Ошибки при расчете плотности по данным CTD-зонда в субкислородном слое Черного моря

Н. Ю. Андрулионис✉, О. И. Подымов

Институт океанологии имени П. П. Ширшова РАН, Москва, Россия

✉ e-mail: natalya@ocean.ru

Аннотация

Цель. Целью данной работы является исследование плотности воды субкислородного слоя Черного моря двумя способами, оценка ошибок при расчете плотности стандартным способом по данным гидрофизического оборудования, сопоставление полученных результатов с другими характеристиками вод моря и анализ причин этих ошибок.

Методы и результаты. Исследование вод субкислородного слоя Черного моря провели в мае 2021 г. и октябре 2022 г. Плотность воды измеряли прецизионным лабораторным плотномером и рассчитывали по данным CTD-зонда с помощью уравнения состояния EOS-80. При отборе проб измерили значение мутности с помощью турбидиметра. В лаборатории определили концентрации главных ионов основного ионно-солевого состава исследуемых образцов способом потенциометрического титрования и оценили отличие основного ионно-солевого состава образцов от ионно-солевого состава стандартной морской воды IAPSO. Эта оценка показала, что содержание SO2-4 и HCO-3 в среднем было выше на 0,2 и 0,6 % соответственно, K+ и Ca2+ – выше на 0,2 %, а Сlˉ и Na+ – ниже в среднем на 0,4 и 0,3 % соответственно, чем в стандартной морской воде. Содержание Mg2+ в составе вод было близко к его содержанию в стандартной морской воде. Установили, что вертикальное распределение главных ионов в диапазоне условной плотности (σt) 15,9−16,2 кг/м3 не линейно, особенно в отношении хлоридов и сульфатов.

Выводы. В результате определения плотности вод субкислородного слоя Черного моря двумя способами и сравнения полученных значений, было установлено, что ошибки при расчете плотности по данным CTD-зонда составляют 0,05–0,2 кг/м3 и обусловлены вариациями ионно-солевого состава и присутствием большой концентрации взвеси. Градиент плотности при измерении ее плотномером приблизительно в два раза больше, чем по данным CTD-зонда.

Ключевые слова

Черное море, субкислородный слой, плотность воды, соленость воды, измерение плотности, CTD-зондирование, гидрохимические характеристики воды, ионный состав

Благодарности

Исследования были выполнены при поддержке Минобрнауки РФ Соглашение № 07-15-2021-941. Авторы благодарят старшего научного сотрудника АО «Акустический институт имени академика Н. Н. Андреева», главного специалиста ИО РАН В. А. Соловьева за помощь в исследовательской работе и подготовке статьи.

Для цитирования

Андрулионис Н. Ю., Подымов О. И. Ошибки при расчете плотности по данным CTD-зонда в субкислородном слое Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2024. Т. 40, № 3. С. 371–385. EDN OBMVIY.

Andrulionis, N.Yu. and Podymov, O.I., 2024. Errors in Calculating Density Using the CTD probe data in Suboxic Layer of the Black Sea. Physical Oceanography, 31(3), pp. 336-349.

Список литературы

  1. Culkin F., Smed J. The history of Standard Seawater // Oceanologica Acta. 1979. Vol. 2, no. 3. P. 355−364.
  2. Pawlowicz R. Key Physical Variables in the Ocean: Temperature, Salinity, and Density // Nature Education Knowledge, 2013. Vol. 4, iss. 4. 13.
  3. An Expanded Batch-to-Batch Correction for IAPSO Standard Seawater / H. Uchida [et al.] // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2020. Vol. 37, iss. 8. P. 1507–1520. https://doi.org/10.1175/JTECH-D-19-0184.1
  4. Pawlowicz R., Wright D. G. and Millero F. J. The effects of biogeochemical processes on oceanic conductivity/salinity/density relationships and the characterization of real seawater // Ocean Science. 2011. Vol. 7, iss. 3. P. 363–387. https://doi.org/10.5194/os-7-363-2011
  5. Brewer P. G., Bradshaw A. The effect of the non-ideal composition of sea water on salinity and density // Journal of Marine Research. 1975. Vol. 33, no. 2. P. 157–175.
  6. Millero F. J. Chemical Oceanography. 4th Edition. Boca Raton : CRC Press, 2013. 591 p. https://doi.org/10.1201/b14753
  7. Савенко А. В., Савенко В. С., Покровский О. С. Сорбционно-десорбционная трансформация стока растворенных микроэлементов на геохимическом барьере река-море (по данным лабораторного экспериментального моделирования) // Водные ресурсы. 2021. Т. 48, № 2. С. 207–212. EDN FYQRVF. https://doi.org/10.31857/S0321059621020152
  8. Иванов В. А., Белокопытов В. Н. Океанография Черного моря. Cевастополь, 2011. 212 с. EDN XPERZR.
  9. Hiscock W. T., Millero F. J. Alkalinity of the anoxic waters in the Western Black Sea // Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography. 2006. Vol. 53, iss. 17–19. Р. 1787–1801. https://doi.org/10.1016/j.dsr2.2006.05.020
  10. 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.
  11. О природе короткопериодных колебаний основного черноморского пикноклина, субмезомасштабных вихрях и реакции морской среды на катастрофический ливень 2012 г. / А. Г. Зацепин [и др.] // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2013. Т. 49, № 6. С. 717–732. EDN RFWNHF. https://doi.org/10.7868/S0002351513060151
  12. Коновалов С. К., Видничук А. В., Орехова Н. А. Пространственно-временные характеристики гидрохимической структуры вод глубоководной части Черного моря // Система Черного моря. М. : Научный мир, 2018. С. 106–119. https://doi.org/10.29006/978-5-91522-473-4.2018
  13. Unexpected changes in the oxic/anoxic interface in the Black Sea / J. W. Murray [et al.] // Nature. 1989. Vol. 338. P. 411–413. https://doi.org/10.1038/338411a0
  14. Concurrent activity of anammox and denitrifying bacteria in the Black Sea / J. B. Kirkpatrick [et al.] // Frontiers in Microbiology. 2012. Vol. 3. 256. https://doi.org/10.3389/fmicb.2012.00256
  15. Вентиляция анаэробной зоны Черного моря по данным изотопного состава серы сульфата / А. В. Дубинин [и др.] // Доклады Академии наук. 2017. Т. 475, № 4. C. 428–434. EDN ZBEWPR. https://doi.org/10.7868/S0869565217220157
  16. Верхняя граница сероводорода и природа нефелоидного редокс-слоя в водах кавказского склона Черного моря / И. И. Волков [и др.] // Геохимия. 1997. № 6. С. 618–629.
  17. Surface and mid-water sources of organic carbon by photoautotrophic and chemoautotrophic production in the Black Sea / A. Yilmaz [et al.] // Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography. 2006. Vol. 53, iss. 17–19. P. 1988–2004. https://doi.org/10.1016/j.dsr2.2006.03.015
  18. Kremling K. Relation between chlorinity and conductometric salinity in Black Sea water // The Black Sea – geology, chemistry, and biology / E. T. Degens, D. A. Ross. Tulsa, USA : American Association of Petroleum Geologists, 1974. P. 151–154.
  19. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. IV : Черное море. Выпуск 2 : гидрохимические условия и океанологические основы формирования биологической продуктивности / под ред. А. И. Симонова, А. И. Рябинина, Д. Е. Гершановича ; отв. ред. Ф. С. Терзиев. СПб. : Гидрометеоиздат, 1992. 219 с.
  20. Pawlowicz R. A model for predicting changes in the electrical conductivity, practical salinity, and absolute salinity of seawater due to variations in relative chemical composition // Ocean Science. 2010. Vol. 6, iss. 1. P. 361–378. https://doi.org/10.5194/os-6-361-2010
  21. Андрулионис Н. Ю., Завьялов П. О. Лабораторные исследования основного компонентного состава гипергалинных озер // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 1. С. 16–36. EDN PXDBFT. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2019-1-16-36
  22. Millero F. J. History of the Equation of State of Seawater // Oceanography. 2010. Vol. 23, iss. 3. P. 18–33. https://doi.org/10.5670/oceanog.2010.21
  23. Millero, F. J., Huang F. The density of seawater as a function of salinity (5 to 70 g kg−1) and temperature (273.15 to 363.15 K) // Ocean Science. 2009. Vol. 5, iss. 2. P. 91–100. https://doi.org/10.5194/os-5-91-2009
  24. Kayukawa Y., Uchida H. Absolute density measurements for standard sea-water by hydrostatic weighing of silicon sinker // Measurement: Sensors. 2021. Vol. 18. 100200. https://doi.org/10.1016/j.measen.2021.100200
  25. 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. EDN TOESBD.
  26. Kremling K. Determination of the major constituents // Methods of Seawater Analysis / Eds. K. Grasshoff, K. Kremling, M. Ehrhardt. Weinheim : WILEY-VCH, 1999. Chapter 11. P. 229–251. https://doi.org/10.1002/9783527613984.ch11
  27. The composition of standard seawater and the definition of the reference-composition salinity scale / F. J. Millero [et al.] // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2008. Vol. 55, iss. 1. P. 50−72. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2007.10.001
  28. An algorithm for estimating absolute salinity in the global ocean / T. J. McDougall [et al.] // Ocean Science. 2012. Vol. 8, iss. 6. P. 1123–1134. https://doi.org/10.5194/os-8-1123-2012
  29. Sauerheber R., Heinz B. Temperature Effects on Conductivity of Seawater and Physiologic Saline, Mechanism and Significance // Chemical Sciences Journal. 2015. Vol. 6, iss. 4. 1000109. doi:10.4172/2150-3494.1000109
  30. Стунжас П. А., Якушев Е. В. О тонкой гидрохимической структуре редокс-зоны в Черном море по результатам измерений открытым датчиком кислорода и по батометрическим данным // Океанология. 2006. Т. 46, № 5. С. 672–684. EDN HVSXTL.
  31. Андрулионис Н. Ю., Завьялов И. Б., Рождественский С. А. Основной ионный состав вод Керченского пролива и прилегающих акваторий // Морской гидрофизический журнал. 2024. Т. 40, № 1. С. 87–107. EDN HEHNBE.

Скачать статью в PDF-формате