CC BY
12Komatiites reveal a hydrous Archaean deep-mantle Ильченко Вадим Леонидович, Геологический
reservoir. Nature 531, 628-632, институт Кольского научного центра Российской
doi:10.1038/nature17152 (2016). академии наук (ГИ КНЦ РАН), Апатиты, Россия.
Аффиляция:
УДК 551.46.08:911.5/6
ДВА ПОДХОДА К ИЗУЧЕНИЮ ОКЕАНОСФЕРЫ
Петров К.М.
Санкт-Петербургский государственный университет
K.M. Petrov
Saint-Petersburg State University, DOI: 10.31618/nas.2413-5291.2023.2.86.690
АННОТАЦИЯ
Изучение аналитических закономерностей развития отдельных компонентов океаносферы заложено в океанологии программой первой океанологической экспедиции на «Челленджере» в конце XIX в. Отечественная географическая школа решает проблемы, актуальные как в области физической географии, так и океанологии: изучение взаимодействия компонентов природы, выделение и описание природно-территориальных комплексов региональной и локальной размерности. Успешное комплексное изучение, освоение и охрана природных ресурсов береговой зоны и шельфа Мирового океана требуют использование как аналитических океанологических, так и комплексных географических методов исследований.
ABSTRACT
The study of the analytical regularities in the development of individual components of the oceanosphere was laid down in oceanology by the program of the first oceanological expedition aboard the Challenger at the end of the 19th century. The domestic geographical school solves problems that are relevant both in the field of physical geography and oceanology: the study of the interaction of the components of nature, and the identification and description of natural-territorial complexes of regional and local dimensions. Successful integrated study, development and protection of natural resources of the coastal zone and the shelf of the World Ocean require the use of both analytical oceanological and integrated geographic research methods.
Ключевые слова: аналитические исследования, комплексные исследования, береговая зона и шельф, природные территориальные комплексы, принципы районирования, концепция подводного ландшафта, программа комплексного изучения ландшафтов.
Keywords: Analytical studies, integrated studies, coastal zone and shelf, natural territorial complexes, zoning principles, underwater landscape concept, integrated landscape study program.
Введение
Экспедиция на парусно-паровом корвете «Челленджер» (1872 - 1876 гг) выполняла программу детального покомпонентного изучения природы Мирового океана. Эта экспедиция ознаменовала становление науки океанологии -комплекса научных дисциплин о физических, химических, геологических и биологических процессах в Мировом океане. Структура океанологии, заложенная в конце XIX в., до наших дней сохраняет аналитический подход к изучению Мирового океана.
В географии методология комплексных исследований была заложена В. В. Докучаевым. Он писал, что не подлежит сомнению, что познание природы - её сил, стихий, явлений и тел - сделало в течение XIX столетия такие гигантские шаги, что само столетие нередко называют веком естествознания. Вместе с тем В.В. Докучаев указывал, что изучались, главным образом, отдельные тела и явления, но не их соотношение, не та генетическая, вековечная и всегда закономерная связь, какая существует между силами, телами и явлениями, между мёртвой и живой природой. Л.А. Зенкевич (1970) отмечал
целесообразность создания интегрального направления в океанологии, основанного на учении о биогеоценозе В. Н. Сукачева. Однако это предложение осталось нереализованным.
Береговая зона моря и шельф представляют область взаимодействия основных геосфер Земли: атмосферы, гидросферы, литосферы и биосферы. Благодаря этому здесь отмечается высокий динамизм природных процессов, формирование разнообразных природных комплексов и высокое разнообразие донных биоценозов. Береговая зона и шельф - это арена богатых минеральных и биологических ресурсов, их интенсивного потребления, которое оказывает разрушительное воздействие на прибрежные экосистемы и ландшафты.
Проблемы комплексного изучения подводных окраин материков связаны с тем, что они не доступны непосредственному визуальному восприятию. В середине XX в. в процессе геологического картирования и разведки месторождений нефти и газа у берегов Азербайджана были разработаны технические средства аэрофотосъёмки дна морских мелководий и методы дешифрирования аэрофотоизображений
(Гурьева, Петров, Шарков, 1976). Использование акваланга позволило водолазу-исследователю осуществлять весь комплекс работ, выполняемых географом на суше: фотографировать и описывать рельеф, грунт, донные биоценозы, отбирать образцы. В последующем этот опыт позволил описать и картировать ландшафты мелководий Чёрного, Каспийского и Дальневосточных морей, разработать теорию и методы ландшафтно-биономических исследований береговой зоны и шельфа (Петров, 1989; 2004; 2008). Небольшая глубина доступная аэрофотосъёмке дна морских мелководий последние десятилетия преодолевается широким применением ультразвуковой сонарной съёмки, которая способна дать изображение дна всего шельфа. При интерпретации и обобщении данных, полученных при дешифрировании сонарных изображений шельфа, целесообразно использовать метод ландшафтного-
дешифрирования аэроснимков дна морских мелководий. В статье обсуждается применение географического подхода к изучению береговой зоны моря и шельфа: принципы детального районирования береговой зоны и шельфа, концепция подводного ландшафта, в заключении предлагается программа комплексных
ландшафтных биономических исследований береговой зоны моря.
Принципы детального районирования береговой зоны и шельфа
Принципы глобального районирования морских мелководий разработаны в начале XXI в. американскими океанологами: М. Д. Спалдином, Г. Алленом, Х. Фоксом и Н. С. Дэвидсоном (Spalding et al, 2007). Авторы выделяют 12 царств, 62 провинции и 232 экорегиона (морских бассейнов). Предложенная система единиц районирования отражает наиболее крупные глобальные особенности жизни в океане. Однако оценка биоразнообразия, продуктивности, использования и охраны биологических ресурсов требует разработки более детальной системы единиц районирования морских экорегионов (Петров, 2020; 2022). Определим принципы детального районирования морских бассейнов.
Ландшафтно-биономические особенности береговой зоны и шельфа морей отображают влияние трех факторов: геолого-
геоморфологического строения, глубины и положения береговой зоны в системе единиц географической зональности.
Геолого-геоморфологическое строение (морфоструктуры) береговой зоны и шельфа. Важным фактором смены биономических условий в береговой зоне и на шельфе являются изменения характера рельефа, действия абразии и седиментации. Ведущая роль в этих процессах принадлежит морфоструктурным особенностям окраин материков, новейшим и современным тектоническим движениям. В неоген-четвертичное время происходило развитие морфоструктур от планетарных до локальных, что определило основные черты рельефа морских окраин платформ
и орогенов. Морфоструктуры контролируют рельеф побережья, контур береговой линии и приглубость подводного склона. Различают продольные берега, у которых оси складок располагаются вдоль береговой линии, и поперечные берега — оси складок идут по нормали к берегу. Для растущих продольных берегов характерно формирование берегового обрыва (клифа), абразионного подводного берегового склона, берег приглубый, шельф узкий. У берегов поперечного типа оси растущих складок продолжаются в море, образуя систему мысов, островов и заливов, шельф широкий. На подводном береговом склоне формируется абразионно-аккумулятивная терраса с многочисленными рифами, банками на месте локальных складок. Абразионно-скульптурный подводный береговой склон является особым биотопом каменистых грунтов, где господствуют гидробионты-обрастатели (сессильная биота).
На месте тектонических прогибов происходит накопление мощной толщи четвертичных отложений и формируются морфоструктуры аккумулятивных равнин и берегов. На подводном склоне волнение, направленное по нормали к берегу, вызывает поперечное перемещение наносов и их сортировку. На глубинах, недоступных воздействию волн, откладывается выносимый из береговой зоны тонкий песчано-илистый материал. Распространение волн под прямым и косым углом к береговой линии обусловливает вдольбереговой поток наносов. Характерными формами рельефа здесь являются подводно-береговые валы и другие формы аккумулятивного рельефа. В верхней части подводного берегового склона в пределах активного воздействия волнового поля, на песчаных наносах обитают преимущественно подвижные формы; в нижней части, где воздействие волн ослаблено, формируется биотоп песчано-илистых отложений, где господствуют закапывающиеся в грунт гидробионты (инфауна).
Предлагается следующий размерный ряд единиц морфоструктурного районирования: области, округа и подводные ландшафты.
Вертикальная поясность. С увеличением глубины происходит быстрое изменение биономических условий, характера биотопов и донных биоценозов, в результате чего шельф предлагается разделять на три пояса. Верхний пояс включает береговую зону (подводный береговой склон). Он находится в пределах волнового воздействия, ему присуща сезонная ритмика (прежде всего прогрев в теплый период года) и освещенность, достаточная для развития сообществ макрофитов. Средний пояс располагается ниже термоклина, волновая деятельность ослаблена, сезонная ритмика слабо выражена, освещенность низкая. Здесь встречаются единичные многоклеточные и некоторые одноклеточные водоросли. Благодаря ослабленной гидродинамике в этом поясе происходит осаждение тонкого илистого материала, богатого детритом, и формирование разнообразной инфауны. Нижний
пояс соответствует перегибу профиля дна в сторону материкового склона. Здесь возрастает гидродинамическая активность, формируются скульптурные формы рельефа, увеличивается разнообразие группировок сессильной фауны.
Географическая зональность. Первичным фактором зональности является температурный режим. В начале XX в. У. Сетчелл (8е1сИеИ, 1917), исследуя географические закономерности распределения подводной растительности, выделил стенотермные группировки морских донных водорослей, характеризующиеся приуроченностью к водам, температурный режим которых различается на 5-10 °С. В настоящее время установлено, что с индивидуальным развитием и жизненными циклами гидробионтов связаны температурные градиенты, которым соответствуют значения 0, 5, 10, 15, 20, 25 °С. Эти термические границы предлагается использовать для выделения географических поясов и зон. Например, в Северном полушарии в холодном поясе выделяются арктическая и субарктическая зоны с биологически активными температурами воды летом соответственно 0-5 и 5-10 °С. В умеренном поясе выделяются зоны бореальная и неморальная с биологически активными температурами зимой соответственно 0-5 и 5-10 °С. В теплом поясе выделяется тропическая зона с биологически активными температурами зимой выше 20 °С.
В пределах морских мелководий границы поверхностных и донных зон сливаются, ниже слоя скачка, природные зоны, однотипные с зонами, выделяемыми на поверхности моря, не прослеживаются. Важной дополнительной характеристикой термических зон является соленость морской воды. Значение солености ниже 24,69 °/оо (границы Книповича) отделяет моря с нормальной соленостью от солоноватоводных бассейнов. Эта граница отделяет морскую биоту от солоноватоводной, что сопровождается резким уменьшением видового разнообразия морской биоты.
Концепция подводного ландшафта береговой зоны моря
Ландшафтоведение береговой зоны и шельфа опирается на теоретические положения отечественной географической школы Докучаева -Берга. Развитие ландшафтных исследований в береговой зоне и на шельфе требует четкого определения понятия подводный ландшафт, его морфологической структуры и свойств ландшафтообразующих факторов, а также рассмотрение подводного ландшафта как основной исходной единицы ландшафтного районирования морских мелководий (Петров, 2020; 2021).
Подводный ландшафт береговой зоны моря (ПЛБЗ) — относительно однородный участок береговой зоны, качественно отличающийся от соседних участков своей структурой, т. е. с однотипным геологическим строением, рельефом, грунтами, гидроклиматом (температурой, соленостью, течениями, волновыми процессами) и с однотипными группировками гидробионтов.
ПЛБЗ — наименьшая исходная таксономическая единица ландшафтного районирования, он не пересекается с границами таксонов более высокого ранга, относится к одной природной зоне, лежит в пределах верхнего пояса шельфа, ограничена одной региональной морфоструктурой.
Каждый подводный ландшафт
характеризуется своеобразным сочетанием внутриландшафтных природных комплексов (фаций, угодий), представляющих собой биотопы донных биоценозов. ПЛБЗ охватывают прибрежную сушу, подверженную воздействию прибоя — супралитораль, заливаемую во время прилива — литораль, и морское дно до глубины, где воздействие волновых процессов затухает и освещенность недостаточна для формирования сообществ макрофитов — сублитораль (верхний пояс шельфа). Глубже ПЛБЗ сменяются ландшафтами элиторальной зоны (среднего пояса шельфа).
К природным факторам, обусловливающим богатство и разнообразие ландшафтов морских мелководий, относятся: связь гидрологических условий с метеорологическим режимом атмосферы, выраженный сезонный ритм природных процессов; подвижность вод, контролирующая процессы абразии, литодинамики и аккумуляции осадков, а также способствующая хорошей аэрации, притоку питательных веществ и разносу зачатков организмов; проникновение солнечной радиации, поддерживающей фотосинтез фитопланктона и фитобентоса; разгрузка речного стока, вызывающая сильную изменчивость солености морских вод, их обогащение биогенными и органическими веществами (твердый сток принимает основное участие в питании вдоль берегового потока наносов); большое видовое разнообразие и богатство жизненных форм, способствующих высокой плотности заселения всевозможных экологических ниш; влияние плейстоценовой регрессии, с которой связаны реликтовые формы рельефа и фации донных отложений, разорванные ареалы организмов, и влияние голоценовой трансгрессии, определяющей молодость подводных ландшафтов.
Концепция подводного ландшафта предполагает, что:
- ландшафт морского дна обособляется на участке земной коры, имеющем в общем одинаковое геологическое строение;
- как правило, он связан с развитием одной региональной морфоструктуры;
- каждому ландшафту свойственен определенный набор литологических разностей современных донных отложений или выходов коренных пород, контролирующих характер скульптурных микро- и мезоформ подводного рельефа;
- подводная освещенность, температура и волновые процессы изменяются с глубиной, что обуславливает вертикальное подразделение береговой зоны;
- разнообразие форм рельефа, грунтов, гидрологических обстановок определяют пестроту биотопов и, соответственно, разнообразие донных биоценозов.
Всё это служит основанием для выделения системы морфологических единиц
внутриландшафтной дифференциации.
Донные природные комплексы (ДИК), связанные с характерными формами рельефа, грунтами и группировками гидробионтов, как правило, обладают своеобразным внешним видом, поэтому в ландшафтоведении они получили название морфологических единиц
внутриландшафтного подразделения.
Основными единицами горизонтального подразделения являются фация и угодье.
Подводная фация — наименьший элементарный ДИК. Она представляет конкретный биотоп, связанный с одной формой микрорельефа или одним элементом мезорельефа (вершина, склон, подножье банки), и расположена в определенном интервале глубин. Фация сложена одной литологической разностью современных осадков или приурочена к однородному по вещественному составу, выходу горных пород и занята одним биоценозом. Комплекс фаций образует подводное угодье.
Подводное угодье — это ДИК, связанный с определенной мезоформой рельефа, обладающий хорошо выраженными границами.
Дифференцированное развитие локальных структур определяет формирование угодий двух типов. На структурах, испытывающих поднятие, происходит размыв дна, и формируются угодья абразионно-скульптурного типа: вдоль берегов идет пояс скал, вдали от берега подводные банки и рифы. У структур, испытывающих опускание, происходит седиментационное выравнивание дна и формирование угодий аккумулятивного типа. На участках активной литодинамики подводные угодья представлены береговыми валами, подводными косами и т. п.
Важным экологическим фактором названных угодий являются свойства грунта. Хорошо известны сообщества гидробионтов-обрастателей, связанных с каменистыми грунтами, и сообщества организмов, закапывающихся в рыхлый грунт, в облике которых находят отражение приспособительные признаки, обусловленные образом жизни на разных типах грунта.
Вертикальная дифференциация морских мелководий отражает высоту воздействия прибоя, ритмику приливо-отливных явлений, ослабление волнения и угасание подводной освещенности с глубиной. Иод влиянием названных факторов находятся вся совокупность экологических условий, определяющих распределение донных биоценозов. Батиметрический профиль является основой сопряженного ряда ДИК. Закономерной смене с глубиной подвержены и фации, и угодья, и целые ландшафты.
Главными единицами подразделения ПЛБЗ по глубине являются вертикальные зоны:
супралитораль, литораль (псевдолитораль), сублитораль.
Следующая единица, на которую зоны делятся по вертикали, называется этажом. В супралиторали этажи отражают высоту воздействия прибоя, в литорали — ритмы прилива и отлива, в сублиторали — ослабление воздействия волн на дно и угасание подводной освещённости. Иногда внутри этажей выделяются ступени, отличающиеся по составу донных биоценозов. Величина интервалов вертикальных подразделений меняется с глубиной от сантиметров до единиц и десятков метров, в целом система единиц вертикального подразделения ИЛБЗ напоминает пружину, сжатую в начале и растянутую на конце.
Иредставление о морфологических единицах занимает особое место в учении о подводных ландшафтах. Именно они являются непосредственным объектом морских и подводных исследований и картирования. В результате анализа закономерных пространственных сочетаний морфологических единиц выделяются и сами ландшафты.
Программа комплексного изучения ландшафтов береговой зоны моря
Ирограмма комплексного изучения ландшафтов береговой зоны моря предполагает решение следующих задач:
1. Выявить особенности морфоструктурного строения берегов, характер дифференцированных новейших и современных тектонических движений; отметить морфоструктуры, определяющие рельеф побережья, размер и форму морского бассейна; показать линии активных новейших дислокаций, влияющих на формирование берегов продольного и поперечного типа.
2. Раскрыть влияние колебаний уровня Мирового океана и внутренних морей в плейстоцене и голоцене на формирование современного рельефа дна морских мелководий; определить элементы рельефа берегов и подводного берегового склона абразионного и аккумулятивного типов; отметить участки с активным и отмершим клифом, глубину пояса скал и роль материкового стока в формировании его нижней границы; охарактеризовать особенности биотопа скал и камней и связанных с ним жизненных форм гидробионтов; определить элементы рельефа берегов и подводного берегового склона аккумулятивного типа; отметить роль волновых процессов в сортировке наносов на подводном склоне, а также вдоль берегового потока наносов в формировании подводных береговых валов и других форм аккумулятивного рельефа; охарактеризовать особенности биотопов подвижных песчаных наносов и песчано-илистых аккумулятивных равнин и связанных с ними жизненных форм гидробионтов.
3. Оценить экологическую роль гидрологических условий в районе исследований; определить солёность морских вод, выделить солоновато-водные акватории с соленостью ниже
границы Книповича; раскрыть температурный режим морских мелководий; отметить глубину слоя скачка; изучить морские течения, отметив места апвеллинга и даунвеллинга; определить местный режим приливов и отливов и интенсивность ветрового волнения.
4. Осуществить комплексное изучение береговой зоны и шельфа, используя современные методы дистанционного зондирования, морских и подводных исследований; опираясь на морфоструктурные геоморфологические и гидрологические особенности, провести границы подводных ландшафтов, и картировать их морфологическую структуру; охарактеризовать подводные угодья и фации-доминанты; отметить их положение в системе единиц вертикального подразделения морского дна.
5. Определить место подводных-ландшафтов в системе единиц морфоструктурного, зонального и вертикального районирования; определить ареал ландшафтов-аналогов.
Выполнение ландшафтно-биономических исследований береговой зоны и шельфа по предложенной программе обеспечит единообразие работ и сравнимость полученных результатов.
Заключение
1. Океанология изучает аналитические закономерности развития отдельных компонентов океаносферы.
2. География изучает: иерархическую систему природных территориальных комплексов, формирующихся в процессе взаимодействия компонентов геосфер; принципы природной регионализации; ландшафты, как основные исходные единицы районирования и объекты непосредственных экспедиционных исследований.
3. Успешное комплексное изучение, освоение и охрана природных ресурсов береговой зоны и шельфа Мирового океана требуют использование как аналитических океанологических, так и комплексных географических методов исследования.
Список литературы
Гурьянова Е. Ф. Теоретические основы составления карт подводных ландшафтов // Сб.: Вопросы биостратиграфии континентальных толщ. Тр. 3 сессии Всесоюзного палеонтологического о-ва. - М.: «Госгеолтехиздат», 1959. - С. 35-48.
Гурьева 3. И., Петров К. М., Шарков В. В. Аэрофотометоды геолого-геоморфологического исследования внутреннего шельфа и берегов морей. Атлас аннотированных аэрофотоснимков. -Л., «Недра», 1976. - 227 с.
Зенкевич Л. А. Общая характеристика биогеоценозов океана и сравнение их с биогеоценозами суши // Программа и методика изучения биогеоценозов водной среды. - М., 1970.
Петров К. М. Подводные ландшафты: теория, методы исследования. - Ленинград: «Наука»: Ленинградское отделение, 1989. - 124 с.
Петров К. М. Биономия океана: учебное пособие. - СПБ.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2004. -242 с.
Петров К. М. Биогеография океана. - М.: Изд-во Академический проект, 2008. - 328 с.
Петров К. М. Принципы биономического районирования береговой зоны и шельфа Мирового океана. - СПБ: Океанология, 2020. - Т. 60. - № 3. -С. 381 - 392.
Петров К. М. Концепция подводного ландшафта. - СПБ: Известия РГО, 2020. - С. 3 - 16.
Петров К. М., Унагаев А. С. Тектоника и рельеф как ведущий фактор формирования подводных ландшафтов на мелководье Каспийского моря у Азербайджана. Advances in Biology & Earth Sciences. - 2021, Vol. 6, No. 2. - pp. 111 - 132.
Setchell W. A. Geographical distribution of the marine algae // Science. N.S. - 1917, Vol. 45, № 1157.
- pp. 197 - 204.
Spalding M. D., Allen G., Fox H., and Davidson N. C., Marine ecoregions of the World: a bioregionalization of coast and shelf areas. - J. BioSci.
- 2007, No. 57 (2). - pp. 573 - 583.
Petrov K. M. Detailed Zoning Of The Coastal And Shelf Areas Of Marine Coregions: A Case Study Of The Black Sea, SCIREA Journal of Environment. -2022, Vol. 6, Is. 3. - pp. 20 - 33.
СОДЕРЖАНИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА, МЕТАНА И МЕТАЛЛОВ (ВАНАДИЯ, НИКЕЛЯ, МОЛИБДЕНА) В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ПО ПРОФИЛЯМ УСТЬЕВЫХ
УЧАСТКОВ РЕК ДОН И МИУС
РР1: 10.31618^.2413-5291.2023.2.86.686 Хорошевская Виктория Олеговна
ВВЕДЕНИЕ
В водах р. Дон преобладает растворенный органический углерод, сток которого практически не меняется на протяжении ХХ - начала XXI вв. Межгодовая динамика стока растворенного органического углерода находится в прямой зависимости от водного стока рек; стока взвешенного органического углерода - от твердого стока. Твердый сток существенно сократился после строительства гидротехнических сооружений на р.
Дон - в 10 раз [Сорокина и др., 2006], что отразилось, главным образом, на стоке взвешенного органического углерода (в условно естественный период среднегодовой сток Дона составлял ориентировочно 100 тыс. т., после зарегулирования до 2000 гг. - 38 тыс. т.
Среди не изученных вопросов остается потери и насыщение органическим углеродом речных вод в дельтах рек. Учитывая, что в дельтах аккумулируется от 10% до 50% [Симов,
