Характеристики карбонатной системы вод Севастопольской бухты в 2009 - 2015 гг Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И ЭКСПЕДИЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

УДК 551.465 (262.5)

Характеристики карбонатной системы вод Севастопольской бухты в 2009 - 2015 гг.

© 2016 Н.А. Орехова, Е.В. Медведев, С.К. Коновалов

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия E-mail: naorekh-2004@mail.ru

Поступила в редакцию 10.03.2016 г.

В данной работе представлены результаты изучения неорганической составляющей цикла углерода и его трансформации в Севастопольской бухте (Черное море) на основе экспедиционных данных за 2009 - 2015 гг. Полученные результаты показывают незначительную тенденцию к увеличению общего растворенного неорганического углерода (~1%), что может указывать на способность экосистемы бухты к «самовосстановлению». Однако представленный существенный рост парциального давления углекислого газа в придонном и поверхностном слоях бухты (до 23°%) свидетельствует о негативных изменениях, приводящих к трансформации цикла углерода. Тем не менее, в настоящее время воды Севастопольской бухты продолжают находиться в состоянии инвазии (поглощения углекислого газа из атмосферы), но, согласно проведенным расчетам, наблюдается тенденция к снижению величины потока и существует вероятность смены к 2018 г. инвазии на эвазию (выделение углекислого газа в атмосферу).

Ключевые слова: цикл углерода, карбонатная система, парциальное давление углекислого газа, газообмен океана и атмосферы, Севастопольская бухта (Черное море).

Введение. Прибрежные экосистемы являются объектами повышенного интереса исследователей. Прежде всего это обусловлено необходимостью изучения процессов их функционирования и устойчивости, динамики и механизмов вероятных изменений под влиянием естественных и антропогенных факторов, поскольку прибрежные морские экосистемы имеют наиболее быстро проявляющийся отклик на все происходящие изменения. Особую актуальность приобретают проблемы сохранения природных ресурсов, разработки новых подходов контроля и оценки состояния экосистем, определения их экологической емкости в условиях возрастающего антропогенного прессинга [1].

Результаты многолетних наблюдений показывают, что, испытывая значительную антропогенную нагрузку, экосистемы зачастую продолжают обеспечивать неизменность режима природных циклов, продуцирования биомассы и утилизации вредных для живых организмов веществ. Эта способность объясняется буферной емкостью экосистем и позволяет сохранять их многие исходные качества, обеспечивая такие свойства как сохранение равновесия, замыкание природного цикла в системе и ее «самовосстановление», «самоочищение». Одной из наиболее важных морских буферных систем является карбонатная система как составляющая биогеохимического цикла углерода, обеспечивающего круговорот веществ в природе. Карбонатная система в значительной степени обуславливает постоянство величины рН. Смещение величины рН в сторону кислой среды (рН < 7) ведет к нега-40 МОРСКОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 3 2016

тивным для экосистем последствиям: появлению восстановленных форм тяжелых металлов и других токсикантов в водной толще (так называемому вторичному загрязнению вод), растворению раковин моллюсков, имеющих в основе карбонатный скелет, а также коралловых рифов и карбонатных осадков.

Элементы карбонатной системы вод (карбонат-, гидрокарбонат-ионы, растворенный диоксид углерода, угольная кислота и ионы водорода) очень чутко реагируют на изменения биогеохимических и физических параметров, происходящие в прибрежных морских экосистемах [2]. Так, изменение температуры, давления и солености сказывается на перераспределении форм неорганического углерода. Процессы синтеза и окисления органического углерода, а также обменные процессы на границе с донными отложениями и атмосферой определяют содержание общего неорганического углерода в воде [2]. Провести четкую грань между влиянием биотических и абиотических процессов достаточно сложно, поэтому изменение параметров карбонатной системы является следствием комплексного воздействия.

Климатические изменения, увеличение концентрации атмосферного диоксида углерода за последние 200 лет более чем на 20% [3], а также значительное поступление биогенных элементов в морские экосистемы вследствие деятельности человека привели к трансформации цикла углерода в прибрежных акваториях. Были отмечены такие изменения, как уменьшение величин рН, значительный рост содержания растворенного диоксида углерода [4] и снижение концентрации кислорода в придонном слое водной толщи. Таким образом, оценка состояния карбонатной системы носит не только научно-исследовательский, но и прикладной характер.

Ярким примером прибрежной акватории, подверженной существенному антропогенному воздействию в течение многих десятилетий, является Севастопольская бухта. Аварийные канализационные и ливневые стоки, остатки топлива и горюче-смазочных материалов (бухта - зона интенсивного судоходства) представляют собой дополнительный источник поступления различных загрязняющих веществ, в том числе органического углерода и биогенных элементов, в воды бухты. Воздействие гидродинамических факторов и дноуглубительных работ приводит к взмучиванию отложений и их переотложению, что вызывает вторичное загрязнение водной толщи. Кроме того, ограниченный водообмен с открытой частью моря способствует интенсивному накоплению органического углерода в бухте, что также негативно сказывается на ее экологическом состоянии.

Компоненты карбонатной системы и цикла углерода в Севастопольской бухте ранее исследованы авторами работ [4 - 7]. Было установлено, что до 2008 г. среднегодовая концентрация общего растворенного неорганического углерода ТСО2 существенно не изменялась; парциальное давление углекислого газа в водной толще увеличивалось до 2005 г., а в период 2005 - 2008 гг. тенденция к его росту или снижению не отмечалась; воды бухты поглощали СО2 из атмосферы, и его поток увеличивался, в то время как для прибрежных акваторий и эстуариев характерно выделение углекислого газа в атмосферу

[4].

Целью работы является продолжение изучения многолетней динамики компонентов карбонатной системы вод и цикла углерода Севастопольской

МОРСКОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 3 2016 41

бухты по данным исследований 2009 - 2015 гг., которые также включают прогноз устойчивости цикла углерода прибрежной зоны.

Материалы и методы. Работа основывается на результатах экспедиционных исследований, выполненных в бухте в период 2009 - 2015 гг. по схеме станций, представленной на рис. 1. В пробах воды, отобранных с помощью батометров с поверхности и из придонного слоя, определяли содержание растворенного кислорода, соленость, величину рН и общую щелочность в соответствии с методиками гидрохимических исследований [8]. Общая щелочность и рН измерялись в день отбора проб. Общую щелочность определяли методом прямого титрования с потенциометрическим окончанием 50 мл морской воды 0,02 н раствором соляной кислоты [8] с применением высокоточной поршневой бюретки Dosimat 765 фирмы Мв^окт (Швейцария). Стандартное отклонение при измерении 10 параллельных проб составляло 0,005 мкмоль/л. Величину рН определяли с помощью иономера И-160 М с использованием буферных растворов шкалы ЫББ [9]. Стандартное отклонение при измерении 10 параллельных проб составляло 0,02 ед. рН. Расчетным путем были найдены: концентрация диоксида углерода (СО2), его парциальное давление (рСО2), концентрации карбонатных (СО^) и гидрокарбонатных (НСО-) ионов. Для расчета использовались константы угольной кислоты, рекомендованные отделом морских наук ЮНЕСКО [10]. Предполагалось, что бор является консервативным элементом, и его содержание пропорционально солености. Поэтому боратная составляющая общей щелочности рассчитывалась по солености [11]. Влияние диссоциации воды, фосфорной, серной, плавиковой и других кислот, присутствующих в малых концентрациях в морской воде, на величину щелочности не учитывалось. Методы расчета компонентов карбонатной системы подробно описаны в работе [3].

Рис. 1. Схема станций отбора проб в Севастопольской бухте в 2009 - 2015 гг.

Величина потока СО2 на поверхности моря определялась по методике, предложенной в статье [12].

42

МОРСКОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИИ ЖУРНАЛ № 3 2016

Для расчета среднегодовых и среднесезонных величин компонентов карбонатной системы не учитывались данные по ст. 1. Это обусловлено значительным влиянием вод р. Черной на гидрохимические характеристики, поэтому расчетные параметры вычислялись с учетом солености вод, характерной для мористой части Севастопольской бухты.

Обсуждение результатов исследований. Растворенную часть компонентов карбонатной системы морских вод можно представить в виде системы обратимых процессов:

СО2 (атм.) ~ СО2 (раств.) ~ СО2 + НСО- + С032- + 2Н+.

Результаты исследований сводятся к анализу содержания в водах Севастопольской бухты каждого компонента приведенных выше процессов за 2009 - 2015 гг.

Суммарное содержание растворенных форм СО2, НСО- и СО2- называют общим растворенным неорганическим углеродом: ТСО2 = [СО2] + [ НСО- ]+[ С02- ].

Этот параметр является интегральной характеристикой, отражающей устойчивость карбонатных равновесий и соотношений между всеми компонентами. Таким образом, он может служить индикатором изменений структуры цикла углерода, происходящих в системе [4].

В рассматриваемый период величина ТСО2 в придонном слое вод была незначительно выше, чем в поверхностном (на ~1%), за исключением зимнего периода, когда содержание ТСО2 в поверхностном слое было больше (рис. 2). Его максимальные концентрации в поверхностном слое наблюдались в зимний период (рис. 2, а), в придонном - в зимний и весенний периоды (рис. 2, б), минимальные концентрации - в летне-осенний период в поверхностном и придонном слоях бухты (рис. 2). Подобные изменения содержания общего растворенного неорганического углерода соответствуют естественному сезонному ходу: росту растворимости газов с понижением температуры. Однако в летний и осенний периоды вполне ожидаемо значительное превышение концентрации ТСО2 в придонном слое над его содержанием в поверхностном, что обуславливается снижением растворимости газов в поверхностном слое вод и более интенсивным окислением органического углерода в верхнем слое донных отложений. Наши данные показывают, что разница между концентрациями ТСО2 в придонном и поверхностном слоях в этот период менее 1%. Это связано с тем, что потребление кислорода, лимитирующего процесс аэробного окисления органического вещества, не превышало 25 мкмоль/л. В соответствии с уравнением биохимического окисления образуется ~20 мкмоль/л СО2, что и составляет ~1% от содержания общего растворенного неорганического углерода. Можно предположить, что в настоящее время окисление органического вещества протекает не так активно, чтобы обеспечить значительную разницу ТСО2 придонного и поверхностного слоев.

При этом с 2009 по 2015 г. наблюдался тренд к увеличению концентрации ТСО2 (рис. 2). Снижение концентрации ТСО2 в осенний период (рис. 2) обусловлено влиянием температурного фактора и временем проведения съемки: в 2011 г., когда отмечалась максимальная концентрация ТСО2, отбор проб осуществлялся в позднеосенний период при температуре 9°С, что соот-МОРСКОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 3 2016 43

ветствует средней температуре зимнего периода в севастопольском регионе [13]. В 2013 и 2014 гг. обор проб проводился при температуре 14°С, изменение тренда в этот период статистически не значимо. Наиболее существенное увеличение концентрации наблюдалось в зимний период в поверхностном слое вод (рис. 2, а). В целом изменения среднегодового содержания ТСО2 в водной толще в 2009 - 2015 гг. не выявили его значимого увеличения или снижения, что может свидетельствовать об устойчивости соотношения компонентов карбонатной системы Севастопольской бухты, а также о ее способности к «самовосстановлению».

3200 т

31001 ¡

¡ 3000 -

Л

А

с

н

29002800-

3200-1

зшо-

£

5

¡ 3000 -

с

я

к

2900-

2800-1-.-1-.-1-.-р-.-1

200 К 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

б

Рис. 2. Сезонное изменение концентрации общего растворенного неорганического углерода

ТСО2 в поверхностном (а) и придонном (б) слоях (+, - • - • - зима; ♦,--весна; ■, —

лето; • осень; — среднегодовой линейный тренд)

Основной вклад в суммарное содержание растворенных форм диоксида углерода вносит гидрокарбонат-ион (~90%). Таким образом, изменение кон-

а

44

МОРСКОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 3 2016

центрации гидрокарбонат-ионов должно быть аналогичным динамике ТСО2. В период 2009 - 2015 гг. наблюдалось увеличение его концентрации (рис. 3).

3000 ч

2900£

2800-

к е 7.

| 2700-

к1 б 2600-м

25002400-

а

3000-1

2900-

^ 2800-§

™

Щ 2700 -

I"

еГ

о 2600 -

г

25002400 I-1-1 1-1-1-1-1

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 201С

б

Рис. 3. Сезонное изменение концентрации гидрокарбонат-иона ЫС03 в поверхностном (а) и придонном (б) слоях (+, - • - • - зима; ♦,--весна; ■, — лето; • осень; — среднегодовой линейный тренд)

При увеличении содержания диоксида углерода в водной толще, связанного с его поступлением с речным стоком и/или из антропогенных источников, повышение концентрации гидрокарбонат-иона сопровождается ростом концентрации ионов водорода, что проявляется в снижении величины рН. Среднегодовые значения рН за 2009 - 2015 гг. уменьшились с 8,37 до 8,29 в поверхностном слое и с 8,35 до 8,28 - в придонном. Меньшее значение рН в придонном слое вод свидетельствует об активно протекающих в донных отложениях процессах окисления органического вещества, приводящих к продукции и накоплению СО2:

СН2О + О2 ~ СО2 + Н2О ~ Н+ + НСО33. (1)

+

9 - V ~

МОРСКОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 3 2016

45

Об этом также свидетельствует высокое (более 4%) содержание органического углерода в донных отложениях [3] и снижение концентрации кислорода в этот период в придонном слое вод вплоть до полного его отсутствия

[14].

Накопление СО2 в придонном слое сопровождается ростом парциального давления:

fCO2 = Ш, (2)

K о

где [СО2] - равновесная концентрация диоксида углерода, мкмоль/кг; К0 -константа Генри для углекислого газа, мкмоль/(л-атм).

В зависимости от интенсивности вертикального перемешивания вод величина рСО2 придонного слоя отражается на изменении парциального давления диоксида углерода в поверхностном слое, которое, в свою очередь, также зависит от температуры и солености и, кроме того, от процесса фотосинтеза

[15] вследствие расходования СО2:

6СО2 + 6Н2О ^ 6H+ + 6HCO- ^ С6Н12О6 + 6О2 . (3)

Протекание фотосинтеза приводит к потреблению углекислого газа, уменьшению концентрации ТСО2, снижению рСО2, увеличению рН, что сопровождается смещением равновесий в карбонатной системе в сторону

уменьшения содержания HCO-. В поверхностном слое Севастопольской бухты наблюдалось снижение рН, рост ТСО2 и рСО2 (рис. 2, 4), что может свидетельствовать о том, что для этого слоя процесс фотосинтеза не является лимитирующим в формировании характеристик карбонатной системы. Основной вклад в изменение характеристик вносят придонные воды, обогащенные ионами водорода, которые образовались в результате окисления органического вещества (уравнение (1)). Таким образом, фотосинтез и окисление органического вещества являются основными биолого-химическими процессами, влияющими на соотношение компонентов карбонатной системы в поверхностном слое вод [3].

Как и следовало ожидать, парциальное давление углекислого газа в придонном слое выше, чем в поверхностных водах (рис. 4), что обусловлено интенсивным окислением органического вещества (уравнение (1)), продуцируемого в водах бухты и/или поступающего из антропогенных источников. Процесс фотосинтеза (уравнение (3)) здесь отсутствует либо является менее значимым по сравнению с окислением органического вещества.

В сезонном ходе кривых рСО2 (рис. 4) для поверхностного и придонного слоев проявляется устойчивый тренд к его росту в зимний и летний периоды. Для поверхностного слоя вод увеличение средних значений парциального давления с 2009 по 2015 г. составило 83 мкатм, для придонного - 59 мкатм, равных 22 и 15% соответственно.

В зимний и весенний сезоны величина рСО2 в поверхностном слое вод была выше, чем в придонном. При этом максимальные значения рСО2 отмечались в весенний период, несмотря на весеннее цветение фитопланктона, что должно приводить к потреблению СО2 и соответственно снижению рСО2. Это, вероятно, обусловлено влиянием паводкового стока р. Черной, впадаю-

46

МОРСКОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 3 2016

щей в бухту, пресные воды которой являются дополнительным источником СО2. В летний и осенний сезоны, наоборот, рСО2 в придонном слое вод выше его значения в поверхностном. В летний период в придонном слое наблюдаются максимальные величины рСО2. Повышение температуры в летний сезон и снижение растворимости газов, ограниченный диффузионный поток кислорода и мелкодисперсный характер отложений, обогащенных органическим веществом, способствуют интенсивному окислению органического вещества и продуцированию СО2 (уравнение (1)).

450 п 400

2

ё 350

I

а

3 300

о,

250 200 450 400

£

ё 350

г

«

В 300

250

2001-1-1-1-1-1-1-1-1

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

б

Рис. 4. Сезонное изменение парциального давления углекислого газа рСО2 в поверхностном (а) и придонном (б) слоях (+, - • - • - зима; ♦,--весна; ■, — лето; • осень; — среднегодовой линейный тренд;-----концентрация углекислого газа в атмосфере)

Резкое отличие величины рСО2 весной 2009 г. (рис. 4, а) объясняется влиянием температуры: отбор проб выполнен поздней весной при 23°С, что соответствует температуре летнего периода.

МОРСКОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 3 2016 47

+

т-1-1-1-1-р-1-1

а

Кроме того, изменение рСО2 в поверхностном слое, обуславливает интенсивность потоков СО2 на границе вода - атмосфера, определяет их направленность и характеризует водную толщу как источник или сток углекислого газа.

Ранее было установлено, что атмосферное парциальное давление углекислого газа постоянно растет и к настоящему времени составляет —400 мкатм [16]. Таким образом, можно предположить, что в рассматриваемый период воды Севастопольской бухты преимущественно являлись стоком углекислого газа из атмосферы (рис. 4, а), за исключением лета 2014 г., когда рСО2 в поверхностном слое достигало 426 мкатм, что характеризует верхний слой вод как источник газа для атмосферы. Это является типичным для подобных акваторий в летний период [17].

Рис. 5. Изменение средней величины потока дсо в верхнем слое вод Севастопольской бухты

в 2009 - 2015 гг. (сплошной и штриховой линией обозначен линейный тренд многолетних изменений средних значений потока углекислого газа и его прогноз)

Количественная оценка интенсивности газового обмена на границе водная толща - атмосфера дана с помощью полуэмпирического уравнения «простого массообмена» с учетом расчета коэффициента массообмена и его зависимости от скорости ветра, предложенного Ю.И. Ляхиным [12]. Рассчитанные величины потоков углекислого газа Дсо свидетельствуют о том, что,

действительно, в летний сезон воды бухты находились в состоянии эвазии (рис. 5), т. е. являлись источником углекислого газа для атмосферы. В остальные периоды воды бухты находились в состоянии инвазии, т. е. поглощали СО2 из атмосферы (рис. 5), при этом максимальные значения величины потока преимущественно приходились на зимний период. Это можно объяснить физико-химическими процессами (увеличением растворимости газов), а также влиянием гидродинамических факторов. Величины потоков СО2 в

48

МОРСКОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 3 2016

зимний и весенний периоды 2009 г. определялись преимущественно влиянием температурного фактора. Положительная величина потока зимой 2009 г. соответствует его значениям в холодный период, когда должно идти активное поглощение СО2 водой из атмосферы, а отрицательная величина потока СО2 (т. е. процесс выделения СО2 поверхностным слоем вод в атмосферу) весной 2009 г., характерная для теплого периода, объясняется влиянием температуры морской воды, соответствующей летнему сезону (23°С). Следует отметить, что наблюдаемая в сентябре 2009 г. максимальная величина потока (21,6 моль/(м2-сут), рис. 5) обусловлена воздействием ветра, когда его среднесуточная скорость составляла 6,6 м/с.

Вероятно, поглощаемый из атмосферы водами бухты углекислый газ в конечном счете вовлекается в процессы, связанные с синтезом органического вещества. Это приводит к интенсивному накоплению органического вещества в верхнем слое донных отложений, что подтверждается нашими предыдущими исследованиями [4, 14]. Несмотря на то, что воды бухты по-прежнему поглощают углекислый газ из атмосферы, наблюдается выраженная тенденция к снижению интенсивности его потоков (рис. 5). Нами определено, что при сохранении современных условий (климат и антропогенные факторы) интенсивность FC0 будет продолжать снижаться, и к началу 2018 г. инвазия

СО2 сменится его эвазией. Если же принять во внимание, что значения потока углекислого газа на границе с атмосферой в 2009 г. получены при экстремальных условиях, то рассмотрение изучаемого периода без их учета указывает на более интенсивный рост парциального давления и наступление эвазии уже к 2015 - 2016 гг., что подтверждается последними натурными данными (рис. 5). Это является неестественным состоянием для прибрежных экосистем и приведет к значительной трансформации цикла углерода и соотношения компонентов карбонатной системы Севастопольской бухты.

Выводы. Полученные в ходе работы результаты позволяют предположить, что на динамику и соотношение компонентов карбонатной системы Севастопольской бухты в холодный период (зима, весна) в наибольшей степени оказывает влияние паводковый сток р. Черной в поверхностном слое, а в теплый (лето, осень) - окисление органического вещества в придонном слое вод и фотосинтез в поверхностном. Воды бухты по-прежнему являются стоком диоксида углерода из атмосферы.

В изменениях ТСО2 в 2009 - 2015 гг. прослеживается тенденция к увеличению, однако они не являются статистически значимыми и составляют ~1%. Это может означать, что к настоящему времени экосистема бухты пока еще способна к «самовосстановлению». Однако тенденция к росту ТСО2 и, что более важно, существенное увеличение рСО2 в придонном и поверхностном слоях бухты (до 23%) за изучаемый период свидетельствуют о негативных изменениях, приводящих к трансформации природного цикла углерода, характерного для прибрежных экосистем. Кроме того, в настоящее время воды Севастопольской бухты находятся в состоянии инвазии, что типично для прибрежных экосистем. Однако рассчитанные нами численные величины потоков СО2 на границе вода - атмосфера указывают на выраженную тенденцию к их снижению в 2009 - 2015 гг. и вероятность смены к 2018 г. инвазии

МОРСКОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 3 2016

49

на эвазию, когда водная толща выделяет СО2 в атмосферу, что является характерной особенностью эстуарных систем, озер и других водных систем с высоким содержанием органического вещества.

Таким образом, если не принимать никаких природоохранных мер по снижению уровня антропогенной нагрузки на воды Севастопольской бухты, то в ближайшее время в ее экосистеме могут произойти необратимые катастрофические изменения.

Работа выполнена в рамках проекта РФФИ №16-35-60006 «Многолетние изменения характеристик цикла углерода Севастопольской бухты».

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Моисеенко О.Г., Орехова Н.А., Полякова А.В. и др. Индексы и показатели экологического статуса Севастопольской бухты (Черное море) // Вестник МГУ. Серия 5: География. - 2015. - № 4. - С. 42 - 48.

2. Маккавеев П.Н. Карбонатная система вод Мирового океана, закономерности естественной изменчивости // Мировой океан. Т. 2. Физика, химия и биология океана. Осадкообразование в океане и взаимодействие геосфер Земли / Под ред. Р.И. Нигматулина, Л.И. Лобковского. - М.: Научный мир, 2014. - С. 92 - 110.

3. Millero F.J. The marine inorganic carbon cycle // Chem. Rev. - 2007. - 107, № 2. - P. 308 -341.

4. Моисеенко О.Г., Орехова Н.А. Исследование механизма многолетней эволюции цикла углерода в экосистеме Севастопольской бухты // Морской гидрофизический журнал. -2011. - № 2. - С. 72 - 83.

5. Куфтаркова Е.А. Сезонный карбонатный цикл изменений компонентов карбонатной системы в Севастопольской бухте // Экология моря. - 1980. - Вып. 1. - С. 41 - 47.

6. Игнатьева О.Г., Романов А.С., Овсяный Е.И., Коновалов С.К. Сезонная динамика компонентов карбонатной системы в Севастопольской бухте // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. - Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2004. - Вып. 10. - С. 130 - 140.

7. Игнатьева О.Г., Овсяный Е.И., Романов А.С. и др. Оценка состояния карбонатной системы вод и изменения содержания органического углерода в донных осадках Севастопольской бухты по данным наблюдений за 1998 - 2005 годы // Морской гидрофизический журнал. - 2007. - № 2. - С. 57 - 68.

8. Методы гидрохимических исследований океана / Под ред. О.К. Бордовского, В.Н. Иваненкова. - М.: Наука, 1978. - 271 с.

9. Современные методы гидрохимических исследований океана / Под ред. O.K. Бордовского, A.M. Черняковой. - М.: ИО АН СССР, 1992. - 199 с.

10. Unesco technical papers in marine science, № 51. Thermodynamic of the carbon dioxide system in seawater. - Unesco, 1987. - Р. 3 - 21.

11. Millero F.J. Chemical Oceanography. 2nd edition. - CRC Press, 1996. - 469 p.

12. Ляхин Ю.И., Александров В.П., Пальшин Н.И. Расчет баланса обмена CO2 между океаном и атмосферой по акватории Атлантического, Индийского и Тихого океанов // Исследование и освоение Мирового океана. - Л.: Ленинградский гидрометеорол. ин-т, 1978. - Вып. 65. - С. 48 - 60.

13. Иванов В.А., Овсяный Е.И., Репетин Л.Н. и др. Гидролого-гидрохимический режим Севастопольской бухты и его изменения под воздействием климатических и антропогенных факторов. - Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2006. - 90 с.

50

МОРЖОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 3 2016

14. Орехова Н.А. Распределение и потоки кислорода и сероводорода на границе с донными отложениями Черного моря: Дис. ... канд. геогр. наук. - Севастополь: Морской гидрофизический институт, 2014. - 174 с.

15. Безбородое А.А., Еремеев В.Н. Физико-химические аспекты взаимодействия океана и атмосферы. - Киев: Наукова думка, 1984. - 192 с.

16. Dlugokencky E., Tans P. NOAA/ESRL (www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/).

17. Bauer J.E., Cai Wei-Jun, Raymond P.A. et al. The changing carbon cycle of the coastal ocean // Nature. - 504. - Р. 61 - 70.

Characteristics of the Sevastopol Bay waters' carbonate system in 2009 - 2015

N.A. Orekhova, E.V. Medvedev, S.K. Konovalov

Marine Hydrophysical Institute, Russian Academy of Sciences, Sevastopol, Russia e-mail: naorekh-2004@mail.ru

The results of studies of the carbon cycle inorganic component and its transformation in the Sevastopol Bay (The Black Sea) based on the data obtained in the expeditions in 2009 - 2015 are represented in the paper. The obtained results show a negligible upward trend of the dissolved inorganic carbon concentration (~ 1%) that can indicate the bay ecosystem ability to "self-recovery". However, significant growth (up to 23%) of the carbon dioxide partial pressure in the bottom and surface layers of the bay testifies to negative changes resulting in the carbon cycle transformation. Nevertheless, at present the Sevastopol Bay waters are still in the invasion state, i.e. carbon dioxide absorption from the atmosphere. But, the performed calculations demonstrate a downtrend of the atmospheric flow value and probability of replacing invasion by evasion (carbon dioxide emission to the atmosphere) by 2018.

Keywords: carbon cycle, carbonate system, carbon dioxide partial pressure, ocean-atmosphere gas exchange, Sevastopol Bay (the Black Sea).

МОРСКОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 3 2016

51