Неорганические формы азота в глубоководной части Черного моря по экспедиционным данным 2016–2019 годов

С. И. Кондратьев✉, А. В. Вареник, Н. А. Орехова

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: skondratt@mail.ru

Аннотация

Цель. Целью данной работы является количественное описание структуры вертикального распределения неорганических форм азота, а именно нитритов, нитратов и ионов аммония, в современный постэвтрофикационный период эволюции глубоководной экосистемы Черного моря по натурным данным 2016–2019 гг.

Методы и результаты. Использованы данные экспедиционных исследований Морского гидрофизического института в Черном море в пределах экономической зоны России в 2016–2019 гг. В этих экспедициях были выполнены более 200 глубоководных станций, на которых с помощью кассеты из 12 батометров прибора Seabird-Electronics проводили отбор гидрохимических проб на определенных изопикнических поверхностях. Как правило, это был ряд величин условной плотности σt, равных 16,30, 16,25, 16,20, 16,15, 16,10, 16,05, 16,00, 15,95, 15,90, 15,80, 15,50, 14,0 кг/м3. Такая схема позволяет регистрировать положения субкислородной зоны и верхней границы сероводорода, а также подробно изучать изменения форм азота при переходе от окислительных условий в восстановительные.

Выводы. Качественные характеристики вертикального распределения неорганических форм азота в современный постэвтрофикационный период эволюции глубоководной экосистемы Черного моря соответствуют известным особенностям, количественные характеризуются следующими значениями: от поверхности до начала оксиклина вблизи изопикнической поверхности σt = 14,5 кг/м3 содержание нитритов и нитратов в среднем находилось на уровне 0,06 мкМ и 2–3 мкМ соответственно, концентрация аммония не превышала 0,6 мкМ. Для вертикальных профилей нитритов отмечено два максимума на изопикнических поверхностях σt = 14,0 кг/м3 и σt = 15,9 кг/м3, величина второго максимума не превышала 0,07 мкМ. Для нитратов характерен максимум в интервале величин условной плотности σt = 15,2–15,5 кг/м3, его величина достигала 4–5 мкМ. Появление значимых концентраций ионов аммония зафиксировано на глубине изопикнической поверхности σt = 16,0 кг/м3, затем их содержание монотонно возрастало, достигая 96 ± 5 мкМ на глубине 2000 м. Мольное отношение NH4+/H2S вблизи верхней границы сероводородной зоны составляло 0,58, что указывает на значительный эквивалентный избыток аммония по сравнению с теоретическим стехиометрическим значением 0,30. На больших глубинах при высоких концентрациях H2S (≥ 380 мкМ) оно уменьшилось до 0,25 и приблизилось к теоретическому значению.

Ключевые слова

Черное море, сероводород, биогенные элементы, неорганический азот, вертикальный профиль, натурные данные

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания FNNN 2021-0004 «Фундаментальные исследования океанологических процессов, определяющих состояние и эволюцию морской среды под влиянием естественных и антропогенных факторов, на основе методов наблюдения и моделирования» и государственного задания FNNN 2021-0005 «Комплексные междисциплинарные исследования океанологических процессов, определяющих функционирование и эволюцию экосистем прибрежных зон Черного и Азовского морей», а также проекта РФФИ № 21-55-52001.

Для цитирования

Кондратьев С. И., Вареник А. В., Орехова Н. А. Неорганические формы азота в глубоководной части Черного моря по экспедиционным данным 2016–2019 годов // Морской гидрофизический журнал. 2023. Т. 39, № 2. С. 205–219. EDN FGONIQ. doi:10.29039/0233-7584-2023-2-205-219

Kondratev, S.I., Varenik, A.V. and Orekhova, N.A., 2023. Inorganic Forms of Nitrogen in the Deep Part of the Black Sea Based on the Expeditionary Data, 2016–2019. Physical Oceanography, 30(2), pp. 186-201. doi:10.29039/1573-160X-2023-2-186-201

DOI

10.29039/0233-7584-2023-2-205-219

EDN

FGONIQ

Список литературы

  1. Human activities and nitrogen in waters / W. Q. Suo [et al.] // Acta Ecologica Sinica. 2012. Vol. 32, iss. 4. P. 174–179. https://doi.org/10.1016/j.chnaes.2012.04.010
  2. Review of Nitrogen Compounds Prediction in Water Bodies Using Artificial Neural Networks and Other Models / P. Kumar [et al.] // Sustainability. 2020. Vol. 12, iss. 11. 4359. https://doi.org/10.3390/su12114359
  3. Gray J. S., Wu R. S-s., Or Y. Y. Effects of hypoxia and organic enrichment on the coastal marine environment // Marine Ecology Progress Series. 2002. Vol. 238. P. 249–279. doi:10.3354/meps238249
  4. Dynamics and distribution of natural and human-caused hypoxia / N. N. Rabalais [et al.] // Biogeosciences. 2010. Vol. 7. P. 585–619. doi:10.5194/bg-7-585-2010
  5. Glibert P. M. Eutrophication, harmful algae and biodiversity — Challenging paradigms in a world of complex nutrient changes // Marine Pollution Bulletin. 2017. Vol. 124, iss. 2. P. 591–606. doi:10.1016/j.marpolbul.2017.04.027
  6. Long-term ecological changes in the 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
  7. Benthic Nutrient Cycling and Diagenetic Pathways in the North-western Black Sea / J. Friedrich [et al.] // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2002. Vol. 54, iss. 3. P. 369–383. https://doi.org/10.1006/ecss.2000.0653
  8. Сапожников В. В. Основные причины изменений экосистем Черного, Каспийского и Азовского морей и их современное состояние // Вопросы промысловой океанологии / Под ред. А. П. Алексеева, В. Н. Кочикова, В. В. Масленникова. М. : Изд-во ВНИРО. 2006. Вып. 3. С.113–120. URL: https://inlnk.ru/za2mnw (дата обращения: 20.02.2023).
  9. Strokal M., Kroeze C. Nitrogen and phosphorus inputs to the Black Sea in 1970–2050 // Regional Environmental Change. 2013. Vol. 13. P. 179–192. DOI 10.1007/s10113-012-0328-z
  10. Юнев О. А. Вторичная эвтрофикация черноморского шельфа // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2020. № 2. С. 80–91. doi:10.22449/2413-5577-2020-2-80-91
  11. Nitrous oxide cycling in the Black Sea inferred from stable isotope and isotopomer distributions / M. B. Westley [et al.] // Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography. 2006. Vol. 53, iss. 17–19. P. 1802–1816. https://doi.org/10.1016/j.dsr2.2006.03.012
  12. Concurrent activity of anammox and denitrifying bacteria in the Black Sea / J. B. Kirkpatrck [et al.] // Frontiers in Microbiology. 2012. Vol. 3. 256. https://doi.org/10.3389/fmicb.2012.00256
  13. Solórzano L. Determination of ammonia in natural waters by phenolhypochlorite method // Limnology and Oceanography. 1969. Vol. 14, iss. 5. P. 799801. https://doi.org/10.4319/lo.1969.14.5.0799
  14. Иванов В. А., Белокопытов В. Н. Океанография Черного моря. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2011. 212 с.
  15. 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
  16. Murray J. W. Black Sea Oceanography // Oceanography. 2005. Vol. 18, iss. 2. P. 14–15. https://doi.org/10.5670/oceanog.2005.37
  17. Staneva J., Kourafalou V., Tsiaras K. Seasonal and Interannual Variability of the North-Western Black Sea Ecosystem // Terrestrial Atmospheric and Oceanic Sciences. 2010. Vol. 21. P. 163–180. doi:10.3319/TAO.2009.06.08.03
  18. Biogeochemical Peculiarities of the Vertical Distributions of Nutrients in the Black Sea / M. V. Chelysheva [et al.] // Chemical Structure of Pelagic Redox Interfaces / E. V. Yakushev. Berlin, Heidelberg : Springer, 2011. P. 13–26. https://doi.org/10.1007/698_2011_119
  19. Mikaelyan A. S., Zatsepin A. G., Chasovnikov V. K. Long-term changes in nutrient supply of phytoplankton growth in the Black Sea // Journal of Marine Systems. 2013. Vol. 117–118. P. 53–64. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2013.02.012
  20. 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. http://dx.doi.org/10.1016/j.jmarsys.2013.09.008
  21. Dark N2 fixation: nifH expression in the redoxcline of the Black Sea / J. B. Kirkpatrick [et al.] // Aquatic Microbial Ecology. 2018. Vol. 82. P. 43–58. https://doi.org/10.3354/ame01882
  22. Коновалов С. К., Еремеев В. Н. Региональные особенности, устойчивость и эволюция биогеохимической структуры вод Черного моря // Устойчивость и эволюция океанологических характеристик экосистемы Черного моря. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2012. С. 273–299.
  23. 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. doi:10.22449/0233-7584-2022-1-89-104
  24. Fuchsman C. A., Murray J. W., Konovalov S. K. Concentration and natural stable isotope profiles of nitrogen species in the Black Sea // Marine Chemistry. 2008. Vol. 111, iss. 1–2. P. 90–105. doi:10.1016/j.marchem.2008.04.009
  25. Nitrogen processes in coastal and marine ecosystems / M. Voss [et al.] // The European Nitrogen Assessment: Sources, Effects and Policy Perspectives / Eds. M. A. Sutton, C. M Howard, J. W. Frisman, G. Billen, A. Bleeker, P. Grennfelt, H. van Grinsven, B. Grizzetti. Cambridge : Cambridge University Press, 2011. P. 147–176. doi:10.1017/CBO9780511976988.011
  26. Modeling the distribution of nitrogen species and isotopes in the water column of the Black Sea / S. K. Konovalov [et al.] // Marine Chemistry. 2008. Vol. 111, iss. 1–2. P. 106–124. doi:10.1016/j.marchem.2008.01.006
  27. Millero F. J. Chemical Oceanography. 3rd Edition. Boca Raton : CRC Press, 2005. 536 p. https://doi.org/10.1201/9780429258718
  28. Environmental control on phytoplankton community structure in the NE Black Sea / V. A. Silkin [et al.] // Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 2014. Vol. 461. P. 267–274. https://doi.org/10.1016/j.jembe.2014.08.009
  29. Processes controlling the redox budget for the oxic/anoxic water column of the Black Sea / S. K. Konovalov [et al.] // Deep-Sea Research II: Topical Studies in Oceanography. 2006. Vol. 53, iss. 17–19. P. 1817–1841. https://doi.org/10.1016/j.dsr2.2006.03.013
  30. Konovalov S. K., Ivanov L. I., Samodurov A. S. Fluxes and budget of sulphide and ammonia in the Black Sea anoxic layer // Journal of Marine Systems. 2001. Vol. 31, iss. 1–3. P. 203–216. https://doi.org/10.1016/S0924-7963(01)00053-7

Скачать статью в PDF-формате