Химическая океанография арктических морей России (стр. 3 )

Речная вода в паводок и в летний период достаточно хорошо аэрирована (насыщена кислородом до 95 %), содержит большое количество растворенного кремния, но бедна фосфатами и нитратами. В Оби и Енисее концентрация кремния составляет 2000¸5000 мкг/л. Кроме того, речная вода содержит большое количество растворенных и взвешенных органических веществ.

Перед тем как попасть в море, речная вода поступает в заливы или губы Карского моря, которые являются естественными отстойниками взвешенных веществ. В них происходит изменение химических свойств самой речной воды и осуществляется первый контакт с морской водой. Трансформация свойств речной воды происходит по-разному в отдельных заливах и губах в зависимости от их размеров, глубины, времени года и других факторов.

В Обской губе, например, свежая, насыщенная кислородом паводковая вода в начале своего пути к морю вытесняет зимнюю, застойную речную воду, которая характеризуется большим дефицитом кислорода (Рис. 3). Формирование зимней, застойной речной воды и «заморных» условий в Обской губе подробно рассматривалось в работах (Юданов, 1929; Мосевич, 1947; Русанов, 1980). Здесь кратко излагаются только основные причины этого явления. Дело в том, что расход воды в Оби, как и в других сибирских реках, зимой минимальный, всего лишь 2500¸5000 м3/сек, - в паводок он в десять раз больше. Мелкая Обская губа всю зиму покрыта льдом толщиной 2¸3 м, который изолирует воду от атмосферы; газообмен с атмосферой практически исключен. В то же время в воде и в донных отложениях непрерывно происходит окисление растворенных и взвешенных минеральных и органических веществ, при котором расходуется и без того небольшой запас растворенного в речной воде кислорода. Почти полное истощение запасов кислорода в Обской губе происходит к концу каждой зимы, но часто это явление сопровождается массовым замором рыбы, поэтому зимнюю, пресную воду в южных районах Обской и Тазовской губ иногда называют «заморной» водой. Ошибочно считалось, что зимняя обская вода оказывает большое влияние на распределение кислорода на поверхности Карского моря в летний период (Русанов и др., 1979). Это мало вероятно, так как её объём не превышает 10 % от объема пресной воды, сбрасываемой в море в паводок, не считая растаявшего речного и морского льда. Однако можно ожидать кратковременный и локальный эффект воздействия зимних обских водных масс на гидрохимическую структуру приустьевых районов Карского моря.

В паводок гидрологический фронт, разделяющий морскую и пресную воду в Обской губе, смещается к северу более чем на 200 км. На огромном пространстве губы переработка веществ в речной воде усиливается в летний период, в связи с активизацией местных видов фитопланктона. Это особенно заметно во время цветения диатомовых водорослей. В Обской губе концентрация кремния во время цветения водорослей уменьшается до 50-100 мкг/л. Фосфаты при этом почти полностью утилизируются из речной воды, а концентрация растворенного кислорода возрастает. Таким образом, в летний период, в период своего максимального влияния на водные массы Карского моря, мало минерализованная (пресная) обская вода, испытавшая глубокую трансформацию в Обской губе, обладающая низкой, по сравнению с зимними значениями, концентрацией кремния, минимальными запасами фосфатов и нитратов, но высокой концентрацией кислорода, вступает в контакт с морской водой в районе гидрологического фронта.

На картах распределения гидрохимических показателей на поверхности губы в летний период гидрологический фронт легко установить не только по максимальным градиентам увеличения солености, но и по резкому, скачкообразному увеличению концентрации кремния до 3000 мкг/л и более (Рис. 4). Увеличение концентрации кремния в зоне контакта пресной и морской воды, казалось бы, противоречит общеизвестному утверждению, что источником высокой концентрации кремния на поверхности Карского моря является речная вода (Шпайхер и Русанов, 1972; Васильев, 1976; Русанов и Васильев, 1976; Русанов и др., 1979; Anderson et al., 1983; Иванов и др., 1984). На самом деле, не столько концентрация кремния, растворенного в речной воде, определяет его повышенные значения в поверхностной структурной зоне Карского моря в летний период, но, главным образом, процессы, происходящие в районе гидрологического фронта. На этом участке происходит массовая гибель речного фитопланктона, способного существовать только в пресной воде. Остатки погибшего фитопланктона, в которых содержится кремний и другие биогенные элементы, разрушаются, растворяются и окисляются, в результате чего резко увеличивается концентрация кремния. Установлено, что эти диатомовые водоросли после отмирания растворяются, не достигая дна (Белов и Лапина, 1961; Белов, 1976). Этот процесс подтверждается увеличением концентрации фосфатов и нитратов в районе гидрологического фронта, а также уменьшением концентрации кислорода и насыщения воды кислородом. Концентрация фосфатов увеличивается с нулевых значений до 20 мкг/л, а концентрация нитратов - до 80 мкг/л. Локальное повышение концентрации фосфатов и нитратов имеет место только в районе гидрофронта. В целом для районов влияния речного стока характерны низкие значения фосфатов и нитратов в поверхностной структурной зоне. Это объясняется тем, что эти биогенные элементы быстро утилизируются морскими видами фитопланктона. Низкая концентрация нитратов и фосфатов в поверхностном слое лимитирует развитие фитопланктона, а источник кремния, напротив, настолько интенсивный, что изменения концентрации кремния в результате его потребления морскими диатомовыми водорослями мало заметны в центральной части Карского моря. Поэтому кремний эффективно используется в качестве трассера речных вод на поверхности Карского моря, хотя в действительности источником его высокой концентрации в летний период является гидрологический фронт в Обской губе.

Условия трансформации химических свойств воды реки Енисей в Енисейском заливе отличаются от условий в Обской губе. «Заморные» речные водные массы в Енисейском заливе образуются очень редко и в небольших объемах, что, видимо, связано с особенностями зимнего водного питания реки Енисей и гидрологическими условиями в устьевой области. В летний период в речной воде, поступающей в Енисейский залив, происходит плавное изменение химических свойств на участке до гидрологического фронта. Концентрация кислорода увеличивается в соответствии с уменьшением температуры, а концентрация кремния постепенно уменьшается с 2500¸2000 до 1500¸1000 мкг/л. Летнего цветения диатомовых водорослей, подобного тому, которое происходит ежегодно в Обской губе и сопровождается резким уменьшением концентрации кремния, в Енисейском заливе по имеющимся данным не наблюдалось. Поэтому на гидрологическом фронте, разделяющем пресные и соленые водные массы в Енисейском заливе, значительного увеличения концентрации кремния и других биогенных элементов не отмечено.

Из Обской губы и Енисейского залива на открытое пространство Центральной части Карского моря летом поступает не речная вода, а водные массы, представляющие собой смесь речной и морской воды, которые следует отнести к типу эстуарных летних водных масс. Эти водные массы характеризуются высокой температурой (до 10 °С), высоким содержанием кремния (2000¸4000 мкг/л), высокими значениями щелочного коэффициента (2000¸2500 усл. ед.), высокой концентрацией кислорода (8,0¸9,0 мл/л), но насыщение воды кислородом, как правило, менее 100 %, повышенной концентрацией фосфатов (10¸15 мкг/л), низкой соленостью (5¸10 ‰), промежуточными между морской и речной водой значениями рНВ (7,5¸7,9 ед.), низкой концентрацией нитратов (0¸5 мкг/л), но относительно высокими значениями нитритов (до 6 мкг/л). Важно отметить, что химические свойства водных масс поверхностной структурной зоны на приустьевых участках Карского моря зависят от гидрометеорологических условий и существенно изменяются даже в течение летнего периода, не говоря уже о сезонных изменениях. Другими словами, на одних и тех же участках в разное время формируются водные массы, отличающиеся по физико-химическим свойствам.

Эстуарные летние водные массы, как наименее плотные, распространяются по поверхности моря, перемешиваются с окружающими их водными массами, в результате чего формируются новые водные массы, которые в свою очередь распространяются веером по поверхности моря, смешиваясь с различными местными водными массами, формируя всё новые и новые водные массы, отличающиеся по физико-химическим и биологическим свойствам. Одновременно с этим идет процесс таяния льда, кромка дрейфующих льдов отступает в разные стороны от устьевых участков рек. В освободившихся ото льда районах температура воды повышается, как в результате адвекции тепла из приустьевых районов, так и за счет солнечной энергии (Булатов и Захаров, 1976). Активизируется фотосинтетическая деятельность фитопланктона. Направление и скорость перемещения поверхностных водных масс контролируется в значительной степени синоптическими условиями. Все эти процессы формируют свойства многочисленных, но небольших по объему водных масс поверхностной структурной зоны в Центральной части Карского моря, которые следует объединить в один тип водных масс - поверхностные летние водные массы зоны влияния речного стока Карского моря. Это, именно, тип водных масс, а не одна водная масса, как считалось ранее (Русанов и др., 1979; Никифоров и Шпайхер, 1980).

Поверхностная структурная зона в Центральной части Карского моря в летний период очень тонкая, её толщина в зависимости от гидрометеорологических условий составляет 3¸10 м. В данной работе не рассматривается её тонкая вертикальная структура, а принимается, что она квазиоднородная от поверхности моря (или от нижней границы льда) до глубины залегания верхней границы галоклина. Эта структурная зона состоит только из поверхностных водных масс, подверженных влиянию речного стока в разной степени. Степень влияния речных вод оценивается традиционным методом по концентрации кремния (Русанов и др., 1979). Чем дальше от устьев рек, тем меньше содержание кремния в поверхностных водных массах (Иванов и др., 1984). Концентрация кремния убывает пропорционально увеличению солености. Эта связь, в целом для Центральной части Карского моря, характеризуется высокими коэффициентами корреляции (-0,80¸-0,95), если для их расчета использовать данные отдельных съемок. Однако были установлены различия в уравнениях регрессии, связывающих эти два параметра в разных районах, и на этом основании была предпринята попытка определить, какая именно речная вода, Оби или Енисея, участвует в формировании водных масс в районах, удаленных от устьев этих рек (Стунжас, 1995). Более внимательный анализ связи солености и кремния в поверхностной структурной зоне позволил установить, что коэффициенты корреляции и коэффициенты уравнений регрессии между этими параметрами существенно меняются не только из года в год, но и в течение года, и даже от съемки к съемке, если океанографические съемки выполнялись несколько раз за навигационный период. Причем, связь между соленостью и кремнием нарушается, как в области низких, так и в области высоких значений солености (Рис. 5).

Распределение кремния на поверхности Карского моря используется для определения границ Центральной части Карского моря, или зоны влияния речного стока. Имеющиеся ряды наблюдений позволяют утверждать, что географическое положение этих границ существенно меняется в как в течение летнего периода, так и из года в год. По мере накопления данных были выделены два (Русанов и Васильев, 1976), три (Иванов и др., 1984) и четыре типа (Смагин и др., 1995) распространения влияния речного стока в Карском море (Рис. 6). Границей влияния речного стока на поверхности моря пронята условно изолиния 250 мкг/л, так же как и во многих ранних работах (Русанов и Шпайхер, 1972; Русанов, 1974; Русанов и Васильев, 1976 и др.). Положение этой изолинии, как правило, совпадает с границей влияния речного стока, определенной по другим критериям, например, по распределению щелочно-соленостного коэффициента (изолиния 750 усл. ед.), и иногда с изолинией солености 24,67 ‰, которая принята в качестве границы солоноватых и морских вод. При этой солености температура замерзания равна температуре наибольшей плотности воды. От того, выше или ниже этого предела соленость поверхностного слоя воды, зависит то, как будет проходить перестройка вертикальной структуры и ледообразование в осенне-зимний период. Северная граница зоны влияния речного стока к концу летнего периода, обычно, располагается на широте мыса Желания - северной оконечности архипелага Новая Земля.

Таким образом, в Центральной части Карского моря, или в зоне влияния речного стока, распределение на поверхности тех гидрохимических параметров, которые являются хорошими трассерами речного стока (соленость, кремний, щелочность и щелочно-соленостный коэффициент), характеризуется в летний период большими горизонтальными градиентами. Вся эта часть моря представляет собой огромную фронтальную зону с системой гидрологических фронтов, постоянно меняющих свое положение в течение летнего периода. Распределение на поверхности моря летом тех гидрохимических параметров, которые в большей степени участвуют в биологических процессах и не являются индикаторами речного стока (фосфаты, нитраты, нитриты, кислород и насыщение воды кислородом), напротив, весьма однородно. Концентрация фосфатов в поверхностной структурной зоне Центральной части моря оставляет 0¸10 мкг/л, причем низкие значения характерны для участков, где процессы фотосинтеза по тем или иным причинам протекают более интенсивно. Концентрация нитратов и нитритов в поверхностной структурной зоне близка к нулевым значениям. Низкое содержание этих биогенных элементов, как правило, лимитирует развитие фитопланктона. Только на фронтальных разделах, на участках подъема воды из ниже лежащих слоев, или во время интенсивного вертикального перемешивания можно наблюдать повышенные значения нитратов и фосфатов в поверхностной структурной зоне летом.

О распределении кислорода на поверхности в Центральной части моря следует сказать отдельно, так как кислородный режим поверхностных водных масс летом формируется под влиянием фотосинтеза, радиационного прогрева воды, влияния речного стока и газообмена с атмосферой. Фотосинтез зависит не только от количества солнечной энергии, но и от концентрации минеральных форм фосфора и азота, растворенных в морской воде, а их запасы в зоне влияния речного стока, как указывалось выше, не велики. В тех районах, где есть дополнительные источники питательных веществ, фитопланктон развивается более интенсивно, продуцируя кислород, в результате чего создается перенасыщение воды кислородом. Наблюдения, выполненные в июле-августе 1гг. в районах, расположенных вблизи Обской губы и Енисейского залива, свидетельствуют о том, что поверхностный слой морской воды, как правило, насыщен кислородом более 100 %. Это противоречит установившемуся мнению о существовании устойчивого дефицита кислорода на поверхности Карского моря в зоне влияния речного стока (Атлас Арктики, 1985).

Пониженное насыщения воды кислородом, дефицит которого в зоне влияния речного стока достигает 5 %, объяснялось ранее повышенным расходом кислорода на окисление органических и минеральных веществ, выносимых с речным стоком, то есть влиянием речного стока (Русанов и др., 1979). Дальнейшие исследования позволили установить, что большое значение для кислородного режима имеют погодные условия. В одних и тех же районах при разных погодных условиях, поверхностные водные массы могут быть перенасыщены или ненасыщены кислородом. При прочих равных условиях наиболее существенными факторами являются температура воздуха и ветер, контролирующий перемешивание поверхностных водных масс с водными массами промежуточной структурной зоны. В условиях, когда температура воздуха ниже температуры воды, а это наиболее типичная ситуация для Центральной части моря в конце летнего периода, происходит охлаждение поверхностных водных масс, в результате чего растворимость кислорода увеличивается и возникает дефицит насыщения воды кислородом. При адвекции теплых воздушных масс, когда температура воздуха выше температуры воды, вода прогревается, растворимость кислорода уменьшается, и создаются условия для перенасыщения поверхностных водных масс кислородом. Интенсивное ветровое перемешивание с одной стороны приводит к обогащению поверхностных водных масс биогенными элементами, что дает дополнительный импульс к фотосинтетической активности фитопланктона и к повышению концентрации кислорода, но с другой стороны, в результате перемешивания концентрация кислорода и насыщение поверхностных водных масс кислородом резко уменьшается, так как промежуточные водные массы, как будет показано ниже, обладают большим дефицитом кислорода. Таким образом, распределение кислорода на поверхности в зоне влияния речного стока в навигационный период зависит от действия многих факторов, и от того, как эти факторы действовали в период, предшествующий океанографической съемке.

Вертикальная гидрохимическая структура в Центральной части Карского моря в летний период

Центральная часть Карского моря очень мелкая, преобладающие глубины не превышают 50 м. Самые мелкие районы расположены вблизи Обской губы и Енисейского залива. Однако следует отметить, что влияние речного стока распространяется почти ежегодно на северные районы Новоземельского желоба, где глубина достигает 300 м.

Регулярные наблюдения на широтных разрезах в Центральной части моря позволяют определить закономерности вертикального распределения концентрации основных биогидрохимических параметров.

Разрез о. Белый - о. Диксон является одним из наиболее часто выполняемых стандартных разрезов в Карском море. Он пересекает потоки распресненных эстуарных водных масс из Обской губы и Енисейского залива. Характерные распределения температуры, солености, кремния, фосфатов, нитратов и концентрации кислорода на этом разрезе летом показаны на Рис. 7 и 8.

Верхний квазиоднородный слой (ВКС) на этом разрезе, обычно, не превышает 5 м, но при штормовых условиях вертикальное перемешивание может распространяться на глубину 10 м и более, таким образом, на мелких участках, где глубина всего 10 ¸ 15 м, вся толща воды может быть перемешана от поверхности до дна. Однако после шторма плотностная стратификация быстро восстанавливается. ВКС характеризуется наибольшей температурой, высокой концентрацией кремния, кислорода, высоким насыщением воды кислородом, наибольшими значениями щелочно-соленостного коэффициента, но минимальной соленостью, низкими концентрациями фосфатов, нитратов, нитритов, щелочности.

Под ВКС располагается промежуточная структурная зона, представленная в этом районе галоклином, в котором происходит резкое уменьшение температуры воды, концентрации кремния, кислорода и насыщения воды кислородом, уменьшение щелочно-соленостного коэффициента, в тоже время резко увеличивается соленость, концентрация фосфатов, нитратов и щелочность морской воды. Галоклин распространяется до глубины 15¸20 м, глубже градиенты температуры и гидрохимических параметров существенно уменьшаются. Под галоклином залегает придонная структурная зона, которая в этом районе представлена тонким придонным квазиоднородным слоем (ПКС). Для ПКС характерна самая низкая температура (-1,4¸-1,6 °С), низкая концентрация кислорода (4,2¸5,2 мл/л), большой дефицит насыщения воды кислородом (55¸65 %), низкие значения рНВ и щелочного коэффициента, но наиболее высокая соленость (32,5¸33,5 ‰), высокая концентрация фосфатов (30¸40 мкг/л) и нитратов (70¸120 мкг/л) и повышенные значения щелочности. Концентрация кремния в ПКС, как правило, несколько выше, чем в галоклине и составляет 500¸600 мкг/л. Большие горизонтальные градиенты гидрохимических параметров в ПКС свидетельствуют о том, что в разных частях этого разреза придонная структурная зона, также как и выше лежащие структурные зоны, состоит из разных водных масс.

На схемах распределения кремния, фосфатов, нитратов и кислорода на разрезе о. Белый - о. Диксон отчетливо видно (Рис. 7 и 8), что у восточного (правого) склона подводных долин рек Обь и Енисей в придонной структурной зоне располагаются водные массы с повышенным содержанием биогенных элементов и с наибольшим дефицитом кислорода, а у западного склона расположены более свежие водные массы с меньшей концентрацией минеральных форм биогенных элементов. Такое распределение гидрохимических параметров позволяет утверждать, что в подводных долинах, под галоклином существует двухстороннее движение водных масс. На север вдоль восточного склона стекают придонные водные массы, растратившие запас кислорода на окисление органических и минеральных веществ, выносимых реками, а на смену им в южном направлении движутся более свежие и хорошо вентилированные водные массы.

Минимум концентрации кремния на разрезе наблюдается в галоклине, на глубине 15 метров, но иногда и ближе к поверхности, на глубине 10 м - это зависит от гидрологических условий. Промежуточный минимум кремния, как правило, совпадает по глубине с промежуточным максимумом кислорода. В тех случаях, когда промежуточный максимум кислорода плохо выражен, то на этой же глубине наблюдаются повышенные значения кислорода. Температура воды в слое минимума кремния от -0,5 до 1,0 °С, соленость - 28¸30 ‰, концентрация фосфатов - от 2 до 10 мкг/л, а нитратов - от 0 до 5 мкг/л. Водные массы с такими физико-химическими характеристиками могли образоваться только в поверхностной структурной зоне, либо в районах, до которых влияние речного стока еще не распространилось, либо в тех же самых приустьевых районах, но до начала распространения влияния речного стока.

Гидрохимическая структура в Юго-Западной части Карского моря в летний период

Юго-Западная часть Карского моря ограничена береговой чертой архипелага Новая Земля и материка, а на севере - границей влияния речного стока (изолинией концентрации кремния 250 мкг/л), которая при соответствующих гидрологических условиях может занимать одно из следующих типовых положений:

1. Изолиния 250 мкг/л направлена от северо-западного побережья п-ова Ямал на север до 76° с. ш., а затем на восток до о-вов Известий ЦИК и далее на восток северо-восток к проливу Вилькицкого. Такое положение изолинии характерно для восточного типа гидрологических условий, и только в этом случае Юго-Западная и Северная части Карского моря соединяются друг с другом в поверхностной структурной зоне узкой полосой вдоль Северного острова архипелага Новая Земля.

2. Изолиния 250 мкг/л направлена от п-ова Ямал на запад и северо-запад до Северного острова архипелага Новая Земля. Это среднее положение границы между зоной влияния речного стока и Юго-Западной частью моря и соответствует центральному типу распространения влияния речного стока (Иванов и др., 1984).

3. Изолиния 250 мкг/л от п-ова Ямал направлена на юго-запад до 71° с. ш., далее по 71° с. ш. на запад до 61° ¸ 62° в. д., а затем на север до Новой Земли. В этом случае зона влияния речного стока распространяется в юго-западном направлении больше обычного.

Через проливы Карские Ворота, Югорский Шар и Маточкин Шар осуществляется водообмен этой части Карского моря с Баренцевым и Печорским морями.

О температуре и химических свойствах водных масс в проливе Карские Ворота можно судить по данным трех океанографических станций разреза, который регулярно выполнялся в этом проливе. В разгар гидрологического лета поверхностные водные массы в проливе прогреты до 5,8¸7,5 °С и насыщены кислородом до 100¸102 % (Рис. 9). Наиболее высокая температура характерна для поверхностных водных масс южной части пролива. Можно предположить, что в южной части пролива поверхностные водные массы движутся в Карское море, а в северной части пролива течение направлено в обратную сторону, из Карского моря. Значения щелочно-соленостного коэффициента (660¸700 ед.) и кремния (менее 100 мкг/л) показывают, что речной сток не оказывает влияния на поверхностную структурную зону в проливе.

Поверхностная структурная зона в Юго-Западной части Карского моря в летний период

Поверхностная структурная зона в Юго-Западной части Карского моря летом состоит из поверхностных водных масс, физико-химические свойства которых сформировались под влиянием таяния больших ледяных массивов. Толщина поверхностной структурной зоны в июле-августе обычно не превышает 5 м, и только во время штормов она увеличивается до 10¸15 м. В сентябре, толщина ВКС увеличивается до 10¸15 м.

Поверхностные водные массы насыщены кислородом от 100 до 110 %. Наиболее высокие концентрации кислорода (8,5¸9,9 мл/л) и максимальное насыщение воды кислородом (до 120 % и более) наблюдаются у кромки льда, если ледяные массивы еще не растаяли окончательно к времени съемки. Концентрация кислорода в ВКС обратно пропорциональна температуре воды. Поэтому в южных районах, где вода лучше прогревается, концентрация кислорода меньше. Минимальные значения кислорода в ВКС наблюдаются обычно в Байдарацкой губе (6,3¸7,3 мл/л) и в районах распространения теплых и более соленых поверхностных водных масс из Баренцева и Печорского морей.

Концентрация кремния в поверхностных водных массах Юго-Западной части моря составляет от 50 до 250 мкг/л. В некоторых районах во время цветения диатомовых водорослей содержание кремния в воде составляет всего 20¸50 мкг/л. Нитриты, нитраты и фосфаты практически отсутствуют в ВКС в летний период. Только на небольших участках вдоль побережья Новой Земли иногда наблюдались повышенные концентрации нитратов (5¸20 мкг/л) и фосфатов (10¸15 мкг/л), что, возможно, связано подъемом воды из промежуточной структурной зоны. Прибрежные апвеллинги, создаваемые устойчивым ветром вдоль побережья, иногда приводят к повышению концентрации биогенных элементов у западного побережья п-ова Ямал, но наиболее характерным для этого района является полное отсутствие биогенных элементов в толще воды от поверхности до дна на мелководных участках с глубиной до 10 м, что подтвердили детальные исследования на полигонах у м. Харасавей.

Вертикальная гидрохимическая структура в Юго-Западной части Карского моря в летний период

Юго-Западная часть Карского моря характеризуется сложным рельефом дна. Наряду с мелководными районами, к которым относится Байдарацкая губа и прибрежные участки, прилегающие к п-ову Ямал, в этой части Карского моря существуют глубоководные районы, такие как Новоземельская впадина (глубина до 418 м) и несколько небольших по размеру впадин глубиной более 150 м в центральных районах.

На мелких участках Байдарацкой губы к середине лета толща воды становится однородной по химическим свойствам и содержит в среднем кремния менее 50 мкг/л, нитратов и фосфатов - менее 3 мкг/л. Для этого района характерны низкие значения щелочно-соленостного коэффициента (700¸720 ед.), что свидетельствует о преобладающем влиянии таяния льда на формирование летних водных масс Байдарацкой губы.

Промежуточная структурная зона глубоководных районов Юго-Западной части моря имеет явно выраженное слоистое строение и состоит в летний период из следующих структурных элементов: сезонного пикноклина, главного пикноклина, и набора (ассамблеи) промежуточных водных масс с разными физико-химическими свойствами.

Яркой особенностью сезонного пикноклина является слой максимума концентрации кислорода и максимума насыщения воды кислородом. В промежуточных водных массах, из которых состоит этот слой толщиной 10¸15 м, концентрация кислорода и насыщение воды кислородом выше, чем в поверхностной структурной зоне (Рис. 10). Максимальные значения наблюдаются на глубине 10¸15 м. В этих водных массах биогенные элементы содержатся в очень малых количествах, примерно в таких же, как и в поверхностной структурной зоне. Существование слоя максимума кислорода раньше объясняли тем, что именно на этой глубине летом происходит цветение фитопланктона в арктических морях (Русанов и др., 1979). Гипотеза об оптимальной глубине развития фитопланктона, следствием чего является повышенное продуцирование кислорода, не была подтверждена или опровергнута гидробиологическими наблюдениями, поэтому она имеет право на существование. Однако можно предположить, что образование подповерхностного максимума кислорода обусловлено другими причинами. Конечно, наиболее вероятный источник кислорода - это фотосинтез, и высокие концентрации кислорода в воде - это результат цветения водорослей, которое начинается в поверхностном слое воды до начала интенсивного таяния льда (Ширшов, 1937; Околодков, 1988; 1992). Затем этот перенасыщенный кислородом поверхностный слой перекрывается сверху новым верхним квазиоднородным слоем, распресненным в результате таяния льда. Обогащенные кислородом поверхностные весенние водные массы, таким образом, попадают в промежуточную структурную зону и оказываются изолированными от атмосферы, сохраняя свои физико-химические свойства длительное время, до поздней осени. Очутившиеся в сезонном пикноклине водные массы, перенасыщенные кислородом и бедные биогенными элементами, следует называть промежуточными весенними водными массами. Предложенный механизм образования промежуточных весенних водных масс Карского моря подтверждается многими наблюдениями, выполненными в разных экспедициях в конце июля и в начале августа, в то время, когда в Юго-Западной части еще остаются большие массивы льда. В это время подповерхностный максимум кислорода наблюдается почти повсеместно, исключением являются только мелководные районы моря и районы у кромки дрейфующего льда. У кромки льда максимум концентрации кислорода находится в ВКС, он указывает на очаг формирования весенних водных масс.

Подповерхностный максимум кислорода наблюдается не только в Юго-Западной, но и в Северной части Карского моря, а также в глубоководных районах зоны влияния речного стока, где летний ВКС распреснен не только растаявшим льдом, но и речной водой, которая имеет специфическую коричневую окраску. Солнечная радиация в зоне влияния речного стока проникает на глубину 3¸6 м, уровень 95 % поглощения света в морской воде вблизи устьев Оби и Енисея зафиксирован на глубине 2¸4 м (Churun and Ivanov, 1998). При таких условиях освещения интенсивный фотосинтез в сезонном пикноклине мало вероятен, а подповерхностный максимум кислорода, тем не менее, существует. Это служит дополнительным доказательством предложенного механизма формирования физико-химических свойств промежуточных весенних водных масс.

В главном пикноклине в Юго-Западной части Карского моря происходит резкое увеличение концентрации биогенных элементов и уменьшение концентрации кислорода (Рис. 10-12).

На профилях вертикального распределения температуры и кислорода на промежуточных глубинах, обычно, наблюдаются многочисленные слабо выраженные экстремумы. Слои воды, в которых отмечаются промежуточные максимумы и минимумы температуры и кислорода, очень тонкие, от 10 до 50 м. Экстремумы биогенных элементов, так же как и солености в этой части Карского моря наблюдаются очень редко. Значения этих параметров монотонно увеличиваются с глубиной.

Водные массы, составляющие промежуточную структурную зону в глубоководных районах, имеют отрицательную температуру (-1,1¸- 1,8 °С), что указывает на их зимнее образование. Они хорошо вентилированы, содержание кислорода в них от 6,2 до 8,0 мл/л.

Придонная структурная зона в Юго-Западной части из-за пересеченности рельефа дна состоит из водных масс с различными физико-химическими свойствами. Особый интерес и практическое значение в связи с захоронением отходов представляют свойства водных масс в замкнутых понижениях рельефа дна и в Новоземельской впадине. Исследование этих водных масс поможет найти ответы на вопросы об их возрасте и о промываемости глубоких впадин. В этих районах нередко отмечались низкие значения кислорода (менее 6,0 мл/л) и повышенные концентрации биогенных элементов, что давало основание заключить, что во впадинах происходят застойные явления. Однако недавние исследования, выполненные по многолетним рядам наблюдений, показали, что для придонных горизонтов характерна очень высокая дисперсия значений гидрохимических параметров. Периодически придонные водные массы хорошо вентилируются и быстро заменяются. Причины такой быстрой замены водных масс на больших глубинах пока точно не установлены.

Гидрохимическая структура в Северной части Карского моря в летний период

В Северной части Карского моря расположены глубокие желоба (Святой Анны и Воронина), разделенные сравнительно мелкой Центральной Карской возвышенностью. Эта часть моря находится под преимущественным влиянием водных масс, поступающих из Баренцева моря с запада и из Арктического бассейна с севера. Почти постоянно, и зимой, и летом северные и северо-восточные районы этой части моря покрыты льдом, поэтому информация об их гидрохимической структуре в летний период очень ограничена.

Поверхностная структурная зона в Северной части Карского моря в летний период

Толщина поверхностной структурной зоны летом в Северной части моря составляет от 10 до 50 и более метров. Самый тонкий слой характерен для зоны интенсивного таяния льда, а наибольшая толщина наблюдается в открытых районах и в зонах интенсивного перемешивания, например в районе прибрежного течения у северной оконечности Новой Земли, где относительно теплые воды из Баренцева моря узкой полосой (20¸30 км) вливаются в Карское море.

Содержание кислорода в поверхностных водных массах обычно наблюдается в пределах от 8,2 до 8,8 мл/л. У кромки дрейфующего льда в период цветения планктона часто наблюдаются довольно высокие значения кислорода (более 9,5 мл/л), а самая низкая концентрация характерна для теплых баренцевоморских поверхностных водных масс (менее 7,5 мл/л). Концентрация кремния низкая и находится в пределах от 50 до 250 мкг/л. Только в восточных районах этой части моря, у берегов Северной Земли в отдельные годы отмечались повышенные значения кремния, свидетельствующие о периодическом влиянии речного стока. Содержание фосфатов и нитратов наблюдалось в пределах от 0 до 10 мкг/л и от 0 до 20 мкг/л, соответственно, в зависимости от ледовых и биологических условий. Величины рНВ (8,15¸8,25 ед.) и щелочности (2,2¸2,3 мг-экв/л) в этих районах близки к значениям, наблюдаемым, обычно, в поверхностной структурной зоне прилегающих районов Арктического бассейна.

Вертикальная гидрохимическая структура в Северной части Карского моря в летний период

Комбинации водных масс, составляющих промежуточную структурную зону, и их физико-химические свойства весьма разнообразны на обширной акватории Северной части Карского моря. Они зависят от рельефа дна и от удаленности от источников основных водных масс.

В глубоких желобах Святой Анны и Воронина яркой особенностью вертикальной структуры являются теплые атлантические водные массы, поступающие из Арктического бассейна мощным потоком на глубине от 100 до 400 м (Рис. 13). Эти водные массы, обладающие на северной границе Карского моря высоким насыщением кислородом (90¸94 %), низким содержанием кремния и относительно небольшой концентрацией фосфатов и нитратов, испытывают глубокую трансформацию в желобах (Гурьянова и Мусина, 1960). В желобе Святой Анны они взаимодействуют с баренцевоморскими промежуточными водными массами, которые внедряются в Карское море примерно на тех же глубинах, что и теплые атлантические. Существует несколько видов баренцевоморских водных масс, в зависимости от места и времени их образования и положения в структурных зонах (летние промежуточные, зимние промежуточные, зимние придонные и т. п.). Их физико-химические свойства существенно отличаются, но их объединяет то, что основой для их образования послужили водные массы также атлантического происхождения, прошедшие глубокую трансформацию в Баренцевом море (Rudels et al., 1994). Все эти виды водных масс, несмотря на различия в температуре, солености, содержании кислорода и биогенных элементов, характеризуются низким содержанием кремния, и низким щелочным коэффициентом, типичным для водных масс Атлантики.