Биогенное карбонатонакопление Азовского моря во второй половине ХХ века Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 551.351

биогенное карбонатонакопление донных отложении азовского моря во второй половине хх века

© 2009 г. О.В. Ивлиева1, Л.Н. Фроленко2

1Южный федеральный университет ул. Зорге, 40, г. Ростов н/Д, 344090, [email protected]

1Southern Federal University, Zorge St., 40, Rostov-on-Don, 344090, [email protected]

Азовский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства, ул. Береговая, 21/2, Ростов н/Д, 344007, [email protected]

2Research Institute of the Azov Sea Fishery Problems, Beregovaja St., 21/2, Rostov-on-Don, 344002, [email protected]

В Азовском море во второй половине ХХ в. произошло увеличение карбонатности донных отложений в 2,5—3 раза за счет увеличения продуктивности моллюсков — вселенцев. Моллюски захораниваются в местах обитания, ограниченно поступают в береговую зону, что вызывает размыв кос Азовского моря.

Ключевые слова: бентогенная седиментация, моллюски, Азовское море, донные отложения.

During the second part of the 20th century bottom carbonic sedimentation of the Azov Sea has increased due to the enhancement of mol-lusks productivity. Mollusks accumulate in their habitat and then they partly move to the coastal ranges, it causes the Azov Sea beach to be hollowed-out.

Keywords: biogenic accumulation, mollusks, Azov Sea, bottom sedimentation.

Ранее делались попытки учета жизнедеятельности донных моллюсков как фактора, контролирующего режим осадконакопления и формирования элементов рельефа побережья и подводного склона [1 - 3]. Большей частью такой учет осуществлялся по косвенным данным, что объяснялось трудностями выявления качественных и количественных связей между процессами живой и неживой природы. В данной работе сделана попытка анализа взаимосвязей между продуктивностью бентогенных сообществ и биогенным карбонатонакоплением донных отложений Азовского моря.

Донные моллюски оказывают влияние на процессы осадконакопления благодаря их способности усваивать карбонаты, находящиеся в водной толще в растворенном и взвешенном состоянии, и трансформировать это вещество в твердую оболочку створки. В зависимости от вида моллюска, его размеров и

толщины створки количественные показатели годового прироста карбонатного материала значительно варьируют.

В работе обобщено влияние зообентоса на донные осадки с 1952 по 2005 г. В условиях Азовского моря наибольшую роль в образовании осадков играет моллюск Cerastoderma lamarcki, характеризующийся большой продуктивностью [4] и прочностью створки к механическому воздействию [5 - 7], а также Abra ovata, Mytilaster lineatus. В последние двадцать лет заметное влияние на этот процесс оказывают вселен-цы Mytilus galloprovincialis, Mya arenaria, Cunearca cornea [8, 9].

На участках дна, заселенных Cerastoderma la-marcki и крупными вышеуказанными вселенцами, увеличивается приходная часть баланса осадочного материала и как следствие возрастают темпы накопления осадков, меняется морфология дна. Естествен-

ная гибель моллюсков наиболее часто наблюдается в суровые зимы, под сплошным ледовым покровом и во время летних штилевых заморов, поэтому нередко наблюдается резкое её снижение от весны к лету. В результате жизнедеятельности биоценоза Cerastoderma lamarcki со средней биомассой 250 г/м2 на участок дна площадью 1 км2 в течение одного сезона может поступить ориентировочно до 40-80 т створок раковин [6]. Развитие биоценоза после этого не прекращается. Спустя 2-3 сезона, а в некоторых случаях и ранее, он способен дать новую порцию твердого карбонатного вещества. Химическая садка карбоната кальция не наблюдается или имеет второстепенный характер и редко превышает 5 %, составляя 1,1 млн т [10].

Поставка карбонатного вещества моллюсков на дно морей определяется прежде всего экологическими критериями. Основная масса накапливающегося в зонах аккумуляции бентогенного вещества образована в результате переноса отмерших организмов. Естественная убыль моллюсков по этой причине в Азовском море может составлять 30-40 % биомассы [11, 12]. Обширные заморы в Азовском море также приводят к массовой гибели донных организмов на значительных пространствах дна. Одним из существенных факторов отхода бентических организмов является выедание их рыбами (осетровые, бычки).

Поступление карбонатного материала в донные отложения

Чрезвычайно богатое развитие зообентоса в водоеме способствует интенсивному биогенному осаждению и захоронению его в виде ракуши и детрита. Годовая продукция бентоса, согласно исследованиям М.К. Спичака [12], в среднем составляет 24,5 млн т, из которых около 20 % вновь переходит в истинный раствор, а ежегодное захоронение в осадках моря, согласно его подсчетам, составляет 19,6 млн т.

А.Н. Александров [13] при оценке роли биогенного карбоната в Азовском море исходил из годовой продукции уже не бентоса, а раковин. Он считал, что при годовой продукции бентоса 19,6 млн т [4] при оборачиваемости бентоса по В.П. Воробьеву, равной 4, вес раковин составляет 11,5 млн т (соотношение веса тела и раковин в среднем 1:1,6). Учитывая, что они на 95 % состоят из СаСО3, он рассчитал поступление биогенного карбоната в море - 10,9 млн т. Согласно расчетам Д.Г. Панова, М.К. Спичака [1], поступление биогенного карбоната в эти годы не превышало 13 млн т.

До сих пор нет конкретных количественных данных о поступлении раковинного материала в береговую зону. По данным некоторых источников эта величина изменяется от 10 до 50 % [6]. Поэтому наши расчеты ограничились поступлением раковинного материала в донные отложения без учета их поступления в береговую зону.

Годовая продукция моллюсков рассчитывалась по методике В.П. Воробьева [4]. Для большей точности расчетов в отличие от вышеописанных методик использовалась не биомасса бентоса, а биомасса моллюсков. Помимо этого из годовой продукции бентоса вычитался кормовой зообентос, потребляемый рыбами, который составлял 30 % в 1987 г., 20 - в 1987-

1996 и 10 % - в 1997-2005. Уменьшение кормового зообентоса связано с ежегодными заморами, вселением гребневика, загрязнением донных осадков. Поступление раковинного материала в осадок изменялось в последние 50 лет от 10,4 до 14,7 млн т, повышаясь в периоды увеличения продуктивности моллюсков до 14,4-14,7 млн т (табл. 1).

Таблица 1

Величина ежегодного захоронения биогенного карбоната кальция в донных отложениях Азовского моря

Период наблюдений Общая биомасса моллюсков Годовая продукция моллюсков, млн т Поступление раковинного материала в осадок, млн т

1952-1955 190 29,7 10,4

1956-1968 247 38,6 13,5

1969-1976 264 41,2 14,4

1977-1982 254 39,7 13,9

1982-1986 221 34,5 12,1

1987-2000 212 33,0 13,2

2001-2005 210 32,8 14,7

Раковинные выделения карбонатов, как правило, тяготеют к прибрежной полосе и к зонам со средними глубинами от 5 до 10 м, к зоне развития алевритовых илов.

Распределение карбоната кальция в донных отложениях моря

Интенсивность биогенного карбонатонакопления в Азовском море является интегральным отражением структуры населяющих его моллюсков и их продуктивности.

До зарегулирования р. Дон (1950-1952 гг.) самые высокие значения биомассы бентоса (рис. 1) связаны с местообитанием моллюска Cerastoderma lamarcki, зона расселения которого охватывала прибрежную зону моря в северо-западной и восточной части моря на глубинах 5-7 м.

Общая биомасса зообентоса была достаточно высокой на этих участках, и карбонатность донных отложений в заливах Северного Приазовья и северо-восточной части моря составляла 30-40 % в среднем (до 70 % на банках в восточной части моря), биоценоз СегаБй-derma 1атагск1 формировался на 38 % дна моря.

Зонами интенсивного карбонатонакопления оставались по-прежнему заливы Северного Приазовья, западная прибрежная часть моря (район Арабатской стрелки) и северо-восточная зона моря (район Еленинской и Железинской банки) (рис. 2).

60-е гг. отличались частой сменой водности р. Дон и соответственно колебаниями солености вод моря. Увеличение стока (1963-1964 гг.), сильные пыльные бури 1969 г. обусловили уменьшение биомассы бентоса и карбонатности осадков. Напротив уменьшение стока (1961-1962, 1965-1967 гг.) привело к пышному расцвету биоценоза Cerastoderma lamarcki и увеличению карбонатности донных отложений.

Первая половина 70-х г. ХХ в. (1969-1976 гг.) характеризуется глубокой депрессией материкового стока, осолонением морских вод до 14 %. В связи с изменившимися условиями меняется видовой состав зообентоса, особенно в Таганрогском заливе. Домини-

рующими видами в заливе в этот период становятся Cerastoderma lamarcki и Abra, дающие до 90-95 % всей биомассы зообентоса и занимающие всю западную и центральную часть залива. В результате этого биомасса зообентоса увеличилась по сравнению с предыдущим периодом в 2,5 раза (рис. 1, 3).

венно моря, а также в Таганрогском заливе (рис. 2).

В конце 70-х гг. наблюдается увеличение стока рек, однако перестройка биоценозов идет за сменой солености с небольшим опозданием в 2-3 года. Вплоть до 1980 г. биомасса бентоса растет за счет черноморских вселенцев (около 30 видов), смешения видов и перестройки биоценозов. По-прежнему в западной и северной части моря обширны площади с карбонатностью донных отложений >30 %.

До зарегулирования стока рек

1964 г.

1999 г.

2003 г.

1993-1998 гг.

Современный период

Рис. 1. Распределение донных биоценозов Азовского моря в 1950-2005 гг.

1 - Hypanis; 2 - Ostra^da sp.; 3 - Neanthes; 4 - Cerastoderma; 5 - Balanus; 6 - Mytilaster; 7 - Foraminifera; 8 - Hydrobia; 9 - Cunearca; 10 - Nephthys; 11 - Mya; 12 - Mytilus; 13 - Abra; 14 - Oligochaeta sp.; 15 - Dreissena; 16 - Lentidium

В этот период в море более 80 % площади занимали три биоценоза: биоценоз Cerastoderma lamarcki, My-tilus и Abra (черноморских вселен-цев). Годовая продукция моллюсков в этот период была самой высокой за исследуемый период - 41,2 млн т. Поступление раковинного материала в донные отложения составило 14,4 млн т, а карбонатность осадков -26,2 %. Значительно увеличилась площадь донных отложений, имеющих карбонатность от 30 до 50 % в восточной и северной части собст-

Рис. 2. Распределение карбоната кальция в донных осадках Азовского моря, %: 1 - от 10 до 30; 2 - от 30 до 50;

3 - от 50 до 70; 4 - больше 70; 5 - меньше 10

80-е и 90-е гг. характеризуются резким ухудшением кислородного режима моря, особенно в придонных горизонтах. Кислородная депрессия охватывает большие площади моря (23-30 тыс. км2) в 1987, 1991, 1992, 1994, 1996, 1999 гг. Это вызывает значительное

Год

1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 ^C.lamarcki arenaria ^H.colorata ^Прочие

Рис. 3. Изменение биомассы моллюсков в Таганрогском заливе, г/м2

300

250

200

150

00

50

450 400 350 300 250 200 150 100 50 0

уменьшение площади обитания основного вида моллюска Cerastoder-ma lamarcki (снижение в общей биомассе доли этого моллюска до 618 % с 90-70 по сравнению с предыдущими годами (рис. 4)).

В этот период в структуре донных сообществ происходят существенные изменения, ведущую роль занимают моллюски-вселенцы: Mya, Mytilus, Cunearca, обладающие более высокой устойчивостью к дефициту кислорода. Значительно нарастают площади, занимаемые моллюском Mya, в юго-западной и восточной зоне моря и западной части Таганрогского залива. В заливах Северного Приазовья (Обиточном, Бердянском, и Белосарайском) преобладает Mytilus. В центральной части моря в этот период значительно расширяет свои границы биоценоз АЬю (рис. 1), а в южной - биоценоз Cunearca. Биомасса Cerastoderma lamarcki уменьшается с 103 до 50 г/м3 , на фоне увеличения биомассы вселен-цев. В 90-е гг. средняя биомасса моллюсков была на достаточно высоком уровне - от 120 до 407 г/м2.

Карбонатность донных отложений увеличивается в этот период в сравнении с предыдущим на 25-30 %. Это связано с тем, что крупные створки моллюсков остаются в зоне продуцирования и не поступают на берег. Это приводит к увеличению карбонатности осадков. Зоны с карбонатностью 30-50 % увеличили свои площади в северной и восточной части моря, а также у южных берегов. В Таганрогском заливе произошло увеличение карбонатности осадков преимущественно в западном секторе.

Распределение донных биоценозов в 2001-2005 гг. отличается чрезвычайной мозаичностью и смешением видов в связи со снижением солености, присутствием в море черноморских вселенцев (Mya, Cunearca, АЬш) и увеличением площади поселения аборигенных видов Hydrobia и Cerastoderma lamarcki. Ведущая роль биоценозов вселенцев в донной фауне отмечается вплоть до 2003 г.

К 2001-2003 гг. содержание раковинного материала достигает максимальных значений в донных отложениях, составляя в среднем 37 % (табл. 2). Зона с содержанием раковинного материала в донных осадках 30-50 %, охватывала почти 50 % площади моря (северное приазовье и восточную часть моря). Помимо этого сформировался ареал высокой карбонатности донных отложений в Темрюкском заливе. В центральной и южной частях моря карбонатность осадков практически не изменилась и не превышала 10 %.

Выводы

Существование в Азовском море высокопродуктивного зообентоса оказывает существенное влияние на режим донного и прибрежного осадконакопления. Скорость накопления биогенного материала контролируется как продуктивностью бентогенных сообществ, так и их видовым составом. Одной из особенностей режима Азовского моря во второй половине ХХ в. является существенное изменение видового состава и структуры донной фауны, которые в значи-

1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 □ C.lamarcki SA.ovata BM.galloproVncialis IM.arenaria □C.cornea DM.lineatus QGastropoda

Рис. 4. Изменение биомассы моллюсков в собственно море, г/м2

тельной степени определены изменившимися гидрохимическими условиями, антропогенной трансформацией моря, прежде всего, зарегулированием стока рек, массовым развитием хищного желетелого планктона гребневика.

Таблица 2

Среднее содержание карбоната кальция в донных отложениях Азовского моря, %

Год Таганрогский залив Открытая часть моря Вся акватория моря

1951 6,1 13,5 12,2

1953 5,0 11,5 10,3

1964 10,2 24,8 22,2

1970 8,8 22,2 19,0

1974 16,1 26,2 24,4

1977 16,4 28,5 25,5

1978 20,9 42,2 37,5

1983 21,6 32,2 30,4

1984 10,9 26,9 16,2

1985 6,3 30,2 23,4

1986 20,2 29,8 27,7

2001 10,3 39,1 34,3

2003 20,1 40,2 37,1

2004 17,8 28,0 27,2

2005 19,3 40,4 32,3

Так, в период снижения общей водности рек с 1953 по 1972 г. (зарегулирования Дона и Кубани) наблюдается существенное преобразование экосистемы моря - осолонение вод, вселение солоноватоводных видов, увеличение биомассы моллюсков и карбонат-ности донных отложений в 1,5 раза в среднем по морю и почти в 2 раза в Таганрогском заливе.

80-е и 90-е гг. характеризуются резким ухудшением кислородного режима моря, частой повторяемостью заморных явлений, мощным биологическим загрязнением моря: вселением гребневика, заморо-устойчивых черноморских видов, изменением видовой структуры гидробионтов и как следствие увеличением поступления осадочного вещества биогенного происхождения, в первую очередь за счет моллюсков-вселенцев.

Массовое развитие крупных моллюсков-все-ленцев, имеющих размеры и толщину створок в 2-3 раза больше, чем у аборигенного вида Cerastoderma lamarcki, привело к изменению биогенной составляющей донных и пляжевых накоплений в море. По большей части отмершие створки моллюсков-все-

ленцев (Mya, Cunearca, АЬш) остаются в зоне продуцирования и не поступают на берег, что вызывает размыв пляжевых отложений и приводит к увеличению карбонатности донных осадков.

Таким образом, увеличение роли биогенного фактора в осадконакоплении Азовского моря (с 70-х гг.), спровоцированное уменьшением поступления терри-генного материала, вселением новых видов моллюсков, а также отчасти уменьшением численности рыб бентофагов, привело к увеличению площадей раковинных отложений, карбонатности донных отложений в среднем в 3 раза в сравнении с 50-ми гг., а на отдельных участках - в 5 раз (район Песчаных островов).

Пространственно высокая карбонатность донных отложений, как и в прошлые годы, отмечалась на значительной площади в восточной части моря и составляла 50-70 %. Эта территория в основном является областью обитания Mya и АЬп. Несколько расширился ареал высоких значений карбонатности (70 %) в северо-западной части моря. Населяет эту территорию преимущественно Cerastoderma lamarcki. В юго-западной части моря сформировался новый ареал высокого карбонатонакопления с содержанием в осадке СаСО3 до 50-70 %. Этот район в настоящий момент является основным местообитанием вселенца Cunear-ca и Cerastoderma lamarcki. В центральной и южной части моря карбонатность осадков практически не изменилась и не превышала 10 %. В Таганрогском заливе произошло увеличение карбонатности в западной части - преимущественно за счет увеличения площади биоценоза Mya. Площади ракушечных банок (Железистая, Еленинская, Темрюкская) увеличились повсеместно.

Литература

1. Панов Д.Г., Спичак М.К. Скорость осадконакопления в Азовском море. // ДАН СССР. 1961. Т. 137, № 5. С. 87 - 99.

2. Аксенов А.А. О биогенной аккумуляции в береговой зоне // Экспериментальные и теоретические исследования процессов береговой зоны. М., 1956. С. 110 - 126.

3. Хрусталев Ю.П., Щербаков Ф.А. Позднечетвертич-ные отложения Азовского моря и условия их накопления. Ростов н/Д, 1974. 149 с.

4. Воробьев В.П. Бентос Азовского моря. Симферополь, 1949. 190 с.

5. Биогенный фактор в режиме аккумулятивных форм Азовского моря / Ю.В. Артюхин [и др.] // Литодинамиче-ские процессы береговой зоны южных морей и ее антропогенное преобразование. Л., 1982. С. 14 - 24.

6. Влияние биогенного фактора на осадконакопление и морфологию дна Азовского моря / Ю.В. Артюхин [и др.] // Изв. ВГО. 1983. Т. 115, вып. 2. С. 149 - 154.

7. Фроленко Л.Н. Видовой состав донных биоценозов Азовского моря // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2002. № 3. С. 69 - 71.

8. Фроленко Л.Н. Зообентос Азовского моря и особенности его развития в современный период // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2000. № 4. С. 62 - 65.

9. Хрусталев Ю.П. Закономерности осадконакопления во внутриконтинентальных морях аридной зоны. Л., 1989. 264 с.

10. Моделирование кормовой базы ихтиофауны Азовского моря / А.Б. Горстко [и др.] // Изв. СКНЦ ВШ. Естеств. науки. 1977. № 2. С. 50 - 60.

11. Моделирование абиотических факторов экосистемы Азовского моря // Ф.А. Сурков [и др.] // Изв. СКНЦ ВШ. Естеств. науки. 1977. № 2. С. 21 - 48.

12. Спичак М.К. Современный и будущий режим и продуктивность Азовского моря : автореф. дис. ... канд. геогр. наук. Ростов н/Д, 1964. 26 с.

13. Александров А.Н. Донные отложения Азовского моря // Океанология. 1964. Т. 4, вып. 5. С. 856 - 865.

Поступила в редакцию_23 декабря 2008 г