CC BY
38
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
NATURAL SCIENCE. 2018. No. 4
УДК 550.461 DOI 10.23683/0321-3005-2018-4-77-85
ПОТОКИ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В СОСТАВЕ ОСАЖДАЮЩЕГОСЯ ВЗВЕШЕННОГО ВЕЩЕСТВА НА ШЕЛЬФЕ ЧЁРНОГО МОРЯ (ПО ДАННЫМ СЕДИМЕНТАЦИОННЫХ ЛОВУШЕК)
© 2018 г. В.И. Денисов1, В.В. Латун1
1Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия
FLOWS OF CHEMICAL ELEMENTS IN SUSPENDED MATTER FLUXES IN THE SHALLOW AREA OF THE BLACK SEA SHELF (ACCORDING TO THE SEDIMENT TRAPS DATA)
V.I. Denisov1, V. V. Latun1
1Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia
Денисов Валерий Иванович - кандидат географических Valeriy I. Denisov - Candidate of Geography, Associate Pro-
наук, доцент, кафедра физической географии, экологии и fessor, Department of Physical Geography, Ecology and
охраны природы, Институт наук о Земле, Южный феде- Environment Protection, Institute of Earth Sciences, South-
ральный университет, ул. Зорге, 40, г. Ростов-на-Дону, ern Federal University, Zorge St., 40, Rostov-on-Don,
344090, Россия, e-mail: [email protected] 344090, Russia, e-mail: [email protected]
Латун Владимир Владимирович - кандидат географиче- Vladimir V. Latun - Candidate of Geography, Associate Pro-ских наук, доцент, заведующий кафедрой социально- fessor, Head of the Department of Socio-Economic Geogra-экономической географии и природопользования, Инсти- phy and Environment Protection, Institute of Earth Sciences, тут наук о Земле, Южный федеральный университет, ул. Southern Federal University, Zorge St., 40, Rostov-on-Don, Зорге, 40, г. Ростов-на-Дону, 344090, Россия, e-mail: 344090, Russia, e-mail: [email protected] vlatun@yandex. ru
На основе собственных данных, полученных в период 1984-2010 гг., приводятся сведения о количественных параметрах осаждающейся взвеси от устьевых участков рек до глубины 50 м на российском участке восточного шельфа Черного моря от Керченского пролива до устья Мзымты. Кроме этого, включены данные по шельфу бывшего СССР от устья Дуная до устья Ингури. Во взвешенном веществе количественными методами определены концентрации 6 химических элементов (Cr, Mn, Fe, Cu, Zn и Pb) и рассчитаны потоки этих элементов в составе осаждающегося взвешенного материала. Все натурные данные получены методом седиментационных ловушек.
Абсолютные величины потоков в области шельфа в зависимости от глубины моря, сезона и гидрометеорологических причин изменяются в очень широком диапазоне - от 0,09 мг/м2/сут до более 4500 г/м2/сут. Концентрации химических элементов, как и их потоки, в составе осаждающегося вещества также имеют широкий диапазон величин. Так, содержание железа во взвеси колеблется от 0,13 до 13,1 мг/г, а потоки этого химического элемента составляют в среднем 51 мг/см2/сут. Содержание остальных 5 микроэлементов на 3 порядка ниже и составляет десятки мкг/г, а потоки - единицы - десятки мкг/см2/сут.
Ключевые слова: взвешенное вещество, поток вещества, поток химических элементов, седиментационная ловушка.
The article presents the quantitative data of suspended matter fluxes (collected from 1984 to 2010) from river mouth areas to 50-meter depth parts in the Russian sector of the eastern Black Sea shelf from the Strait of Kerch to the mouth of the Mzym-ta River. Besides, the paper includes the data gathered in the former Soviet Union's sector of the eastern Black Sea shelf from the mouth of Danube to the mouth of the Ingury River. The concentration of six chemical elements (Cr, Mn, Fe, Cu, Zn и Pb) was identified in suspended matter using the quantitative methods. Further, the flows of these chemical elements in suspended matter flux were calculated. All field data were collected using sediment traps during marine expeditions.
Absolute values offluxes on the shelf vary dramatically from 0.09 mg/m2/d to over 4500 mg/m2/d depending on the depth of the sea, the season and hydrometereological conditions. The concentration of chemical elements as well as their flows in suspended matter fluxes have a wide range of values. Thus, concentration of Fe in suspended matter fluctuates from 0.13 to 13.1 mg/g, whereas flows of this chemical element on average are 51 mg/cm2/d. Concentration of other microelements is by 23 time lower and equal dozens of ug/g, whereas flows equal units and dozens of mg/cm2/d.
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION. NATURAL SCIENCE. 2018. No. 4
Keywords: suspended matter, suspended matter flux, flow of chemical elements, sediment trap.
Взвешенное вещество шельфовой части моря является смесью терригенного материала береговой зоны, речного стока, атмосферной пыли, а также хемогенного и биогенного субстрата, которое возникает из растворов, поступающих на мелководье. В целом ряде публикаций выполнены исследования взвесей в Черном море, их образования, количественного распределения [1—3], вещественного и химического состава [4-6], форм миграции тяжелых металлов [7, 8]. Исследован количественный и качественный состав осаждающегося материала методом седиментационных ловушек (СЛ) [8-12].
Постановка задачи
Для исследования фундаментальных свойств вещества в море, решения некоторых задач численного моделирования, например описания геохимических циклов макро- и микроэлементов, возникает необходимость в изучении количественных потоков химических элементов в составе осаждающейся взвеси, а также потоков растворенных химических элементов в воде. В данный момент времени представляется возможным на примере взвесей шельфа Чёрного моря рассчитать характеристики потоков ряда химических элементов, осаждающихся на дно моря. Данную задачу можно решить, одновременно имея сведения о количественных характеристиках потоков вещества и элементном составе взвеси.
Целью статьи является определение потоков химических элементов в составе осаждающейся взвеси в области мелководного участка причерноморского шельфа.
Материалы и методы исследований
Сбор вертикально оседающего вещества осуществлялся с помощью СЛ цилиндрической формы с отношением высоты к диаметру, равным 3 [13, 14], изготовленных из поливинилхлоридных труб диаметром 100 мм и высотой 300 мм. Пластмассовые трубы скреплялись в трехгранные упаковки с использованием антикоррозионных и химически нейтральных материалов: высоколегированной нержавеющей стали, титана и его сплавов, фторопласта, силикона и плексигласа. Внешний вид конструкции представлен и многократно описан в ряде публикаций [4, 10].
Подготовка оборудования производилась в соответствии с принятыми в Институте океанологии РАН (ИО РАН) правилами. Она включала в себя тщательное отмывание их раствором детергента с
последующим многократным выполаскиванием дистиллированной водой и промывкой 70%-м раствором этанола. В качестве консерванта применялся 5%-й раствор формалина в 100%о-м растворе №С1 (марки ОСЧ). Время экспозиции СЛ составляло от 10 ч до 20 сут, иногда до 3 мес. Предварительная обработка проб осуществлялась в судовой или береговой лаборатории непосредственно после отбора воды и взвеси. Осадочное вещество из ловушек выделялось общепринятым методом прямой вакуумной мембранной ультрафильтрации с использованием ядерных фильтров производства Объединенного института ядерных исследований в г. Дубне (ОИЯИ) с диаметром пор 0,45 мкм. Полученная взвесь высушивалась до постоянного веса, взвешивалась, после этого рассчитывалась интенсивность вертикального потока - г/м2/сут [4, 10]. После получения количественных данных о содержании химических элементов в пробах взвеси (аналитические физико-химические работы) производился расчет потоков каждого химического элемента в осаждающейся взвеси. В статье приведены выборочные сведения на основе данных рентгено-флюоресцентного анализа.
«Поток осадочного материала», или «поток вещества», - термин свободного пользования, показывающий количество осадочного материала в целом или его частей (отдельные элементы, остатки организмов, фракции гранулометрического состава, минералы и др.), проходящих через единицу поверхности на определенной глубине океана. Чаще всего потоки измеряют в миллиграммах (граммах) на квадратные метры в сутки, а для форменных остатков организмов (фораминиферы, радиолярии, пеллеты и др.) - в штуках на квадратные метры в сутки.
Под потоком вещества (ПВ) мы понимаем перемещение массы седиментационного материала на единицу площади дна (через единицу площади вертикального разреза) в единицу времени. Процесс транспортировки вещества в море можно условно подразделить на два основных вида:
1. Вертикальный ПВ - [г/м2/сут] (1), или [мг/м2/сут], или [мг/см2/сут] (3), или [мкг/см2/сут] (4), происходящий под результирующим влиянием силы тяжести на единицу площади дна.
2. Горизонтальный ПВ - [г/м2/сут], или [мг/м2/сут], или [мг/см2/сут], или [мкг/см2/сут], происходящий под результирующим влиянием несущей силы потока воды через единицу площади сечения, расположенного перпендикулярно горизонтальной поверхности уровня воды. Суммарный расход взвеси через сечение шельфа оценивается в т/сут [1, 3].
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
NATURAL SCIENCE.
2018. No. 4
Данный тип ПВ имеет место при любых скоростях горизонтальных течений. Он является основным в реках, устьевых зонах река - море, в проливах, при приливо-отливных явлениях, в струях морских течений, во вдольбереговых потоках и т.д.
Поток химических элементов в составе осаждающейся взвеси рассчитывался по формуле (4).
Использование СЛ позволяет непосредственно измерить массу поступающего на дно осадочного материала. В литературе существуют оценки количества оседающего вещества, проведенные с использованием биологических (по продукции детрита), химических методов (по концентрации органического вещества), а также методом абсолютных масс [15].
Прямые измерения ПВ с помощью автоматических больших СЛ в течение трехлетнего турецко-американского эксперимента проведены в южной части Черного моря для глубин 250 и 1200 м на траверзе устья реки Сакарья в 1982-1984 гг. Изменчивость общего вертикального ПВ находилась в переделах 2-500 мг/м2/сут в зависимости от сезона года и горизонта ловушек [9].
На восточном шельфе от Анапы до устья р. Псоу сотрудниками Южного отделения (ЮО) ИО РАН на малых глубинах от 8 до 40 м получены результаты прямых ловушечных измерений в различные сезоны 1989-1992 гг. По их данным, диапазон колебаний потоков взвесей находится в пределах 0,02-345,62 мг/см2/сут [8].
Сотрудники ИО и ЮО ИО РАН провели работы по изучению потоков осаждающейся взвеси в сентябре-октябре 1999 г. с помощью пяти СЛ, которые экспонировались на трех станциях в районе Бетта -Архипо-Осиповка в диапазоне глубин 50-1680 м. Станции располагались на шельфе, подводном склоне и подножье подводного склона. Суммарные потоки осадочного материала, по данным авторов, находятся в диапазоне 1,23-24,94 мг/м2/сут [11].
По нашим данным, изменчивость потоков в области черноморского шельфа в зависимости от глубины моря, сезона и гидрометеорологических причин находится в пределах от 0,09 до 450 мг/м2/сут [4, 10, 12].
Как правило, мы использовали вариант одиночных СЛ, устанавливаемых в придонном слое воды на расстоянии 0,5-1,0 м от дна, однако проводились и установки вертикальных серий СЛ в районах Тендровской косы в северо-западной части моря, в Керченском предпроливье, в Южной Озереевке, на мысе Утриш, в районе Широкой Балки (Новороссийск). В обоих вариантах применялись растяжная система буев (кухтылей) и груза, которые надежно удерживают СЛ на заданном горизонте в вертикаль-
ном положении, а на поверхности моря ловушечная станция маркируется сигнальным буем [4, 12].
Расчет основных характеристик потоков взвеси, скоростей осадконакопления, абсолютных масс потока осадочного материала производился по следующим формулам:
V = M/S/T [г/м2/сут], (1)
V' = V х 365,25 [г/м2/год] ,
I = V/p/1000 [мм/год], (2)
I' = I x 1000 [мм/1000 лет],
А = V'/10 [г/см2/1000 лет],
V'' = V/10 [мг/см2/сут], (3)
V = V X С/10000 [мк^/см^сут], (4) где V - поток осаждающегося материала (вертикальный ПВ), г/м2/сут; V' - поток осаждающегося материала (вертикальный ПВ) за год, г/м2/год; М -масса осевшей в ловушке взвеси, г; Т - время экспонирования СЛ, сут и доли суток; S - площадь рабочей поверхности СЛ, м2; I - скорость осадко-накопления, мм/год; I' - скорость осадконакопле-ния, мм/1000 лет; p - плотность осадка, 1,87 г/см3 (средняя измеренная плотность ловушечной взвеси (200 измерений) в сухом весе); 365,25 - средняя продолжительность года (с учетом високосного года); 1000 - коэффициент; А - абсолютная масса потока осадочного материала, г/см2/1000 лет; V" -ПВ в размерности, мг/см2/сут; Y - поток химического элемента в составе осаждающегося материала, мкг(C)/см2/сут; С - концентрация химического элемента во взвеси, мкг/г (сухого веса) [10].
Результаты
Максимальное поступление осаждающего материала на шельфе связано с двумя глобальными поясами лавинной седиментации в этой части моря: 1 - граница река - море; 2 - у основания континентального склона.
Исследуемая зона шельфа Черного моря вместе с устьевыми участками рек составляет первый пояс лавинной седиментации. Устьевые участки рек как геохимически активные барьерные зоны достаточно подробно исследованы.
Основная часть (до 90 %) твердого стока рек, абразионного материала клифов и бенчей, практически весь ракушечный материал осаждаются и переотлагаются в пределах первого пояса лавинной седиментации для широкого шельфа [1-3]. В ряде работ А.П. Лисицын убедительно показал, что в устьевых областях рек и у основания континентального склона осаждается огромное количество материала с исключительно высокими скоростями. Это доказывается методами изучения взвеси, скоростей осадкона-копления, абсолютных масс и мощностей отложе-
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
ний. По его мнению, в пелагиаль океана поступает не более 8 % речного материала [15].
Исследования показывают, что барьер река -море или река - лиман - море является главным природным фильтром как для взвешенного, так и для многих форм растворенного вещества. Наши данные также подтверждают эти выводы и позволяют альтернативным методом СЛ количественно оценить степень оседания материала на дно по мере продвижения от мелководья (устьев рек) до глубины 50 м.
СЛ устанавливались для сбора не только фоновых, естественных ПВ, но и, например, потоков биогенного материала в районах свайных конструкций причалов (Лазаревское) прямо под пирсом, бетонные сваи которого полностью обросли мидиями. В данном месте можно считать, что ПВ, поступающий на дно, состоит из биоотложений (фекалии и псевдофекалии мидий) + фоновая взвесь [4, 12]. В районах размещения опытных мидийных плантаций (мыс Утриш) на протяжении различных сезонов в течение года производились работы по наблюдению за количеством и химическим составом биоотложений мидий, которые собирались в СЛ, расположенных в углах квадратной мидийной плантации на трех и двух горизонтах [4]. Методом СЛ была решена задача разноса взвеси и её размывания в толще воды при сбросе материала донных осадков при чистке портов и подходных каналов. Зона дампинга находилась в Керченском предпроливье. Впоследствии метод СЛ применялся в Таганрогском заливе Азовского моря при мониторинге разноса пятен взвеси в период работы земснарядов при дноглубле-нии судоходных каналов.
Работы с СЛ были начаты в 1984 г. в границах бывшего СССР, поэтому в базе данных есть сведения о ПВ в устье реки Дунай и собственно в реке, в устьевой зоне реки Днестр, в Днепре, Днепровско-Бугском лимане, в реке Южный Буг, в зоне Тенд-ровской косы, в некоторых точках Крымского шельфа и в шельфовой области Республики Абхазии до устья р. Ингури. Количественные характеристики потоков определялись по данным более 200 СЛ. Элементный состав взвесей был изучен по данным около 70 СЛ. Потоки химических элементов в составе взвесей рассчитывались по данным 63 СЛ. В статье приводятся выборочные сведения по данным 40 ловушек.
В табл. 1 приведены выборочные данные о величинах потоков осаждающегося материала, полученные с помощью СЛ в море. Сведения о концентрациях шести химических элементов во взвеси и их
NATURAL SCIENCE. 2018. No. 4
потоки представлены в табл. 2. В табл. 3 приводятся статистические сведения о концентрациях химических элементов и их потоках в составе взвеси.
Величина потоков осаждающейся взвеси имеет абсолютные значения от 1,6 до более 4500 г/м2/сут при среднем значении 92,3 г/м2/сут. Наибольшие значения потоков наблюдаются в устьях крупных рек, в первую очередь в Дунае, Днепре, Днестре, Южном Буге, в лиманах севезо-западной части моря, в устьях рек Кавказского участка шельфа, таких как Ингури, Мзымта, Аше, Шахе, Псезуапсе и др. Наименьшие значения потоков взвеси отмечаются в зонах скальных участков побережья и максимальных глубин, где минимально взмучивание донных отложений и отсутствует влияние речного твердого стока. Содержание железа в осаждающейся взвеси изменяется в диапазоне от 0,13 до 13,1 мг/г при среднем значении 3,6. Поток железа в составе взвеси колеблется от 0,432 до 1635 мг/см2/сут при среднем значении 51 мг/см2/сут.
Содержание марганца в составе взвеси изменяется также в широком диапазоне от 35 до 16500 мкг/г при среднем значении 1650 мкг/г. Максимальные значения марганца и потоков этого элемента отмечаются во взвеси рек Днепр, Дунай и Южный Буг. Это связано, по-видимому, с размывом рудных тел в зонах дренажа речных потоков. Минимальные концентрации марганца в составе взвеси отмечены в Керченском проливе, на участке шельфа Утриша, в ряде прикавказских рек: Шапсу-хо, Вулан, Пшада и др.
Концентрация хрома во взвеси изменяется от 48 до 1200 мкг/г, потоки элемента - от 0,024 до 56 мкг/см2/сут. Максимальные значения потоков хрома отмечаются во взвеси Дуная и Днепра.
Содержание меди во взвешенном веществе изменяется от 1 до 300 мкг/г, потоки этого элемента -от 0,001 до 3,9 мкг/см2/сут. Максимальные концентрации отмечаются в веществе Днепровско-Бугского лимана, Южного Буга.
Концентрации цинка во взвешенном веществе исследумой части шельфа изменяется от 20 до 2600 мкг/г при средней величине 270 мкг/г. Потоки элемента - от 0,02 до до 83 мкг/см2/сут при среднем значении 2,5. Максимум содержания отмечается во взвеси Тендровской косы и Днепров-ско-Бугского лимана.
Концентрация свинца в осаждающейся взвеси колеблется от 15 до 250 мкг/г. Потоки этого микроэлемента изменяются от 0,008 до 25,1. Максимумы концентраций отмечаются во взвеси Керченского пролива, Днепровско-Бугского лимана и Тендровской косы.
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION. NATURAL SCIENCE. 2018. No. 4
Таблица 1
Общие сведения о потоках вещества на шельфе Чёрного моря по данным СЛ (собственные данные) / General data about the flows of suspended matter flux on the Black Sea shelf based on the original sediment traps data
№ СЛ Долгота, в.д. Широта, с.ш. Глубина, м Горизонт установки, м T,экспозиция, сут V, вертикальный ПВ, г/м2/сут I, интенсивность поступления осадочного материала, мм/год Район установки СЛ, дата
1 37,34 44,81 32 29 45 2,473 0,4831 мыс Утриш, 28.06 - 12.08.1986
2 37,38 44,75 34 32 44 5,096 0,9953 мыс Утриш, 28.06 - 12.08.1986
7 37,36 44,76 50 49 44 4,040 0,7892 мыс Утриш, 28.06 - 12.08.1986
11 37,38 44,75 32 30 44 15,657 3,0581 мыс Утриш, 28.06 - 12.08.1986
22 37,66 44,66 20 7 89 14,140 2,7619 Южная Озереевка, 26.07 - 22.10.1987
25 37,66 44,66 20 19 52 1,630 0,3185 Южная Озереевка, 01.09 - 22.10.1987
26 41,52 42,47 11 10 0,67 38,102 7,4421 мыс Анаклиа (устье р. Ингури), 31.07 - 01.08.1987
27 35,02 44,79 47 46 80 2,210 0,4317 Крым, Новый Свет, 26.05-14.08.1987
28 31,69 46,03 20 10 0,21 6,667 1,3023 Тендровская коса, 17.08.1987
31 31,93 46,59 6 5 0,33 34,247 6,6891 Днепровско-Бугский лиман, 17 - 18.08.1987
32 30,74 45,79 30 29 0,38 10,528 2,0563 траверз Днестровского лимана, 20 - 21.08.1987
33 39,98 43,39 20 19 10,02 33,925 6,6263 Адлер, 23.06 - 02.07.1988
34 36,67 45,1 15 14 6,98 66,293 12,9485 Тамань, 16.06 - 21.06.1988
35 37,72 44,65 15 14 12,68 1,724 0,3368 мыс Колдун, 22.06 - 05.07.1988
36 37,72 44,64 30 28 12,69 2,386 0,4661 мыс Колдун, 22.06 - 05.07.1988
37 39,42 43,78 37 35 11 2,038 0,3981 Якорная Щель, Головинка, 23.06 - 04.07.1988
38 41,5 42,47 14 13 0,42 6,466 1,2630 мыс Анаклиа (устье реки Ингури), 30.06.1988
39 29,58 45,41 4 3 1,32 4504,357 879,7949 р. Дунай, г. Вилково, 07 - 08.08.1987
40 31,97 47,0 8 7 1 189,153 36,9454 р. Ю. Буг, г. Николаев, 12 - 13.08.1987
41 32,6 46,61 8 7 0,68 41,542 8,1140 р. Днепр, г. Херсон, 10-11.08.1987
42 36,595 45,205 7 6 96,1 77,572 15,1515 Керченский пролив, 09.09 - 14.12.1987
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION. NATURAL SCIENCE. 2018. No. 4
Окончание табл. 1
№ СЛ Долгота, в.д. Широта, с.ш. Глубина, м Горизонт установки, м Т,экспозиция, сут V, вертикальный ПВ, г/м2/сут I, интенсивность поступления осадочного материала, мм/год Район установки СЛ, дата
43 36,598 45,21 6 5 96,1 111,703 21,8179 Керченский пролив, 09.09 - 14.12.1987
45 31,43 46,65 5 4 0,68 75,156 14,6795 Березанский лиман, взморье, 14 - 15.08.1988
46 31,97 47,0 10 9 1,04 29,806 5,8217 р. Ю. Буг, г. Николаев, 05 - 06.08.1988
47 32,58 46,61 10 9 1,02 159,315 31,1175 р. Днепр, г. Херсон, 04 - 05.08.1988
48 29,58 45,41 4 3 0,92 1452,289 283,6622 р. Дунай, г. Вилково, 02 - 03.08.1988
54 37,39 44,753 25 24 75 107,426 20,9826 мыс Утриш, 19.07 - 03.10.1988, мид. плантация
72 39,16 44,03 5 4,5 0,524 224,836 43,9152 устье р. Шепси, 03 - 04.08.1989
73 39,95 43,39 15 14,5 3,04 35,165 6,8684 бухта Имеретинская, 05 - 08.08.1989, мид. плантация
75 39,963 43,395 15 14,5 2,96 32,024 6,2550 бухта Имеретинская, 05 - 08.08.1989, мид. плантация
76 39,93 43,42 1 0,6 0,97 760,392 148,5205 устье реки Мзымта, 09 - 10.08.1989
80 39,26 43,96 2 1,5 0,472 310,825 60,7107 устье реки Аше, 12 - 13.08.1989
81 39,08 44,087 2,5 2 1,128 335,898 65,6080 устье реки Туапсе, 13 - 14.08.1989
82 39,03 44,13 1 0,5 0,368 22,731 4,4398 устье реки Агой, пос. Агой, 13 - 14.08.1989
83 38,75 44,3 2 1,5 0,441 348,042 67,9798 устье реки Шапсухо, пос. Лермонтово, 14 - 15.08.1989
84 38,53 44,362 1,5 1 0,517 94,882 18,5324 устье реки Вулан, пос. Архипо-Осиповка, 15-16.08.1989
86 38,325 44,388 3 2,5 0,413 148,202 28,9469 устье реки Пшада, 17 - 18.08.1989
87 37,384 44,765 10 9,5 1,938 4,155 0,8116 мыс Утриш, море, траверз озера Змеиного, 19 - 21.08.1989
90 36,603 45,16 9 8 10 4,194 0,8192 Керченский пролив, 18 - 28.04.1990
97 36,423 45,188 9 8 10 51,374 10,0344 Керченский пролив, 18 - 28.04.1990
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION. NATURAL SCIENCE. 2018. No. 4
Таблица 2
Содержание химических элементов в осаждающейся взвеси (мкг/г, Fe - мг/г) сухого веса и потоки химических элементов в составе взвеси по данным СЛ (собственные данные), мкг(С)/см2/сут, (Fe - мг/см2/сут) сухого веса, С - химический элемент / Concentration of chemical elements in suspended matter (|g/g, Fe - mg/g) dry weight and flows of chemical elements in suspended matter composition based on the original sediment traps data, |g(C)/ cm2/d, (Fe - mg/cm2/d) dry weight, С - chemical element
№ СЛ Cr Mn Fe Cu Zn Pb
Содержание Поток Содержание Поток Содержание Поток Содержание Поток Содержание Поток Содержание Поток
1 113 0,0279 721 0,1783 3,38 0,8359 140 0,0346 48 0,0119
2 163 0,0831 417 0,2125 1,65 0,8408 101 0,0515 129 0,0657 46 0,0234
7 130 0,0525 1272 0,5139 3,98 1,6081 223 0,0901 55 0,0222
11 101 0,1581 188 0,2943 1,89 2,9591 68 0,1065 78 0,1221 28 0,0438
22 284 0,4016 486 0,6872 3,83 5,4158 42 0,0594 158 0,2234 80 0,1131
25 301 0,0491 1969 0,3210 5,2 0,8478 68 0,0111 328 0,0535 87 0,0142
26 194 0,7392 1054 4,0160 5,23 19,9274 16 0,0610 218 0,8306 62 0,2362
27 176 0,0389 695 0,1536 4,04 0,8929 129 0,0285 70 0,0155
28 1161 0,7741 3683 2,4556 13,1 8,7344 214 0,1427 2630 1,7535 251 0,1674
31 335 1,1473 9656 33,0685 8,35 28,5959 110 0,3767 935 3,2021 134 0,4589
32 469 0,4937 1822 1,9181 4,62 4,8637 311 0,3274 711 0,7485 112 0,1179
33 105 0,3562 650 2,2052 5,91 20,0499 159 0,5394 48 0,1628
34 342 2,2672 1026 6,8017 4,87 32,2849 119 0,7889 59 0,3911
35 300 0,0517 1363 0,2350 5,48 0,9449 73 0,0126 417 0,0719 82 0,0141
36 628 0,1499 1712 0,4086 7,38 1,7612 122 0,0291 515 0,1229 107 0,0255
37 390 0,0795 1832 0,3734 7,07 1,4409 88 0,0179 507 0,1033 103 0,0210
38 306 0,1979 3040 1,9657 8,29 5,3604 96 0,0621 775 0,5011 130 0,0841
39 124 55,8540 917 413,0495 3,63 1635,0816 6 2,7026 184 82,8802 56 25,2244
40 160 3,0264 6485 122,6654 2,74 51,8278 128 2,4212 40 0,7566
41 339 1,4083 14000 58,1589 7,04 29,2456 14 0,0582 257 1,0676 72 0,2991
42 255 1,9781 897 6,9582 4,14 32,1149 5 0,0388 90 0,6982 57 0,4422
43 150 1,6755 947 10,5782 3,83 42,7821 6 0,0670 81 0,9048 56 0,6255
45 309 2,3223 6294 47,3032 4,97 37,3526 70 0,5261 595 4,4718 71 0,5336
46 234 0,6975 2709 8,0744 4,41 13,1444 134 0,3994 267 0,7958 69 0,2057
47 285 4,5405 16500 262,8692 6,91 110,0864 150 2,3897 60 0,9559
48 145 21,0582 843 122,4279 3,67 532,9899 27 3,9212 186 27,0126 53 7,6971
54 176 1,8907 180 1,9337 2,24 24,0635 1 0,0107 71 0,7627 40 0,4297
72 40 0,8993 0,19 4,2719 45 1,0118 45 1,0118
73 240 0,8440 1,87 6,5758 30 0,1055 60 0,2110 55 0,1934
75 215 0,6885 1,46 4,6755 30 0,0961 110 0,3523 40 0,1281
76 300 22,8118 3,15 239,5236 15 1,1406 90 6,8435 50 3,8020
80 145 4,5070 0,75 23,3119 10 0,3108 50 1,5541 35 1,0879
81 360 12,0923 2,5 83,9746 50 1,6795 135 4,5346 45 1,5115
82 340 0,7729 2,27 5,1599 45 0,1023 135 0,3069 50 0,1137
83 85 2,9584 0,72 25,0590 10 0,3480 20 0,6961 15 0,5221
84 125 1,1860 0,78 7,4008 30 0,2846 40 0,3795 40 0,3795
86 35 0,5187 0,13 1,9266 20 0,2964 20 0,2964
87 285 0,1184 2,4 0,9973 10 0,0042 140 0,0582 80 0,0332
90 80 0,0336 2,24 0,9395 50 0,0210 1845 0,7738 210 0,0881
97 180 0,9247 4,96 25,4814 10 0,0514 180 0,9247 100 0,5137
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION. NATURAL SCIENCE. 2018. No. 4
Таблица 3
Основные статистические данные ловушечной взвеси (концентрация и потоки химических элементов) / Main statistics data of suspended matter from sediment traps (concentration and flows of chemical elements)
Единица измерения Химический элемент Объем выборки Среднее арифметическое Медиана Минимальное Максимальное Дисперсия
Концентрация мг/г Fe 63 3,6 3,2 0,130 13,1 5
Поток мг/см2/сут 50,9 5,3 0,432 1635,1 46556
Концентрация мкг/г Cr 43 247,0 194,0 48,000 1161,0 33337
Поток мкг/см2/сут 2,5 0,4 0,024 55,9 80
Концентрация мкг/г Mn 63 1656,2 695,0 35,000 16500,0 9363470
Поток мкг/см2/сут 18,7 0,8 0,034 413,0 4120
Концентрация мкг/г Cu 55 50,7 30,0 1,000 311,0 3133
Поток мкг/см2/сут 0,3 0,1 0,001 3,9 0,46
Концентрация мкг/г Zn 63 269,3 135,0 20,000 2630,0 169403
Поток мкг/см2/сут 2,5 0,3 0,021 82,9 118
Концентрация мкг/г Pb 61 65,7 55,0 15,000 251,0 1844
Поток мкг/см2/сут 0,8 0,1 0,007 25,2 11
Выводы
1. Экстремальные концентрации и потоки химических элементов во взвешенном веществе могут являться надежными индикаторами дренируемых реками рудных тел.
2. Для всех участков шельфа Чёрного моря прослеживаются нелинейные распределения потоков осаждающегося вещества и скоростей осадко-накопления по глубине шельфа.
3. Величины потоков химических элементов определяются абсолютной величиной потоков осаждения и концентрацией этих химических элементов во взвеси.
4. Районы с максимальными значениями потоков химических элементов пространственно тяготеют к устьевым участкам рек, мелководью, районам с высокой биопродуктивностью, к зонам сброса бытовых и промышленных отходов. В нашем случае наибольшие величины потоков практически всех 6 химических элементов отмечаются во взвеси рек Дунай, Днепр, Южный Буг, Мзымта, Аше, Туапсе и др.
5. Минимальные значения как потоков вещества, так и концентраций химических элементов и их потоков характерны в зонах шельфа, где отсутствует или минимален речной сток, а также на максимальных исследованных глубинах шельфа.
6. Наблюдения за потоками взвесей и их химическими характеристиками проводились в различных погодных условиях летом, весной и осенью. Режимы течений, твердого и жидкого стока рек, ветрового волнения и иных факторов, скорее всего, явились причинами, вызывающими существенные различия в условиях осадконакопления, а также потоках химических элементов.
Литература
1. Айбулатов Н.А. Динамика твердого вещества в шельфовой зоне. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 271 с.
2. Айбулатов Н.А., Щербаков Ф.А. Лавинная седиментация в Черном море // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1989. № 12. С. 30-45.
3. Айбулатов Н.А., Новикова З.Т. Количественное распределение взвеси в шельфовых водах Черного моря // Океанология. 1984. Т. 24, вып. 6. С. 960-968.
4. Денисов В.И. Закономерности образования взвешенного материала на шельфе Черного моря : дис. ... канд. геогр. наук. Ростов н/Д., 1998. 256 с.
5. Хрусталев Ю.П., Черноусов С.Я., Денисов В.И. Некоторые особенности и закономерности седимен-тогенеза в северо-западной части Черного моря (вещественный состав и распределение взвеси) // Океанология. 1990. Т. 30, вып. 2. С. 288-294.
6. Хрусталев Ю.П., Денисов В.И. Вещественный состав взвеси шельфа Черного моря (от дельты Дуная до устья Ингури) // Океанология. 1999. Т. 39, № 6. С. 912-919.
7. Демина Л.Л. Формы миграции тяжелых металлов в океане (на ранних стадиях океанского осадкообразования). М.: Наука, 1982. 120 с.
8. Шимкус К.М., Комаров А.В. Современное осадконакопление // Техногенное загрязнение и процессы естественного самоочищения Прикавказской зоны Черного моря. М.: Недра, 1996. С. 57-100.
9. Honjo S., Нау B.J., Manganini S.J., Asper V.L., Degens E.T., Kempe S., Ittekkot V., Izdar E., Konuk Y.T., Benli H.A. Seasonal cyclicity of lithogenic particle fluxes at a southern Black Sea sediment trap station // Mitt. Geol. Paleontol. Inst. Univ. Hamburg: SCO-PE/UNEP Sonderband Heft 62, 1987. Р. 19-39.
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
10.Денисов В.И. Количественные характеристики потоков взвешенных веществ в мелководной области шельфа Черного моря (по данным седиментационных ловушек) // Вопросы промысловой океанологии. 2011. Вып. 8, № 2. С. 194-209.
11. Русаков В.Ю., Зернова В.В., Исаева А.Б., Серова В.В., Анохина Л.Л. Исследования потоков осадочного вещества в районе Кавказского побережья с помощью седиментационных ловушек // Комплексные исследования северо-восточной части Черного моря. М.: Наука, 2002. С. 317-327.
12.Хрусталев Ю.П., Денисов В.И. Интенсивность седиментации на шельфе Черного моря (по данным седиментационных ловушек) // Общая и региональная геология, геология морей и океанов, геологическое картирование: обзорная информация. М.: Геоин-форммарк, 2002. Вып. 4. 48 с.
13. Bloesch J., Burns N.M. A critical review of sedimentation trap technique // Swiss. J. of Hydrology. 1980. Vol. 42, № 1. P. 15-55.
14. Gardner W.D. Field assesment of sediment traps // J. Mar. Res. 1980. Vol. 38, № 1. P. 41-52.
15. Лисицын А.П. Процессы океанской седиментации. М.: Наука, 1978. 392 с.
References
1. Aibulatov N.A. Dinamika tverdogo veshchestva v shel'fovoi zone [Dynamics of solid substance in a shelf zone]. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1990, 271 p.
2. Aibulatov N.A., Shcherbakov F.A. Lavinnaya sed-imentatsiya v Chernom more [Avalanche sedimentation in the Black Sea]. Izv. AN SSSR. Ser. geol. 1989, No. 12, pp. 30-45.
3. Aibulatov N.A., Novikova Z.T. Kolichestvennoe raspredelenie vzvesi v shel'fovykh vodakh Chernogo morya [Quantitative distribution of a suspension in shelf waters of the Black Sea]. Okeanologiya, 1984, vol. 24, Iss. 6, pp. 960-968.
4. Denisov V.I. Zakonomernosti obrazovaniya vzveshennogo materiala na shel'fe Chernogo morya : dis. ... kand. geogr. nauk [Regularities of formation of the suspended matter on the shelf of the Black Sea]. Rostov-on-Don: RSU, 1998, 256 p.
5. Khrustalev Yu.P., Chernousov S.Ya., Denisov V.I. Nekotorye osobennosti i zakonomernosti sedimentogene-za v severo-zapadnoi chasti Chernogo morya (vesh-chestvennyi sostav i raspredelenie vzvesi) [Some features and regularities of a sedimentogenesis in a northwest part of the Black Sea (material structure and distribution of a suspension)]. Okeanologiya, 1990, vol. 30, Iss. 2, pp. 288-294.
NATURAL SCIENCE. 2018. No. 4
6. Khrustalev Yu.P., Denisov V.I. Veshchestvennyi sostav vzvesi shel'fa Chernogo morya (ot del'ty Dunaya do ust'ya Inguri) [Material structure of a suspension of the shelf of the Black Sea (from the Danube Delta to the mouth of the Inguri)]. Okeanologiya, 1999, vol. 39, Iss. 6, pp. 912-919.
7. Demina L.L. Formy migratsii tyazhelykh metallov v okeane (na rannikh stadiyakh okeanskogo osadkoobra-zovaniya) [Forms of migration of heavy metals in the ocean (on earlirs stages of ocean sedimentation)]. Moscow: Nauka, 1982, 120 p.
8. Shimkus K.M., Komarov A.V. [Modern sedimentation] . Tekhnogennoe zagryaznenie i protsessy estestven-nogo samoochishcheniya Prikavkazskoi zony Chernogo morya [Technogenic pollution and processes of natural self-cleaning of the Caucasian zone of the Black Sea]. Moscow: Nedra, 1996, pp. 57-100.
9. Honjo S., Hay B.J., Manganini S.J., Asper V.L., Degens E.T., Kempe S., Ittekkot V., Izdar E., Konuk Y.T., Benli H.A. Seasonal cyclicity of lithogenic particle fluxes at a southern Black Sea sediment trap station. Mitt. Geol. Paleontol. Inst. Univ. Hamburg: SCO-PE/UNEP Sonderband Heft 62, 1987, pp. 19-39.
10. Denisov V.I. Kolichestvennye kharakteristiki potokov vzveshennykh veshchestv v melkovodnoi oblasti shel'fa Chernogo morya (po dannym sedimentatsionnykh lovushek) [Quantitative characteristics of suspended matter fluxes in shallow area of the Black Sea shelf (according to sedimentation traps)]. Voprosy promyslovoi okeanologii. 2011, Iss. 8, No. 2, pp. 194-209.
11. Rusakov V.Yu., Zernova V.V., Isaeva A.B., Serova V.V., Anokhina L.L. [Researches of sedimentary substance fluxes near the Caucasian coast by means of sedimentation traps]. Kompleksnye issledovaniya severo-vostochnoi chasti Chernogo morya [Complex researches of a northeast part of the Black Sea]. Moscow: Nauka, 2002, pp. 317-327.
12. Khrustalev Yu.P., Denisov V.I. [Intensity of sedimentation on the shelf of the Black Sea (according to sedimentation traps)]. Obshchaya i regional'naya ge-ologiya, geologiya morei i okeanov, geologicheskoe kar-tirovanie: obzornaya informatsiya [General and regional geology, geology of the seas and oceans, geological mapping. Survey information]. Moscow: Geoinformmark, 2002, Iss. 4, 48 p.
13. Bloesch J., Burns N.M. A critical review of sedimentation trap technique. Swiss. J. of Hydrology. 1980, vol. 42, No. 1, pp. 15-55.
14. Gardner W.D. Field assesment of sediment traps. J. Mar. Res. 1980, vol. 38, No. 1, pp. 41-52.
15. Lisitsyn A.P. Protsessy okeanskoi sedimentatsii [Processes of ocean sedimentation]. Moscow: Nauka, 1978, 392 p.
Поступила в редакцию /Received_10 октября 2018 г. / October 10, 2018
