CC BY
3
УДК 550.42
Наконечная А.С., Дубинина Е.О.
ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ КИСЛОРОДА И ВОДОРОДА ВОД В ЖЕЛОБЕ СВЯТОЙ АННЫ
Наконечная Алина Сергеевна - студентка 3 курса бакалавриата института химии и проблем устойчивого развития; alya_nakonechnaya@mail.ru.
Дубинина Елена Олеговна - доктор геолого-минералогических наук, член-корреспондент РАН; Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, Россия, Москва, 119017, Старомонетный переулок, дом 35.
В статье рассмотрены методы изотопной геохимии кислорода и водорода, примененные для изучения морских вод в зоне глубоководного желоба Святой Анны, который соединяет Баренцево и Карское моря. Показано, что для вод в зоне желоба Святой Анны поведение изотопных параметров (S18O и SD) и солености определяется интенсивностью континентального стока, а также формированием и таянием льдов. Ключевые слова: изотопы кислорода и водорода, соленость, желоб Святой Анны, Арктика
ISOTOPIC COMPOSITION OF OXYGEN AND HYDROGEN OF SEA WATER IN THE SAINT ANNA TROUGH
Nakonechnaya A.S.1, Dubinina E.O.2
1 D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
2 Institute of geology of ore deposits, petrography, mineralogy and geochemistry RAS, Moscow, Russian Federation
The article discusses the study of the waters of the deep-water Saint Anna Trough using the methods of oxygen and hydrogen isotope geochemistry. It is shown that the behavior of isotopic parameters (S18O and SD) and salinity is determined by the intensity of continental flow, as well as ice formation and melting for waters in the Saint Anna Trough.
Keywords: oxygen isotopes, hydrogen isotopes, salinity, the Saint Anna Trough, Arctic Ocean
Введение
Арктика является одним из важнейших регионов для изучения механизмов формирования и путей распространения водных масс. Желоб Святой Анны, соединяющий Баренцево и Карское моря, проводит речной сток в Северный Ледовитый океан, поэтому изучения распределения компонентов речного стока в данном регионе очень важно.
Данная работа посвящена изучению морских вод в зоне глубоководного желоба Святой Анны с помощью методов изотопной геохимии кислорода и водорода, которая позволяет решать генетические задачи в гидрологии морских бассейнов на высоком доказательном уровне [1].
Развитие современных методов изотопной геохимии позволяет использовать природные трассеры, такие как изотопный состав водорода и кислорода, в изучении динамики морских водных масс. Наиболее информативными изотопные методы становятся при совместном их применении с традиционно используемыми гидрофизическими параметрами, прежде всего соленостью [2].
Целью работы является изучение процессов, протекающих в морских водах в зоне глубоководных желобов, на примере глубоководного желоба Святой Анны, расположенного на севере Карского моря. Этот район мало изучен в связи с труднодоступностью и сложной ледовой обстановкой. Однако он крайне важен, поскольку в желобе происходит взаимодействие вод разного происхождения - непосредственно шельфовых вод
Карского моря, вод Арктического бассейна и трансформированных баренцевоморских
атлантических вод. Кроме того, желоб Святой Анны является проводником атлантических вод, поступающих в Северный Ледовитый океан, поток которых в последнее время постоянно возрастает. Изучение изотопного состава кислорода и водорода вод в желобе Св. Анны ранее практически не проводилось, хотя данные исследования имеют ключевое значение в изучении процессов, связанных с изменением климата и сокращением ледяного покрова Арктического океана.
Работа направлена на достижение одной из 17 Целей в области устойчивого развития, а именно -Цель 14: Сохранение и рациональное использование океанов, морей и морских ресурсов в интересах устойчивого развития.
Экспериментальная часть
Изотопный состав кислорода и водорода был изучен в образцах вод Карского моря, отобранных в 63-м (2015 г.) и 66-м (2016 г.) арктических рейсах НИС «Академик Мстислав Келдыш». Схема расположения изученных станций приведена на рис. 1. Для каждой станции изучался вертикальный профиль распределения температуры, солености и величин 518О и 5D.
77°N
76.8°N
76.6°N
76.4 "W
желоб (пятой Af пы
SJ72 jf i\ 211
\ i 52i2 \
Новая Чем. V SJI4 \ * \ »
Kl рское море
6 9"E
70°E
71°E
72'E
73°E
Рис. 1. Расположение станций в 63-м и 66-м рейсах НИС «АкадемикМстислав Келдыш»
Изотопный анализ кислорода проведен на приборном комплексе DELTA V+ (Thermo, Германия) с использованием опции GasBench II в режиме постоянного потока гелия. Изотопный анализ водорода проведен методом разложения на горячем хроме (опция H/Device) и измерением в режиме двойного напуска на масс-спектрометре DELTAplus (Thermo, Германия). Точность определения величин 518O и 5D данными методами составляет ±0.05 и ±0.3%о соответственно [2].
Для вод изученных станций наблюдается тенденция к падению температуры с возрастанием солености, за исключением вод станций 5211 и 5214. В данных двух станциях наблюдаются отклонения от линейной зависимости T-S. Остальные воды имеют практически идентичную зависимость T-S, что указывает на двухкомпонентное смешение речных и морских вод с удалением от устья реки.
Для вод всех изученных станций наблюдается схожая динамика распределения величин 5D, которые возрастают с увеличением глубины (рис. 2). Аналогично ведут себя величины 518O и соленость (рис. 3, 4). Все эти величины (518O, 5D, S) ведут себя одинаково, так как все они являются консервативными параметрами. В поверхностном слое (глубина 0-4 м) соленость вод снижена, до S ~ 20,72 и 29,47 е.п.с. на станции 5210, до S ~ 25,70 е.п.с. на станции 5211 и до S ~ 19,54 е.п.с. на станции 5214 по сравнению со средней соленостью атлантических вод, циркулирующих в Баренцевом море (S = 34,90 е.п.с. [3]). Снижение солености обусловлено двухкомпонентным смешением модифицированных атлантических вод,
поступающих из Баренцева моря, с эстуарными водами Енисея и Оби [4]. В данных поверхностных водах наблюдаются наиболее также низкие величины 518O и 5D. Так, на станции 5210, расположенной ближе всего к устью Оби, они составляют 518O = -6,30 %% и 5D = -47,58 %%, а на максимальном удалении - на станции 5372 эти величины повышаются до 0,24 % и 0,36 % соответственно.
Расстояние между станциями* км
Рис. 2. Связь изотопного состава водорода с
глубиной
Расстояние между станинами, км
Рис. 3. Связь изотопного состава кислорода с глубиной
Расстояние между
Рис. 4. Связь солености вод с глубиной
Соленость на больших глубинах приближается к солености атлантических вод и достигает ее на станциях 5211 (глубина 250-496 м), 5212 (глубина 190-315 м) и 5372 (глубина 100-463 м). Изотопные характеристики воды ведут себя аналогично солености. На глубинах от 10 до 20 м отмечается увеличение солености и значений 5180 и 5D. На станции 5372 на глубине около 20 м величины 5180 и 5D составляют 0,30 %о и 0,36 %о соответственно при S ~ 34,62 е.п.с. Для станций 5211 и 5212 изменения солености и величин 5180 и 5D с глубиной менее выражены.
В водах пяти изученных станций наблюдается увеличение величин 5180 и 5D с увеличением солености, что обычно говорит об опреснении морских вод. Однако, наблюдается нарушение линейной зависимости между этими параметрами, присущее двухкомпонентному смешению (рис. 5, 6), то есть поведение величин 5180 и 5D относительно солености не является полностью консервативным. Наблюдаемое искажение связи изотопного состава вод с соленостью вызвано процессами формирования и таяния льда.
2,00 1,00 0,00 -1,00 -2,00 -3,00 -4,00 -5,00 -6,00 -7,00
0
Рис.
10,00
0,00 -10,00 -20,00 -30,00 -40,00 -50,00 -60,00
6180, %о
8. е.п.с.
00 10,00 20,00 30,00 40,00 5. Связь изотопного состава кислорода с
соленостью
Ш, %0
5. е.п.с.
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 Рис. 6. Связь изотопного состава водорода с
соленостью
Заключение
Полученные данные для морских вод в зоне глубоководного желоба Святой Анны показывают,
что, они являются продуктом двухкомпонентного смешения модифицированных атлантических вод, поступающих из Баренцева моря, с эстуарными водами Оби.
Опресненный слой поверхностных вод отличается резкими вертикальными градиентами солености и изотопных параметров и неравномерно распределен в пространстве. В основном мощность опресненного слоя составляет первые 0-4 м, а к 20 м, как правило, происходит его полное выклинивание.
Наблюдаемые искажения линейной связи изотопного состава вод с соленостью, по-видимому, вызваны процессами формирования и таяния льда.
Список литературы
1. Е. О. Дубинина, С. А. Коссова, А. Ю. Мирошников, Р. В. Фяйзуллина. Изотопные (5D, 518О) параметры и источники опресненных вод Карского моря. // Океанология. - 2017. - Т. 57, № 1. - С. 38-48.
2. Е. О. Дубинина, А. Ю. Мирошников, С. А. Коссова, С. А. Щука. Модификация опресненных вод на шельфе моря Лаптевых: связь изотопных параметров и солености. // Геохимия. - 2019. - Т. 64, № 1. - С. 3-19.
3. 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. 1041-1052.
4. Е. О. Дубинина, С. А. Коссова, А. Ю. Мирошников. Источники и механизмы опреснения морских вод в заливах Цивольки и Седова (Новая Земля) по изотопным (5D, 518О) данным. // Океанология. - 2019. - Т. 59, № 6. - С. 928-938.
