Комплексные исследования Черного моря в 101-м рейсе научно-исследовательского судна «Профессор Водяницкий»

Полный текст

В рамках государственного задания Морского гидрофизического института РАН, а также проекта РНФ «Седименто-биогеохимические исследования морей европейской части России» с 14 по 28 декабря 2017 г. в центральной части Черного моря в пределах исключительной экономической зоны Российской Федерации (рис.) проводилась совместная межведомственная комплексная океанологическая экспедиция на борту НИС «Профессор Водяницкий» (101-й рейс).

 

Рис. Карта станций и схема выполнения работ в 101-м рейсе НИС «Профессор Водяницкий» в Черном море в декабре 2017 г.

1 — CTD-зондирование и гидрооптические измерения; 2 — отбор проб для определения гидрохимических характеристик; 3 — отбор воды на изучение взвеси; 4 — отбор донных осадков дночерпателем; 5 — отбор донных осадков мультикорером; 6 — постановка ПБС; 7 — подъем ПБС; 8 — маршрут судна.

 

Основная цель экспедиции — исследование особенностей гидрологической, гидрохимической, гидрооптической и гидробиологической структуры вод Черного моря в зимний период, а также сбор материала для изучения седиментационной системы моря, позволяющего оценить современные потоки вещества в толще воды, темпы его осаждения на дно и биогеохимические процессы, протекающие в воде и донных осадках.

В задачи экспедиции входило проведение гидрологических и метеорологических измерений, изучение особенностей гидрохимической и гидрооптической структуры вод, концентрации и состава водной взвеси (ВВ), хлорофилла “а”, литолого-геохимические исследования донных осадков, поиск и подъем поставленных в 91-м рейсе НИС «Профессор Водяницкий» в ноябре 2016 г. [2] притопленных буйковых станций (ПБС) с седиментационными ловушками для изучения вертикальных потоков осадочного вещества и постановка новой ПБС.

Гидрологические исследования. Измерение температуры и солености морской воды проводили с помощью комплекса Sea-Bird 911 plus, скорость и направление течений в верхнем 300-метровом слое измеряли с помощью акустического доплеровского профилографа течений. Распределения гидрологических характеристик в период съемки не выходили за пределы климатических параметров, характерных для района исследований [1]. Температура поверхностного слоя изменялась во время исследований от 10.1°C до 12.2°C, а в ядре холодного промежуточного слоя (ХПС) составляла 7.6–8.3°C. Глубина залегания ХПС изменялась в широком диапазоне (30–90 м) с тенденцией наибольшего заглубления в районе материкового склона.

Гидрохимические характеристики. Непосредственно на борту судна был выполнен анализ концентрации нитрит-ионов, ионов аммония, кислорода, сероводорода и щелочности. Изменчивость гидрохимических параметров в поверхностном слое соответствовала сезонному ходу. Поверхностный слой вод был насыщен кислородом, его концентрация изменялась в пределах 298–311 мкмоль/л при среднем значении 304 мкмоль/л, что соответствовало 99% насыщения. Средняя величина концентрации нитрит-ионов составила 0.10 мкмоль/л (0–0.28 мкмоль/л), их максимальные величины наблюдались в северо-западной части полигона (ст. 46). Отмечен широкий диапазон изменения концентрации ионов аммония (0–0.97 мкмоль/л). Концентрация сероводорода в придонном слое на глубине 2000 м в среднем составила 385 мкмоль/л, а на глубине 1000 м — 320 мкмоль/л.

Гидрооптические измерения. Измерения показателя ослабления направленного света (ПОС) проводились спектральным измерителем СИПО4 [3] в зондирующем режиме до глубин ~200 м с вертикальным разрешением 0.1 м. В фотическом слое изменчивость ПОС была слабо выражена, с достаточно равномерным распределением по глубине и варьировала в пределах 0.4–0.55 м-1. Наиболее прозрачные воды с минимальными значениями ПОС (0.32–0.37 м-1) наблюдались под ядром ХПС. Редокс-зона характеризовалась наличием одного или нескольких максимумов (до 0.72 м-1), однако в целом значения в этом слое были сопоставимы со значениями фотического слоя.

Взвешенное вещество. Фотический слой водной толщи характеризовался невысокими величинами всех изученных параметров ВВ. Кон-центрация ВВ на поверхности моря варьировала в незначительных пределах (0.17–0.33 мг/л), в целом соответствуя изменчивости ПОС. В глубинных водах концентрации ВВ были несколько ниже (0.1–0.29 мг/л). Незначительное увеличение концентраций выявлено в редокс-зоне, придонный нефелоидный слой наблюдался только на одной станции в юго-западном секторе полигона (ст. 05).

Вертикальные потоки. Материал для изучения вертикальных потоков осадочного вещества получен с помощью седиментационных ловушек, установленных в составе ПБС. Подняты две ПБС (ст. 5 и 45), поставлена одна новая ПБС (ст. 18), в составе которых задействованы 11 интегральных МСЛ-110 [5] и пять дифференциальных 12-позиционных ловушек «Лотос-3». Для изучения гидродинамической обстановки водной среды ПБС были оснащены акустическими измерителями течений Argonaut-MD (Sontek) и Aquadopp (Nortek), а также регистратором мутности и флуоресценции FLNTUB (WetLabs) и самописцами температуры RBRduet (RBR). Установка подобного комплекса приборов развивает концепцию АГОС (автоматических глубинных седиментационных обсерваторий), предложенную академиком А.П. Лисицыным [4].

Предварительный анализ материала седиментационных ловушек выявил практически синхронный сезонный ход изменчивости величин потоков вещества в глубинном (100 м от дна) и подповерхностных слоях (100 и 250 м) с максимумами в феврале-марте и августе-октябре. Весенний максимум представлен относительно плотным осадком темно-оливкового цвета и соответствует цветению диатомовых водорослей, летне-осенний максимум сложен хлопьевидным веществом бежевого цвета. По вертикали величина интегральных потоков с глубиной падает.

Донные осадки. Отбор больших масс грунта с поверхности производился дночерпателем «Океан-0.25». Для изучения с максимальным разрешением пограничного слоя донных осадков, наилка и наддонной воды использовался мультикорер Mini MUC K/MT 410 (KUM). Вскрыты современные осадки мощностью до 56 см, представленные двумя типами: тонкопелитовым илом различных оттенков серого и зеленовато-серого цветов жидкой, полужидкой и мягкой консистенции с тонко- и микрослоистой текстурой, переслаивающегося с тонкопелитовым гомогенным полужидким илом темно-серого цвета. Осадок, поднятый на ст. 17, представлен исключительно гомогенным полужидким илом. Во всех пробах — запах сероводорода. Признаки анаэробной обстановки наблюдались по всему разрезу.

Анализ поровых вод, выполненный непосредственно на борту судна сразу после подъема колонок осадков, показал, что в наиболее удаленной от берега юго-восточной части района работ (ст. 18) концентрация сульфидов возрастала от 825 мкмоль/л на поверхности (0 см) до 1300 мкмоль/л на максимальной глубине профилирования (25 см) при средней концентрации 867 мкмоль/л. Столь высокие значения позволяют предположить, что донные отложения данного района могут служить источником сульфидов для придонного слоя вод.

Благодарности. Авторы признательны академику А. П. Лисицыну и чл.-корр. РАН С. К. Коновалову за научное руководство и поддержку исследований, капитану В. Г. Тынинике, экипажу судна и всему научному составу экспедиции за помощь в работе.

Источник финансирования. Геологические исследования в экспедиции выполнены при финансовой поддержке гранта РНФ № 14-27-00114-П; обработка материала частично выполнена в рамках государственного задания ИО РАН, тема № 0149-2019-0007; исследования ФГБУН МГИ выполнены в рамках тем государственного задания № 0827-2018-0001, № 0827-2018-0002, № 0827-2018-0003.

Об авторах

А. А. Клювиткин

Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: klyuvitkin@ocean.ru
Россия, Москва

А. В. Гармашов

Морской гидрофизический институт РАН

Email: garmashov@mhi-ras.ru
Россия, Севастополь

А. А. Латушкин

Морской гидрофизический институт РАН

Email: garmashov@mhi-ras.ru
Россия, Севастополь

Н. А. Орехова

Морской гидрофизический институт РАН

Email: garmashov@mhi-ras.ru
Россия, Севастополь

А. И. Коченкова

Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН

Email: klyuvitkin@ocean.ru
Россия, Москва

Г. В. Малафеев

Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН

Email: klyuvitkin@ocean.ru
Россия, Москва

Список литературы

Дополнительные файлы