CC BY
18
УДК 550.42
Киракосян Д.В., Дубинина Е.О.
ИЗОТОПНЫЕ (5D, 618O) ПАРАМЕТРЫ ВОД ЗОНЫ ПЕРЕХОДА «РЕКА ИНДИГИРКА -ВОСТОЧНО-СИБИРСКОЕ МОРЕ»
Киракосян Диана Валерьевна, студентка 4 курса бакалавриата факультета института химии и проблем устойчивого развития; старший лаборант лаборатории изотопной геохимии и геохронологии e-mail: kirakosyan.diana2015@yandex.ru
Дубинина Елена Олеговна, чл.-корр. РАН, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия, Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, Москва, Россия.
В статье приведены результаты изучения морских вод в зоне перехода «река Индигирка - ВосточноСибирское море» методами изотопной геохимии. Проведены расчеты изотопного состава речного компонента и доли речных вод, поступающих в разные части шельфа Восточно- Сибирского моря. Ключевые слова: изотопы кислорода и водорода, соленость, морская вода, Восточно-Сибирское море, опреснение.
ISOTOPE (6D, 518O) COMPOSITION OF SEA WATER AT THE "INDIGIRKA RIVER - EAST SIBERIAN SEA" TRANSITION ZONE
Kirakosyan Diana V., Dubinina Elena O.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy and Geochemistry RAS, Moscow, Russia. This article touches upon the study of the transition zone "Indigirka River - East Siberian Sea" by the methods of isotopic geochemistry. We also present the isotope data for the waters of the East Siberian Sea. Keywords: oxygen and hydrogen isotopes, salinity, sea water, East Siberian Sea, desalination.
Работа посвящена изучению зоны перехода «река Индигирка - Восточно-Сибирское море» методами изотопной геохимии, что позволяет идентифицировать водные компоненты разного происхождения и определять их количественное содержание в смешанных водах арктического шельфа [1].
Целью работы является изучение процессов, протекающих в морских водах при их опреснении речными водами в условиях Арктического шельфа. Задачи:
• Ознакомление с методикой отбора проб воды для изотопного анализа кислорода и водорода;
• Освоение методов изотопного анализа кислорода и водорода морской воды;
• Получение изотопных данных для вод станций, расположенных в зоне влияния реки Индигирка на шельфе Восточно-Сибирского моря;
• Анализ полученных данных об изотопном составе кислорода и водорода, а также температуре и солености вод ВосточноСибирского моря;
• Расчет доли речных вод в водах ВосточноСибирского моря.
Актуальность работы связана и с тем, что поступление вод с континента влияет на экологию арктических морей. Поскольку речные воды являются потенциальным (а для некоторых компонентов и реальным) источником радиоактивных и техногенных загрязнений,
количественные оценки глубины, направления и дальности распространения речных вод имеют критическое значение.
Работа направлена на достижение одной из целей в области устойчивого развития - цель 14: Сохранение и рациональное использование океанов, морей и морских ресурсов в интересах устойчивого развития.
Применение изотопных методов в данной работе обусловлено тем, что при фазовых переходах, таких как таяние, замерзание, испарение, конденсация и некоторых других физических процессах, происходит фракционирование (разделение) изотопов легких элементов, таких как водород и кислород, т.е. элементов, слагающих молекулу воды. Фракционирование происходит из-за различия в массах изотопов, благодаря чему изотопный состав кислорода и водорода воды в разных объектах гидросферы Земли различен [2]. В ходе 69-го рейса НИС «Академик Мстислав Келдыш» в Восточно-Сибирском море вдоль разреза, заложенного от побережья вблизи устья р. Индигирки, был отобран материал для изотопных исследований.
Определение изотопного состава кислорода было проведено методом изотопного уравновешивания воды с СО2 на приборе DeltaV+ с периферией GasBenchII и автосэмплером PAL. Изотопный анализ водорода проводился методом разложения воды на горячем хроме на приборе DeltaPlus с периферией H/Device. Точность определения
величин 5 О и 5Б данными методами составляет ±0.05 и ±0.3 %о соответственно [1, 3]. Для вод всех изученных станций наблюдается тенденция к падению температуры с возрастанием солености. За исключением вод станций 5600 и 5602, для которых наблюдаются отклонения от основной Т-Б зависимости, все изученные воды имеют практически идентичную монотонную Т-Б зависимость в области соленостей выше 30 е.п.с., что указывает на однотипное двухкомпонентное смешение речных и морских вод с удалением от устья реки.
Анализ изотопных данных и данных о солености вод показал, что величины 5D и 5180 возрастают с увеличением глубины и ведут себя также, как и соленость. В поверхностном слое (глубина 0-8 м) соленость вод снижена, до Б ~ 30 е.п.с. на станции 5607 (у кромки льдов) и до Б ~ 15 е.п.с. на станции 5598 (около устья реки) по сравнению со средней соленостью атлантических вод, циркулирующих в Баренцевом море, откуда они распространяются в пределах всей акватории Арктического океана (~ 34, 9 е.п.с. [1]). В этих наиболее опресненных поверхностных водах наблюдаются и наиболее низкие величины 5Б и 5180. В поверхностном слое вод на станции 5598 около устья реки они составляют 5Б = - 89, 7 % и 5180 = - 11, 61 %, а на максимальном удалении - на станции 5607 эти величины повышаются до - 19, 4 % и -2, 1 %о соответственно.
Соленость на больших глубинах приближается к солености атлантических вод, но не достигает ее. Аналогично ей ведут себя и изотопные характеристики воды. На глубинах от 8 до 12 м отмечается увеличение солености и значений 5D и 5180. На станции 5598 на глубине около 12 м величины 5Б и 5180 составляют - 60, 8 % и - 7, 7 % соответственно при Б ~ 25 е.п.с. Для станций 5605, 5606 и 5607 изменения солености и величин 5D и 5180 с глубиной менее выражены. Таким образом, в водах всех изученных станций наблюдается увеличение величин 5Б и 5180 с увеличением солености, что говорит о консервативном поведении всех этих параметров при смешении речных и морских вод [4]. При идеальном двухкомпонентном смешении величины 5Б или 5180 относительно солёности должны описываться линейной зависимостью. Участие в смешении дополнительных компонентов или осложняющих процессов, например, таких как таяние или образование морского льда, линейность нарушается. Изученные воды в зоне перехода «Индигирка-Восточно-Сибирское море» имеют и пониженные величины 5D и 5180 по сравнению с линией двухкомпонентного смешения вод реки и морских вод атлантического происхождения, циркулирующих в данной части Арктического океана. Наблюдаемое искажение связи изотопного состава вод с соленостью (рис. 1) вызвано процессами формирования льда [5-7].
2(1 о -10 --10 -60 -80 -100 -120 1411 -160 -180
Воды Лт(1ипшческо.-о ( происхождения
,'Ю
I Г Инднг
Ирка
Б, с. п.с.
10
20
30
Рис. 1. Связь изотопного состава водорода и солености
Расчет по модели смешения-модификации [3] показал, что максимальное содержание речного компонента наблюдается в поверхностном слое вод на станции 5598 (59 %), наиболее близкой к выходу реки Индигирка. На глубинах более 15 метров на станциях 5604, 5605 и 5606 содержание речной воды падает до 30 % и ниже. На глубине более 40 метров на станции 5606 и 5607 содержание речной воды не превышает 10 %.
При выполнении данной работы были получены первые данные об изотопном составе водорода и кислорода в водах Восточно-Сибирского моря в зоне влияния стока реки Индигирки. Показано, что воды зоны перехода «река Индигирка - Восточно-Сибирское море» являются продуктом смешения двух водных масс - стока реки Индигирки и арктических морских вод, поступающих из Баренцева моря. Установлены усредненные изотопные
характеристики (5180 и 5D) речного стока реки Индигирки, которые составили -20,1 % и -155 % соответственно.
Расчеты показали, что все воды шельфа в восточной части Восточно-Сибирского моря, где доминирует сток реки Индигирки, существенно опреснены. Для вод всех изученных станций содержание пресного компонента в поверхностном слое составило 40-60 %, на глубинах более 15 метров (станции 5604, 5605 и 5606) оно падает до 30 % и менее, а на глубине
более 40 метров (станции 5606 и 5607) составляет 10 %.
Таким образом, вся восточная часть шельфа Восточно-Сибирского моря находится под влиянием речного стока с континента. Следовательно, при поступлении с речной водой растворенного загрязняющего вещества, которое не взаимодействует с компонентами морской воды с образованием нерастворимых соединений и не выводится из раствора, данный загрязняющий агент может распространиться на всем пространстве шельфа, вплоть до кромки многолетнего льда. Соответствующие расчеты для конкретных источников техногенных загрязнений, находящихся
в бассейне реки Индигирка, помогут определить потенциальную и реальную техногенную нагрузку на Восточно-Сибирское море.
Полученная количественная информация о масштабах распространения континентального речного стока необходима для оценок экологических рисков в акватории ВосточноСибирского моря, его потенциальной биологической продуктивности, поскольку состояние
фитопланктона и зоопланктона связано с процессами опреснения морских вод. Полученные данные о масштабах и объемах распространения речных вод на шельфе ВосточноСибирского моря дают основу для мониторинга арктических вод, который актуален в связи с современными изменениями климата и сокращением ледяного покрова Арктического океана.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ 18-17-00089.
Список литературы
1. Дубинина Е. О., Коссова С. А., Мирошников А. Ю., Кокрятская Н. М. Изотопная (5D, 518О) систематика вод морей арктического сектора России. Геохимия. — 2017. — №11. — С. 10411052.
2. Craig H., Gordon L. (1965) Deuterium and oxygen-18 variations in the ocean and the marine atmosphere. Stable Isotopes in Oceanographic Studies and Paleotemperatures, Spoletto, Italy (Ed. Tongiogi E.V., Lishi E. F., Pisa.), 9-130.
3. Дубинина Е. О., Мирошников А. Ю., Коссова С. А., Флинт М. В. Численная оценка степени модификации опресненных морских вод на примере шельфа моря Лаптевых. Доклады Академии наук. — 2019. — том 484. — №3. — С. 352-357.
4. Ostlund H.G., Hut G. (1984) Arctic Ocean Water Mass Balance From Isotope Data. J. Geophys. Res. 89, 6373-6381.
5. Aagard K. (1989) The Role of Sea Ice and Other Fresh Water in the Arctic Circulation. J. Geophys. Res. 94 (10), 14485-14498.
6. Bauch D., Holemann J., Nikitina A., Wegner C., Janout M., Timokhov L.A, Kassens H. (2013) Correlation of river water and local sea-ice melting on the Laptev Sea shelf (Siberian Arctic). J. Geophys. Res. 118, 550-561.
7. Bauch D., Cherniavskaya E., Timokhov L. (2016) Shelf basin exchange along the Siberian continental margin: Modification of Atlantic Water and Lower Halocline Water. Deep-Sea Res. 115, 188-198.
