2010. Вып. 23. С. 260–272.
  18. Хоружий Д. С., Овсяный Е. И., Коновалов С. К. Сопоставление результатов определения карбонатной системы и общей щелочности морской воды по данным различных аналитических методов // Морской гидрофизический журнал. 2011. № 3. С. 33–47. URL: http://мгфж.рф/images/files/2011/03/201103_03.pdf (дата обращения: 13.09.2018).
  19. Орехова Н. А., Вареник А. В. Современный гидрохимический режим Севастопольской бухты // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 2. С. 134–146. doi:10.22449/0233-7584-2018-2-134-146
  20. Inorganic carbon in the Indian Ocean: Distribution and dissolution processes / C. L. Sabine [et al.] // Global Biogeochemical Cycles. 2002. Vol. 16, iss. 4. 1067. https://doi.org/10.1029/2002GB001869
  21. Redox reactions and weak buffering capacity lead to acidification in the Chesapeake Bay / W.-J. Cai [et al.] // Nature Communications. 2017. Vol. 8. Article 369. https://doi.org/10.1038/s41467-017-00417-7
  22. Орехова Н. А., Коновалов С. К. Кислород и сульфиды в донных отложениях прибрежных районов севастопольского региона Крыма // Океанология. 2018. Т. 58, № 5. С. 739–750. doi:10.1134/S0030157418050106
  23. Early diagenetic processes in the muddy sediments of the Bay of Biscay / C. Hyacinthe [et al.] // Marine Geology. 2001. Vol. 177, iss. 1–2. P. 111–128. https://doi.org/10.1016/S0025-3227(01)00127-X
  24. Zeebe R. E. On the molecular diffusion coefficients of dissolved CO2, HCO-3 and CO2-3 and their dependence on isotopic mass // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2011. Vol. 75, iss. 9. P. 2483–2498. https://doi.org/10.1016/j.gca.2011.02.010
  25. Орехова Н. А., Медведев Е. В., Овсяный Е. И. Влияние вод реки Черной на гидрохимический режим Севастопольской бухты (Черное море) // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2018. Вып. 3. С. 84-91. doi:10.22449/2413-5577-2018-3-84-91
  26. Течения в Севастопольской бухте по данным ADCP–наблюдений, ноябрь 2014 г. / Е. М. Лемешко [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : МГИ НАН Украины, 2014. Вып. 28. С. 25–30.

Скачать статью в PDF-формате