1.1.3 Гидрологическая структура и водные массы
В Северном Каспии действуют два основные вида течений: стоковые и ветровые. Постоянно действующие по направлению стоковые течения заметны до районов с глубинами 6-8 м лишь в период устойчивого штиля. В западной части моря стоковый поток имеет генеральное направление на юг, в восточной части - на юго-восток. Средние скорости его составляют 2-5 см/с и действуют только в поверхностном слое толщиной не более 3-4 м.
При слабых неустойчивых (во времени по скорости и направлению) ветрах течение обычно несильное (не более 5-8 см/с), неустойчивое и практически может иметь любое направление. Сток реки Волги в северной части моря делится на две ветви. Меньшая идет вдоль северного берега на восток, сливается с водами реки Урал и образует замкнутый круговорот; большая проходит вдоль западного побережья на юг, севернее Апшеронского полуострова, пересекая моря, уходит к восточным берегам и вливается в воды, движущиеся на север. Таким образом, в Северном Каспии формируются воды, движущиеся против часовой стрелки (Иванов В.П., Сокольский А.Ф., 2000).
Важнейшей гидрологической характеристикой Северного Каспия является соленость воды, отличающая широким размахом пространственно-временной изменчивости. Это обусловлено тем, что поверхностный сток формируется тремя реками - Волгой, Уралом и Тереком. Главную роль в водном питании (а также в поступлении биогенных и органических веществ) играет р. Волга. Влияние Урала и Терека носит локальный характер.
Северному Каспию свойственна высокая неоднородность морской среды, обусловленная взаимодействием речных и морских вод. Наиболее резкое изменение солености происходит в результате опреснения волжскими водами (Архипова и др., 1972). В пределах северо-каспийской водной массы выделено несколько типов вод (Косарев, 1975): опресненные соленостью менее 6-7%о; промежуточные или смешения соленостью 7-9‰; солоноватые соленостью 9-11 ‰. Однако границы между ними не имеют четкой локализации в пространстве (КатунинД.Н., ХрипуновИ.В., ПоляниноваА.К., 1998). Это связано с тем, что на распределение солености влияет условия, которым свойственна высокая степень изменчивости: речной сток, размах межгодовых колебаний которого равен его среднемноголетнему значению; динамика вод, особенно, водообмен между восточной и западной частями Северного Каспия, а также между ним и Средним Каспием; испарение, формирующее отрицательный пресный баланс в восточной части моря и т.д. (Каспийское море: гидрология и гидрохимия, 1986). С учетом этих обстоятельств Д.Н. Катуниным было выделено в Северном Каспии три зоны (КатунинД.Н., ХрипуновИ.В., ПоляниноваА.К.,1998):
- зона, где происходит устойчивая адвекция речных вод;
- зона, где воздействие речного стока велико, максимум опреснения в июне - августе;
- зона, где влияние речных вод нивелируется воздействием ветровых течений.
Годовой максимум солености в западной части Северного Каспия имеет два максимума (зимний и летний) и два минимума (летний и осенний). Повышение солености в зимние месяцы связано с уменьшением расходов воды в зимнюю межень. Летний максимум, который, как правило, наблюдается в августе, обусловлен уменьшением водности в летнюю межень, усилением компенсационного подтока вод из Среднего Каспия и увеличением испарения. Минимум годового хода солености в июне-июле объясняется прохождением максимальных расходов р. Волги. Второй минимум солености (осенний) вызывается преобладанием в это время северо-западных сгонных ветров (Каспий, 1986).
каспий акватория загрязнение
1.1.4 Химический состав и степень загрязнения морской воды
Химический состав морской воды Северного Каспия отличается непостоянством как в пространстве, так и во времени и определяется, поступлением громадного количества растворенных и взвешенных веществ (минеральных и органических) с речным стоком, а также процессами их трансформации в зоне смешения речных и морских вод. Волга является также существенным источником загрязнения каспийских вод. Основной вклад в загрязнение вносит транзитный сток, формирующийся в верхнем и среднем течении реки.
Для обитателей моря особое значение имеют химические элементы, входящие в состав «живого вещества» (кислород, углерод, азот, фосфор, кремния), минеральные и органические соединения которых присутствуют в воде в растворенном и взвешенном виде. Процессы обмена этими элементами между водой и «живым веществом» в Северном Каспии протекают интенсивно. Из морской воды обитатели моря потребляют растворенные вещества, необходимые для роста и развития, в нее в конечном счете в растворенном виде возвращаются продукты их жизнедеятельности.
В силу вышеизложенного гидрохимические параметры, характеризующие обменные процессы между водой и «живым веществом», например, содержание и отношение азота, фосфора и кремния (Сапожников В.В. и др., 2001) или разность между растворимостью и содержанием кислорода в воде (Бутаев А.М. и др., 1999) могут использоваться в качестве показателей функционального состояния биологических сообществ, биологической продуктивности морских вод (Курапов А.А., Еремеева С.В., Мельников С.А., 1999).
Распределение кислорода в Северном Каспии неравномерно, но в среднем его содержание несколько превышает 90% насыщения. Причем максимальный уровень кислорода отмечается зимой. Благодаря повышению плотности вод Северного Каспия происходит интенсивное перемешивание вод, в результате чего улучшается вентиляция глубинных слоев и происходит насыщение их кислородом (Салманов М.А., 1999).
Особенностью распределения кислорода в Северном Каспии в летнее время является формирование площадей с его дефицитом (гипоксия) в придонном слое западной части Северного Каспия в пограничном районе со Средним Каспием (Каспийское море, 1986). С возросшим в 1990-е годы поступлением органического вещества из дельты Волги в Северный Каспий связывается ежегодное возникновение летом обширных зон гипоксии (Бухарицин П.П., 1996). В настоящее время можно говорить о начальной стадии эвтрофикации вод западной части Северного Каспия, где зоны с недостатком кислорода составляют до 50% площади акватории (Иванов В.П., Сокольский А.Ф., 2000).
Важным фактором, влияющим на формирование химического состава вод Северного Каспия, являются течения. Перенос вещества в Северном Каспии существенно связан с протекающими в нем биологическими процессами. Во-первых, течения переносят основную массу гидробионтов. Во-вторых, в зависимости от направления течений, могут по-разному перераспределяться биогенные вещества и продукты жизнедеятельности водных организмов. В-третьих, течения обуславливают распространение загрязняющих веществ, попадающих в Северный Каспий и другие районы моря со стоками рек. Наконец, в-четвертых, с изменением направления течений могут меняться физико-химические условия обитания водных организмов, в первую очередь соленость воды, а так же температура и кислородный режим (Иванов В.П., Сокольский А.Ф., 2000).
Фоновые уровни содержания нефтяных углеводородов в морской воде изменяются в очень широких пределах в зависимости от многих природных и техногенных факторов. Максимальные концентрации тяготеют к прибрежным и внутренним морским водам, зонам интенсивного судоходства и иной хозяйственной деятельности (Попова Н.В., Андреев В.В., 2003), а также к районам выхода (просачивания) углеводородов из месторождений на шельфе (Патин С.А., 2001). С развитием нефтяного промысла увеличилось загрязнение Каспия нефтью и нефтепродуктами.
До конца 1960-х годов отсутствовал запрет на сброс нефтепродуктов море. Нефть попадала в море из переполненных нефтехранилищ, созданных на искусственных островах, негерметичных трубопроводов, проложенных по дну моря от эстакад, при ее перевозке и перегрузке на берег танкерами. Вообще, морской флот, в том числе танкерный стал в шестидесятые годы основным источником нефтяного загрязнения Каспия. Так, с балластными и подсланевыми водами в 1969 г. в море было сброшено 54 тыс. т нефти (Салманов М.А., 1999). В связи с этим следует отметить, что транспортировка нефти, будучи обязательным атрибутом нефтегазодобывающей деятельности на шельфе Мирового океана, одновременно является одним из основных источников его нефтяного загрязнения (Герлах С.А., 1985), причем наиболее крупные аварийные разливы нефти связаны именно с ее перевозкой, а не с добычей или переработкой.
Благодаря запрету на сброс балластных и неочищенных сточных вод уровень нефтяного загрязнения Каспия начал уменьшаться. В этих условиях основным источником поступления нефтепродуктов в: Каспийское море, так же как в Мировой океан (Герлах С.А., 1985) и другие моря России (Шапоренко С.И., 1997), стал поверхностный сток. Так, в вершине дельты Волги в период с 1977 по 1993 гг. годовой сток нефтяных углеводородов в среднем составил 71,6 тыс. т.
Сравнительная оценка результатов исследований 2002 и 2003 гг. выявила снижение степеней превышения ПДК для ртути и фенолов и увеличение их для БПК5, нефтяных углеводородов (НУ) и хлорорганических соединений (ХОС). Уровни содержания железа не изменились.
Рассчитанный по результатам исследований 2002-2003 гг. коэффициент комплексности загрязненности водного объекта для акватории Северного Каспия составил 17%, что указывает на участие антропогенной составляющей в формировании химического состава поверхностных вод района наблюдений. При этом под коэффициентом комплексности загрязнения понимается отношение числа загрязняющих веществ, содержание которых превышает функционирующие в стране нормативы, к общему числу нормируемых ингредиентов, определенных программой исследования.