Динамика содержания кислорода в период дистрофикационных процессов в Черном море

А. В. Масевич✉, С. К. Коновалов

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: ila.82@mail.ru

Аннотация

Цель. Рассмотрены особенности содержания и распределения кислорода в водах Черного моря и проанализировано соотношение наблюдаемых изменений в распределении кислорода, общего уровня первичной продукции и изменений в температурном режиме, который является показателем интенсивности вентиляции вод холодного промежуточного слоя.

Методы и результаты. Для анализа содержания кислорода были использованы экспедиционные данные (за 2015–2019 гг.), а также массив данных из Банка океанографических данных Морского гидрофизического института РАН (за 1980–2013 гг.). Из массива были отобраны данные для глубоководной части Черного моря (глуби́ны более 200 м). Для анализа величины первичной продукции были использованы данные судовых измерений концентрации хлорофилла а, полученные флуорометрическим методом, за 1980–2001 гг., а также данные о поверхностной концентрации хлорофилла а, полученные с помощью дистанционного зондирования сканерами цвета SeaWiFS и MODIS-Aqua, за 1998–2019 гг. Расчет величины первичной продукции производился по регрессионным уравнениям вида y = a + bx, связывающим первичную продукцию в столбе воды с концентрацией поверхностного хлорофилла. По рассчитанным данным видно, что в первой половине 1980-х гг. был значительный рост годовой первичной продукции до 400 г С/м2·год, с 1985 по 1995 г. она снизилась в среднем до ~ 140 г С/м2·год, а с 1998 г. по настоящее время находится на уровне ~ 100 г С/м2·год. Такой ход величины первичной продукции соответствует наблюдаемым изменениям в вертикальном распределении нитратов. Показана тенденция к росту температуры ядра холодного промежуточного слоя, приводящая к снижению концентрации кислорода в глубинных слоях.

Выводы. На фоне тенденции к увеличению температуры верхних слоев водной толщи и снижению интенсивности зимнего конвективного перемешивания наблюдается снижение запаса кислорода во всех слоях аэробной зоны Черного моря. Это привело к тому, что в 2010 г. наблюдалось самое низкое содержание кислорода за весь период наблюдений. Вместе с тем процесс дистрофикации способствовал возвращению системы Черного моря к своему естественному состоянию, когда динамика содержания кислорода определяется в основном изменчивостью интенсивности физической вентиляции вод.

Ключевые слова

кислород, концентрация кислорода, эвтрофикация, первичная продукция, холодный промежуточный слой, Черное море

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания по теме № 0555-2021-0004 «Фундаментальные исследования океанологических процессов, определяющих состояние и эволюцию морской среды под влиянием естественных и антропогенных факторов, на основе методов наблюдения и моделирования», а также при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-35-90062.

Для цитирования

Масевич А. В., Коновалов С. К. Динамика содержания кислорода в период дистрофикационных процессов в Черном море // Морской гидрофизический журнал. 2022. Т. 38, № 1. С. 89–104. EDN WHFJRJ. doi:10.22449/0233-7584-2022-1-89-104

Masevich, A.V. and Konovalov, S.K., 2022. Oxygen Dynamics during the Period of Dystrophic Processes in the Black Sea. Physical Oceanography, 29(1), pp. 83-97. doi: 10.22449/1573-160X-2022-1-83-97

DOI

10.22449/0233-7584-2022-1-89-104

Список литературы

  1. Declining oxygen in the global ocean and coastal waters / D. Breitburg [et al.] // Science. 2018. Vol. 359, iss. 6371. eaam 7240. P. 1–11. doi:10.1126/science.aam7240
  2. Vidnichuk A. V., Konovalov S. K. Changes in the oxygen regime in the deep part of the Black Sea in 1980–2019 // Physical Oceanography. 2021. Vol. 28, iss. 2. P. 180–190. doi:10.22449/1573-160X-2021-2-180-190
  3. Decline of the Black Sea oxygen inventory / A. Capet [et al.] // Biogeosciences. 2016. Vol. 13, iss. 4. P. 1287–1297. https://doi.org/10.5194/bg-13-1287-2016
  4. Capet A., Vandenbulcke L., Grégoire M. A new intermittent regime of convective ventilation threatens the Black Sea oxygenation status // Biogeosciences. 2020. Vol. 17, iss. 24. P. 6507–6525. https://doi.org/10.5194/bg-17-6507-2020
  5. Агатова А. И. Органическое вещество в морях России. М. : Издательство ВНИРО, 2017. 260 c. URL: http://www.vniro.ru/files/publish/agatova_org_veshestvo.pdf (дата обращения: 17.11.2021).
  6. Konovalov S. K., Murray J. W. Variations in the chemistry of the Black Sea on a time scale of decades (1960–1995) // Journal of Marine Systems. 2001. Vol. 31, iss. 1–3. P. 217–243. https://doi.org/10.1016/S0924-7963(01)00054-9
  7. Юнев О. А., Коновалов С. К., Великова В. Антропогенная эвтрофикация в пелагической зоне Черного моря: долговременные тренды, механизмы, последствия. М. : ГЕОС, 2019. 164 с. doi:10.34756/GEOS.2019.16.37827
  8. Банк океанографических данных Морского гидрофизического института: информационные ресурсы для поддержки исследований прибрежной зоны Черного моря / А. Х. Халиулин [и др.] // Экологическая безопасность прибрежных и шельфовых зон моря. 2016. Вып. 1. С. 90‒96.
  9. Eremeev V. N., Konovalov S. K., Romanov A. S. The distribution of oxygen and hydrogen sulfide in Black Sea waters during winter-spring period // Physical Oceanography. 1998. Vol. 9, iss. 4. P. 259–272. https://doi.org/10.1007/BF02522712
  10. Weiss R. F. The solubility of nitrogen, oxygen and argon in water and seawater // Deep Sea Research and Oceanographic Abstracts. 1970. Vol. 17, iss. 4. P. 721–735. https://doi.org/10.1016/0011-7471(70)90037-9
  11. Демьянов В. В., Савельева Е. А. Геостатистика: теория и практика / Под ред. Р. В. Арутюняна. М. : Наука, 2010. 327 с. URL: https://www.geokniga.org/bookfiles/geokniga-geostatistika-teoriya-i-praktika.pdf (дата обращения: 17.11.2021).
  12. Виноградов М. Е., Налбандов Ю. Р. Влияние изменений плотности воды на распределение физических, химических и биологических характеристик экосистемы пелагиали Черного моря // Океанология. 1990. Т. 30, № 5. С. 769–777.
  13. Chemical variability in the Black Sea: implications of continuous vertical profiles that penetrated the oxic/anoxic interface / L. A. Codispoti [et al.] // Deep Sea Research Part A. Oceanographic Research Papers. 1991. Vol. 38, suppl. 2. P. S691–S710. https://doi.org/10.1016/S0198-0149(10)80004-4
  14. Eremeev V. N., Konovalov S. K., Romanov A. S. Investigation of the formation of vertical structure of biogenic elements fields in the Black Sea, using the method of spatial isopycnic analysis // Physical Oceanography. 1997. Vol. 8, iss. 6. P. 389–402. https://doi.org/10.1007/BF02523811
  15. Современное представление о вертикальной гидрохимической структуре редокс-зоны Черного моря / Е. В. Якушев [и др.] // Комплексные исследования северо-восточной части Черного моря / Отв. ред. А. Г. Зацепин, М. В. Флинт. М. : Наука, 2002. C. 119–132.
  16. Кукушкин А. С., Пархоменко А. В. Оценка применимости спутниковых данных для исследования изменчивости содержания взвешенного органического вещества в поверхностном слое Черного моря // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15, № 1. С. 195–205. doi:10.21046/2070-7401-2018-15-1-195-205
  17. Концентрация пигментов фитопланктона в северо-западной части Черного моря по данным измерений спутниковым цветовым сканером SZCS / В. С. Суетин [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2000. № 2. С. 74–82.
  18. Suslin V., Churilova T. A regional algorithm for separating light absorption by chlorophyll-a and coloured detrital matter in the Black Sea, using 480–560 nm bands from ocean colour scanners // International Journal of Remote Sensing. 2016. Vol. 37, iss. 18. Р. 4380–4400. http://doi.org/10.1080/01431161.2016.1211350
  19. Application of SeaWiFS data for studying variability of bio-optical characteristics in the Barents, Black and Caspian Seas / O. V. Kopelevich [et al.] // Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography. 2004. Vol. 51, iss. 10–11. P. 1063–1091. https://doi.org/10.1016/j.dsr2.2003.10.009
  20. Концентрация хлорофилла-а в Черном море: сравнение спутниковых алгоритмов / В. В. Суслин [и др.] // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2018. Т. 11, № 3. С. 64–72. doi:10.7868/S2073667318030085
  21. Копелевич О. В., Буренков В. И., Шеберстов С. В. Разработка и использование региональных алгоритмов для расчета биооптических характеристик морей России по данным спутниковых сканеров цвета // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2006. Т. 3, № 2. С. 99–105.
  22. Демидов А. Б. Сезонная изменчивость и оценка годовых величин первичной продукции фитопланктона в Черном море // Океанология. 2008. Т. 48, № 5. С. 718–733.
  23. Полонский А. Б., Шокурова И. Г., Белокопытов В. Н. Десятилетняя изменчивость температуры и солености в Черном море // Морской гидрофизический журнал. 2013. № 6. С. 27–41.
  24. Титов В. Б. Межгодовое обновление холодного промежуточного слоя в Черном море за последние 130 лет // Метеорология и гидрология. 2003. № 10. С. 68–75.
  25. Belokopytov V. N. Interannual variations of the renewal of waters of the cold intermediate layer in the Black Sea for the last decades // Physical Oceanography. Vol. 20, iss. 5. P. 347–355. https://doi.org/10.1007/s11110-011-9090-x
  26. Spatial and temporal variability in the chemical properties of the oxic and suboxic layers of the Black Sea / S. Tuğrul [et al.] // Journal of Marine Systems. 2014. Vol. 135. P. 29–43. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2013.09.008
  27. Юнев О. А. Эвтрофикация и годовая первичная продукция фитопланктона глубоководной части Черного моря // Океанология. 2011. Т. 51, № 4. С. 658–668.
  28. Mee L. D. The Black Sea in crisis: a need for concerted international action // Ambio. 1992. Vol. 21, iss. 4. P. 278–286.
  29. Long-term ecological changes in Romanian coastal waters of the Black Sea / A. Cociasu [et al.] // Marine Pollution Bulletin. 1996. Vol. 32, iss. 1. P. 32–38. https://doi.org/10.1016/0025-326X(95)00106-W
  30. Oguz T., Gilbert D. Abrupt transitions of the top-down controlled Black Sea pelagic ecosystem during 1960–2000: Evidence for regime-shifts under strong fishery exploitation and nutrient enrichment modulated by climate-induced variations // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2007. Vol. 54, iss. 2. P. 220–242. doi:10.1016/j.dsr.2006.09.010
  31. Yunev O. A., Moncheva S., Carstensen J. Long-term variability of vertical chlorophyll a and nitrate profiles in the open Black Sea: eutrophication and climate change // Marine Ecology Progress Series. 2005. Vol. 294. P. 95–107. doi:10.3354/meps294095
  32. Temporal (seasonal and interannual) changes of ecosystem of the open waters of the Black Sea / M. E. Vinogradov [et al.] // Environmental degradation of the Black Sea: challenges and remedies. Dordrecht : Springer, 1999. P. 109–129. https://doi.org/10.1007/978-94-011-4568-8_8
  33. Climatic and anthropogenic variations in the sulfide distribution in the Black Sea / S. K. Ko-novalov [et al.] // Aquatic Geochemistry. 1999. Vol. 5, iss. 1. P. 13–27. https://doi.org/10.1023/A:1009655502787
  34. Белокопытов В. Н. Межгодовая изменчивость обновления вод холодного промежуточного слоя Черного моря в последние десятилетия // Морской гидрофизический журнал. 2010. № 5. С. 33–41.
  35. Konovalov S., Belokopytov V., Vidnichuk A. Oxygen regime shifts in the Black Sea: climate and/or human effects // Морские науки и современные технологии для устойчивого развития = Marine Science and Technology for Sustainable Development : тезисы докладов 26-й международной конференции Тихоокеанского конгресса морских наук и технологий (PACON-2019), 16–19 июля 2019 г., Владивосток, Россия. Владивосток : ТОИ ДВО РАН, 2019. C. 23.

Скачать статью в PDF-формате