CC BY
130
2012
Известия ТИНРО
Том 171
УДК 551.464:543.319(556.53) П.Ю. Семкин, П.Я. Тищенко, П.П. Тищенко, Т.А. Михайлик, М.Г. Швецова, В.И. Звалинский, Г.Ю. Павлова, Е.М. Шкирникова, С.Г. Сагалаев, Н.Д. Ходоренко, В.И. Степанова, О.В. Игуменова, Ю.А. Барабанщиков*
Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, 690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, 43
особенности гидрохимии эстуариев рек артёмовки и шкотовки (уссурийский залив, японское МОРЕ) летом 2011 Г.
В 2011 г. лабораторией гидрохимии ТОИ ДВО РАН были проведены сезонные исследования гидролого-гидрохимических условий эстуариев рек Артемовки и Шкотовки. В летний период в представленных районах были зафиксированы аномальные величины гидрохимических характеристик, не являющиеся характерными для природных условий: высокие значения pH (9), концентрации хлорофилла “а” (202 мкг/л), кислорода (553 мкмоль/кг) и чрезвычайно низкие величины парциального давления углекислого газа (25 мкатм). Обсуждаются условия, ставшие причиной данного гидрохимического состояния эстуарных вод. Попутно рассматриваются характерные особенности других измеренных гидрохимических параметров.
ключевые слова: гидрохимия эстуария, эвтрофикация, карбонатная система, продукционно-деструкционные процессы органического вещества.
* Семкин Павел Юрьевич, младший научный сотрудник, e-mail: [email protected]; Тищенко Павел Яковлевич, доктор химических наук, заведующий лабораторией, e-mail: tpavel@ poi.dvo.ru; Тищенко Петр Павлович, научный сотрудник, e-mail: [email protected]; Михайлик Татьяна Александровна, младший научный сотрудник, e-mail: [email protected]; Швецова Мария Геннадиевна, научный сотрудник, e-mail: [email protected]; Звалинский Владимир Иванович, доктор биологических наук, главный научный сотрудник, e-mail: [email protected]; Павлова Галина Юрьевна, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: [email protected]; Шкирникова Елена Михайловна, научный сотрудник, e-mail: [email protected]. ru; Сагалаев Сергей Григорьевич, научный сотрудник, e-mail: [email protected]; Ходоренко Наталья Дмитриевна, младший научный сотрудник, e-mail: [email protected]; Степанова Виктория Игоревна, младший научный сотрудник, e-mail: [email protected]; Игуменова Ольга Витальевна, старший инженер, e-mail: [email protected]; Барабанщиков Юрий Александрович, старший инженер, e-mail: [email protected].
Semkin Pavel Yu., junior researcher, e-mail: [email protected]; Tishchenko Pavel Ya., D.Sc., head of laboratory, e-mail: [email protected]; Tishchenko Petr P., researcher, e-mail: ek15@poi. dvo.ru; Mikhailik Tatyana A., junior researcher, e-mail: [email protected]; Shvetsova Maria G., researcher, e-mail: [email protected]; Zvalinsky Vladimir I., D.Sc., head researcher, e-mail: viz@ poi.dvo.ru; Pavlova Galina Yu., Ph. D, leading researcher, e-mail: [email protected]; Shkirnikova ElenaM., researcher, e-mail: [email protected]; Sagalaev Sergey G., researcher, e-mail: sagalaev@poi. dvo.ru; Khodorenko Natalia D., junior researcher, e-mail: [email protected]; Stepanova Victoria I., junior researcher, e-mail: [email protected]; Igumenova Olga V., senior engineer, e-mail: riba@mail. ru; Barabanshchikov Yury A., senior engineer, e-mail: [email protected].
Semkin P.Yu., Tishchenko P.Ya., Tishchenko P.P., Mikhailik T.A., Shvetsova M.G., Zvalinsky V.I., Pavlova G.Yu., Shkirnikova E.M., Sagalaev S.G., Khodorenko N.D., Stepanova V.I., Igumenova O.V., Barabanshchikov Yu.A. Features of hydrochemistry in estuaries of the Artyomovka and Shkotovka Rivers (Ussuri Bay, Japan Sea) in summer of 2011 // Izv. TINRO. — 2012. — Vol. 171. — P. 267-284.
Distribution of chemical parameters in the estuaries of the Artyomovka and Shkotovka Rivers is considered on the data of surveys conducted in late July, 2011. Very high values of dissolved oxygen content (553 mmol/kg) and pH (9.0), and very low partial pressure of carbon dioxide (25 matm) were registered in the estuaries, obviously because of active photosynthesis of diatoms. Reasons of this phenomenon are discussed. Distribution of other chemical parameters is presented, as well.
Key words: hydrochemistry of estuary, eutrophication, carbon dioxide system, production-destruction.
Введение
Реки являются основными поставщиками пресных вод, биогенных элементов, минералов, органических и неорганических форм углерода с суши в океаны. Эстуарии рек представляют собой естественные геохимические барьеры, препятствующие попаданию многих веществ в открытую часть морей или океанов, поэтому их часто называют маргинальными фильтрами (Страхов, 1968). Механизмы функционирования маргинальных фильтров остаются во многих отношениях неясными из-за сложности процессов, происходящих в области смешения речных и морских вод. Однако известно, что именно в эстуариях и дельтах рек происходит основное накопление осадочного вещества Земли, поэтому эти объекты рассматриваются как первый глобальный уровень лавинной седиментации (Лисицын, 1988). Другая причина, вызывающая интерес к эстуариям, обусловлена глобальным характером антропогенного воздействия на эти акватории. Такое воздействие обусловлено прежде всего эвтрофикацией рек и соответственно приемных бассейнов. Причины эвтрофикации главным образом связаны с развитием сельского хозяйства, урбанизацией регионов, лесными пожарами и уменьшением естественного растительного покрова суши. Сочетание природных факторов, таких как высокая динамика вод и седиментация взвешенного вещества, с антропогенным воздействием — эвтрофикацией — вызывает высокую интенсивность биогеохимических процессов в эстуариях. Важное место в функционировании экосистем эстуариев занимают процессы образования и разложения органического вещества. Высокая продукция органического вещества часто приводит к гипоксии придонных вод приемных бассейнов рек (Тищенко и др., 2011). Ранее нами была установлена гипоксия придонных вод Уссурийского залива в летний сезон 2008 г. (Семкин и др., 2012). Одной из возможных причин ее возникновения является эвтрофикация залива речными водами. Реки Артемовка и Шкотовка являются наиболее крупными реками, впадающими в Уссурийский залив. Знание гидрохимических характеристик рек и их эстуариев позволит лучше понять биогеохимические процессы, протекающие в Уссурийском заливе. Целью данной работы было исследование гидрохимического состояния эстуариев рек Артемовки и Шкотовки в летний сезон.
Материалы и методы
Река Артемовка берёт начало на юго-западном склоне горы Пржевальского (южная часть горной системы Сихотэ-Алиня), течёт в южном направлении и после принятия ею наибольшего притока — р. Кневичанка — впадает в бухту Муравьиную Уссурийского залива Японского моря в районе г. Артём. Длина реки — 73 км, площадь бассейна — 1460 км2. Ширина реки в районе истока равна нескольким метрам, к устью увеличивается до 30 м, преобладающая глубина колеблется от 0,4 до 0,6 м. Среднегодовой расход р. Артёмовка составляет 8,8 м3^ (Подорванова и др., 1989). Согласно данным, предоставленным ПУГМС, среднегодовой расход воды р. Артемовка за 2011 г. составил 3,37 м3/с. Однако станция наблюдения ПУГМС располагается значительно выше основных притоков р. Артемовка (пос. Штыково) и не учитывает их влияние на общий расход реки.
Река Шкотовка берет начало на северо-западном склоне хребта Большой Воробей, расположенного в южной части горной системы Сихотэ-Алинь, течёт в южном направлении и впадает в Уссурийский залив Японского моря у пос. Шкотово. Длина реки 59 км. Согласно данным, предоставленным ПУГМС, среднегодовой расход воды р. Шкотовка за 2011 г. составил 4,16 м3/с.
Амплитуда приливно-отливных колебаний уровня в акватории Уссурийского залива может достигать 50 см (Ластовецкий, Вещева, 1964).
Схема расположения гидролого-гидрохимических станций, выполненных в ходе изучения эстуариев, представлена на рис. 1. Съемка выполнялась 18-20 июля 2011 г. Для удобства анализа полученных результатов съёмка разделена на два разреза: разрез
I — эстуарий р. Артемовка (станции 1, 2, 3, 4, 5, 19, 18, 17, 15) и разрез II — эстуарий р. Шкотовка (станции 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16).
Пробы воды отбирались пятилитровым батометром Нискина с двух горизонтов: поверхностного (верхние 15-20 см) и придонного (20-60 см от дна). Определялись следующие параметры: кислород, соленость, рН, щелочность, главные биогенные элементы (фосфаты, силикаты, нитраты, нитриты, аммоний), хлорофилл “а”, растворенный органический углерод, гумусовое вещество. Также проводился анализ на основной солевой состав речных вод (Cl-, SO42-, Ca2+, Mg2+, Na+, K+). На каждой станции производилось зондирование профилографом RBR XRX-620 с датчиками температуры, электропроводности, давления, флуоресценции хлорофилла, фотосин-тетической активной радиации и мутности. Образцы воды в тот же день доставлялись в лабораторию, где проводился их анализ. Из данных рН и щелочности рассчитывались параметры карбонатной системы (рНт situ, DIC — Dissolved Inorganic Carbon и рСО2 — парциальное давление углекислого газа). Подробное описание используемых
Рис. 1. Географическое положение изучаемого района и схема расположения станций Fig. 1. Geographical location of the surveyed area and scheme of samplings
гидрохимических методик и расчета параметров карбонатной системы можно найти в литературе (Методы..., 1988*; Тищенко и др., 2006а; Колтунов и др., 2009).
Результаты и их обсуждение
Соленость, температура
На рис. 2 представлено пространственное распределение гидрологических параметров, полученных при СTD-зондировании. В поле распределения солености в эсту-арной области р. Артемовка (разрез I, рис. 2, 1а) выделялись следующие особенности. На промежутке между станциями 2 и 5 (расстояние 4,2 км) на период съемки соленость равномерно увеличивалась от значений 0,09 %о на станции 2 приблизительно до 6,0 %о на станции 5. В вертикальном распределении, несмотря на малые глубины (максимальные 2 м), можно выделить три слоя. Ядро трансформированной речной водной массы находилось на горизонте приблизительно 1,5 м. В слое воды от поверхности до горизонта 1,5 м соленость уменьшалась с увеличением глубины, при этом изолинии расположены под углом по отношению к поверхности с наклоном в направлении речной части. В придонном слое с глубинами более 1,5 м наблюдался рост значений солености в направлении дна. Данная структура объясняется распространением в направлении реки морской воды из бухты Муравьиной, с более высокими значениями температуры по сравнению с речными водами. Это подтверждается тем, что представленный район полигона исследовался в фазу прилива (уровень и направление течения в реке фиксировались визуально в ходе работ).
К главной особенности в распределении солености в эстуарии р. Артёмовка следует отнести наличие ярко-выраженного фронта. Граница фронта со стороны реки находилась в районе станции 5, а с мористой стороны в районе станции 15 (рис. 2, 1а). Работы на данном отрезке выполнялись в фазу отлива. Изменение солености в районе фронта между станциями 5 и 19 (расстояние 400 м) на горизонте 1,5 м достигает 18 %о. Следует отметить, что в промежутке между станциями 5 и 19 положение оси фронта в слое от 1,5 м до дна практически вертикально по отношению к поверхности воды. В слое от горизонта 0 м до горизонта 1,5 м ось фронта ориентирована с наклоном в направлении моря. Смещение фронта в направлении моря в поверхностном горизонте объясняется усилением течения в направлении бухты Муравьиной в результате отлива (работы в мористой части разреза выполнялись в фазу отлива). Значения солености на мористой границе фронта составляют 25-26 %о на горизонте 1 м (район ст. 15). Примечательно, что в углублении реки перед баром в придонном слое (глубина 3,4 м) на станции 19 соленость имела значение 24,86 %о, т.е. близкое к величине солености в районе мористой границы галоклина. Однако два данных района разделены баром глубиной порядка 0,7 м (ст. 18) и находятся на расстоянии 2 км друг от друга.
Главная особенность в распределении температуры в эстуарии р. Артемовка состоит в том, что температура речных вод (17,7 оС) ниже в сравнении с морскими водами (25-26 оС на поверхности) (рис. 2, 1б). В районе между станциями 2 и 4 температура равномерно увеличивалась от 17,7 °С (ст. 2) до 22,5 и 21,5 °С соответственно на поверхности и у дна (ст. 4). В структуре поля распределения температуры следует отметить характерный угол наклона изотерм по отношению к поверхности воды в промежутке между станциями 3 и 5. В данном случае изолинии выше горизонта 1,5 м располагаются к поверхности под углом, как и в случае распределения солености. Район эстуария между станциями 4 и 19 характеризуется наличием температурного фронта, при этом температура в придонном горизонте наиболее глубоководного района эстуария (ст. 19) составляла 24,02 °С, что приблизительно равнялось температуре на мористой границе солёностного фронта на станции 15 (поверхностный горизонт — температура 24,07 °С). Распределение и значения плотности на период съемки на разрезе I в большей степени определялись величиной солености и в меньшей степени — температурой.
* Методы гидрохимических исследований основных биогенных элементов : метод. пособие. — М. : ВНИРО, 1988. — 120 с.
т--------1--------1--------1--------1--------1--------1-------1--------1--------г
Г.I--Г'м.1-1-1-1-1--1-1.1.
0123456789 10
Расстояние,км
N9 ст. 6 7 89 10 11 12 13 14 15 16
iiilblirfll
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
Расстояние,км
Рис. 2. Распределение гидрологических параметров вдоль продольного разреза р. Арте-мовка (1а — соленость, %о; 1б — температура, °С). Работы на станциях 1-5 выполнены в фазу прилива (слева от пунктирной линии), работы на станциях 19-15 — в фазу отлива (справа от пунктирной линии); р. Шкотовка (Па — соленость, %; II6 — температура, °С). Работы на станциях 6-13 выполнены в фазу прилива (слева от пунктирной линии), работы на станциях 14-16 — в фазу отлива (справа от пунктирной линии)
Fig. 2. Distribution of water temperature and salinity along the Artemovka: Ia — salinity, %; I6 — temperature, °С (measurements at stations 1-5 were in the flow phase and at st. 19-15 — in the ebb phase), and the Shkotovka: IIa — salinity, %; II6 — temperature, °С (measurements at st. 6-13 were in the flow phase and at st. 14-16 — in the ebb phase)
Горизонтальное распределение солености в эстуарии р. Шкотовка (разрез II, рис. 2, Па) имеет несколько иной характер в сравнении с эстуарием р. Артемовка. Для этого эстуария область перехода от пресных вод к солоноватым наблюдалась в непосредственной близости от бара. Соленостный фронт наблюдался между станциями 11
и 14. Однако для данного эстуария он, во-первых, более растянут вдоль координаты “река-море”, во-вторых, его положение значительно смещено в направлении бухты Муравьиной в сравнении с положением фронта в эстуарии р. Артемовка. Важными особенностями эстуариев рек Шкотовки и Артемовки является наличие воды с повышенной соленостью в углублении рельефа речной части эстуария, перед баром. Наибольшая соленость 21,47 %о была зафиксирована на глубине 3,5 м на станции 8 в эстуарии р. Шкотовка.
В поле распределения температуры для данного эстуария (рис. 2, 11б) наблюдались две характерные особенности. Во-первых, на отрезке между станциями 10 и 12 (расстояние 400 м) температура увеличивается приблизительно на 7 °С, что можно рассматривать как температурный фронт. Во-вторых, область воды с повышенными значениями солености в придонном горизонте на станции 8 была более прогрета по отношению к вышележащим слоям. Температура воды на станции 8 в поверхностном горизонте имела значение 16,75 °С, а у дна — 21,01 °С. Устойчивая стратификация при этом создавалась за счет положительного вклада солености в плотность воды, который превосходил отрицательный температурный вклад в стратификацию.
Ионный состав
Эстуарные воды представляют собой смесь речных и морских вод. Общеизвестно, что относительный состав морских вод постоянный (Попов и др., 1979), а макрокомпонентный состав речных вод изменяется в широких пределах и зависит в первую очередь от климатических особенностей региона, минерального состава почв и пород, слагающих бассейн реки. Для аридного климата характерен высокий уровень минерализации речных вод, основными компонентами которых являются ионы натрия, хлорида и сульфаты (Алекин, 1970). Приморский край расположен в зоне гумидного климата, т.е. количество выпавших атмосферных осадков превалирует над испарением. Для такой климатической зональности характерна низкая минерализация речных вод (50-200 мг/л), основными компонентами которых являются ионы кальция, магния и гидрокарбоната. Общая минерализация, измеренная методом электропроводности, для рек Артемовки и Шкотовки была соответственно 100 и 55 мг/кг. Результаты хроматографического анализа воды в исследуемой акватории представлены в табл. 1. Согласно классификации О.А. Алекина (1970) воды речной части исследуемой акватории относятся к группе кальция гидрокарбонатного класса вод. На рис. 3 представлены молярные
Рис. 3. Зависимость молярных ион-хлорных отношений от солености для вод эстуариев рек Шкотовки (1) и Артемовки (2). Июль, 2011 г.
Fig. 3. Molar ionic-chloride ratio dependence on salinity in estuaries of the Shkotovka (1) and Artemovka (2) in July, 2011
ион-хлорные отношения для сульфат-ионов, ионов магния, натрия и кальция как функция солености. Зависимости ион-хлорных отношений имеют вид гипербол, нижняя ветвь которых устремляется к "морскому” значению ион-хлорного отношения. На рис. 3 видно, что ион-хлорные отношения принимают ”морское” значение при солености 2 %о, т.е. основная область эстуарных вод может рассматриваться как разбавленная морская вода, не зависящая от специфических свойств речных вод. Этот вывод общеизвестный и широко обсуждался в литературе (Гордеев, 1983).
Биогенные элементы В табл. 2 представле-ны концентрации биогенных элементов в эстуариях рек Артемовки и Шкотовки. Для вод Артёмовки характерным является наличие высоких концентраций фосфора, нитритов, нитратов и аммонийного азота. Следует отметить, что наибольшие концентрации N0^ (4,1 мкмоль/л), N0^ (35,03 мкмоль/л), NH4+ (73,15 мкмоль/л) были обнаружены в поверхностном горизонте на станции 3, т.е. после слияния рек Артёмовки и Кневичанки. Для вод р. Шкотовка (ст. 6) концентрации всех биогенных элементов, за исключением силикатов, были почти на порядок меньше в сравнении с водами рек Кневичанки и Артемовки. Изменения концентраций биогенных элементов на разрезах в направлении от речной к мористой части эстуариев имели сложный вид. Распределение силикатов можно характеризовать как неконсервативное (рис. 4), что проявляется в низких концентрациях силикатов в области 5 %о, т.е. в области этих
а
Д
и
л
лаб
н
и
и
р
о
ота
а
й
о
ле
с
с
и
в
д
о
в
в
а
т
с
о
с
й
ы
н
н
о
Ио
Л
в
Л
тз
о
о
£
о
ад
о
и
о
о
о
*а
5=
м
Е-
е
р
ак
в
о
н
§
.Р
е
Л
м
а
р
в
о
м
е
I
ей
|>
1Л
,8
г-
,2
сп^
2
©Л
00
с*'
2
сп
0,
2
с*
и
к
д
н
а
т
с
%
8
0
1Л
8
0
9
8
©Л
2
1Л
9
о,
1Л
0
0,
1Л
СП
0,
0,
в
с*
о,
с*'
СП
2
1Л
2
2
2
ю
сп
9,
2
8
сп
00^
2
2
,2
0,
9
СП
8
в
80
с*
8
сп
0,
28
1Л
о
12
о"
о
д
8
с*
0,
©Л
9
8
©Л
00
сп^
о
д
1Л
2
1Л
1Л
2
1Л
с*
0
г-,
©Л
СП
0
СП
о,
00^
2
0,
о
0,
©Л
1Л
1Л
1Л
СП
2
2
0
0
8
00
©Л
0
ГА
в
о
СО
Л
£
и
Л
и
ад
£
Дно | 1,267 I | 1,115 I 1,151 I 1,204 | 1,776 | | | 2,059 10,635 | 0,640 1,427 | 1,510 | 0,779 | 0,772 | I 1,102 | 2,049 | 1,883
Таблица 2
Концентрации биогенных элементов (мкмоль/л) в исследуемой акватории
Table 2
Nutrients concentration (|mmol/l) in the surveyed area
Р. Шкотовка (разрез II) 40 О СЭ со о, CD 40 CD 2 CD 0,75 2 in, CD 9 со CD 4,65
> VO О, о" О, CD 8 О, CD VO О, CD 6 <N, CD О *4 CD 5 CD О in, 4,
со о" СО CD 8 со CD 4 СП CD 9 in 8, 6 7, 2 о 2,
m СЭ 5 CD 12,20 СП 2,
0,12 со со CD СО CD СО CD 11,87 12,00 5 in, cn 9 00 2,
2 СЭ 8 CD 2 CD со CD О 11,74 2 Г-, 2, о in, 7,
VO СЭ О in, CD <N, CD 5 *4 CD 12,09 4 CO cn 5 Г-, 16,54
00 о со ©Л 40 CD 7 CD VO СП CD ,4 4 00 4, 8 СП 2, 12,84
0,29 со CD 5 CD 0,16 12,42 12,46 7 Г-, 4, 8 4,
40 0,17 СО CD 0,18 0,16 12,26 12,50 4,56 2,28
Р. Артемовка (разрез I) 00 О, ©' 5 О, CD CD CD 8 О, CD 5 *4 CD 8 CD 9 СП CD 5 00 4,
1П о, ©* 8 ©, CD 8 CD 0,28
00 VO О, CD О со CD 4 CD 4 СП CD
0,15 7 О 6 CD CD О CD CD 40, 7,
CD 0,18 4,19 7 СП 6 cn 2 8 ©, CD 2 2 СП 6 2
> CD 8 СО CD 8 00 4, 6 5, 2 25,4 44,6 ,9 5
0,88 7 CD о 4, 2,89 o, in' СП ,7 СП ,2 СП 7 ,2 5
7 *4 CD СО CD ,9 in^ 6 со
8 О, 5 СП 00 СП o, СП ,6 СП ,2 5 о, 61
№ станции в. О С о % в. О С о % в. о с о % в. о с о %
о" Рч о" £ о" £ +
соленостей скорость изъятия силикатов сопоставима и даже выше в сравнении со скоростью смешения речных и морских вод. В этом случае возможны два механизма извлечения силикатов из растворенного состояния. Один из них — формирование глинистых минералов в результате “обратного выветривания” частиц, содержащих окислы железа, алюминия и двуокиси кремния. Именно этот процесс был обнаружен сравнительно недавними полевыми и экспериментальными исследованиями в дельте р. Амазонка (Michalopoulos and Aller, 1995). На основе химического анализа продуктов “обратного выветривания” (reverse weathering) предложена следующая схема процесса:
6,4SiO2 + 4,8Al(OH)3 + 0,9Fe(OH)3 +
+ 0,225C + 0,96K+ + 0,39Mg2+ + 0,05Na+ + + (ors03Ti(OH)4 + 1,81HCO3- ^
(K0,96 Na0,05) Al3,27 Fe0,90 Mg0,39 Ti0,03)
(4,47 Al1,53) O20(OH)4 + 2,035C°2 +
+7,52H2O. (1)
В работе Michalopoulos and Aller (1995) установлено, что образование глинистых минералов происходит в течение нескольких месяцев, а кристаллографическая структура глинистых минералов ближе всего соответствует слюдам. Вторым процессом, ответственным за извлечение растворенного кремния из среды, является фотосинтез микроводорослей. По-видимому, оба процесса происходят в исследуемой акватории.
В распределении фосфатов следует отметить наличие максимумов концентраций в эстуарии как р. Артемовка, так и р. Шкотовка в придонных горизонтах в районе углубления рельефа реки перед баром (ст. 19: PO43- — 1,17 мкмоль/л и ст. 8: PO43- — 0,64 мкмоль/л). По-видимому, углубления рельефа играют роль “ловушек” для взвешенного органического вещества, где превалируют процессы деструкции над фотосинтезом. В целом для поверхностных вод эстуария р. Артемовка наблюдалась тенденция снижения концентрации PO43- в направлении мористой части, для эстуария р. Шкотовка такой тенденции не было.
Нитриты являются промежуточными продуктами неорганической формы азота при процессе деструкции органического вещества и связанных с ним процессов нитрификации и денитрификации. Их концентрация тем выше, чем выше интенсивность этих процессов. Очевидно, что в таких эвтрофированных бассейнах, как эстуарий р. Артемовка, сле-
Рис. 4. Зависимость концентрации силикатов от солености: 1 — поверхностный горизонт р. Артемовка; 2 — придонный горизонт р. Артемовка; 3 — поверхностный горизонт р. Шко-товка; 4 — придонный горизонт р. Шкотовка
Fig. 4. Silicates concentration dependence on salinity: 1 — at the surface of the Artemovka; 2 — at the bottom of the Artemovka; 3 — at the surface of the Shkotovka; 4 — at the bottom of the Shkotovka
дует ожидать высокие концентрации нитритов. Действительно, в р. Кневичанка и в речной части эстуария наблюдались чрезвычайно высокие концентрации нитритов. Концентрации нитритов в эстуарии р. Артемовка резко уменьшались на отрезке длиной приблизительно 1600 м между станциями 4 и 18 (прифронтальная область) как в поверхностном, так и в придонном горизонте от значений 5,0 мкмоль/л (ст. 4) до 0,3 мкмоль/л (ст. 18). Одна из возможных причин высокой концентрации нитритов — лизис пресноводного фитопланктона в солоноватых водах (Dagg et а1., 2008). Концентрация нитритов в р. Шкотовка существенно меньше, так как эта река менее эвтрофирована. Повышенное содержание нитритов в придонных горизонтах углублений рельефа (ст. 8 — 0,36 мкмоль/л; ст. 19 — 0,46 мкмоль/л) характерно для эстуариев обеих рек и связано с бактериальным разложением взвешенного органического вещества, которое концентрируется в естественных “ловушках” — ямах.
Основные черты изменений концентраций нитратов и аммонийного азота на разрезе I в целом имеют схожий вид. Наибольшие концентрации наблюдались в поверхностном слое на станции 3 (табл. 2). В направлении мористой части эстуария, на отрезке около 3500 м (до ст. 15), происходит практически полное изъятие из водной среды нитратов и аммонийного азота. Очевидно, этот процесс обусловлен фотосинтезом. Концентрации N0^ и NH4+ в придонном горизонте речной части эстуария мало отличались по величине от концентраций в поверхностных горизонтах. В морской части эстуария, на станции 19, концентрации N0^ и NH4+ были заметно выше нуля (1,1 и 7,6 мкмоль/л соответственно нитратов и аммония).
На разрезе II для поверхностного горизонта в промежутке между станциями 6 и 12 концентрация нитратов и аммонийного азота оставалась практически неизменной — соответственно на уровне 12 и 2-5 мкмоль/л. Для придонных вод эстуария р. Шкотовка в глубоководной части, на станциях 8 и 9, где наблюдались минимальные концентрации нитратов (4,8 и 3,3 мкмоль/л), было обнаружено высокое содержание аммонийного азота (12,84 и 16,54 мкмоль/л — для станций 8 и 9).
Таким образом, речные воды исследуемой акватории чрезвычайно богаты биогенными элементами, особенно это относится к рекам Кневичанке и Артемовке, что ранее также отмечалось другими авторами (Милованкин и др., 2012). Мы полагаем, что причиной повышенных концентраций биогенных элементов являются стоки с сельскохозяйственных полей, расположенных в долинах рек, в результате интенсивного выпадения осадков. Как видно на графике количества выпавших осадков (рис. 5), работы на исследуемом полигоне были произведены после ливневых дождей. Причем количество выпавших осадков перед съемкой было максимальным в сравнении с другими сезонами 2011 г. Дополнительными источниками биогенных элементов для эстуария р. Артемовка являются воды коммунально-бытовых стоков г. Артем и Арте-мовской ГРЭС. Известно, что объем сточных вод, сброшенных в 2005 г. береговыми источниками в реки, составил для рек Артемовки и Кневичанки — 442 тыс. м3, для р. Шкотовка — 33 тыс. м3 (Важова и др., 2011). Наши данные свидетельствуют, что концентрации биогенных элементов резко снижаются в направлении моря. Исключением из этой тенденции являются повышенные концентрации фосфатов и аммонийного азота в придонных водах, в углублениях рельефа перед баром (в естественных “ловушках”) как в р. Артемовка, так и в р. Шкотовка.
11 16 Дни месяца
Рис. 5. Количество выпавших осадков на территории г. Владивосток в 2011 г.: 1 — май; 2 — июль; 3 — сентябрь (данные взяты из архива http://pogoda.ru.net/)
Fig. 5. Atmospheric precipitations in Vladivostok in 2011: 1 — May; 2 — July; 3 — September (from: http://pogoda.ru.net/)
Концентрация О2 хлорофилла “a”.
Кажущееся потребление растворённого кислорода (AOU) Концентрации растворённого в воде кислорода, хлорофилла “а”, а также кажущееся потребление растворенного кислорода (АОи = [О2]рав - [02]изм) в исследуемой акватории изменялись в широком диапазоне как в направлении от речных областей эстуариев к морским областям, так и по отношению поверхностных горизонтов к придонным (рис. 6). Наибольший диапазон изменений данных параметров характерен для эстуария р. Артёмовка. Высокие концентрации кислорода, как правило, соответствовали высокому содержанию хлорофилла. Так, в поверхностном горизонте на разрезе I концентрация О2 возрастала от значения 178,43 мкмоль/кг на станции 1 до аномально высоких концентраций для данной температуры — 553,16 мкмоль/кг — в прифрон-тальной области поверхностного горизонта на станции 19. Величина концентрации хлорофилла “а” изменялась с тем же знаком в направлении мористой части эстуария от концентрации 137 мкг/л в поверхностном горизонте на станции 1 до значений 202 мкг/л в поверхностном горизонте на станции 19. В придонных горизонтах на участке между станциями 1 и 5 также наблюдалось увеличение концентрации О2 от значений 178,43 до 419,28 мкмоль/кг. Для концентрации хлорофилла “а” в данном районе в
Рис. 6. Распределение концентрации растворенного кислорода (Ia, IIa), хлорофилла “a” (1б, II6) и AOU (1в, Пв) вдоль разрезов I и II: 1 — поверхностный горизонт; 2 — придонный горизонт
Fig. 6. Downstream changes of dissolved oxygen content (Ia, IIa), chlorophyll a concentration (16, II6), and AOU (Ib, IIb) at the surface (1) and at the bottom (2) of the Artyomovka (I) and Shkotovka (II)
придонном горизонте аналогично прослеживалась тенденция роста в направлении моря. Придонные воды в районе углубления рельефа (ст. 19), в противоположность поверхностным водам с максимальными концентрациями, содержали минимальные концентрации О2 (124,69 мкмоль/кг) для всего исследуемого района. Концентрация хлорофилла “а” в придонных водах на станции 19 также была пониженна (27 мкг/л). В направлении мористой части эстуария р. Артемовка на отрезке разреза между станциями 19 и 15 в поверхностном слое наблюдалась тенденция к уменьшению концентрации О2, а в придонном слое, напротив, — к увеличению. Концентрация хлорофилла “а” в поверхностном горизонте на данном отрезке также резко уменьшалась до значений 26 мкг/л (ст. 15). Величина АОи в поверхностном горизонте на разрезе I равномерно изменялась от положительных значений, 101,4 мкмоль/кг, на станции 1 до отрицательных значений, -311,85 мкмоль/кг, на станции 19, далее на разрезе наблюдалась тенденция роста АОи. В придонных горизонтах разреза I величина кажущегося потребления кислорода находилась в области положительных значений, за исключением станций 4 и 5.
Для речных и эстуарных вод р. Шкотовка содержание кислорода, хлорофилла “а” и значения АОи изменялось в гораздо меньшем диапазоне в сравнении с содержанием в эстуарии р. Артемовка. Концентрации О2 для поверхностного горизонта на разрезе
II находились в интервале значений от 252 до 310 мкмоль/кг, за исключением станций 15 и 16 (район разреза I). Минимальные концентрации О2 (199,8 мкмоль/кг), как и в эстуарии р. Артёмовка, фиксировались в придонных горизонтах района углубления рельефа реки, перед баром на станции 8. Величина АОи на разрезе II изменялась от положительных значений (50 мкмоль/кг) в придонном горизонте на станции 8 до отрицательных значений (-203,63 мкмоль/кг) на станции 15.
Таким образом, аномально высокие значения О2 и хлорофилла “а” на разрезе I приурочены к речной границе соленостного фронта. Чрезвычайно низкая величина АОи свидетельствует о значительном пересыщении вод кислородом в поверхностном горизонте данного района. Для придонных вод в углублениях рельефа в изучаемых
эстуариях положительная величина AOU свидетельствует о недосыщении воды кислородом. Очевидно, что в этих местах растворенный кислород тратится на бактериальное разложение органического вещества, что подтверждается относительно высокими концентрациями биогенных элементов.
Органический углерод Общая характеристика растворенного органического углерода (РОУ) для исследуемых рек в разные сезоны приведена в табл. 3, из данных которой видно, что в р. Кневичанка концентрация РОУ в 1,4 и 1,5 раза выше, в сравнении с реками Артемовка (выше слияния с р. Кневичанка) и Шкотовка. Главная причина такого различия состоит в том, что сточные воды г. Артем сбрасываются в р. Кневичанка. Очевидно, эти сточные воды содержат высокие концентрации органического вещества. Кроме того, они содержат высокие концентрации биогенных веществ (см. табл. 2). Также следует отметить, что бассейн водосбора р. Кневичанка наиболее заболочен в сравнении с бассейнами водосбора рек Артемовки и Шкотовки.
Таблица 3
Содержание растворенного органического вещества в нижнем течении рек Кневичанки,
Артемовки и Шкотовки, мгС/л
Table 3
Concentration of dissolved organic matter in the estuaries of the Кnevichanka, Artemovka
and Shkotovka, mgC/l
Сезон Р. Кневичанка Р. Артемовка Р. Шкотовка
Весна 5,9 ± 0,3 4,б0 ± 0,10 4,50 ± 0,10
Лето 7,7 ± 0,3 5,10 ± 0,01 4,80 ± 0,01
Осень 7,1 ± 0,1 5,10 ± 0,03 4,40 ± 0,03
Смешение речных и морских вод, как правило, сопровождается интенсификацией биогеохимических процессов. В результате продуцирования в среду или извлечения из среды растворенных веществ во время смешения речных и морских вод происходят отклонения от линейности на графике “концентрация-соленость”. Такое поведение веществ называется неконсервативным (Kaul, Froelich, 1984; Звалинский и др., 2005). Для установления характера смешения речных и морских вод на рис. 7 показано изменение концентраций РОУ и гуминовых веществ (ГВ) от солености. Несмотря на разброс точек, превышающий точность измерения, зависимость РОУ от солености близка к линейной (рис. 7, а). В то же время ясно видно (рис. 7, б), что речные воды являются источником ГВ и характер их смешения с морскими водами является неконсервативным, т.е. нет линейной зависимости между концентрациями ГВ и соленостью. Резкое отклонение от линейности в сторону уменьшения концентрации ГВ наблюдается в области солености 0-2,5 %о. Аналогичный характер изменения содержания ГВ от солености наблюдался ранее для эстуария р. Раздольной (Лапин, Красюков, 1986; Лапин и др., 1988, 1990; Тищенко и др., 2005) и для Амурского лимана (Звалинский и др., 2009; Колтунов и др., 2009). Как правило, для этой области характерно интенсивное осаждение взвешенного вещества, поставляемого рекой из-за резкого уменьшения течения. Эта область может рассматриваться как маргинальный фильтр (Лисицын, 1994). Очевидно, что осаждение взвешенного вещества сопровождается осаждением ГВ, которые обладают хорошими сорбционными свойствами. Другим дополнительным механизмом, способным уменьшать концентрацию ГВ, является наличие в морской воде высокой концентрации двухвалентных ионов (магния и кальция), которые способны к образованию нерастворимых соединений с ГВ. Отметим, что неконсервативное поведение ГВ в большей степени проявляется для эстуария р. Артемовка, чем для р. Шкотовка.
Растворенный органический углерод (РОУ) включает два класса веществ — гуми-новые (ГВ) и негуминовые (НГВ), содержание которых равно разности: НГВ = РОУ - ГВ. Для эстуариев обеих рек характерным является увеличение как абсолютного содержа-
Рис. 7. Изменение компонентов органического вещества от солености в эстуариях рек Артемовки (круглые символы) и Шкотовки (треугольники): а — РОУ (растворенный органический углерод); б — ГВ (гуминовые вещества); в — НГВ (негуминовое органическое вещество); г — процентное содержание НГВ от РОУ Голубой цвет — поверхностный горизонт; красный — придонный горизонт. Сплошные и пунктирные линии проведены для эстуариев рек соответственно Артемовки и Шкотовки. Эти линии соединяют значения измеренных параметров речных и морских вод эстуариев. 18-20 июля 2011 г.
Fig. 7. Organic substances concentration in dependence on salinity in the estuaries of the Artyomovka (circles connected by solid lines) and Shkotovka (triangles connected by dotted lines) on July 18-20, 2011: a — DOC (dissolved organic carbon); 6 — HS (humic substances); в — NHS (non-humic organic substance); г — NHS percentage in DOC. The values at the surface are shown by blue color; the values at the bottom — by red color
ния НГВ в среде (рис. 7, в), так и его доли в РОУ с увеличением солености (рис. 7, г). Причем рост концентрации НГВ носит неконсервативный характер, поскольку экспериментальные точки находятся главным образом над линией, соединяющей речные и морские значения концентраций НГВ (рис. 7, в). Следовательно, в процессе смешения речных и морских вод происходит выделение НГВ в среду. Наиболее интенсивное выделение НГВ в среду наблюдается на начальном этапе смешения речных и морских вод (соленость 0-3 %о). Возможны два механизма поступления НГВ в среду. Во-первых, клетки некоторых видов пресноводного фитопланктона, попадая в морскую среду, подвергаются лизису, что приводит к увеличению концентрации НГВ (Dagg et а1., 2008). Во-вторых, в эстуариях рек создаются благоприятные условия для цветения эвригалинного и морского фитопланктона. В процессе жизнедеятельности клетки фитопланктона могут выделять НГВ во внешнюю среду (Passow, 2002). Это особенно справедливо для таких эвтрофированных эстуариев, как эстуарий р. Артемовка. Действительно, концентрация хлорофилла уже в речной части эстуария р. Артемовка (соленость — 0,4 %о) составляет 140 мкг/л. При солености 5-10 %о его содержание достигает исключительно высоких значений — до 200 мкг/л (в районе ст. 19, расположенной в непосредственной близости к фронтальной зоне) (см. рис. 6, 1б). С увеличением солености содержание хлорофилла уменьшается, однако остается на достаточно высоком уровне (более 25 мкг/л).
Параметры карбонатной системы
Нами было обнаружено, что параметры карбонатной системы (рНт общая щелочность — ТА, рСО2 и DIC) изменяются в чрезвычайно широком диапазоне для исследуемых эстуариев (рис. 8). При фотосинтезе органического вещества клетками фитопланктона ассимилируется углекислый газ, что непосредственно увеличивает значения рН и уменьшает парциальное давление СО2. На поверхностном горизонте станции 19 (эстуарий р. Артемовка) нами были зарегистрированы чрезвычайно высокие значения рН (до 9,0 ед.; рис. 8, а) и чрезвычайно низкое парциальное давление углекислого газа (до 25 мкатм; рис. 8, б). В водах речной части эстуариев рек Артемовки и Шкотовки величины рН имели низкие значения (7,4-7,5) и парциальное давление СО2, существенно превышающее равновесное с атмосферой (390 мкатм). Для рек Шкотовки, Артемовки и Кневичанки парциальное давление углекислого газа было соответственно 700-900, 1500-1800 и 3700 мкатм.
Необходимо отметить, что сочетание высокой концентрации хлорофилла и высоких значений рСО2 в реках Артемовке и Кневичанке указывает на высокую интенсивность процессов как продукции органического вещества, так и его деструкции. В меньшей степени эти процессы проявляются в распределении растворенного неорганического углерода (Dissolved Inorganic Carbon — DIC) и общей щелочности (ТА) (рис. 8, в, г). Это связано с тем, что основным компонентом DIC и ТА является гидрокарбонат-ион — макрокомпонент морской воды. Поэтому изменение DIC и ТА в зависимости от изменения солености происходит в первую очередь как результат
9.5
9.0
8.5 |8.0
О.
7.0
6.5
6.0
2.5 2,0
и
о
2
£
о'-о
а
0.5
0.0
■ • • . •• . • * * ▲ a A 4000 3500 3000 К 2500 2 2000 6
—- a • £|500 al000 500 0 * A г * A “S.* A
20 25 30 0 5 10 15 20 25 30
2,5
В Г
2,0
—-—7^^ u 8 1 1.5 .
о 2 —I «•* •
* •» 2 , _
• 1,0
< H
0,5 0.0
0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30
S, %« S, %о
Рис. 8. Изменение величины карбонатных параметров от солености в эстуариях рек Артемовки (круглые символы) и Шкотовки (треугольники): а — рН.п ; б — DIC (растворенный неорганический углерод); в — pCO2 (парциальное давление углекислого газа); г — ТА (общая щелочность). Голубой цвет — поверхностный горизонт; красный цвет — придонный горизонт. Сплошные и пунктирные линии проведены для эстуариев рек соответственно Артемовки и Шкотовки. Эти линии соединяют речные и морские значения измеренных параметров. 18-20 июля, 2011 г.
Fig. 8. Carbonate parameters dependence on salinity in the estuaries of the Artyomovka (circles connected by solid lines) and Shkotovka (triangles connected by dotted lines) on July 18-20, 2011: а — рНш situ; б — DIC (dissolved inorganic carbon); в — pCO2 (partial pressure of carbon dioxide); г — ТА (total alkalinity). The values at the surface are shown by blue color; the values at the bottom — by red color
смешения речных и морских вод, имеющих разный компонентный состав. Зависимость на графике “свойство-соленость” линейная. И только во вторую очередь на эти изменения оказывают влияние биогеохимические процессы, которые приводят к отклонению от линейности. При смешении морских и речных вод, как правило, наблюдается консервативное поведение щелочности, т.е. линейная связь между величинами щелочности и солености и небольшие отклонения от линейности для DIC, связанные с продукционно-деструкционными процессами (Колтунов и др., 2009). Однако на рис. 8 (г) наблюдаются две особенности в распределении щелочности. Во-первых, содержание щелочности в водах рек Кневичанки, Артемовки и Шкотовки различается и составляет соответственно 1,25, 0,82 и 0,64 ммоль/кг. Во-вторых, в эстуарии р. Артемовка, в отличие от р. Шкотовка, наблюдается неконсервативное поведение щелочности (рис. 8, г). Этот факт мы связываем с неконсервативным поведением органической компоненты щелочности и с возникновением сильных органических кислот, которые оттитровывают неорганическую щелочность. Компонентами органической щелочности могут быть гуматы, фульваты, которые также обладают неконсервативным характером поведения в эстуариях, извлекаются из водной среды в процессе смешения речных и морских вод (см. рис. 7, в; Тищенко и др., 2006б). Дополнительно неконсервативное поведение щелочности может быть обусловлено процессами обратного выветривания, поскольку в этом случае из раствора используется гидрокарбонат-ион на образование глинистых минералов (схема (1)). Формально можно объединить действие органических сильных кислот и неконсервативность гумусового вещества предположением о существовании в речных водах биогеополимеров в Н-форме, которые, смешиваясь с морской водой, образуют солевые нерастворимые формы, а ионы водорода, поступая в водную среду, оттитровывают неорганическую щелочность. Такими биогеополимерами, помимо гуматов и фульватов, могут быть полисахариды, содержащие карбоксильные группы (Тищенко и др., 2012). Для эвтрофированного эстуария р. Артемовка эти процессы проявляются более рельефно, во-первых, потому что концентрации ГВ в реках Кневичанке и Артемовке выше, чем в р. Шкотовка. Во-вторых, синтез полисахаридов интенсивнее там, где выше первичная продукция. Изменение DIC от солености в общих чертах повторяет аналогичное изменение щелочности. Различием в поведении DIC и ТА является более значимый разброс точек от линейной зависимости для DIC, что объясняется продукционными и деструкционными процессами в эстуарии, поскольку одним из компонентов DIC является растворенный углекислый газ, который не является компонентом ТА (Тищенко, 2007).
Наиболее важным результатом при проведении гидролого-гидрохимических работ в эстуариях рек Артёмовки и Шкотовки было обнаружение аномальных величин в прифронтальной области разреза I в поверхностном слое: 1) pH на уровне 9 ед.; 2) парциальное давление углекислого газа — 25 мкатм; 3) концентрация хлорофилла “a” — 202 мкг/л; 4) концентрация кислорода — 553 мкмоль/кг, или 229 % от насыщения. Обнаруженные величины данных параметров не являются характерными для натурных наблюдений и являются экстремальными для природных условий. В опубликованной на данный момент литературе подобные значения гидрохимических параметров для акватории зал. Петра Великого мы не обнаружили (Воронков, 1941; Ластовецкий, Вещева, 1964; Родионов, 1984; Подорванова и др., 1989; Вейдеман и др., 2001; Рачков, 2006). Ранее в мористой части эстуария р. Раздольной при солености около 15 %о отмечались весьма высокие значения рН (8,6) и низкие значения рСО2 (57 мкатм) (Тищенко и др., 2005). Известно также, что в дельте р. Волги фиксировались значения pH на уровне 9 ед. (Маккавеев, 2009).
Обнаруженные гидрохимические аномалии мы объясняем “удачным” сочетанием гидрологических, гидрохимических и метеорологических обстоятельств. Шельфовые воды бухты Муравьиной в период исследований оказались более прогретыми в сравнении с речными водами. Существующие приливно-отливные течения приводят к проникновению соленых и теплых вод в речную часть эстуария. В результате в области станций 19 (эстуарий р. Артемовка) и 9 (эстуарий р. Шкотовка) образуется вертикальный
пикноклин, совпадающий с галоклином, который располагается на глубине около 1 м в области станции 19 и чуть более 2 м для станции 9 (см. рис. 2). Важным моментом является то обстоятельство, что этот пикноклин сформирован по “диффузному типу”, т.е. нижележащий слой теплый и соленый (Тернер, 1977). Такая стратификация из-за разной скорости потоков тепла и соли обеспечивает резкую границу между слоями, что и наблюдается по результатам зондирования (рис. 2). Границу раздела между слоями можно рассматривать как “жидкое дно”, над которым находятся распресненные воды, обогащенные биогенными элементами. Также в области станций 19 и 9 пресноводные виды фитопланктона попадают в соленые воды, что вызывает лизис клеток (Dagg е! а1., 2008). Этим обстоятельством мы объясняем относительно низкие значения рН, концентрации кислорода и повышенные концентрации биогенных элементов, рСО2 в придонном слое этих станций, поскольку мертвые пресноводные микроводоросли погружаются на дно и подвергаются микробиологической деструкции. Используя стехиометрию Редфилда для органического вещества (Redfie1d е! а1., 1963), схематически этот процесс можно представить так:
(СН2О)106^Нз)16НзРО4 + 138 . 02 ^
106С02 + 122Н20 + 16НШ3 + Н3Р04 (2)
или
(СНр^^^Д^ + 84,8Шз- + 99,8Н+ ^
106С02 + 148,4Н20 + ^н4+ + 42,4^ + Н3Р04-. (3)
Реакция (3) идет при дефиците кислорода или его отсутствии. Такая локальная ситуация возможна в придонном слое, непосредственно на границе раздела вода/ осадок. Другим эффектом от лизиса клеток пресноводного фитопланктона является выделение в среду ферментов, белков и других органических веществ, которые стимулируют фотосинтез морских и эвригалинных видов фитопланктона (Хайлов, 1971). Важным обстоятельством является то, что экспедиционные работы проводились непосредственно после обильных дождей (см. рис. 5), которые приводят к резкому увеличению потока биогенных элементов, выносимых с сельскохозяйственных полей, в речные воды, что также способствует развитию фотосинтеза (Михайлик и др., 2011). Факт чрезвычайно высокого первичного продуцирования в прифронтальной области также подтверждался наличием на период работ большого количества пены на поверхности воды, наблюдающейся нами визуально. Фотосинтез органического вещества упрощенным образом можно рассматривать как обратный процесс реакций (2) и (3). Он приводит к увеличению рН, концентрации растворенного кислорода и уменьшению концентрации биогенных веществ, парциального давления углекислого газа. Однако возникает вопрос, каким образом могло случиться такое явление, чтобы поверхностные воды были пересыщены по отношению к атмосферному кислороду более чем в два раза и недосыщены по отношению к атмосферному углекислому газу более чем в 10 раз? Газообмен между морем и атмосферой должен препятствовать формированию таких аномальных значений рН и концентраций кислорода в поверхностном слое воды, однако этого не происходит. Причина состоит в резком уменьшении газообмена на границе раздела вода/воздух во фронтальной области. Наличие морской пены в этом районе на момент наших исследований стало причиной резкого уменьшения газообмена. В свою очередь, причиной формирования пены являются высокие концентрации РОУ. выделившегося из фитопланктона ^ешсй е! а1., 2006). Растворенные органические вещества не только образуют пену, но также в несколько раз увеличивают вязкость поверхностного слоя воды, что препятствует газообмену на границе раздела вода/ воздух (Са1^а е! а1., 2009).
Заключение
В летний период 2011 г. в эстуариях рек Артемовки и Шкотовки выделились следующие основные черты гидролого-гидрохимических условий: 1) малая минерализация речных вод в результате выпадения интенсивных осадков; 2) высокие концентрации растворенного органического вещества, образованного разными источниками; 3) по-
вышенные концентрации биогенных элементов, непрерывно поступающих в район эстуариев со стоками с сельскохозяйственных полей и с коммунально-бытовыми стоками; 4) условия летнего прогрева, что в свою очередь повысило интенсивность продукционно-деструкционных процессов; 5) наличие ярко выраженного пикноклина в эстуарии р. Артемовка, вызванного градиентом солености по горизонтали, это способствовало скапливанию фитопланктона в данном районе; 6) высокие концентрации РОУ во фронтальной области стали причиной уменьшения газообмена на границе раздела вода/воздух, что в сочетании с цветением фитопланктона привело к аномальным значениям рН (9), рСО2 (25 мкатм), концентрации кислорода (229 % от насыщения). Избыточное органическое вещество в виде отмершего фитопланктона, не съеденного зоопланктоном, и продуктов жизнедеятельности организмов в поверхностном горизонте прифронтальной области осаждалось в придонные горизонты, в результате в эстуариях у дна наблюдались аномалии данных параметров с противоположным знаком.
Таким образом, высокая интенсивность продукционно-деструкционных процессов в акватории эстуариев, вызванная, с одной стороны, специфическими гидрологическими условиями районов, а с другой — антропогенной нагрузкой, явилась причиной аномальных величин параметров карбонатной системы, растворенного кислорода и концентрации хлорофилла “a”.
Очевидно, что изученные эстуарии не способны справляться с функцией маргинального фильтра для Уссурийского залива. Аномальные гидрохимические условия в период паводков в данных районах могут оказывать значимый эффект на функционирование экосистемы Уссурийского залива.
Работы выполнялись при финансовой поддержке грантов РФФИ: 11-05-00241-а, РФФИвосток 11-05-98543 и гранта ДВО — 11-Ш-В-07-157.
Список литературы
Алекин О.А. Основы гидрохимии : монография. — Л. : Гидрометеоиздат, 1970. — 444 с.
Бажова А.С., Нигматулина Л.В., Лукьянова О.Н. Поступление загрязняющих веществ со сточными водами через эстуарии в залив Петра Великого // Изв. ТИНРО. — 2011. — Т. 167. — С. 128-134.
Бейдеман Е.Л., Черкашин С.А., Щеглов Б.Б. Диагностика состояния прибрежных акваторий: некоторые проблемы и результаты // Изв. ТИНРО. — 2001. — Т. 128. — С. 1036-1049.
Воронков П.П. Г идрохимический режим залива Петр Великий Японского моря // Вопросы химии моря. — Л. : Гидрометиздат, 1941. — С. 42-101.
Гордеев Б.Б. Речной сток в океан и черты его геохимии : монография. — М. : Наука, 1983. — 160 с.
Звалинский Б.И., Недашковский А.П., Сагалаев С.Г. и др. Биогенные элементы и первичная продукция в эстуарии реки Раздольной (Амурский залив Японского моря) // Биол. моря. — 2005. — Т. 31, № 2. — C. 107-116.
Звалинский Б.И., Тищенко П.Я., Колтунов А.М. и др. Гидрохимические и продукционные характеристики Амурского лимана // Состояние морских экосистем, находящихся под влиянием стока реки Амур. — Владивосток : Дальнаука, 2009. — С. 54-71.
Колтунов А.М., Тищенко П.Я., Звалинский Б.И. и др. Карбонатная система Амурского лимана и прилегающих морских акваторий // Океанол. — 2009. — Т. 49, № 5. — С. 649-706.
Лапин И.А., Аникиев Б.Б., Бинников Ю.Я. и др. Биогеохимические аспекты поведения растворенного органического вещества в эстуарии р. Раздольная — Амурский залив Японского моря // Океанол. — 1990. — Т. 30. — C. 234-240.
Лапин И.А., Аникиев Б.Б., Ильичев Б.И. Механизм седиментации растворенного органического вещества в эстуариях // ДАН СССР. — 1988. — Т. 301, № 6. — C. 1475-1478.
Лапин И.А., Красюков Б.Н. Влияние гуминовых кислот на поведение тяжелых металлов в эстуарных водах // Океанол. — 1986. — Т. 26. — С. 621-627.
Ластовецкий Е.И., Бещева Б.М. Гидрометеорологический очерк Амурского и Уссурийского заливов. — Владивосток : Приморское управление гидрометеорологической службы, 1964. — 264 с.
Лисицын А.П. Лавинная седиментация и перерывы в осадконакоплениях в морях и океанах : монография. — М. : Наука, 1988. — 309 с.
Лиеицым A.П. Маргинальный фильтр океанов // Океанол. — 1994. — Т. 34, № 5. — С. 735-747.
Маккавеев П.Н. Особенности связи величины pH и растворенного кислорода на полигоне Чистая Банка в Северном Каспии // Океанол. — 2009. — Т. 49, № 4. — С. 50S-515.
Милованкин П.Г., Бажова A.C., Зуенко Ю.И. Результаты первых гидрохимических исследований в эстуариях рек южного Приморья Гладкая, Тесная и Артемовка // Тр. Первой регион. науч. конф. «Океанография залива Петра Великого». — Владивосток : ДВНИГМИ, 2012. — С. 93-96.
Михайлик XA., Тищенко П.Я., Колтунов A.M. и др. Влияние реки Раздольной на экологическое состояние вод Амурского залива (Японское море) // Водные ресурсы. — 2011. — Т. 3S, № 4. — С. 474-4S4.
Подорванова Н.Ф., Ивашинникова X.C., Петренко Б.С, Хомичук Л.С Основные черты гидрохимии залива Петра Великого : монография. — Владивосток : ДВО АН СССР. 19S9. — 201 с.
Попов Н.И., Федоров К.Н., Орлов Б.М. Морская вода : монография. — М. : Наука, 1979. — 327 с.
Рачков Б.И. Гидрохимические условия в вершине Уссурийского залива в период нереста анадары // Изв. ТИНРО. — 2006. — Т. 146. — С. 264-275.
Родионов Н.П. Японское море // Прогноз загрязнения морей СССР. — Л. : ГИМИЗ, 19S4. — С. 11S-150.
Cемкин П.Ю., Тищенко П.Я., Лобанов Б.Б. и др. Особенности распределения гидрохимических параметров Уссурийского залива (Японское море) в летний период // Изв. ТИНРО. — 2012. — Т. 16S. — С. 152-16S.
крахов Н.М. К теории геохимического процесса в гумидных зонах // Геохимия осадочных пород и руд. — М. : Наука, 196S. — C. 102-133.
Тернер Дж. Эффекты плавучести в жидкостях : монография. — М. : Мир, 1977. — 431 с.
Тищенко П.Я. Кислотно-основное равновесие в морской воде // Исследования морских экосистем и биоресурсов. — М. : Наука, 2007. — С. 17-1S6.
Тищенко П.Я., Бонг Ч.Ш., Болкова Т.И. и др. Карбонатная система эстуария реки Раздольной (Амурский залив Японского моря) // Биол. моря. — 2005. — Т. 31, № 1. — С. 51-60.
Тищенко П.Я., Лобанов Б.Б., Зва. шнекий Б.И. и др. Сезонная гипоксия Амурского залива (Японское море) // Изв. ТИНРО. — 2011. — Т. 165. — С. 10S-129.
Тищенко П.Я., Павлова Г.Ю., Шкирникова Е.М. Щелочность Японского моря. Новый взгляд // Океанол. — 2012. — Т. 52, № 1. — С. 26-39.
Тищенко П.Я., Тищенко П.П., Звалишкий Б.И. и др. Карбонатная система Амурского залива (Японское море) летом 2005 г. // Изв. ТИНРО. — 2006а. — Т. 146. — С. 235-255.
Тищенко П.Я., Бальманн К., Башлев^ая H.A. и др. Вклад органического вещества в щелочной резерв природных вод // Океанол. — 2006б. — Т. 46. — C. 211-219.
Хайлов К.М. Экологический метаболизм в море : монография. — Киев : Наук. думка, 1971. — 252 с.
Calleja M.L., Duarte C.M., Prairie Y.T. et al. Evidence for surface organic matter modulation of air-sea CO2 gas exchange // Biogeosciences. — 2009. — Vol. 6. — P. 1105-1114.
Dagg M.J., Bianchi T., McKee B., Powell R. Fates of dissolved and particulate materials from the Mississippi river immediately after discharge into the northern Gulf of Mexico, USA, during a period of low wind stress // Cont. Shelf Res. — 200S. — Vol. 2S. — P. 1443-1450.
Kaul L.W., Froelich P.N., Jr. Modeling estuarine nutrient geochemistry in a simple system // Geochim. Cosmogon. Acta. — 19S4. — Vol. 4S. — P. 1417-1433.
Michalopoulos P. and Aller R.C. Rapid clay mineral formation in Amazon delta sediments: Reverse weathering and oceanic elemental cycles // Science. — 1995. — Vol. 279. — Р. 614-617.
Passow U. Production of transparent exopolymer particles (TEP) by phyto and bacterioplankton // Mar. Ecol. Prog. — 2002. — Ser. 236. — P. 1-12.
Redfield A.C., Ketchum B.H., Richards F.A. The influence of organisms on the composition of seawater // The Sea / M.N. Hill (ed.). — N.Y. : Interscience, 1963. — Vol. 2. — P. 26-77.
Seuront L., Vincent D., Mitchell J.G. Biologically induced modification of seawater viscosity in the Eastern English Channel during a Phaeocystis globosa spring bloom // J. Marine Systems. — 2006. — Vol. 61. — P. 11S-133.
Поступила в редакцию 4.09.12 г.
