Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Диатомовые танатоценозы-индикаторы природных компонентов и комплексов Азовского моря

ВАК РФ 11.00.01, Физическая география, геофизика и геохимия ландшафтов

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата географических наук, Кутилин, Владимир Стефанович, Ростов-на-Дону

Ростовский государственный университет

На правах рукописи

Кутилин Владимир Стефанович

ДИАТОМОВЫЕ ТАНАТОЦЕНОЗЫ - ИНДИКАТОРЫ ПРИРОДНЫХ КОМПОНЕНТОВ И КОМПЛЕКСОВ АЗОВСКОГО МОРЯ

11.00.01 - физическая география, геофизика и геохимия

ландшафтов

диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель доктор геолого - минералогических наук профессор Ю.П. Хрусталёв

Ростов-на-Дону 1998

Содержание

СОДЕРЖАНИЕ 2

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ПРИРОДНЫЕ ОСОБЕННОСТИ АЗОВСКОЕО МОРЯ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ФОРМИРОВАНИЕ ДИАТОМОВЫХ ТАНАТОЦЕНОЗОВ. 9

IЛ. Морфология впадины. 9

1.2.Основные черты тектонического строения и особенности

современного осадконакопления. 11

1.3. Основные черты гидрометеорологического режима 17

1.4. Еидрохимические особенности 21

2. ДИАТОМОВЫЕ ФИТОПЛАНКТОНА 30

2.1. Диатомовые - основной тип водорослей фитопланктона 30

2.2. Состав диатомовых. 31

2.3. Сезонные и пространственные изменения

состава диатомовых. 36

3. СОСТАВ И ЭКОЛОЕИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ДИАТОМОВЫХ ТАНАТОЦЕНОЗОВ 40

3.1. Методические и теоретические аспекты исследований 40

3.2. Состав и экологические особенности. 45

3.3. Количественные показатели состояния диатомовых танатоце-

нозов. 52

3.4. Условия формирования танатоценозов. 57

4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДИАТОМОВЫХ ТАНАТОЦЕНОЗОВ 64

4.1. Доминирующие и широкораспространенные виды 64

4.2. Основные экологические группы 74

4.3. Изменения концентрации и целостности остатков. 92

5. ДИАТОМОВЫЕ ТАНАТОЦЕНОЗЫ - ИНДИКАТОРЫ ПРИРОДНЫХ КОМПОНЕНТОВ И КОМПЛЕКСОВ 103

5.1. Природные компоненты. 104

5.2. Комплексы доминант диатомовых танатоценозов 111 5.3 Физико-географическое районирование 124

ВЫВОДЫ 137

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 141

Введение

Диатомовые водоросли играют ведущую роль в фитопланктоне Мирового океана, внутриконтинентальных водоемов, имеют широкий экологический диапазон обитания, чутко реагируют на природные особенности водоёмов и могут служить универсальным индикатором их экологических условий. Это позволяет использовать диатомовый анализ для решения не только стратиграфический, палеогеографических, но и географических задач. Остатки отмерших диатомовых растворяются, а часть их поступает в донные осадки, образуя танатоценозы. Состав и состояние последних зависит от всего комплекса природных компонентов среды их формирования.

Объект исследования Азовское море - небольшой по площади солоноватый внутриконтинентальный водоем с богатой органической жизнью, что благоприятствует формированию танатоценозов. Однако, мелковод-ность, активная динамика водной толщи, приводящая к взмучиванию поверхностного слоя донных осадков на большей части его акватории, относительно высокая температура воды в летнее время и интенсивное осадко-накопление осложняют захоронение остатков диатомовых в донные осадки. Зарегулирование речного стока и загрязнение вод привели к ухудшению состояния экосистемы водоёма и существенному снижению его биопродуктивности.

Проблема рационального использования природных ресурсов Азовского моря вызывает необходимость его комплексного изучения. При этом важное значение имеет исследование диатомовых танатоценозов.

Цель работы - выявить возможность использования диатомовых танатоценозов как индикаторов природных компонентов и комплексов Азовского моря. В связи с этим поставлены задачи:

1. Изучить качественный и количественный состав, экологические особенности и состояние диатомовых танатоценозов, их пространственные изменения по акватории.

2. Исследовать захороняемость остатков диатомовых и механизм формирования их танатоценозов.

3. Выявить возможность использования диатомовых танатоценозов как индикаторов природных компонентов.

4. Выделить и изучить комплексы доминант диатомовых танатоценозов, их группировки и пространственное распределение:

5. по пространственным изменениям качественных и количественных характеристик диатомовых танатоценозов провести физико-географическое районирование моря.

Материалы и методы. В основу диссертации положены результаты исследований образцов донных осадков, отобранных с помощью дночерпа-теля "Океан - 50" на 78 станциях, равномерно распределяющихся по всей акватории Азовского моря, в экспедиционных рейсах Азовского НИИ рыбного хозяйства МРХ РФ..

Обработка образцов, изготовление препаратов, видовые определения диатомовых проведены автором в лаборатории Общего землеведения и палеогеографии кафедры физической географии, экологии и охраны природы РГУ. Дополнительно проведены исследования гранулометрического состава донных отложений, определение содержания аморфного кремнезема, карбоната кальция, выполненных в центральной лаборатории Южгеологии по тем же образцам, по которым проводился диатомовый анализ. В работе проанализированы материалы по формированию, составу, экологии и обитанию диатомовой флоры, рассмотрены пространственные и сезонные изменения её состава и биомассы. .

Методика диатомового анализа освоена автором в лаборатории палеогеографии и биостратиграфии ИО АН РФ под руководством доктора географических наук А.П.Жузе.

Лычный вклад автора. Отбор, обработка образцов, изготовление препаратов, видовые определения диатомовых, систематизация, обобщение и анализ результатов выполнены автором.

Несмотря на хорошую изученность уникальных природных особенностей Азовского моря, сведения о его диатомовых танатоценозах в литературе практически отсутствовали до 70-х годов. В настоящее время они ограничиваются лишь статьями автора (Кутилин, 1971а, 19716, 1972а, 19726, 1973, 1974а, 19746, 1981, 1982, 1983, 1984, 1985, 1986, 1988, 1993, 1996).

Научная новизна:

1. Разработана методика диатомового анализа для водоемов с редкой концентрацией с средней целостностью створок в донных осадках.

2. Впервые изучен качественный и количественный состав, состояние и экологические особенности диатомовых танатоценозов, их пространственные изменения по водоёму.

3. Предложены количественные характеристики состояния диатомовых танатоценозов (концентрация, целостность, раздробленность, сохранность остатков), формулы для их подсчета и единая пятиступенчатая классификации.

4. Исследованы захороняемость остатков диатомовых и механизм формирования их танатоценозов.

5. Пространственные изменения состава и характеристик диатомовых танатоценозов использованы как индикаторы природных компонентов моря - глубины, лито логического состава осадков, динамики водной толщи, температуры, солености воды, рН.

6. Выявлены комплексы доминант танатоценозов, их группировки и пространственное распределение.

7. По изменениям состава и состояния диатомовых танатоценозов проведено комплексное физико-географическое районирование.

Практическая значимость.

1. Разработанная методика исследований диатомовых танатоценозов с низкой концентрацией остатков и неблагоприятным их состоянием может быть использована в других внутриконтинентальных водоёмах.

2. Выявленные закономерности распределения основных видов и групп, их концентрации в водоёме позволяют повысить достоверность палеогеографических реконструкций и надёжность стратиграфии донных осадков.

3. Особенности динамики аутигенного кремнезёма могут использо-4 ваться при изучении любого биогенного компонента в других внутрикон-тинентальных водоёмах.

4. Выделенные комплексы доминант и их совокупности отражают субаквальные природные комплексы и могут служить основой для разработки их таксонов.

5. Составленная схема физико-географического районирования позволяет существенно сократить количество станций, объем затрат на экспедиционные и аналитические работы при минимальном ущербе для достоверности исследований, проводимых в акватории моря для различных научных и хозяйственных целей.

Основные защищаемые положения:

1. Состав диатомовой флоры, гидрологические, гидрохимические, гидробиологические условия и особенности осадконакопления в Азовском море неблагоприятны для формирования танатоценозов.

2. Качественные и количественные характеристики диатомовых танатоценозов даже при неблагоприятном их состоянии служат надёжным индикатором природных компонентов и субаквальных комплексов водоёма

3. Изменение состава и количественных показателей диатомовых танатоценозов послужили основой для физико-географического районирования.

Апробация работы. Основные положения и важнейшие результаты диссертации изложены в публикациях соискателя, а также докладывались и обсуждались на семинаре по микропалеонтологии морских донных отложений (Москва, 1971), 1 научной конференции молодых ученых и специалистов геолого-географического факультета РГУ "Проблемы геологии и

рационального использования природных ресурсов" (Ростов-на-Дону, 1979), научных сессиях Ростовского государственного университета (Ростов-на-Дону: 1979, 1982, 1983, 1989), Всесоюзном совещании по оптимизации окружающей среды (Москва, 1981), Всесоюзном совещании "Геохимия ландшафтов при поисках месторождений полезных ископаемых' и охране окружающей среды" (Геленджик, 1982), Всесоюзном совещании "Биоседиментация в морях и океанах" (Теберда, 1983), Первой межреспубликанской конференции по комплексному изучению, использованию и охране природных богатств бассейнов Черного и Азовского морей (Ростов-на-Дону, 1982), YIII Всесоюзном съезде ГО СССР (Киев, 1985), Всесоюзном совещании "Оптимизация, прогноз и охрана природной среды" (Москва, 1986), заседании Ученого совета АзНИИРХ (Ростов-на-Дону, 1987), Ученом совете Геологического института АН УССР (Киев, 1989), Ученом совете НИИ биологии РГУ (Ростов-на-Дону, 1995).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы. Общий объем работы 150 страниц, включает 37 рисунков и 15 таблиц. Список литературы содержит 106 названий.

I. Природные особенности Азовского моря, влияющие на формирование диатомовых танатоценозов.

1.1. Морфология водоёма.

Азовское море расположено на юге Европейской части России между 45°17 - 47°17 с.ш. и 34°49 - 39°18 в.д. и принадлежит бассейну Черного моря, с которым соединяется неглубоким Керченским проливом. Наибольшая длина моря от Арабатской стрелки до устья Дона составляет 360 км, а наибольшая ширина от Темрюка до Белосарайской косы - 175 км. Его площадь без Сиваша и лиманов равна 36820 км2, из которых 5238 км2 (14%) приходится на Таганрогский залив (Альтман и др., 1972). Площадь водосбора бассейна Азовского моря равна 586000 км2. Основными водными артериями являются Дон и Кубань.

Наибольшая глубина Азовского моря не превышает 14 м, средняя составляет 8,8 м. Таганрогский залив отличается еще большей мелководно-стью. Его глубина изменяется от 1 м у устья Дона до 9 м у выхода в море, а средняя составляет 4,7 м. Объем Азовского моря равен 324,3 км3, из которых 24,6 км3 (7,6%) приходится на Таганрогский залив. Область наибольших глубин расположена в центре водоёма, а изобата 5 м проходит примерно в 2 км от берега, удаляясь от него у Арабатской стрелки, по мере приближения к Таганрогскому заливу и в самом заливе у устья Дона. Наиболее мелководны западная, северная и северо-восточная части моря.

По морфологическим признакам Азовское море представляет мелководный водоем с невысокими береговыми склонами. Рельеф дна характеризуется выровненностью и незначительным уклоном поверхности.

На дне моря выделены прибрежные абразионно-аккумулятивные равнины, аккумулятивно-абразионные равнины и аккумулятивные равнины центральной части моря (Мамыкина, 1977).Прибрежные абразионно-аккумулятивные равнины на глубинах 0-6 м характеризуются широким развитием абразионных террас, бенчей, выработанных в лессовидных су г-

линках и глинах. Особенностью прибрежных равнин является чередование районов размыва и аккумуляции. Средний уклон абразионной части равен 0,003-0,007, аккумулятивной - 0,001-0,005. Наибольшей ширины эти равнины достигают в восточной части моря (Ейский полуостров - Ахтарское побережье). Преобладающий современный процесс в береговой зоне - абразия дна.

Аккумулятивно-абразионные равнины распространены на глубине 610 м. Гидродинамически это зона транзита материала в связи с сильным воздействием на дно ветро-волновых течений. Основной рельефообразую-щий процесс - аккумуляция биогенного и терригенного материала.

Аккумулятивные равнины центральной части моря с глубинами свыше 10 м занимают около 45% акватории, уклоны менее 0,0001. Гидродинамически это наименее активный район. Основным современным процессом является аккумуляция материала со скоростью до 5 мм/год.

Берега Азовского моря сложены четвертичными суглинками, часто обрываются уступами высотой до 55 м к узкой прибрежной полосе, образованной морскими песчано-ракушечными наносами. Вдоль западного берега на 110 км вытянулся песчано-ракушечный бар - Арабатская стрелка. Ее ширина изменяется от 270 м в южной и средней частях до 7 м в северной, где встречаются небольшие останцы лессовидных пород.

Характерной особенностью северного побережья являются наличие кос азовского типа (Федотова, Обиточная, Бердянская, Белосарайская и др.), расположенных параллельно друг другу и под углом 45° к береговой линии. Длина их уменьшается с юго-запада на северо-восток от 45 до 3 км.Восточный берег Таганрогского залива представляет обширную аллювиальную низменность, образованную дельтой Дона, сложенную песчаным материалом. На юге Таганрогского залива и восточном берегу моря косы отделяют лиманы от залива и моря (Ейская и Глафировская - Ейский в заливе, Ясеновская - Бейсугский, Ачуевская - Ахтарский в море). Косы восточного побережья сложены ракушей и песком. Юго-восточный берег моря

от Ахтарского до Ахтанизовского лиманов образован песчаным баром, за которым расположена широкая (до 15-30 км) низменная дельта Кубани.

На юге море омывает Керченский и Таманский полуострова. Керченский берег, сложенный неогеновыми и четвертичными отложениями различной устойчивости к абразии, возвышен и сильно расчленен. Прочные сарматские известняки образуют мысы (Казантип, Зюк и др.), а берега бухт между ними сложены песчано-глинистыми осадками неогенового возраста. Берег Таманского полуострова более однообразен. Здесь песчано-глинистые породы неогена содержат лишь отдельные включения известняков, образующих возвышенности мысов - Ахиллеон и Пекла.

По морфологии и динамике выделяют три основных генетических типа берегов Азовского моря: абразионный, абразионно-оползневой и аккумулятивный (Мамыкина, 1960, 1961, Мамыкина, Хрусталев, 1980).

1.2. Основные черты тектонического строения,

особенности современного осадконакопления.

Акватория Азовского моря расположена в тектонически активной зоне сочленения докембрийской Русской платформы с эпигерцинской Скифской плитой. Основной характерной чертой региона является блоковое строение фундамента (Шнюков, 1974).

На акватории Азовского моря выделяются следующие крупные геоструктуры: южный склон Украинского щита, Северо - Азовский прогиб, азовский вал и Индоло-Кубанский прогиб.

Южный склон Украинского щита расположен в пределах Русской платформы. Здесь платформенный режим установился еще в позднепроте-розойское время. Породы кристаллического фундамента образуют пологую моноклиналь, ступенчато погружающуюся в южном направлении. В цен-

тральной части региона докембрийский фундамент приподнят, и образует Приазовский кристаллический массив.

Восточная часть Таганрогского залива расположена на Ростовском выступе Русской платформы, сложенном кристаллическими комплексами архея-протерозоя и погруженном под толщу осадков нижнего и верхнего мела.

Северо-Азовский прогиб простирается узкой полосой в северной части моря. Здесь находятся многочисленные антиклинальные структуры широтного простирания, погруженные под толщу средне-верхнекайнозойских отложений.

Азовский вал занимает всю центральную часть Азовского моря. Осадочная толща на этом поднятии представлена породами мела, палеогена, неогена, антропогена. Ее мощность в наиболее приподнятой части 1-2 км.

Индоло-Кубанский прогиб представляет крупную тектоническую депрессию, сформировавшуюся в олигоцен-неогеновое время. В пределах Скифской плиты он наложен на структуры более раннего возраста. По степени дислоцированности пород в прогибе выделяется Керченско-Таманская область диапировой складчатости, включающая полосу шириной около 10 км на юге Азовского моря и Притаманскую часть Черного моря.. Ось Индоло-Кубанского прогиба проходит по северному краю Керченского полуострова. Кристаллический фундамент здесь погружен на глубину 10-12 км.

Решающая роль в тектонике Азовского моря принадлежит глубинным разломам, которые определили строение крупных геоструктур, а также форму, размеры и простирание структур второго и трет�