Физико-химические характеристики придонных, поровых вод и донных отложений шельфа северо-восточной части Черного моря

К. И. Гуров✉, Ю. С. Гурова, Н. А. Орехова

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: gurovki@gmail.com

Аннотация

Цель. С использованием новых экспедиционных данных изучить особенности вертикального распределения геохимических параметров и химического профиля поровых вод донных отложений прибрежной зоны северо-восточной части Черного моря – цель настоящей работы.

Методы и результаты. Пробы поверхностного слоя донных отложений (24 пробы) были получены в ходе трех рейсов НИС «Профессор Водяницкий» в сентябре 2018 г., июле 2019 г. и августе 2021 г. Пробы колонок (5 колонок) и воды из придонного слоя (9 проб) были отобраны в августе 2021 г. Изучены профили вертикального распределения кислорода, сероводорода, окисленных и восстановленных форм железа в поровых водах, концентрация кислорода и степень насыщения кислородом придонного слоя вод, а также определены геохимические характеристики донных отложений в поверхностном слое (0–5 см) и колонках. Отмечено, что поверхностный слой осадка в северо-восточном районе был образован илистым материалом, максимальная доля которого (83–97%) зафиксирована в районах впадения крупных рек Краснодарского края. В поверхностном слое отложений содержание Сорг изменялось в пределах 0,2–1,9% сух. масс. В вертикальном распределении Сорг в колонках донных отложений отмечается тенденция к снижению его содержания с глубиной; максимальные концентрации наблюдались в верхнем (0–4 см) слое.

Выводы. Установлено, что для верхнего слоя отложений исследуемого района были характерны аэробные условия (кислород проникал до 10 мм), в толще осадка окисление органического вещества происходило преимущественно с участием железа (Fe (II, III)), что указывало на развитие субкислородных условий. В некоторых районах окислительно-восстановительные условия в осадке изменялись от субкислородных (район г. Анапа и участок между г. Геленджик и г. Туапсе) до анаэробных (район г. Новороссийск и г. Туапсе), что обусловлено появлением восстановленных форм серы в толще донных отложений. Установлено, что в северо-восточной части Черного моря распределение Fe (II, III) в поровых водах донных отложений обратно пропорционально распределению рН (коэффициенты корреляции –0,68 и –0,73 соответственно).

Ключевые слова

донные отложения, поровые воды, кислород, полярография, гранулометрический состав, органический углерод, Черное море

Благодарности

Работа выполнена в рамках тем 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», FNNN-2021-0005 «Комплексные междисциплинарные исследования океанологических процессов, определяющих функционирование и эволюцию экосистем прибрежных зон Черного и Азовского морей» и FNNN-2022-0002 «Мониторинг карбонатной системы, содержания и потоков СО2 в морской среде Черного и Азовского морей», а также при поддержке проекта РФФИ № 20-35-90103.

Для цитирования

Гуров К. И., Гурова Ю. С., Орехова Н. А. Физико-химические характеристики придонных, поровых вод и донных отложений шельфа северо-восточной части Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2023. Т. 39, № 4. С. 497–511. EDN NGXQIH.

Gurov, K.I., Gurova, Yu.S. and Orekhova, N.A., 2023. Physical and Chemical Characteristics of the Near-Bottom and Pore Waters, and the Bottom Sediments in the Northeastern Part of the Black Sea Shelf. Physical Oceanography, 30(4), pp. 454-467.

Список литературы

  1. Овсяный Е. И., Гуров К. И. Исследование органического углерода и карбонатности в донных осадках шельфа южного побережья Крыма // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 1. С. 62–72. doi:10.22449/0233-7584-2016-1-62-72
  2. Даувальтер В. А. Факторы формирования химического состава донных отложений озер. Мурманск : МГТУ, 2002. 75 с.
  3. Гурский Ю. Н. Геохимия литогидросферы внутренних морей. Т. 1. : Методы изучения и процессы формирования химического состава иловых вод в отложениях Черного, Азовского, Каспийского, Белого, Балтийского морей. М. : ГЕОС, 2003. 331 с.
  4. Розанов А. Г., Волков И. И. Донные осадки Кандалакшского залива Белого моря: марганцевый феномен // Геохимия. 2009. № 10. С. 1067–1085.
  5. Куфтаркова Е. А., Ковригина Н. П., Родионова Н. Ю. Гидрохимический режим района, прилегающего к бухте Омега, и факторы, его формирующие // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 1999. С. 175–189.
  6. Миронов О. Г., Кирюхина Л. Н., Алёмов С. В. Экологическая характеристика бухты Казачьей (Черное море) // Экология моря. 2002. Вып. 61. С. 85–89.
  7. Циркуляция вод в северной части Черного моря летом – зимой 2018 года / Ю. В. Артамонов [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2020. Вып. 1. С. 69–90. doi:10.22449/2413-5577-2020-1-69-90
  8. Изучение гидродинамических процессов в шельфовой зоне на основе спутниковой информации и данных подспутниковых измерений / О. Ю. Лаврова [и др.] // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12, № 5. С. 98–129.
  9. Исследование состояния экосистемы прибрежной части Черного моря в районе Большого Сочи // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2008. № 5. С. 6–25.
  10. Немировская И. А., Лисицын А. П. Углеводороды в водах и донных осадках прибрежных районов северо-восточной части Черного моря // Доклады Академии наук. 2015. Т. 464, № 3. С. 334–340. doi:10.7868/S0869565215270195
  11. Современные данные по загрязнению Азовского и Черного морей углеводородами нефти / Г. Г. Матишов [и др.] // Вестник Южного научного центра РАН. 2014. Т. 10, № 4. С. 49–52. EDN TCCRIV.
  12. Техногенное загрязнение и процессы естественного самоочищения Прикавказской зоны Черного моря. М. : Недра, 1996. 502 с.
  13. Пестициды и полихлорбифенилы в экосистеме северо-восточной части Черного моря по данным наблюдений 1992–2012 гг. / И. Г. Корпакова [и др.] // Вопросы рыболовства. 2013. Т. 14, № 4 (56). С. 744–756. EDN SHLUZN.
  14. Тихонова Е. А. Органическое вещество донных отложений Крымского и Кавказского побережий (Азовское и Черное моря) // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2021. Вып. 3. С. 52–67. doi:10.22449/2413-5577-2021-3-52-67
  15. Загрязнение прибрежной акватории российского Причерноморья нефтепродуктами и полициклическими ароматическими углеводородами / Л. Ф. Павленко [и др.] // Вопросы рыболовства. 2013. Т. 14, № 4 (56). С. 785–795. EDN SHLVBB.
  16. Часовников В. К., Чжу В. П., Очередник О. А. Анализ концентраций загрязняющих веществ (нефтепродуктов, фенолов, СПАВ, ХОП, ПАУ, тяжелых металлов и др.) в водной толще и в донных осадках Геленджикской и Голубой бухт // Некоторые результаты комплексной прибрежной экспедиции «Черное море-2017» на МНИС «Ашамба». М. : Научный мир, 2018. С. 67–78. doi:10.29006/978-5-91522-472-7-2018.3
  17. Оценка загрязнения воды и донных отложений Кавказского района Черного моря тяжелыми металлами и мышьяком в современный период / А. И. Евсеева [и др.] // Водные биоресурсы и среда обитания. 2020. Т. 3, № 3. С. 7–16. doi:10.47921/2619-1024_2020_3_3_7
  18. Кораблина И. В., Барабашин Т. О., Каталевский Н. И. Тяжелые металлы в донных осадках шельфа северо-восточной части Черного моря в современный период // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 5. С. 591–609. doi:10.22449/0233-7584-2021-5-591-609
  19. Еремеев В. Н., Коновалов С. К., Романов А. С. Особенности распределения кислорода и сероводорода в водах Черного моря в зимне-весенний период // Морской гидрофизический журнал. 1997. № 4. С. 32–46.
  20. 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. doi:10.1016/0011-7471(70)90037-9
  21. Орехова Н. А., Коновалов С. К. Полярография донных осадков Севастопольской бухты //Морской гидрофизический журнал. 2009. № 2. C. 52–66. EDN VJFPQN.
  22. Use of voltammetric solid-state (micro)electrodes for studying biogeochemical processes: Laboratory measurements to real time measurements with an in situ electrochemical analyzer (ISEA) / G. W. Luther III [et al.] // Marine Chemistry. 2008. Vol. 108, iss. 3–4. Р. 221–235. https://doi.org/10.1016/j.marchem.2007.03.002
  23. Taillefert M., Bono A. B., Luther G. W. Reactivity of Freshly Formed Fe(III) in Synthetic Solutions and (Pore)Waters: Voltammetric Evidence of an Aging Process // Environmental Science & Technology. 2000. Vol. 34, iss 11. Р. 2169–2177. https://doi.org/10.1021/es990120a
  24. Люцарев С. В. Определение органического углерода в морских донных отложениях методом сухого сожжения // Океанология. 1986. Т. XXVI, вып. 4. С. 704–708.
  25. Забегаев И. А., Шульгин В. Ф., Орехова Н. А. Применение инструментальных методов анализа донных отложений для экологического мониторинга морских экосистем // Ученые записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского. Биология. Химия. 2021. Т. 7 (73), № 4. С. 242–254.
  26. Костылева А. В. Распределение растворенного органического углерода в приустьевых районах Большого Сочи (северо-восточная часть Черного моря) // Океанология. 2015. Т. 55, № 2. С. 224–230.
  27. Маккавеев П. Н., Завьялов П. О. Сток малых и средних рек российского побережья Черного моря и его влияние на характеристики вод // Система Черного моря. Москва : Научный мир, 2018. С. 287–322. doi:10.29006/978-5-91522-473-4.2018.605
  28. Орехова Н. А. Режим биогенных элементов Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 6. С. 710–726. doi:10.22449/0233-7584-2021-6-710-726
  29. Органический углерод и карбонатность современных донных отложений Керченского пролива / Е. И. Овсяный [и др.] // Геохимия. 2015. № 12. С. 1120–1131. doi:10.7868/S0016752515120079
  30. Gurov K., Konovalov S. Bottom sediments and their properties in the Сrimea coastal regions // 20th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2020. Sofia, Bulgaria, 2020. Book no. 3.1. P. 815–822. (International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2020 Series, vol. 20, iss. 3.1). doi:10.5593/sgem2020/3.1/s15.105
  31. Распространение вод из Керченского пролива в Черное море / А. А. Алескерова [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2017. № 6. С. 53–64. doi:10.22449/0233-7584-2017-6-53-64
  32. Окислительно-восстановительные условия и характеристики донных отложений бухт Севастопольского региона / Ю. С. Куринная [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2022. Вып. 1. С. 42–54. doi:10.22449/2413-5577-2022-1-42-54
  33. Rickard D., Luther III G. W. Chemistry of iron sulfides // Chemical Reviews. 2007. Vol. 107, iss. 2. Р. 514–562. doi:10.1021/cr0503658
  34. 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
  35. Бассейновая циркуляция и мезомасштабная динамика Черного моря под ветровым воздействием / А. Г. Зацепин [и др.] // Современные проблемы динамики океана и атмосферы. M. : Триада ЛТД, 2010. С. 347–368. EDN TVXEMZ.
  36. Белкина Н. А. Изменение окислительно-восстановительного состояния озерных донных отложений под влиянием антропогенных факторов (на примере Ладожского и Онежского озер) // Общество. Среда. Развитие. 2014. № 3(32). С. 152–158. EDN TIKEDP.

Скачать статью в PDF-формате