Закономерности сезонных изменений содержания и распределения кислорода в водах Севастопольской бухты

Рассмотрены закономерности внутригодовых изменений концентрации кислорода и степени насыщения кислородом вод Севастопольской бухты в период 1998 – 2009 гг. Выявлены пространственные особенности сезонных изменений распределения кислорода в водах Севастопольской бухты. В годовом ходе содержания кислор...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2011
Hauptverfasser:	Свищев, С.В., Кондратьев, С.И., Коновалов, С.К.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Морський гідрофізичний інститут НАН України 2011
Schriftenreihe:	Морской гидрофизический журнал
Schlagworte:	Экспериментальные и экспедиционные исследования
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56697
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Закономерности сезонных изменений содержания и распределения кислорода в водах Севастопольской бухты / С.В. Свищев, С.И. Кондратьев, С.К. Коновалов // Морской гидрофизический журнал. — 2011. — № 4. — С. 64-78. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-56697
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-566972025-02-09T09:38:39Z Закономерности сезонных изменений содержания и распределения кислорода в водах Севастопольской бухты Свищев, С.В. Кондратьев, С.И. Коновалов, С.К. Экспериментальные и экспедиционные исследования Рассмотрены закономерности внутригодовых изменений концентрации кислорода и степени насыщения кислородом вод Севастопольской бухты в период 1998 – 2009 гг. Выявлены пространственные особенности сезонных изменений распределения кислорода в водах Севастопольской бухты. В годовом ходе содержания кислорода в поверхностном слое вод во всех районах бухты можно выделить два периода: перенасыщения с марта по сентябрь и недонасыщения с октября по февраль. В придонном слое вод во всех районах бухты наблюдается недонасыщение вод кислородом в течение всего года. Розглянуто закономірності внутрішньорічних змін концентрації кисню та ступеню насичення киснем вод Севастопольської бухти в період 1998 – 2009 рр. Виявлені просторові особливості сезонних змін розподілу кисню у водах Севастопольської бухти. У річному ходу вмісту кисню в поверхневому шарі вод у всіх районах бухти можна виділити два періоди: перенасичення з березня по вересень і недонасичення з жовтня по лютий. У придонному шарі вод у всіх районах бухти спостерігається недонасичення вод киснем протягом всього року. Regularities of intra-year variations of oxygen concentrations and degree of the Sevastopol bay waters oxygenation are considered for the period 1998 – 2009. Spatial features of seasonal changes of oxygen distribution in the Sevastopol bay waters are revealed. Two periods are distinguished in the annual variation of oxygen content in the water surface layer in all the areas of the bay: over-saturation in March – September and under-saturation in October – February. In all the areas of the bay water oxygen under-saturation is observed in the benthic layer during the whole year. Особую благодарность авторы выражают научному сотруднику отдела биогеохимии моря МГИ НАН Украины А.С. Романову за методическую помощь в экспедиционных исследованиях вод Севастопольской бухты. Часть данной работы выполнена в рамках национальных проектов «Океанография», «Стабильная экосистема», «Экошельф» и международного проекта EC 7thFP Area 6.4.1.2. ENV.2008.4.1.2.1. (2009 – 2011, HYPOX, #226213) In situ monitoring of oxygen depletion in hypoxic ecosystems of coastal and open seas, and land-locked water bodies (HYPOX). 2011 Article Закономерности сезонных изменений содержания и распределения кислорода в водах Севастопольской бухты / С.В. Свищев, С.И. Кондратьев, С.К. Коновалов // Морской гидрофизический журнал. — 2011. — № 4. — С. 64-78. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0233-7584 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56697 551.465 (262.5) ru Морской гидрофизический журнал application/pdf Морський гідрофізичний інститут НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Экспериментальные и экспедиционные исследования Экспериментальные и экспедиционные исследования
spellingShingle	Экспериментальные и экспедиционные исследования Экспериментальные и экспедиционные исследования Свищев, С.В. Кондратьев, С.И. Коновалов, С.К. Закономерности сезонных изменений содержания и распределения кислорода в водах Севастопольской бухты Морской гидрофизический журнал
description	Рассмотрены закономерности внутригодовых изменений концентрации кислорода и степени насыщения кислородом вод Севастопольской бухты в период 1998 – 2009 гг. Выявлены пространственные особенности сезонных изменений распределения кислорода в водах Севастопольской бухты. В годовом ходе содержания кислорода в поверхностном слое вод во всех районах бухты можно выделить два периода: перенасыщения с марта по сентябрь и недонасыщения с октября по февраль. В придонном слое вод во всех районах бухты наблюдается недонасыщение вод кислородом в течение всего года.
format	Article
author	Свищев, С.В. Кондратьев, С.И. Коновалов, С.К.
author_facet	Свищев, С.В. Кондратьев, С.И. Коновалов, С.К.
author_sort	Свищев, С.В.
title	Закономерности сезонных изменений содержания и распределения кислорода в водах Севастопольской бухты
title_short	Закономерности сезонных изменений содержания и распределения кислорода в водах Севастопольской бухты
title_full	Закономерности сезонных изменений содержания и распределения кислорода в водах Севастопольской бухты
title_fullStr	Закономерности сезонных изменений содержания и распределения кислорода в водах Севастопольской бухты
title_full_unstemmed	Закономерности сезонных изменений содержания и распределения кислорода в водах Севастопольской бухты
title_sort	закономерности сезонных изменений содержания и распределения кислорода в водах севастопольской бухты
publisher	Морський гідрофізичний інститут НАН України
publishDate	2011
topic_facet	Экспериментальные и экспедиционные исследования
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56697
citation_txt	Закономерности сезонных изменений содержания и распределения кислорода в водах Севастопольской бухты / С.В. Свищев, С.И. Кондратьев, С.К. Коновалов // Морской гидрофизический журнал. — 2011. — № 4. — С. 64-78. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
series	Морской гидрофизический журнал
work_keys_str_mv	AT sviŝevsv zakonomernostisezonnyhizmenenijsoderžaniâiraspredeleniâkislorodavvodahsevastopolʹskojbuhty AT kondratʹevsi zakonomernostisezonnyhizmenenijsoderžaniâiraspredeleniâkislorodavvodahsevastopolʹskojbuhty AT konovalovsk zakonomernostisezonnyhizmenenijsoderžaniâiraspredeleniâkislorodavvodahsevastopolʹskojbuhty
first_indexed	2025-11-25T11:26:37Z
last_indexed	2025-11-25T11:26:37Z
_version_	1849761472963411968
fulltext	ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 4 64 © С.В. Свищев, С.И. Кондратьев, С.К. Коновалов, 2011 Экспериментальные и экспедиционные исследования УДК 551.465 (262.5) С.В. Свищев, С.И. Кондратьев, С.К. Коновалов Закономерности сезонных изменений содержания и распределения кислорода в водах Севастопольской бухты Рассмотрены закономерности внутригодовых изменений концентрации кислорода и степе- ни насыщения кислородом вод Севастопольской бухты в период 1998 – 2009 гг. Выявлены пространственные особенности сезонных изменений распределения кислорода в водах Сева- стопольской бухты. В годовом ходе содержания кислорода в поверхностном слое вод во всех районах бухты можно выделить два периода: перенасыщения с марта по сентябрь и недона- сыщения с октября по февраль. В придонном слое вод во всех районах бухты наблюдается недонасыщение вод кислородом в течение всего года. Ключевые слова: концентрация кислорода, степень насыщения кислородом, Севасто- польская бухта. Введение. Интенсивно эксплуатируемые прибрежные морские системы, к числу которых относится Севастопольская бухта, подвергаются воздейст- вию повышенной антропогенной нагрузки. Она может включать факторы чрезмерно интенсивной эксплуатации природных ресурсов, вселения чуже- родных видов, загрязнения окружающей среды (выбросы хозяйственно-быто- вых и промышленных сточных вод и т. д.) [1]. Одним из фундаментальных индикаторов нежелательных изменений состояния морской экосистемы явля- ется изменение режима кислорода. Концентрация растворенного кислорода и степень насыщения вод кисло- родом характеризуют состояние морской экосистемы, комфортность сущест- вования биологических сообществ, интенсивность протекания в ней основ- ных биологических и биохимических процессов, стабильность гидрохимиче- ского режима. По этой причине информация о кислородном режиме при- брежных морских акваторий в целом, и Севастопольской бухты в частности, имеет первостепенное значение при планировании их рационального исполь- зования в различных областях хозяйственной деятельности человека. Одним из наиболее характерных негативных изменений состояния мор- ской среды является дефицит кислорода (гипоксия), а в предельном случае – отсутствие кислорода (аноксия). В то время как термин «аноксия» имеет од- нозначное определение и соответствует аналитическому отсутствию кисло- рода, т. е. обычно концентрациям менее 0,02 мл/л, термин «гипоксия» менее однозначен. Это связано с тем, что этот термин изначально определял уро- ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 4 65 вень содержания кислорода, при котором возникали отрицательные физиоло- гические реакции в биологических сообществах. Поскольку устойчивость к дефициту кислорода у различных биологических сообществ различна, то от- личалась и величина концентрации кислорода, используемая для определения условий гипоксии. Одной из наиболее общепринятых величин в настоящее время является концентрация кислорода, равная 2 мг/л (1,4 мл/л). Севастопольская бухта расположена на юго-западной оконечности Крымского п-ова и представляет собой полузамкнутую акваторию эстуарного типа с ограниченным водообменом. В ней выделяют устье р. Черной и 19 ма- лых бухт – Карантинную, Артиллерийскую, Южную, Килен-бухту и др. [2]. Протяженность основной части бухты составляет 7,5 км при максимальной ширине около 1 км. Глубина бухты достигает при входе 20 м и уменьшается до 4 – 5 м к вершине. Средняя глубина бухты составляет 12,5 м. После по- стройки в 1976 – 1977 гг. защитного мола ширина бухты при входе уменьши- лась с 940 до 550 м. Это привело к уменьшению интенсивности водообмена с сопредельной акваторией моря, а значит, к уменьшению потока обогащенных кислородом морских вод в бухту и увеличению риска возникновения дефи- цита кислорода. В восточной части (в вершине) в бухту впадает р. Черная – одна из наи- более полноводных рек юго-запада Крыма. Ее среднегодовой зарегулирован- ный сток для 1954 – 2000 гг. составлял 56,8 млн. м3, причем 80% этого стока приходилось на зимние и весенние периоды [3]. Учитывая, что объем вод бухты составляет 79 млн. м3 [4], даже в условиях зарегулированного стока р. Черная оказывает большое влияние на акваторию бухты, что проявляется в постоянном опреснении ее поверхностных вод, а также в поступлении с реч- ным стоком органических и минеральных веществ. При этом опреснение по- верхностных вод увеличивает устойчивость вертикальной стратификации и уменьшает интенсивность вертикальной вентиляции вод [5], а поступление с речным стоком органических веществ и биогенных элементов приводит к более интенсивному потреблению кислорода в биогеохимических процессах окисления органического вещества. Несмотря на продолжительный период исследований Севастопольской бухты и наличие достаточно обширной научной литературы, многие вопросы ее гидрохимического режима остаются слабо освещенными. Наиболее пол- ной публикацией можно считать препринт «Гидролого-гидрохимический ре- жим Севастопольской бухты и его изменения под воздействием климатиче- ских и антропогенных факторов» [3]. В этой работе обсуждаются режимные характеристики гидрометеорологических элементов (температуры воздуха и воды, уровня моря, ветра и волнения) и их сезонные и многолетние измене- ния, приводятся данные об основных особенностях гидрохимической струк- туры вод бухты в современных условиях, выполнено биогеохимическое рай- онирование акватории бухты, однако отсутствует анализ сезонных изменений гидрохимических характеристик, в первую очередь кислорода. В работе [5] ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 4 66 приводится подробное описание особенностей распределения растворенного кислорода в водах бухты в различные сезоны 2006 – 2007 гг. и обсуждается на качественном уровне влияние гидрофизических и химико-биологических процессов, однако материал ограничен лишь одним годовым циклом. Целью настоящей работы является изучение закономерностей сезонных изменений концентрации растворенного кислорода и уровня насыщения им вод Севастопольской бухты по результатам 62 гидролого-гидрохимических съемок за 1998 – 2009 гг. Материалы и методы исследования. При анализе сезонных изменений содержания кислорода использовались результаты экспедиционных исследо- ваний Севастопольской бухты и прилегающей к ней акватории открытого моря за период май 1998 г. – сентябрь 2009 г. Распределение станций отбора проб представлено на рис. 1. На рис. 2 показано распределение проведенных съемок по годам и месяцам. Р и с. 1. Схема районирования Севастопольской бухты с указанием положения и номеров станций отбора проб Температура и соленость измерялись in situ с использованием СТД-зонда ШИК-1, оснащенного кассетой пластмассовых батометров для отбора проб с их последующим йодометрическим титрованием по методу Винклера [6, 7] для определения концентрации растворенного кислорода. Отбор проб с по- верхностного горизонта осуществлялся с глубин 0,5 – 1,0 м, с придонного – на расстоянии 1 м от дна. Поскольку распределение кислорода в водах бухты характеризуется зна- чительными пространственно-временными изменениями [3, 5], при анализе учитывалось разделение Севастопольской бухты (рис. 1) на четыре района (западный, центральный, южный и восточный), согласно работе [3]. ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 4 67 Для данных, полученных на станциях одного района, выполнялась ап- проксимация внутригодовых изменений функцией вида ( )ϕπ ++= ta 2sin]O[]O[ 22 , где ]O[ 2 – концентрация кислорода (мл/л), ]O[ 2 – среднегодовая концентра- ция кислорода для данного района (мл/л), t – время (год). Синусоидальная зависимость была использована как простая и наиболее часто употребляемая для аппроксимации внутригодовых изменений. Р и с. 2. Распределение проведенных съемок по годам и месяцам При расчетах характерных средних концентраций кислорода для каждого из рассматриваемых районов данные съемок, оказавшиеся за пределами 95%- ного доверительного интервала для средних величин, рассматривались как результат аномальных условий и в данной работе не использовались (рис. 3). ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 4 68 Р и с. 3. Пример выбраковки съемок с аномальными концентрациями растворенного кислоро- да для южного района бухты: а – до выбраковки, б – после выбраковки ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 4 69 Результаты и их обсуждение. Анализ распределения кислорода в Сева- стопольской бухте в различные сезоны 2008 – 2009 гг. показывает (рис. 4), что величины концентрации в поверхностном слое изменялись в пределах от 4,51 до 7,77 мл/л, в придонном – от 4,22 до 7,66 мл/л, отражая весенний мак- симум (рис. 4, б, е) и осенний минимум (рис. 4, г, з). Аналогичные значения были опубликованы для 2004 г. [3] и 2006 – 2007 гг. [5]. Учитывая результаты статистического анализа (рис. 3), эти значения могут считаться оценками ти- пичных диапазонов концентраций кислорода в водах бухты в различные се- зоны в современный период. Р и с. 4. Распределение концентрации кислорода (мл/л) в поверхностном (а – г) и придонном (д – з) слоях вод Севастопольской бухты в различные сезоны 2008 – 2009 гг. (аномальные дан- ные не показаны) ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 4 70 Расчеты внутригодовых изменений средних величин концентрации ки- слорода показали, что средние минимальные и средние максимальные кон- центрации кислорода для различных районов акватории бухты достигаются в различное время года (рис. 5, а). Максимум средней концентрации раство- ренного кислорода в поверхностном слое отмечается ранее всего в открытом море (в первой декаде марта), затем, спустя три недели, – в западном районе Севастопольской бухты (в третьей декаде марта) и далее, с шагом в три – че- тыре дня — в центральном, восточном и южном районах. Минимум средней концентрации кислорода в поверхностном слое также достигается сначала в открытом море (в третьей декаде августа), затем, спустя три недели, – в за- падном районе Севастопольской бухты (в середине сентября) и далее, с ша- гом в три – четыре дня — в центральном, восточном и южном районах. В придонном слое (рис. 6, а), в отличие от поверхностного, максималь- ное, так же как и минимальное, содержание кислорода достигается одновре- менно во всех районах бухты и примыкающем районе открытого моря. Одна- ко как максимальная, так и минимальная средние концентрации растворенно- го кислорода тем больше, чем ближе к открытому морю находится район. Сезонные изменения распределения кислорода в морской воде и, в част- ности в водах бухты, являются результатом в первую очередь двух групп процессов: – физических (сезонных изменений термогалинного режима и соответст- вующего изменения растворимости кислорода, а также изменения интенсив- ности конвекционного и ветрового перемешивания вод); – химико-биологических (продукции кислорода в результате фотосинте- за, потребления кислорода на окисление органического вещества и дыхание гидробионтов). С целью оценки влияния физических процессов (т. е. изменения концен- трации кислорода вследствие изменения температуры и солености) для каж- дого района бухты был рассчитан годовой ход изменения содержания кисло- рода в предположении 100%-ного насыщения вод кислородом (рис. 5, б и 6, б). Видно, что различие во времени достижения максимума и минимума концентрации кислорода в поверхностном слое не превышает 3 дней между примыкающим к бухте районом открытого моря и внутренними мелковод- ными восточным и южным районами бухты. Причем экстремумы в мелко- водных районах бухты наблюдаются раньше, чем в более глубоководных районах и открытом море. Малые различия во времени достижения максиму- ма и минимума концентрации кислорода подчеркивают доминирующее влияние физических процессов. Такая закономерность еще в большей степе- ни характерна для придонного слоя вод (рис. 6, б). Это полностью совпадает с существующими представлениями [5] о том, что более мелководная часть бухты должна быстрее прогреваться и охлаждаться, следовательно, экстре- мумы концентраций кислорода должны здесь достигаться быстрее, чем в глубоководных районах бухты и открытом море. Отметим, что рассчитанные максимальные и минимальные концентрации для южного и восточного рай- онов бухты оказались несколько выше, чем для других, что связано с увели- чением растворимости кислорода при уменьшении солености вод. ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 4 71 Р и с. 5. Внутригодовые изменения средних величин концентрации кислорода в поверхност- ном слое вод различных районов бухты и в открытом море по экспедиционным данным (а), в предположении 100%-ного насыщения вод кислородом (б), а также диаграмма зависимости содержания кислорода от температуры (в) ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 4 72 Р и с. 6. Внутригодовые изменения средних величин концентрации кислорода в придонном слое вод различных районов бухты и в открытом море по экспедиционным данным (а), в пред- положении 100%-ного насыщения вод кислородом (б), а также диаграмма зависимости содер- жания кислорода от температуры (в) ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 4 73 Сравнение рис. 5, б и 6, б и рис. 5, а и 6, а показывает, что пространствен- ные особенности сезонных изменений концентрации кислорода не могут быть в полной мере объяснены только сезонным изменением растворимости кисло- рода. Более того, наблюдаемая временная последовательность достижения максимальных и минимальных значений содержания кислорода в поверхност- ном слое вод в различных районах противоположна той, которая определяется сезонным ходом термогалинных характеристик. Не могут быть объяснены в рамках сезонных изменений растворимости кислорода и столь различные ве- личины максимальных и минимальных средних концентраций кислорода в по- верхностном (рис. 5, а) и особенно в придонном (рис. 6, а) слоях вод. Степень насыщения поверхностных вод кислородом близка к 90% в зим- ний период и превышает 115% в летний (рис. 7). Р и с. 7. Распределение степени насыщения вод кислородом (%) в поверхностном (а – г) и придонном (д – з) слоях вод Севастопольской бухты в различные сезоны 2008 – 2009 гг. (ано- мальные данные не показаны) ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 4 74 Лишь в некоторых районах бухты степень насыщения кислородом при- донного слоя вод достигает или превышает 100%, оставаясь на большей час- ти акватории на уровне 80 – 90% в течение всего года. Некоторое перенасы- щение вод кислородом возможно из-за снижения его растворимости вследст- вие прогрева вод в весенний период или изменения парциального давления кислорода в газовой фазе, однако величины таких отклонений в естественных условиях не превышают нескольких процентов [8]. Точно так же увеличени- ем растворимости кислорода при охлаждении воды нельзя объяснить столь значительный дефицит кислорода в поверхностном слое в период с сентября по март. По этой причине представляется логичным объяснение перенасы- щения вод кислородом в десятки процентов в период с марта по сентябрь (рис. 8) влиянием процесса фотосинтеза, максимум которого наблюдается в марте [3, 5]. Дефицит кислорода, скорее всего, связан с потреблением кисло- рода на окисление органического вещества, в частности, в холодный период года (с октября по февраль) интенсивность этого процесса превышает сумму скоростей продукции кислорода и его поступления из атмосферы. Концентрация кислорода в придонном слое вод Севастопольской бухты также подвержена сезонным изменениям, однако, в отличие от поверхност- ного слоя, дефицит кислорода здесь наблюдается в течение всего года (рис. 8). Потребление кислорода за счет биохимических и химических про- цессов в придонном слое превосходит продукцию кислорода за счет фото- синтеза на большей части акватории бухты, а продуцируемое в поверхност- ном слое органическое вещество лишь частично используется первичными консументами, значительная его доля оседает на дно. При этом в придонном слое в условиях устойчивой плотностной стратификации, когда аэрация глу- бинных слоев затруднена, и при избыточном поступлении на дно органиче- ского вещества наблюдается явление гипоксии. В зависимости от соотноше- ния интенсивности потребления кислорода и величины его потока уровень дефицита кислорода имеет пространственные особенности. Минимальная степень насыщения природных вод кислородом наблюдается в южном и вос- точном (рис. 7) районах бухты, для которых характерны высокий уровень эвтрофирования, наименьшая интенсивность водообмена, повышенная вер- тикальная устойчивость вод из-за поступления пресных вод и интенсивного прогрева в теплый период года. Хотя средние минимальные величины кон- центрации кислорода в придонном слое в настоящее время остаются доста- точно высокими и приблизительно в 3 раза превышают граничную величину концентрации кислорода (1,4 мл/л) для условий гипоксии (рис. 6, а), тем не менее в некоторые годы концентрация кислорода в придонном слое южного района снижалась в летний период ниже 1,4 мл/л, а в придонном слое вод восточного района в 2009 г. впервые был обнаружен сероводород в концен- трации до 0,8 мл/л [9]. На рис. 5, в и 6, в представлены внутригодовые колебания наблюдаемых концентраций кислорода в зависимости от температуры (с учетом солености) вод бухты. Полученные диаграммы для всех четырех районов бухты имеют вид эллипсов на фоне линий, соответствующих 100%-ному насыщению вод кислородом. Область над линиями 100%-ного насыщения характеризует со- стояние вод, перенасыщенных кислородом, а область ниже этих линий – со- ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 4 75 стояние вод в условиях дефицита кислорода. Возникновение эллипсовидных зависимостей, изменение наклона большого диаметра и увеличение малого диаметра эллипсов отражают характер и интенсивность влияния химико- биологических процессов на внутригодовые осцилляции содержания кисло- рода. Р и с. 8. Внутригодовые изменения средней концентрации кислорода в поверхностном (а) и придонном (б) слоях вод Севастопольской бухты по данным наблюдений и в предположении 100%-ного насыщения вод кислородом ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 4 76 Эллипсовидные зависимости на рис. 5, в и 6, в показывают значительные отклонения наблюдаемых величин содержания кислорода от его равновесных значений, а также существенно различный характер этих отклонений для раз- личных сезонов, различных слоев вод и различных районов бухты. Наимень- шие отличия (минимальная величина малого диаметра эллипса) проявляются для придонного слоя вод района открытого моря (рис. 6, в), степень насыще- ния которых в зимний период минимальных температур близка к 100%, а в летний период максимальных температур не ниже 90%. Такой характер внут- ригодовых изменений является естественным, поскольку поток органическо- го вещества в этот слой вод минимален по сравнению с придонным слоем вод бухты, а достаточно большая глубина определяет медленный характер сезон- ных изменений температуры и растворимости кислорода. Противоположная картина наблюдается для придонного слоя наиболее мелководного и эвтрофированного восточного района бухты (рис. 6, в). Здесь для этого слоя характерны: максимальный диапазон внутригодовых измене- ний температуры и содержания кислорода; наименьшая величина насыщения вод кислородом в течение всего года; наибольшая величина малого диаметра эллипса, характеризующего гистерезис изменения концентраций кислорода в периоды прогрева и охлаждения вод. Наиболее настораживающим является то, что для вод этого слоя характерен значительный дефицит кислорода в пе- риод охлаждения вод и даже при минимальных температурах. Учитывая наименьшую глубину бухты в этом районе, наименьшие величины темпера- туры в зимний период и, следовательно, наибольшую интенсивность конвек- тивного вертикального перемешивания, столь значительный дефицит кисло- рода указывает на экологически опасный уровень эвтрофирования этого рай- она бухты. В связи с этим выглядит естественным тот факт, что в придонном слое именно этого района в сентябре 2009 г. обнаружены анаэробные условия и присутствие сероводорода. Для поверхностных вод бухты и примыкающего района моря (рис. 5, в) наблюдаются перенасыщение вод кислородом в течение большей части пе- риода прогрева вод и дефицит кислорода в течение большей части периода охлаждения вод. Хотя диапазон температур весьма слабо меняется от одного района к другому, величина гистерезиса изменения концентраций кислорода в периоды прогрева и охлаждения вод увеличивается по мере продвижения от открытого моря к западному району бухты и далее к центральному и юж- ному районам, достигая максимального значения в восточном районе бухты. Такой характер изменений внутригодовой зависимости содержания кислоро- да от температуры по акватории бухты подтверждает существенное влияние в теплый период года процессов фотосинтеза кислорода, интенсивность ко- торых превышает его биогеохимическое потребление и поток из воды в атмо- сферу. Тогда как в холодный период года интенсивность биогеохимических процессов потребления кислорода превышает его поток из атмосферы в воду. В целом, учитывая значительные отклонения сезонного хода концентраций кислорода не только в придонном, но и в поверхностном слое вод для всех районов бухты, можно сделать вывод о том, что все районы бухты подверже- ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 4 77 ны значительному эвтрофированию. Этот вывод согласуется с данными ра- боты [10] о значительных изменениях в цикле углерода и об увеличении по- тока органического углерода из воды в донные осадки, а также с фактом воз- никновения состояния гипоксии в придонном слое вод южного района и ана- эробных условий в придонном слое вод восточного района бухты. В заключение следует отметить, что диаграммы зависимости концентра- ции кислорода от температуры (рис. 5, в) позволяют объяснить различия во времени достижения максимального и минимального содержания кислорода в поверхностном слое вод различных районов бухты (рис. 5, а). В районе от- крытого моря концентрация кислорода в поверхностном слое вод в значи- тельной степени определяется его растворимостью, а значит, максимальная концентрация достигается во время минимальных температур, т.е. приблизи- тельно в начале марта. Затем при все возрастающей температуре максималь- ная концентрация кислорода в поверхностном слое вод достигается в районах бухты от западного к восточному и южному. Данный период года характери- зуется влиянием процессов снижения растворимости и повышения интенсив- ности фотосинтеза кислорода с ростом температуры. Это приводит к тому, что максимальные концентрации кислорода в поверхностном слое вод бухты наблюдаются на 3 – 4 недели позже, чем в районе открытого моря, и дости- гаются при этом с шагом в несколько дней последовательно от входа в бухту к ее внутренним районам. Выводы. Изменения концентрации растворенного кислорода в поверх- ностном и придонном слоях вод Севастопольской бухты имеют выраженную сезонную периодичность. Физические процессы влияют на сезонный ход рас- творимости кислорода в водах бухты, тогда как химико-биологические про- цессы определяют степень отклонения содержания кислорода от его равно- весного состояния и последовательность достижения максимальных и мини- мальных концентраций кислорода в различных районах бухты. В годовом ходе содержания кислорода в поверхностном слое вод во всех районах бухты можно выделить два периода: перенасыщения с марта по сен- тябрь и недонасыщения с октября по февраль. В придонном слое вод во всех районах бухты наблюдается дефицит ки- слорода в течение всего года. В работе использованы данные многолетних экспедиционных исследова- ний, выполненных сотрудниками отдела биогеохимии моря Морского гидро- физического института НАН Украины в рамках национальных и междуна- родных проектов. Особую благодарность авторы выражают научному со- труднику отдела биогеохимии моря МГИ НАН Украины А.С. Романову за методическую помощь в экспедиционных исследованиях вод Севастополь- ской бухты. Часть данной работы выполнена в рамках национальных проек- тов «Океанография», «Стабильная экосистема», «Экошельф» и международ- ного проекта EC 7thFP Area 6.4.1.2. ENV.2008.4.1.2.1. (2009 – 2011, HYPOX, #226213) In situ monitoring of oxygen depletion in hypoxic ecosystems of coastal and open seas, and land-locked water bodies (HYPOX). ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2011, № 4 78 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Лопухин А.С., Овсяный Е.И., Романов А.С. Сезонные особенности гидролого-гидрохи- мической структуры вод Севастопольской бухты, микропланктон и распределение его биохимических компонент // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. – Севастополь: МГИ НАН Украи- ны, 2007. – Вып. 15. – С.74 – 109. 2. Гриневецкий С.Р., Зонн И.С., Жильцов С.С. Черноморская энциклопедия. – М.: Между- народные отношения, 2006. – 664 с. 3. Иванов В.А., Овсяный Е.И., Репетин Л.Н. и др. Гидролого-гидрохимический режим Севастопольской бухты и его изменения под воздействием климатических и антропо- генных факторов. – Севастополь, 2006. – 90 с. – (Препринт / НАН Украины. МГИ). 4. Морочковский В.А., Ковальчук Ю.Л. Гидролого-гидрохимический режим Севастополь- ской бухты // Ихтиофауна черноморских бухт в условиях антропогенного воздействия. – Киев: Наукова думка, 1993. – С.17 – 24. 5. Кондратьев С.И. Особенности распределения растворенного кислорода в водах Сева- стопольской бухты в 2006 – 2007 годах // Морской гидрофизический журнал. – 2010. – № 2. – С. 63 – 76. 6. Winkler L.W. Die Bestimmung des im Wasser geloesten Sauerstoffes // Chem. Ber. – 1888. – 21. – P. 2843 – 2855. 7. Carpenter J.H. The Chesapeake Bay Institute technique for the Winkler dissolved oxygen metod // Limnol. Oceanogr. – 1965. – 10. – P. 141 – 143. 8. Иваненков В.Н. Баланс кислорода и главных биогенных элементов // Химия вод океана. Т.1. – М.: Наука, 1979. – С. 417 – 424. 9. Отчет о гидрохимической съемке Севастопольской бухты и реки Черная 18.09.2009 г. – 22.09.2009 г. – Севастополь: МГИ НАН Украины, 2009. – 32 с. 10. Игнатьева О.Г., Овсяный Е.И., Романов А.С. и др. Оценка состояния карбонатной сис- темы вод и изменения содержания органического углерода в донных осадках Севасто- польской бухты по данным наблюдений за 1998 – 2005 годы // Морской гидрофизиче- ский журнал. – 2008. – № 2. – С. 57 – 67. Морской гидрофизический институт НАН Украины, Материал поступил Севастополь в редакцию 21.01.10 E-mail: sergsvischev09@rambler.ru После доработки 12.07.10 АНОТАЦІЯ Розглянуто закономірності внутрішньорічних змін концентрації кисню та ступеню насичення киснем вод Севастопольської бухти в період 1998 – 2009 рр. Виявлені просторові особливості сезонних змін розподілу кисню у водах Севастопольської бухти. У річному ходу вмісту кисню в поверхневому шарі вод у всіх районах бухти можна виділити два періоди: пе- ренасичення з березня по вересень і недонасичення з жовтня по лютий. У придонному шарі вод у всіх районах бухти спостерігається недонасичення вод киснем протягом всього року. Ключові слова: концентрація кисню, ступінь насичення киснем, Севастопольська бухта. ABSTRACT Regularities of intra-year variations of oxygen concentrations and degree of the Sevas- topol bay waters oxygenation are considered for the period 1998 – 2009. Spatial features of seasonal changes of oxygen distribution in the Sevastopol bay waters are revealed. Two periods are distin- guished in the annual variation of oxygen content in the water surface layer in all the areas of the bay: over-saturation in March – September and under-saturation in October – February. In all the areas of the bay water oxygen under-saturation is observed in the benthic layer during the whole year. Keywords: oxygen concentration, degree of oxygenation, Sevastopol bay.

Закономерности сезонных изменений содержания и распределения кислорода в водах Севастопольской бухты

Institution

Ähnliche Einträge