Studies of Hydrogen Sulfide Contamination of the Deep-Water Basin of the Middle Caspian Sea During Cruise of the R/V “Issledovatel Kaspiya” September 2022

全文:

В период с 11 по 17 сентября 2022 г. в рейсе НИС “Исследователь Каспия” была выполнена традиционная океанографическая съемка Северного и Среднего Каспия в рамках выполнения программы мониторинга экологического состояния Каспийского моря. На рис. 1 приведен район исследований, который охватывал различные части акватории Каспийского моря от прибрежных отмелей до глубоководных впадин. Исследования проводились по классической схеме на 22 океанологических станциях, расположенных на 4 “вековых” разрезах (рис. 1а).

 

Рис. 1. Расположение гидрологических станций (а) и распределение растворенного кислорода и сероводорода на ст. 5 на разрезе п. Дивичи-б. Кендерли (б) в рейсе НИС “Исследователь Каспия” 11–17.09.2022 г.

 

В экспедиции получены современные данные по вертикальному распределению гидролого-гидрохимических параметров на «вековых» разрезах, развитию гипоксии и динамике содержания сероводорода в глубинных водах.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Для зондирования водной толщи и отбора проб воды использовалась розетта с 12 батометрами Нискина объемом 5 литров каждый, на которой был установлен зонд SeaBird SBE 19 plus. По результатам зондирования были получены непрерывные вертикальные профили температуры, солености, рН, содержания растворенного кислорода, относительного насыщения вод кислородом и интенсивности флюоресценции фитопигментов. Для исследования развития гипоксии и сероводородного заражения в глубинных водах были отобраны пробы, в которых спектрофотометрическим методом по реакции с диметил-n-фенилендиамином определяли содержание сероводорода [2]. Гидрохимические определения содержания биогенных элементов выполняли спектрофотометрическими методами, принятыми при анализе морских вод [2]. Содержание растворенного органического углерода (РОУ) в пробах определялось методом каталитического высокотемпературного сжигания при 680°С на приборе Shimadzu TOC-Vcph в стационарной лаборатории ФГБНУ “ВНИРО”.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Экосистема Среднего Каспия переживает в настоящее время сложные времена. Уровень Каспийского моря продолжил тенденцию снижения и в июне 2022 г. составил –28.51 м (–28.26 м в 2021 г.). Резкое падение уровня на 0.2 м также произошло в 2021 г. по сравнению с 2020 г. Существует связь между уровнем Каспийского моря, термохалинной структурой и вертикальной гидролого-гидрохимической структурой вод глубоководных котловин.

Результаты исследований, проведенных в 2022 г., показали, что развитие гипоксии в глубинных водах Среднего Каспия и накопление сероводорода в придонном слое продолжаются. Глубоководная область Среднего Каспия по вертикали делится на две зоны — аэробную и анаэробную или зону с минимальным содержанием кислорода. Это обусловлено устойчивой стратификацией вод, приведшей к изоляции глубинных вод и длительному отсутствию их аэрации.

Аэробная зона располагается от поверхности до 400 м. Максимальное содержание растворенного кислорода характерно для верхнего 100-метрового слоя. С глубиной насыщение вод кислородом снижается (рис. 1б) и уже на 400 м концентрация растворенного кислорода составила 0.47 мл/л (5.4%), а на 600 м кислород отсутствовал. В анаэробной зоне резко возрастала ко дну концентрация сероводорода (рис. 1б). Максимальное содержание сероводорода, отмеченное в придонном слое Дербентской котловины Среднего Каспия в сентябре 2022 г., составляло 1.17 мл/л. Таким образом, концентрации сероводорода в придонных водах Дербентской котловины значительно возросли по сравнению с содержанием сероводорода в июле-августе 2019 г., составляющим 0.57 мл/л [3], и превысили значения, отмеченные Книповичем (1919 г.) и Бруевичем (1937 г.) в 4 раза. Процессы деструкции органического вещества в Среднем Каспии, начиная с 400 м, происходят при почти полном отсутствии кислорода за счет бактериального окисления нитратами и сульфатами, что и приводит к накоплению продуктов нитрат и сульфат редукции.

Слой нитратного максимума располагался на горизонтах 200–300 метров. В придонных водах нитраты отсутствуют, что происходит в результате процессов денитрификации (нитрат редукции), при которых азот используется в качестве акцептора электронов для окисления органических соединений. В придонных анаэробных водах минеральный азот восстановлен до иона аммония, концентрации которого в самых глубоких точках достигали 5.5 мкМ.

В поверхностном и подповерхностном слое в сентябре 2022 г. концентрация кремния не превышала 10 мкМ. В придонных слоях глубоководной котловины (ст. 5 разреза п. Дивичи-б. Кендерли) шло накопление растворенного кремния, концентрация которого достигала 145 мкМ. В сентябре 2013 г. концентрация кремния в придонном слое Дербентской котловины достигала 180 мкМ [1]. Активное потребление биогенных веществ в фотической зоне различными видами фитопланктона, не включенными в трофические цепи, в основном Pseudosolenia calcar avis, было характерно для экосистемы Каспийского моря в 2000-х гг., что приводило к выносу этих соединений в составе детрита в придонные слои. В 2021 г. по биоразнообразию и массе клеток стали доминировать зеленые и динофитовые водоросли. Вероятно, снижение количества Pseudosolenia calcar avis повлияло на накопление кремния в придонном слое и уменьшение его содержание в 2022 г.

Концентрация растворенного органического углерода (РОУ) в Среднем Каспии изменялась в поверхностном слое от 9.5 до 24.9 мг/л, в придонном — от 8.9 до 9.6 мг/л. Наблюдалось локальное увеличение содержания РОУ в подповерхностном слое (50 м) в Дербентской котловине. На границе Среднего и Северного Каспия (разрез о. Чечень-м. Урдюк) в поверхностном слое концентрации органического углерода максимальные, что связано с влиянием трансформированных волжских вод.

По результатам экспедиционных исследований подготовлена электронная база гидрохимических данных, включающая показатели, характеризующие развитие гипоксии в придонных слоях. Дальнейшее падение уровня моря может привести к нарушению устойчивой стратификации вод, аэрации глубинных слоев и разрушению сероводородного слоя.

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы благодарят научную группу ФГБНУ “КаспНИРХ” и экипаж НИС “Исследователь Каспия” за помощь в проведении исследований.

作者简介

L. Dukhova

Russian Research Institute of Fisheries and Oceanography

编辑信件的主要联系方式.
Email: dukhova@vniro.ru
俄罗斯联邦, Moscow

A. Suvorova

Russian Research Institute of Fisheries and Oceanography

Email: dukhova@vniro.ru
俄罗斯联邦, Moscow

A. Gruzevich

Russian Research Institute of Fisheries and Oceanography

Email: dukhova@vniro.ru
俄罗斯联邦, Moscow

E. Oganesova

Russian Research Institute of Fisheries and Oceanography

Email: dukhova@vniro.ru
俄罗斯联邦, Moscow

A. Kudyakov

Volga-Caspian Branch of the Russian Research Institute of Fisheries and Oceanography

Email: dukhova@vniro.ru
俄罗斯联邦, Astrakhan

参考

补充文件