Характеристика Черного моря как экологического объекта (стр. 2 из 3)

Течения
Наличие поверхностных течений (поверхностной циркуляции вод) в Черном море было установлено еще в 80 - 90-х годах 19 века. Их существование объясняли как влиянием впадающих в море рек, так и действием ветров господствующих направлений. Детальное изучение гидрологии Черного моря было проведено в 20 - 30-х годах прошлого столетия. Согласно исследованиям, на периферии моря имеется струя основного течения, в основном циклонического характера (идущая против часовой стрелки). Ее ширина 30-50 миль и скорость от 30 до 50 см/с. Кроме того, имеются течения, окружающие западную, восточную и центральную области. Эти круговые течения на западе и востоке моря совпадают с основным циклоническим течением. Вследствие циклонической циркуляции наблюдается опускание вод на периферии моря.
Карта Черного моря, демонстрирующая вызванное ветрами циклоническое (против часовой стрелки) основное черноморское течение (ОЧТ, или Rim Current) и несколько антициклонических вихрей, расположенных между ОЧТ и берегом (Sorokin, 2002) .
Проведенные в середине прошлого столетия исследования показали, что во всей глубинной толще Черного моря наблюдается поступательное движение, интенсивность которого в среднем затухает с глубиной.
Приливные явления в Черном море выражены очень слабо и приливные течения незначительны. Определенное значение в перемещении вод имеют внутренние волны. Сгонно-нагонные явления вызываются ветрами; это приводит к колебаниям уровня воды, особенно ярко проявляющимся в прибережных районах Черного моря. Еще в ранний период исследования Черного моря высказывалось предположение о вероятности вертикального перемещения его вод вследствие вытеснения их мраморноводскими водами. Естественно, что скорость такого перемещения вод мала и полное обновление в таком случае могло бы произойти за срок около 2500 лет (Samodurov, Ivanov 1998). На вероятность существования непрерывного подъема глубинных вод в Черном море и на невозможность полной разобщенности между кислородной и сероводородными зонами указывали еще В.А. Водяницкий и Нейманн (В.А. Водяницкий, 1941, Neumann, 1943, цит. по Скопинцеву, 1975).

Гидрохимия Черного моря. История изучения редокс-слоя

Впервые существование сероводородной зоны в Черном море было обнаружено в экспедиции канонерской лодки «Черноморец» в 1890 году Н. И. Андрусовым (1890), который связал ее образование с минерализацией «не вполне разложившихся органических веществ» сернокислыми солями морской воды в условиях, когда Босфор препятствует обмену глубинных вод Черного моря со Средиземным.
Начиная с самых ранних исследований Черного моря в нем выделялся слой сосуществования кислорода и сероводорода (С-слой). Предполагалось, что окисление сероводорода происходило в основном благодаря реакции с кислородом в этом слое (Никитин, 1926 (цит. по Скопинцеву, 1975), Скопинцев, 1975, Безбородов и Еремеев, 1993). Во время экспедиции американского НИС "Кнорр" в 1988 было обнаружено, что концентрации кислорода, измеренные стандартным методом Винклера, значительно завышены (Murray et al., 1989, Codispoti et al., 1991).
Это отсутствие кислорода на границе сероводородных вод было впоследствии подтверждено Тургулом и др. (Tugrul et ah, 1992), Баштюрком и др. (1998), Лукашевым и Якушевым (Lukashev, Yakushev 1999) и Стунжасом (Stunzhas, 2000). В 1990 году с использованием пятилитровых батометров вместо литровых стало возможным значительно увеличить точность измерений растворенного кислорода. Безбородов и Еремеев (1993) показали, что ошибка, связанная с загрязнением реактивов кислородом и поглощение кислорода в процессе отбора проб может достигать 0.15 мл/л (6.6 мкМ), и после этой коррекции С-слой практически исчезает. Броенков и Клайн (Broenkow, Cline, 1969) показали, что концентрации кислорода в реактивах, используемых для фиксации сульфате марганца и щелочном иодате составляют примерно 30% насыщения дистиллированной воды. На основе этой оценки значение поправки на содержание кислорода в реактивах может достигать 2-3 мкМ. Также была добавлена поправка для концентраций восстановителей и окислителей, присутствующих в бескислородном слое (окисленный марганец, тиосульфата, элементная сера, и т.п.), которые могут реагировать с йодом. Типичные значения для поправок являются отрицательными со значениями около 0.01-0.02 мл/л (0.45-0.90 мкМ) в примерно 10-метровом слое с глубины выклинивания сероводорода (возможно в основном из-за окисленного марганца) и как положительная поправка в сероводородной зоне, которая увеличивается с глубиной с примерно 0.01 мл/л до 0.65 мл/л (0.45 - 29.95 мкМ ) в слое примерно 10 метров ниже сероводородной зоны (Yakushev et al., 2005, submitted).
Необходимо упомянуть, что значения кислорода, «измерянные» непосредственно на границе сероводорода обычно меньше чем значения поправок (0-5 мкМ). Исчезновение кислорода выше сероводородной зоны было также подтверждено Стунжасом (2002), кто использовал специально разработанный безмембранный кислородный датчик для исследований редокс-слоя Черного моря.

Структура редокс-слоя

Дно Черного моря от прибоя и до глубины 120-200 метров представляет собой, за небольшим исключением, пологий склон. Это так называемый шельф. Мы все ныряем в самой мелководной части шельфа, где имеются скалы и песок. Глубже на дне шельфа залегает ил.

Шельф обрывается в районе Кавказа сравнительно крутым уступом в 2.5-10 километрах от берега, редко дальше. Нижняя часть уступа погружена на 500 метров. Уступ почти лишен наносов - они скапливаются у его подножия в виде широкого шлейфа – и представляет собой как бы стену, сильно изрезанную подводными каньонами, обычно располагающимися против крупных рек.

Такие уступы наблюдаются не только в Черном море, но и вокруг всех материков и большинства островов. Их глубины незначительно отличаются друг от друга, что дало основание думать о повышении уровня Мирового океана в последнее геологическое время.

Геологи и океанологи связывают это явление с таянием ледника Европы в четвертичном периоде. Объем льда ледника по самым минимальным подсчетам был достаточен, чтобы после таяния повысить уровень океанов на 75-100 метров. Если бы, например, растаял ледниковый покров Антарктиды, уровень океанов повысился бы на 60 метров.

Одновременно с повышением уровня океанов, вероятно, происходило опускание берегов вокруг Черноморской котловины, заполнявшейся ледниковой водой и водой рек. (Вода Черного моря в древние эпохи была в основном опресненной и лишь временами несколько осолонялась.) Продолжение долин рек на дне моря (подводные каньоны) до глубины 500 метров подтверждают это предположение. За уступом, с глубины 500 метров, дно становится пологим и углубляется в сторону моря постепенно. Это абиссальная, т.е. глубоководная область покрыта слоем илов различной древности. На глубине около 2 километров, примерно параллельно кавказскому берегу, под дном Черного моря заканчивается материковый склон – многокилометровая толща гранитной оболочки земной коры. Далее материковый склон переходит в более тонкую базальтовую оболочку, выстилающую дно океанов и потому названную корой океанического типа. Еще в древности мореплаватели, бороздившие воды Черного моря, удивлялись, почему поднятый с больших глубин металлический якорь всегда оказывался покрытым черным налетом. Удивлялись, но объяснить это явление не могли.

В 1890 году глубоководная экспедиция русского гидрографа И. Б. Шлиндера проводила в Черном море промеры и изучение морских глубин. Экспедиция установила, что с глубины 100-200 метров и до самого дна водная толща Черного моря насыщена сероводородом. Стало понятным, почему якоря из металла чернели. Попав в сероводородную среду, они покрывались пленкой сульфида железа. Одно время считали, что Черное море в этом отношении является единственным. Но теперь сероводородное заражение установлено в котловинах Каспийского моря и в восточной части Аравийского – близ восточной оконечности одноименного с ним полуострова. Ряд ученых предполагают, что сероводородное заражение глубоких котловин морских бассейнов в прошлые геологические эпохи было более широко распространено. Глубина верхней границы сероводородного заражения Черного моря неравномерна. В срединной части моря она составляет 80-100 метров, у берегов Кавказа- 200, Крыма- 150 метров. Таким образом, поверхность этого раздела имеет выпуклую форму. Вниз же сероводород насыщает воду до самой большой глубины, т.е. 2245 метров.

Сероводородная зона Черного моря необитаема. В такой, лишенной кислорода, воде не могут жить организмы, кроме некоторых бактерий. Жизнедеятельность этих бактерий основана на усвоении неорганических соединений серы, железа и других элементов, поэтому их именуют серобактериями, железобактериями и так далее – в зависимости от того, чем они питаются.

Толща воды Черного моря подразделяется на три слоя: верхний, средний и нижний - сероводородный. Верхний слой до глубины 40-60 метров, подвержен сезонным колебаниям температуры у поверхности: от 7 градусов Цельсия зимой до 24 летом, а у берегов Кавказа до 29-30 градусов. С глубиной колебания температуры воды уменьшаются. На глубине 40 метров температура меняется от 8 градусов зимой до 11 летом. Этот слой воды имеет более низкую соленость, чем лежащий ниже.