Ю С Тучковенко - Роль ветрового прибрежного апвеллинга в возникновении гипоксии в одесском регионе северо-западной части черного моря - страница 1

Страницы:
1 

УДК 551.464.2 (621)

Ю. С. Т У Ч К О В Е Н К О, С. А. Д О Ц Е Н К О, В. А. Н И К А Н О Р О В, П. Т. С А В И Н

РОЛЬ ВЕТРОВОГО ПРИБРЕЖНОГО АПВЕЛЛИНГА В ВОЗНИКНОВЕНИИ ГИПОКСИИ В ОДЕССКОМ РЕГИОНЕ СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ ЧЕРНОГО МОРЯ

На основе данных двенадцатилетнего (1988 - 1999 гг.) гидрохимического и гидрологиче­ского мониторинга обнаружена связь явления ветрового прибрежного апвеллинга с развитием при­донной гипоксии в прибрежной зоне Одесского региона северо-западной части Черного моря.

С начала 70-х годов в северо-западной части Черного моря (СЗЧМ) летом (июнь-сентябрь) систематически отмечаются гипоксийно-шоксийные явления, приводящие к возникновению заморов в придонном слое и гибели организмов бентоса. Рассмотрению причин возникновения и развития этого явления посвящено достаточно много работ, например [1, 3, 6, 7, 10, 11]. Главной причиной возникновения гипоксии общепризнанно считается эвтрофикация акватории СЗЧМ, обусловленная значительным ростом поступле­ния в морскую среду биогенных и органических веществ в результате хозяйственной дея­тельности человека. Основными климатическими факторами, которые способствуют воз­никновению гипоксии, являются образование сезонного пикноклина и ослабление ветро­вой деятельности в летний период года.

В настоящей работе обсуждается вклад в возникновение гипоксии инициируемых ветром сгонных эффектов и апвеллинга придонных вод в прибрежной зоне моря. Впервые на роль этого фактора в развитии гипоксии в СЗЧМ указал еще в 1977 г. Д. М. Толмазин [8 ]. Предложенная этим исследователем концепция заключается в том, что в результате сгонов происходит подвижка вод придонного слоя с уже развитым дефицитом кислорода в богатую жизнью прибрежную зону, что инициирует массовую гибель организмов бентоса, потребление на биохимическое окисление их остатков последних запасов кислорода и, как следствие, переход гипоксии в аноксию. Таким образом, согласно этой гипотезе, роль сгонных явлений вторична. Они лишь усугубляют гипоксию, уже развившуюся в придонном слое глубоких районов шельфа СЗЧМ, до аноксии в прибрежных мелководных районах.

В дальнейшем исследователи придерживались этой концепции либо просто упо­минали роль сгонно-нагонных эффектов в развитии гипоксии в СЗЧМ без описания меха­низма этого воздействия.

Авторы настоящей статьи на основе анализа гидролого-гидрохимического мони­торинга Одесского региона СЗЧМ, выполнявшегося в 1988 - 1999 гг., пришли к выводу, что связь сгонных явлений и придонной гипоксии в летний период года более значима, чем это принято считать. Возможно, ветровые сгоны не углубляют, а инициируют развитие ги-поксийных и аноксийных явлений в придонном слое указанного района.

Данные мониторинга свидетельствуют, что гипоксийные явления в придонном слое Одесского региона, как правило, имеют место в августе и сентябре. В частности, де­фицит кислорода был зафиксирован во время съемок в августе 1988, 1990, 1994, 1998 гг. и в сентябре 1999 г. Никакие признаки гипоксии не прослеживались в августе 1992, 1993, 1995 гг. и в сентябре 1997 г. Этот факт свидетельствует, что эвтрофирование вод и разви­тие сезонного пикноклина не являются достаточными условиями для возникновения ги­поксии в исследуемом районе.

Сравнительный анализ пространственного распределения содержания кислорода и температуры воды показал, что в четырех из перечисленных выше пяти случаев, когда по данным мониторинга был отмечен дефицит кислорода, очагам гипоксии в придонном слое в большинстве случаев соответствовали очаги минимальной температуры воды в поверх­ностном слое (рис. 1-2 а, б). Причем области минимальных значений температуры поверх­ностных вод и придонного содержания кислорода всегда прилегают к

 

 

© Ю. С. Тучковенко, С. А. Доценко, В. А. Никаноров, П. Т. Савин, 2003

Экология моря. 2003. Вып. 63береговой зоне и имеют характер локальных очагов, которые вытянуты относительно уз­кой полосой вдоль западного либо северного побережья района.

Причина образования расположенных вдоль берега областей пониженной темпе­ратуры воды в летний период года может быть только одна - сгонные явления и прибреж­ный апвеллинг придонных вод. Подтверждением этого является соответствие областям по­ниженной температуры поверхностных вод повышенных значений солености, формируе­мых в результате подтока более соленых вод из придонного слоя, а также независимые данные наблюдений за температурой воды, уровнем моря, направлением и силой ветра, выполненные в соответствующие моменты времени Геофизической обсерваторией Одес­ского государственного экологического университета. Согласно этим данным, в период проведения съемок, зафиксировавших гипоксию, на прибрежной станции отмечались все признаки сгона поверхностных вод: понижение температуры воды и отметки уровня моря при доминировании слабых северных и северо-западных ветров. Заметим, что сгоны по­верхностных вод в Одесском регионе СЗЧМ наблюдаются именно при этих направлениях ветра.

Таким образом, прослеживается явная связь гипоксии со сгонными явлениями и прибрежным апвеллингом. В пользу гипотезы о том, что именно сгонные явления иниции­руют возникновение гипоксии говорят следующие факты: зоны развития гипоксии в при­донном слое имеют локальный характер и расположены вдоль прибрежной полосы, в то время как в более глубоких частях исследуемой области никаких признаков гипоксии не наблюдается. Это свидетельствует о том, что гипоксия в придонном слое образуется непо­средственно в зоне апвеллинга, а не привносится извне в результате адвекции обедненных кислородом придонных вод из более глубоких областей. Хотя последний механизм образо­вания гипоксийных зон в исследуемом районе также имеет место, о чем свидетельствуют данные съемки в сентябре 1999 г., когда сгонные явления не наблюдались, но в то же время была зафиксирована область дефицита содержания кислорода в глубокой мористой части исследуемого района.

Следует отметить, что в поле температуры поверхностных вод слабые следы сгонных явлений наблюдались и во время съемок, когда не была зафиксирована гипоксия в придонном слое (например, в августе 1992 и 1995 гг.). Однако эти очаги пониженной температуры имеют сугубо локальный характер и слабо выражены (разница значений температуры не превышает 1,5 - 2,0°С). Следовательно, не каждая сгонная ситуация приводит к возникновению гипоксии, либо гипоксия развивается лишь на определенной фазе сгонных явлений и зависит от их предыстории.

В момент сгона в прибрежной зоне моря шириной около 5 км происходит выклинивание термоклина к поверхности моря. При этом в поверхностный фотический слой поступают холодные, относительно прозрачные, обогащенные минеральными формами азота и фосфора глубинные воды. Следствием этого процесса является резкое возрастание первичной продукции фитопланктона и его биомассы в зоне температурного фронта. Кроме того, во время действия сгонных ветров сильно загрязненные биогенными элементами и органическим веществом прибрежные воды пляжной и портовой зоны Одес­сы смещаются в более глубокие районы шельфового склона [2], где имеется сезонный пик-ноклин и, следовательно, существуют все условия для развития гипоксии под слоем пик-ноклина. По мере ослабления сгонного эффекта образовавшаяся биомасса водорослей под действием возвратных поверхностных течений будет смещаться в сторону берега (рис. 2 в, г). После окончания сгона и восстановления сезонного пикноклина происходит массовая гибель фитопланктона и снижение его биомассы до характерных для мористых частей СЗЧМ значений. Мертвое органическое вещество опускается в придонный слой прибреж­ной полосы, где и происходит его биохимическое окисление.

Согласно многолетним данным ГМС Одесса-порт, повторяемость сгонных ветров северного и северо-западного направлений в период с июля по сентябрь составляет в сум­ме 34 - 40 % [5], т. е. сгоны поверхностных вод происходят в Одесском регионе СЗЧМ си­стематически и довольно часто. Учитывая, что в августе речной сток минимален, можно предположить, что летом вклад сгонных явлений в обогащение вод фотического слоя био­генными элементами может быть сравним с речным стоком [4].

В результате систематических сгонов и прибрежного апвеллинга в прибрежной зоне моря происходит интенсивная аккумуляция органического вещества в донных отло­жениях, что в конечном итоге приводит к возникновению и развитию гипоксии и аноксии в придонном слое. Следовательно, прибрежная 5-километровая зона Одесского региона СЗЧМ может рассматриваться в качестве такого же очага первоначального развития гипок­сии, как и приустьевые области СЗЧМ. На то, что первоначальные области придонной гипоксии в СЗЧМ фиксируются именно в прибрежных участках акватории, указывали и другие авторы [1, 8, 12].

Согласно [12], промежуточный сероводородный слой образуется в прибрежной полосе в зоне примыкания к свалу глубин пикноклина. При нагонных ветрах этот слой смещается от подводного склона в сторону моря в результате подтока более богатых кислородом вод и мигрирует под пикноклином в виде линзы. Понятно, что при смене на­гонных ветров на сгонные ранее образовавшаяся в промежуточном слое линза гипоксий-ных либо аноксийных вод может мигрировать обратно в сторону берега и выклиниваться поперек свала глубин к поверхности в прибрежной зоне. Такой характер миграции линзы под пикноклином частично объясняет совпадение областей пониженной температуры в по­верхностном слое и гипоксии в придонном слое на тех прибрежных станциях, глубина ко­торых соответствует глубине пикноклина. Кроме того, эта схема хорошо согласуется с ин­формацией [9] о том, что на начальных стадиях развития гипоксии в СЗЧМ минимум в вертикальном распределении кислорода наблюдается непосредственно в нижней части пикноклина, а не у дна, как считалось ранее [2].

Первичный анализ изменчивости ветровых условий показал, что четырем упомя­нутым выше съемкам, когда области прибрежного апвеллинга и гипоксии совпадали, в от­личие от остальных случаев, соответствовали довольно длительные (5 - 10 сут) периоды доминирования сгонных ветров. Причем наиболее развитая и обширная зона гипоксии со­ответствует заключительной фазе сгона (август 1994 г., рис. 2). Следовательно, можно предположить, что в период продолжительного сгона происходит развитие либо углубле­ние гипоксии в придонном слое, вызванное дополнительным поступлением мертвого орга­нического вещества из прибрежной зоны, а также гибелью организмов прибрежной зоны в результате шока при резкой смене условий обитания (температуры воды, pH и т.д.).

В заключение заметим, что климатическое поле распределения температуры воды в поверхностном слое СЗЧМ в летний период характеризуется пониженными значениями температуры вдоль западного и северного побережья этого района, что является результа­том систематического развития сгонных эффектов в этих областях. Следовательно, сгон­ные явления могут играть гораздо более важную, чем это принято считать, роль в возник­новении и развитии летней придонной гипоксии не только в Одесском регионе, но и во всей северо-западной части Черного моря.

Таким образом, изучение сгонно-нагонных явлений в СЗЧМ и их влияния на гид­рологический и гидрохимический режим акватории является актуальной задачей не только для обеспечения безопасности мореплавания и хозяйственной деятельности человека в прибрежной зоне, но и для сохранения биологических ресурсов моря, прогнозирования ка­чества вод и функционирования экосистемы этого района Черного моря.

Авторы выражают искреннюю благодарность А. И. Скрипник и Е. В. Кирсановой за лю­безно предоставленную информацию о распределении хлорофилла a и продукции фитопланктона в августе 1994 г., а также В. Н. Большакову за полезные замечания при обсуждении статьи.

1.       Берлинский Н. А. Механизм формирования придонной гипоксии в шельфовых экосистемах // Водные ресурсы. - 1989. - № 4. - С. 112 - 121.

2.       Виноградова Л. А., Василева В. Н. Многолетняя динамика и моделирование состояния экосистемы прибрежных вод северо-западной части Черного моря. - С.-Пб.: Гидрометеоиздат, УкрНЦЭМ, 1992. - 107 с.

3.       Владимирцев Ю. А. О гидрологических условиях образования дефицита кислорода в северо­западной части Черного моря // Водные ресурсы. - 1983. - № 2. - C. 95 - 100.

4.       Гаркавая Г. П., Богатова Ю. И., Берлинский Н. А., Гончаров А. Ю. Районирование Украинско­го сектора северо-западной части Черного моря (по гидрофизическим и гидрохимическим ха­рактеристикам) / Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. - Севастополь: МГИ, ОФ ИнБЮМ НАН Украины, 2000. - С.

9 - 24.

5.       Гидрометеорологические условия шельфовой зоны морей СССР. Том 4. Черное море. - Л: Гидрометеоиздат, 1986. - 99 с.

6.       Орлова И. Г., Белевич Р. Р., Попов Ю. И. и др. Динамика гипоксийных процессов в придонных водах северо-западного шельфа Черного моря // Океанология. - 1999. - 39, № 4. - C. 548 -

554.

7.       Селин П. Ю. Гидрохимические особенности гипоксийно-аноксийных зон на северо-западном шельфе Черного моря. - Деп. ВИНИТИ № 298-B88, ГОИН, Москва, 1988. - 34 с.

8.       Толмазин Д. М. Гидролого-гидрохимическая структура вод в районах гипоксии и заморов се­веро-западной части Черного моря // Биология моря. - 1977. - № 43. - C. 12

9.       Украинский В. В., Попов Ю. И., Орлова И. Г. и др. Изменчивость кислородного режима и гид­рологической структуры вод северо-западного шельфа Черного моря в летне-осенний период 1998 года // Метеорологія, кліматологія та гідрологія. - 2001. - Вып. 43. - С. 211 - 221.

10.    Фащук Д. Я., Самышев Э. З., Себах Л. К., Шляхов В. А. Формы антропогенного воздействия на экосистему Черного моря и ее состояние в современных условиях // Экология моря. - 1991. -Вып. 38. - С. 19 - 27.

11.    Фесюнов О. Е., Назаренко М. Ф. Геоморфологические и экологические особенности гипоксии северо-западного шельфа Черного моря // Экология моря. - 1991. - Вып. 37. - С. 20 - 26.

12.    Savin P. T., Dozenko S. A. Formation of hydrosulfuric layer under stratification layer // The Black Sea ecological problems. - Odessa: SCSEIO, 2000. - P. 254 - 257.

ОФ Института биологии южных морей НАН Украины,

г. Одесса                                                                                                                    Получено 06.11.2002

 

Y. S. T U C H K O V E N K O, S. A. D O С E N K O, P. T. S A V I N, V. N. N I K A N O R O V

ROLE OF WIND-DRIVEN COASTAL UPWELLING IN ORIGINATING OF HYPOXIA IN THE ODESSA REGION OF THE NORTHWESTERN BLACK SEA

Summary

On the basis of the data of hydrochemical and hydrological monitoring carried out within 12 years (1988 - 1999), the connection of a wind-driven coastal upwelling with development of the benthic hypoxia in the near-shore area of the Odessa region of the northwestern Black Sea is revealed.

 

Страницы:
1 


Похожие статьи

Ю С Тучковенко - Влияние ливневого стока на загрязнение прибрежной зоны г одессы

Ю С Тучковенко - Математическая модель качества водэкосистемы одесского региона северо-западной части черного моря

Ю С Тучковенко - Сезонные особенности термохалинной циркуляции одесского региона северо-западной части черного моря

Ю С Тучковенко - Якість вод екосистем шельфових зон морів в умовах антропогенного впливу

Ю С Тучковенко - К вопросу о реконструкции волноломов для улучшения экологической ситуации в пляжной зоне г одессы