Химическая океанография арктических морей России (стр. 4 )

В трансформации промежуточных атлантических водных масс в Северной части Карского моря участвуют зимние промежуточные водные массы, образовавшиеся на обширном мелководье Центральной Карской возвышенности, и распространяющиеся вдоль ее западного склона. Эти водные массы очень холодные, но менее соленые. Содержание кислорода в них довольно высокое (7,0¸7,3 мл/л), отмечаются также повышенные значения биогенных элементов.

В рейсе НИЛ Полярштерн в 1996 г в Северной части Карского моря в промежуточной структурной зоне были обнаружены, так называемые, подприпайные водные массы, которые формируются зимой под припайным льдом вблизи островов (Рис. 14). Они характеризуются низким содержанием кислорода и сравнительно высокими значениями биогенных элементов. Зимой под припаем вертикальное перемешивание в этих районах охватывает всю водную толщу от нижней поверхности льда до дна. В перемешивание вовлекаются минеральные и органические вещества донных осадков и поровых растворов, на окисление которых расходуется кислород. Этим объясняется значительный дефицит кислорода и повышенные значения минеральных биогенных элементов в этих небольших по объему водных массах.

Придонная структурная зона в наиболее глубоких участках желоба Святой Анны состоит из водных масс, образованных в результате взаимодействия теплых атлантических, холодных баренцевоморских и холодных карских водных масс. Содержание кислорода на придонных горизонтах, обычно, наблюдается в пределах от 6,7 до 6,9 мл/л. Концентрация кремния несколько выше, чем в промежуточной структурной зоне и составляет 250¸300 мкг/л. Концентрация фосфатов и нитратов составляет 25¸30 мкг/л и 150¸170 мкг/л, соответственно.

4.2. Море Лаптевых

Гидрохимическая структура моря Лаптевых формируется под влиянием трех основных факторов: речного стока, крайне неравномерного в течение года, ледяного покрова и водообмена с Арктическим бассейном. По интенсивности воздействия этих факторов мелководная южная часть моря Лаптевых может быть разделена на две половины (Юго-Восточную и Северо-Западную), граница между которыми проходит от бухты Марии Прончищевой на полуострове Таймыр примерно по диагонали до границы моря Лаптевых с Восточно-Сибирским морем к северу от острова Котельный (Рис. 15 а). Критерием для проведения этой границы послужило распределение кремния на поверхности моря в летний период. Граница проведена вдоль среднего многолетнего положения изолинии 250 мкг/л. Естественно, что в отдельные годы положение этой границы может существенно меняться.

Гидрохимическая структура в Юго-Восточной части моря Лаптевых в летний период

Юго-Восточная часть моря Лаптевых находится под влиянием материкового стока рек Лена, Хатанга, Анабар, Оленек, Яна и многих других менее крупных рек. Основной сток пресной воды в море поступает с бассейна реки Лена, одной из крупнейших рек мира, по четырем главным протокам в ее обширной дельте: Трофимовской, Быковской, Оленекской и Туматской. Речная вода в летний период выносит миллионы тонн взвешенных и растворенных минеральных и органических веществ, содержит около 2000 мкг кремния в литре, хорошо насыщена кислородом, но фосфатов и нитратов в ней мало даже в зимний период, не говоря уже о летнем. В отличие от устьевых областей рек Оби и Енисея, устьевая область реки Лена относится к совершенно другому типу, так как р. Лена впадает не в губу или залив, а образует дельту. Гидрохимические барьеры, на которых происходит первый контакт пресной и соленой воды, осаждение взвесей, и интенсивное разложение и окисление органических и минеральных веществ, расположены, как правило, на приустьевом взморье, и лишь в редких случаях, при сильных нагонах, морская вода проникает в дельту по основным протокам.

Особенностью ледовых условий этой части моря является существование припая на огромной площади в течение всей зимы. Между припаем и дрейфующим льдом даже в суровые морозы сохраняется заприпайная полынья, протянувшаяся через все море, примерно, вдоль изобаты 25 м (Рис. 16). В летний период длительное время сохраняется большой ледовый массив к северу от Янского залива.

Поверхностная структурная зона в Юго-Восточной части моря Лаптевых в летний период

Поверхностная структурная зона в этой части моря очень тонкая всего 5¸10 м, только сильные шторма способны разрушить плотностную стратификацию и перемешать воду до больших глубин. Однако сразу же после шторма стратификация восстанавливается. Кроме того, шторм летом в море Лаптевых - очень редкое явление. Водные массы, представляющие собой смеси речной и морской воды, а также воды растаявшего морского и речного льда в разных пропорциях, составляют поверхностную структурную зону Юго-Восточной части моря. Они характеризуются высоким содержанием кремния (250¸1500 мкг/л). Максимальные значения кремния наблюдаются в районах впадения наиболее крупных проток реки Лена (Трофимовской и Быковской). Концентрация кремния на поверхности моря убывает в сторону границы с Северо-Западной частью моря в соответствии с увеличением солености морской воды. В целом эта связь близка к линейной, но внимательный анализ данных показал, что в каждом районе моря (например, в губе Буор-Хая, в Янском и Оленекском заливах и др.) существуют свои зависимости между концентрацией кремния и соленостью воды в поверхностной структурной зоне, и эти зависимости, как правило, нелинейные (Pivovarov and Smagin, 1995).

Поверхностные водные массы Юго-Восточной части моря обычно насыщены кислородом до 100 %. Небольшой дефицит кислорода в 3¸5 % характерен для районов, прилегающих к дельте реки Лена (Буйневич и др., 1980). Как и в Карском море, этот дефицит обусловлен повышенным расходом кислорода на окисление органических и минеральных веществ, поступающих в море с речным стоком, а также охлаждением поверхностного слоя воды, в результате которого создается дефицит кислорода. Концентрация кислорода изменяется в очень широких пределах в этой части моря (от 8,0 до 11,0 мл/л), в зависимости от температуры и солености воды. Особенно высокие значения наблюдаются в период цветения фитопланктона и при наличии остатков ледяных массивов, у кромки которых создаются особые условия для развития фитопланктона и насыщения воды кислородом в результате фотосинтеза.

Содержание фосфатов и нитратов в поверхностных водных массах летом очень небольшое (от 0 до 5 мкг/л), что связано с их почти полной утилизацией развивающимися водорослями. Только на гидрохимических барьерах на приустьевом взморье наблюдаются повышенные значения этих параметров (до 10¸20 мкг/л).

Значения рН и щелочности в поверхностной структурной зоне Юго-Восточной части моря значительно ниже, чем в Арктическом бассейне. Минимальные значения характерны для приустьевого взморья. В тоже время отношение щелочности к солености (щелочной коэффициент) на приустьевом взморье имеет максимальные значения и убывает в сторону границы с Арктическим бассейном.

Попытки установить корреляционные связи между гидрохимическими и гидробиологическими параметрами в поверхностной структурной зоне моря Лаптевых пока не принесли положительных результатов (Петряшев и др., 1996).

По совокупности физико-химических и биологических параметров в поверхностной структурной зоне можно выделить множество водных масс - это зависит от задач и от пространственных масштабов исследований, но все эти водные массы следует отнести к одному типу летних поверхностных водных масс зоны влияния речного стока моря Лаптевых. Объемы этих водных масс сравнительно небольшие, а время их «жизни», как правило, не превышает один месяц.

Вертикальная гидрохимическая структура в Юго-Восточной части моря Лаптевых в летний период

В хорошо стратифицированной мелкой части моря Лаптевых основным элементом промежуточной структурной зоны является галоклин. Иногда бывает очень сложно определить строение галоклина и границу между сезонным и главным галоклинами (пикноклинами). Для этих целей кроме температуры и солености часто используют гидрохимические параметры. Во многих районах этой части моря в сезонном галоклине можно выделить водные массы, сформированные из поверхностных водных масс Северо-Западной части моря Лаптевых, которые характеризуются низким содержанием кремния и достаточно хорошо насыщены растворенным кислородом. Эти водные массы обычно распространены во фронтальной зоне между Юго-Восточной и Северо-Западной частями моря, но часто их продвижение можно проследить в подводных долинах даже в губе Буор-Хая и в Янском заливе. Эти водные массы могут быть, как летней, так и зимней модификации. Летняя модификация хорошо выделяется температуре, особенно в конце летнего периода, когда поверхностные водные массы зоны влияния речного стока интенсивно охлаждаются, и в сезонном галоклине отчетливо проявляется максимум температуры (Dmitrenko et al., 1999).

В галоклине фронтальной зоны, а также в районе между о. Столбовым и проливом Санникова часто можно встретить, так называемые весенние водные массы, которые формируются в полынье в весенний период, до начала интенсивного таяния льда и экспансии речного стока. Они обладают низкой отрицательной температурой, почти полным отсутствием биогенных элементов, даже кремния, и очень хорошо насыщены кислородом. На вертикальных профилях кремния им соответствует промежуточный минимум концентрации, а на профилях кислорода - максимум концентрации, хотя и не всегда, потому что это зависит насыщения кислородом поверхностных водных масс.

Промежуточные водные массы, как сформированные в Северо-Западной части моря, так и в районе полыньи, занимают свое положение в водной толще в соответствии со своей плотностью и перемещаются согласно генеральной схеме циркуляции водных масс в море Лаптевых. В подводных долинах они располагаются у западного склона, продвигаясь на юг и юго-восток, что подтверждается распределением кислорода и кремния на разрезах поперек реликтовых долин (Рис. 17 и 18). Навстречу им, примерно на тех же глубинах, продвигаются на север вдоль восточного склона долин водные массы, сформированные в придонной структурной зоне Юго-Восточной части моря Лаптевых. Эти водные массы постепенно поднимаются к поверхности в соответствии со своей плотностью, занимая положение сначала в промежуточной структурной зоне, а затем и в поверхностной, где быстро трансформируются. Они характеризуются большим дефицитом кислорода и высоким содержанием минеральных биогенных элементов (фосфатов, нитратов и кремния). Таким образом, в тонкой промежуточной структурной зоне Юго-Восточной части моря происходит сложное взаимодействие разных водных масс с различными физико-химическими свойствами. В этом взаимодействии кроме перечисленных выше типов водных масс, участвуют: промежуточные водные массы, сформированные в зимний период на обширном мелководье в районе Васильевской и Семеновской банок, зимние водные массы, образовавшиеся в полыньях, а также водные массы, поступающие через проливы из Восточно-Сибирского моря. Все они характеризуются разным набором физико-химических и биологических параметров.

Яркой особенностью придонной структурной зоны Юго-Восточной части моря является наличие, так называемых, «застойных» водных масс, насыщенных кислородом всего на 30¸50 % и с относительно высоким содержанием кремния (750¸1000 мкг/л), фосфатов (40¸50 мкг/л) и нитратов (130¸150 мкг/л). Эти водные массы локализуются в неглубоких понижениях дна в зоне влияния речного стока, в тех районах, где глубокая зимняя конвекция не в состоянии разрушить галоклин за зиму. Поэтому застойные придонные водные массы изолированы от поверхности моря круглый год, а их вентиляция и обновление возможны только в результате адвекции более плотных водных масс из районов полыньи, или из Северо-Западной части моря. Из поверхностной структурной зоны ко дну постоянно направлен поток взвешенных веществ, как местного происхождения, так и принесенных речным стоком, на окисление которого расходуется растворенный кислород в придонной структурной зоне. Естественно, что разные условия формирования застойных придонных водных масс в губе Буор-Хая, в Янском и Оленекском заливах и в центральных районах моря, определяют различие их физико-химических свойств, но все они относятся к типу придонных водных масс зоны влияния речного стока моря Лаптевых. Тиксинскими учеными были выявлены участки в губе Буор-Хая, на которых все запасы растворенного кислорода были израсходованы, и были зафиксированы случаи появления сероводорода, что губительно сказывалось на бентосных организмах (Сидоров и Гуков, 1992).

Как уже отмечалось выше, периодически происходит вентиляция придонных горизонтов Юго-Восточной части моря Лаптевых за счет адвекции водных масс, поступающих с северо-запада. Большую роль в этом играют водные массы, образующиеся в полынье. Следует обратить внимание на то, что застойные водные массы слабо перемешиваются с более свежими водными массами, а вытесняются ими. Перевалив через подводные пороги, водные массы с большим дефицитом кислорода и богатые биогенными элементами устремляются на север в сторону Арктического бассейна. Их следы были обнаружены на материковом склоне, где они тонким слоем внедрялись в поверхностную структурную зону и исчезали, участвуя в формировании физико-химических свойств поверхностных водных масс этих районов Арктического бассейна (Рис. 19).

Гидрохимическая структура в Северо-Западной части моря Лаптевых в летний период

Считается, что Северо-Западная часть не испытывает влияния рек, впадающих в море Лаптевых, и ее гидрохимическая структура формируется под влиянием водных масс, поступающих из Арктического бассейна. Тем не менее, в научной литературе есть сведения, что иногда на эту часть моря распространяется влияние речного стока из Карского моря через пролив Вилькицкого (Русанов и др., 1979; Буйневич и др., 1980). Это вполне возможно, так как прибрежное течение действительно существует, хотя оно и слабо изучено, и приносит водные массы из Карского моря, но в последнее десятилетие признаков речных вод в этих водных массах обнаружено не было.

Эта часть моря Лаптевых существенно глубже Юго-Восточной. Формально в состав моря Лаптевых входят отдельные районы глубоководных котловин Нансена и Амундсена, но гидрохимическая структура этих районов Арктического бассейна в данной работе не будет рассматриваться, так как нас интересует гидрохимическая структура на шельфе. Результаты исследований гидрохимической структуры в Арктическом бассейне изложены в работах (Русанов и др., 1979 и список литературы в этой работе) и Лейфа Андерсона (Anderson, 1995).

Поверхностная структурная зона в Северо-Западной части моря Лаптевых в летний период

Летом поверхностная структурная зона в Северо-Западной части моря толщиной от 10 до 30 м состоит из водных масс, физико-химические свойства которых сформировались в результате таяния льда и опреснения в той или иной степени, либо поверхностных водных масс Арктического бассейна, либо весенних поверхностных водных масс местного формирования (в основном из районов полыньи). Эти поверхностные водные массы похожи по своим характеристикам. Они хорошо насыщены растворенным кислородом (105¸110 %), а у кромки льда насыщение кислородом нередко достигает 120¸125 %. Концентрации кремния, фосфатов и нитратов в этих водных массах очень низкие, часто около нуля. Отмечаются низкие значения щелочного коэффициента, и высокие величины рНВ (8,20¸8,30). По мере удаления от кромки льда эти водные массы достаточно хорошо прогреваются в результате теплообмена с атмосферой и за счет проникающей солнечной радиации.

Вертикальная гидрохимическая структура в Северо-Западной части моря Лаптевых в летний период

В сезонном пикноклине в Северо-Западной части моря Лаптевых на глубине от 20 до 30 м повсеместно распространены, так называемые, весенние промежуточные водные массы, которые характеризуются низкой температурой, очень высоким содержанием кислорода и почти полным отсутствием биогенных элементов (Рис. 20). На вертикальных профилях кислорода этим водным массам соответствует промежуточный максимум и концентрации кислорода, и его процентного насыщения. Насыщение кислородом этих водных масс достигает в отдельных районах 110¸120 %. Наиболее вероятные механизмы образования весенних промежуточных водных масс уже рассматривались при описании гидрохимической структуры Юго-Западной части Карского моря. Эти водные массы формируются в поверхностной структурной зоне в полыньях или под дрейфующим льдом до начала его интенсивного таяния в период цветения фитопланктона, чем и объясняется их высокое насыщение кислородом.

Под весенними водными массами на глубине 30¸60 м залегают зимние промежуточные водные массы с низкой отрицательной температурой (-1,75¸-1,85 °С). На гидрологических разрезах их легко выделить по минимальной температуре воды (Рис. 20). Эти водные массы могут формироваться, как под припаем, так и в полынье, которая растянута зимой на тысячу километров вдоль побережья и может открываться на десятки километров в ширину. Зимние промежуточные водные массы могут образовываться также из поверхностных водных масс Арктического бассейна. Различия в условия формирования водных масс этого типа определяют некоторые различия их физико-химических свойств. Они хорошо вентилированы, насыщение кислородом составляет от 92 до 96 %. Концентрации биогенных элементов в среднем небольшие: кремний - 100¸200 мкг/л, фосфаты - 20¸25 мкг/л, нитраты - 70¸100 мкг/л. Исключением являются зимние промежуточные водных масс, формирование которых происходило под припаем. В них концентрация кремния может быть 300¸500 мкг/л, содержание фосфатов и нитратов, как правило, выше обычного, а насыщение кислородом ниже на 5¸10 %.

На глубине более 80 м сказывается отепляющее влияние атлантических промежуточных водных масс Арктического бассейна. На материковом склоне со 140¸150 м и до глубины 580¸600 м температура воды положительная, причем максимальные значения температуры в последние годы достигали 2,0 °С, а на некотором удалении от материкового склона температура превышала 2,5 °С. Однако гидрохимические условия на материковом склоне Арктического бассейна из-за своей сложности и малой изученности должны быть предметом особого рассмотрения. В данной работе приведены лишь некоторые свойства теплых промежуточных атлантических водных масс в море Лаптевых. Содержание растворенного кислорода в них составляет 7,0¸7,2 мл/л, кремния - 150¸200 мкг/л, фосфатов - 150¸180 мкг/л. Характерные значения рНВ - 8,15¸8,20 ед., а щелочного коэффициента - 680¸700 ед.

Придонная структурная зона в Северо-Западной части моря Лаптевых представлена водными массами с самыми разнообразными физико-химическими свойствами. Как правило, это водные массы зимнего формирования, образовавшиеся либо под припаем, либо в полынье, либо в зоне дрейфующих льдов. В зависимости от глубины, в придонной структурной зоне могут оказаться водные массы галоклина Арктического бассейна и теплые атлантические водные массы. Особенно это заметно в подводных долинах, желобах и на материковом склоне. Все эти водный массы, попав в придонную структурную зону, подвергаются трансформации при взаимодействии с донными осадками и поровыми растворами. Содержание кислорода в них уменьшается, а концентрация биогенных элементов увеличивается.

Интересной особенностью придонной структурной зоны Северо-Западной части моря является низкая отрицательная температура (до -2,1 °С) верхнего слоя донных осадков в некоторых районах. Причем температура верхнего слоя донных осадков по данным летних наблюдений нередко ниже температуры придонных водных масс (Kassens et al., 1994). Эти данные могут быть косвенным подтверждением образования переохлажденных водных масс в этих районах в зимний период. Очень холодные и аномально соленые (более 38 ‰) водные массы были обнаружены только на мелководье на небольших участках моря Лаптевых в конце зимнего периода (Тимохов и Чурун, 1994). Тем не менее, можно предположить, что при определенных условиях такие очень холодные водные массы образуются в больших объемах. Стекая по подводным долинам, они могут оказывать влияние на формирование гидрохимической структуры Северо-Западной части моря Лаптевых.

4.3. Восточно-Сибирское море

Восточно-Сибирское море - самое мелкое из арктических морей. Большую часть года оно покрыто льдом. Даже в летние месяцы только узкая полоса открытой воды образуется вдоль материка. Из-за тяжелых ледовых условий это море плохо изучено.

Влияние речного стока в Восточно-Сибирском море существенно меньше, чем в морях Карском и Лаптевых, но вполне ощутимо, особенно, если учесть потоки водных масс из моря Лаптевых через проливы между Новосибирскими островами.

Одним из важнейших факторов, определяющих гидрохимические условия, является водообмен на протяженной открытой границе с Арктическим бассейном, а также с соседними морями.

По интенсивности воздействия основных внешних и внутренних факторов, а также по распределению гидрохимических параметров на поверхности моря и особенностям вертикальной структуры Восточно-Сибирское море можно условно разделить на две неравные части: южную и северную. Южная часть более мелкая (10¸20 м), подвержена влиянию материкового стока и свободна ото льда в летний период. Обширная северная часть моря круглый год покрыта дрейфующими льдами, глубина плавно увеличивается с юга на север от 20 до 200 м, а затем начинается материковый склон. Дальнейшие исследования позволят провести более детальное районирование Восточно-Сибирского моря.

Поверхностная структурная зона в Восточно-Сибирского моря в летний период

Водные массы поверхностной структурной зоны летом представляют собой смесь морской воды, растаявшего льда и речной воды. В южных районах поверхностная структурная зона очень тонкая, всего 5¸10 м, а в северных районах ее толщина достигает 20¸30 м. Средние значения растворенного кислорода в поверхностных водных массах составляют 7,8¸8,4 мл/л в южной части моря, и 8,5¸9,5 мл/л - в северной части Восточно-Сибирского моря. В южных районах, в зоне влияния речного стока, насыщение воды кислородом обычно 96¸97 %. В северных районах, в зоне влияния Арктического бассейна, под дрейфующими льдами насыщение воды кислородом 100¸105 %. У кромки льда насыщение воды кислородом может достигать 130¸135 %.

Величина рНВ на поверхности в южной части моря составляет 8,00¸8,05 ед., в северной - 8,10¸8,20 ед., а в районе острова Врангеля - до 8,30 ед. В зоне влияния речного стока и в районах, прилегающих к Новосибирским островам щелочной коэффициент более 730 ед., а в восточных районах менее 720 ед. Происходит резкое уменьшение щелочного коэффициента по мере удаления от районов поступления речного стока. Хороший водообмен между северными районами моря и Арктическим бассейном приводит к тому, что средние значения, как абсолютной, так и удельной щелочности в поверхностных водных массах этих объектов сближаются.

Распределение кремния на поверхностности моря в летний период определяется в основном влиянием речного стока, биологической цикличностью развития диатомовых водорослей и водообменом с Арктическим бассейном и соседними морями. Западные районы Восточно-Сибирского моря подвержены влиянию водных масс, поступающих из моря Лаптевых, в которых есть большая доля речных вод с высоким содержанием кремния (Рис. 21). Восточные районы моря подвергаются влиянию водных масс тихоокеанского происхождения из Чукотского моря, которые в зимний период обладают высоким содержанием кремния (1000¸3000 мкг/л), а летом концентрация кремния в них заметно уменьшается (до 250 мкг/л). Биологическая весна в южных районах наступает в июне-июле при появлении больших пространств открытой воды. Весенний максимум в развитии диатомовых водорослей - доминирующего вида, приводит к резкому уменьшению концентрации кремния в поверхностном слое. В связи с тем, что море ото льда очищается постепенно, развитие фитопланктона оказывается растянутым во времени. Наличие плотностной стратификации в течение всего лета в относительно более глубоких районах (глубина более 15 м) препятствует поступлению кремния из ниже лежащих горизонтов, поэтому содержание кремния в основном зависит от интенсивности процессов развития или отмирания фитопланктона. В южной части моря концентрация кремния в водных массах поверхностной структурной зоны от 500 до 1000 мкг/л. В северной части 250¸500 мкг/л.

Поверхностные водные массы южной части моря характеризуются сравнительно небольшими значениями фосфатов 5¸10 мкг/л. К северу их концентрация повышается до 15 мкг/л. У кромки льда нередко наблюдаются нулевые значения фосфатов.

Вертикальная гидрохимическая структура в Восточно-Сибирского моря в летний период

В мелководной южной части моря летом толща воды, как правило, однородна от поверхности до дна. В этом случае промежуточная структурная зона отсутствует, а физико-химические свойства водных масс поверхностной и придонной структурных зон почти одинаковые.

В северной части Восточно-Сибирского моря существует пикноклин, который формируется за счет увеличения солености. Изменение гидрохимических параметров в пикноклине (галоклине) примерно такое же, как в прилегающих районах Арктического бассейна. Концентрация кислорода в нем убывает, а содержание биогенных элементов увеличивается. Самые низкие значения кислорода (5,0¸6,0 мл/л) наблюдаются на глубинах от 75 до 150 м. Промежуточные максимумы кремния (1500 мкг/л и более) и фосфатов (более 50 мкг/л) иногда совпадают по глубине с минимумом кислорода, но, как правило, они расположены на 20¸30 м выше.

В тех случаях, когда глубина моря меньше 75 м минимальные значения кислорода и максимумы биогенных элементов наблюдаются в придонной структурной зоне.

Очень интересный район находится в относительно неглубоком понижении дна (до 40 м) к западу от острова Врангеля (Рис. 22). Придонные водные массы в этом районе характеризуются низкими значениями растворенного кислорода (менее 5,0 мл/л) и высоким содержанием минеральных биогенных элементов. Причины этого локального явления пока точно не установлены.

4.4. Чукотское море

Одним из основных факторов, определяющих гидрохимические условия в Чукотском море, является водообмен с Тихим океаном через Берингов пролив. Ежегодный расход воды на север через пролив примерно в 10 раз превышает суммарный годовой сток всех рек, впадающих в Северный Ледовитый океан. Ширина пролива в самом узком месте около 86 км, а максимальная глубина всего 42 м. Из-за того, что пролив мелкий, в Чукотское море поступают, в основном, водные массы из поверхностной структурной зоны Берингова моря, с характерными для поверхностных водных масс физико-химическими свойствами. При этом поток беринговоморской (тихоокеанской) воды весьма неоднороден. На сравнительно небольшом пространстве Берингова пролива выделяют три - четыре различные по своим свойствам водные массы, движущиеся в северном направлении (Рыжов и др., 1984).

Речной сток в Чукотское море небольшой. Наиболее крупной из рек является Амгуема с годовым стоком всего 8 км3. В последние годы при объяснении особенностей гидрохимического режима Чукотского моря исследователи стали обращать внимание на сток одной из крупнейших рек Аляски - реки Юкон, так как ее влияние распространяется не только на северные районы Берингова моря, но и на Чукотское море.

Важным фактором, определяющим гидрохимическую структуру в северных районах Чукотского моря, является водообмен с Арктическим бассейном и соседними морями: Восточно-Сибирским и Бофорта.

Большое значение имеют гидробиологические процессы при формировании гидрохимических условий, так как Чукотское море характеризуется очень высокой первичной продуктивностью.

Поверхностная структурная зона в Чукотском море в летний период

В июне в Чукотском море начинается интенсивное таяние льда, и появляются пространства открытой воды, на которых развивается фитопланктон. Это приводит к значительному перенасыщению еще холодных поверхностных водных масс кислородом, превышающему 130 %, и потреблению биогенных элементов из морской воды. Особенно высокое насыщение воды кислородом наблюдается вблизи кромки льда, где условия для развития фитопланктона наиболее благоприятные (Визе, 1943). Механизм формирования богатых кислородом водных масс подобен механизму образования весенних водных масс в других морях. Для районов с наибольшей активностью фотосинтеза, которые расположены к северу от м. Сердце-Камень и к востоку от пролива Лонга, характерны максимальные величины рНВ, достигающие 8,50 ед., и максимальное насыщение воды кислородом. На остальной акватории моря насыщение кислородом поверхностных вод составляет 101¸130 %. Минимальное насыщение (101¸105 %) и пониженные значения рНВ (до 8,00 ед.) ежегодно наблюдаются к северо-востоку от м. Ванкарем, что связано, очевидно, с влиянием речного стока р. Амгуема (Русанов и др., 1979).

В июле большая часть Чукотского моря освобождается ото льда. В открытых районах продолжается интенсивный радиационный прогрев. На большей части моря поверхностные водные массы насыщены кислородом до 105 ¸ 110 %. Исключением являются прибрежные районы у м. Лисбурн и острова Врангеля, где наблюдается небольшой дефицит кислорода, образующийся в результате подъема водных масс из промежуточной структурной зоны. Максимальное насыщение (126 %), также как и в июне, отмечается к северо-востоку от м. Сердце-Камень, где расположена фронтальная зона чукотских и беринговоморских поверхностных водных масс, для которой характерна наибольшая активность фотосинтеза (Русанов и др., 1979).

В августе свободные ото льда районы моря хорошо прогреваются. Содержание кислорода в поверхностных водах уменьшается до 6,7¸7,5 мл/л, но сохраняется высокое насыщение воды кислородом (до 110 %). Максимальное содержание кислорода в это время наблюдается в прикромочной полосе, обычно севернее 72 ° с. ш. и в проливе Лонга, потому что в этом районе дольше всего сохраняются ледяные массивы.

В сентябре прогрев воды заканчивается, а в биологической активности фитопланктона наступает спад, что приводит к снижению насыщения поверхностных вод кислородом. На большей части моря насыщение кислородом составляет 100¸102 %, и появляются зоны с небольшим, но устойчивым дефицитом кислорода (97¸98 %). К северу от острова Врангеля и в юго-восточной части моря насыщение кислородом поверхностного слоя уменьшается до 90 %. В беринговоморских водных массах концентрация кислорода уменьшается до 6,7¸7,0 мл/л, а насыщение снижается до 95 %. В северных районах, где продолжается фотосинтез, сохраняются высокие значения кислорода (9,0¸9,5 мл/л).

Среднее распределение насыщения воды кислородом на поверхности Чукотского моря показано на Рис. 23 а.

В течение летнего периода в поверхностной структурной зоне происходит уменьшение концентрации кремния до 250¸500 мкг/л (Рис. 24 а), а фосфатов до 10¸15 мкг/л.

По распределению температуры и гидрохимических параметров в летний период хорошо выделяются в поверхностной структурной зоне беринговоморские водные массы, распространяющиеся на северо-восток вдоль побережья Аляски, и чукотские водные массы, движущиеся на юго-восток вдоль Чукотского полуострова к Берингову проливу. Водные массы противоположно направленных потоков взаимодействуют в Чукотском море, в результате чего образуются новые водные массы в поверхностной структурной зоне. Этим объясняется довольно пестрое и мозаичное распределение гидрохимических параметров в центральных районах моря. Во фронтальной зоне более плотные водные массы из поверхностной структурной зоны опускаются в промежуточную, где они некоторое время, по крайней мере, до начала осенних штормов и интенсивного конвективного перемешивания, сохраняют свойства, которые они приобрели на поверхности моря.

Вертикальная гидрохимическая структура в Чукотском море в летний период

Глубина в Чукотском море небольшая, обычно 30¸40 м, но в центральных районах есть неглубокие впадины до 55 м, которые соединяются долинами и желобами с глубоководными районами Арктического бассейна.

В мелководных районах в летний период промежуточная структурная зона представлена сезонным и главным пикноклинами, которые в свою очередь имеют сложное слоистое строение. В промежуточной структурной зоне можно встретить небольшие линзы воды, или тонкие слои, с самыми различными физико-химическими свойствами, так как их формирование происходило на поверхности моря в разное время. Это могут быть: весенние промежуточные водные массы - холодные, с высоким содержанием кислорода и бедные биогенными элементами; летние промежуточные водные массы, имеющие более высокую температуру; зимние водные массы, образовавшиеся в разных районах моря и поэтому имеющие разные химические свойства, разную плотность, но их общим свойством является низкая отрицательная температура.

Максимум кислорода на глубине 10¸15 м в западных и центральных районах моря, очевидно, соответствует весенним промежуточным водным массам. Эти водные массы почти никогда не наблюдаются в мелководных восточных районах моря, где турбулентное перемешивание в мощном прибрежном течении даже в летний период нередко приводит к выравниванию физико-химических характеристик от поверхности до дна.

В придонной структурной зоне Чукотского залегают и взаимодействуют между собой и с донными осадками зимние водных массы. Они имеют разные физико-химические и биологические свойства, в зависимости от глубины и рельефа дна. Как правило, зимние придонные водные массы Чукотского моря, особенно те, которые занимают котловины и понижения дна и продвигаются по желобам в сторону материкового склона, обладают большим дефицитом кислорода и очень высоким содержанием биогенных элементов. Концентрация кислорода в них 5,0¸6,0 мл/л, а насыщение кислородом 60¸70 % (Рис. 23 б); содержание кремния - от 1500 до 3000 мкг/л (Рис. 24 б), а фосфатов - 70¸100 мкг/л.

Гидрохимическая структура в районе материкового склона в Чукотском море представляет особый интерес, потому что там формируются, так называемые, промежуточные тихоокеанские водные массы Арктического бассейна, которые характеризуются большим дефицитом кислорода, низкими значениями рН, но высокой концентрацией минеральных биогенных элементов. Толщина слоя тихоокеанских вод достигает 100¸125 м, а концентрация кремния в стрежне превышает 1500 мкг/л. Установлено, что слой тихоокеанских вод неоднороден. Существуют летние и зимние тихоокеанские водные массы, отличающиеся, как по температуре, так и по гидрохимическим параметрам (Русанов и др., 1979). Оба вида этих водных масс формируются на шельфе морей Чукотского, Восточно-Сибирского и Бофорта. Несмотря на большое число научных работ, посвященных распространению промежуточных тихоокеанских водных масс и их влиянию на гидрохимический режим Арктического бассейна, единого мнения о механизме их формирования пока нет (Мусина, 1960; Coachman and Barnes, 1961; Никифоров и др., 1966; Беляков и Русанов, 1971; Coachman and Aagaard, 1988 и др.). Считается, что летом поверхностные водные массы Чукотского моря охлаждаются у кромки льда и опускаются до изопикнической поверхности, соответствующей их плотности. Эти водные массы обнаруживаются на глубине 75 м почти на всей акватории Амеразийского суббассейна (Русанов и др., 1979). Аналогичным образом происходит погружение зимних водных масс Чукотского моря, которые отличаются от летних низкой температурой и более высокой соленостью, высоким содержанием кремния, а также дефицитом кислорода, который расходуется на окисление минеральных и органических веществ, как местного происхождения, так и принесенных из Берингова моря.