Формирование взвешенного осадочного вещества в поверхностных водах Атлантического океана

Клювиткин, Алексей Андреевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Формирование взвешенного осадочного вещества в поверхностных водах Атлантического океана
ВАК РФ 25.00.28, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Формирование взвешенного осадочного вещества в поверхностных водах Атлантического океана"

На правах рукописи

КЛЮВИТКИН Алексей Андреевич

ФОРМИРОВАНИЕ ВЗВЕШЕННОГО ОСАДОЧНОГО ВЕЩЕСТВА В ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДАХ АТЛАНТИЧЕСКОГО ОКЕАНА

Специальность 25.00.28 - «океанология»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогичес

Москва-2009

003471754

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте океанологии им. П.П. Ширшова РАН

Научный руководитель:

Лисицын Александр Петрович, доктор геолого-минералогических наук, академик РАН Официальные оппоненты:

Мурдмаа Ивар Оскарович, доктор геолого-минералогических наук, профессор, главный научный сотрудник Лаборатории геодинамики и палеоокеанологии Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН, г. Москва Сапожников Виктор Вольфович, доктор географических наук, профессор, заведующий Лабораторией морской экологии Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии, г. Москва Ведущая организация:

Геологический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова

Защита состоится « 26 » мая 2009 г. в 14:00 на заседании диссертационного совета Д 002.239.03 при Учреждении Российской академии наук Институте океанологии им. П.П. Ширшова РАН по адресу: 117997, г. Москва, Нахимовский проспект, д. 36, Большой конференц-зал. Электронный адрес: tkhusid@mail.ru, факс (499) 124-59-83.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН.

Автореферат разослан « 14 » апреля 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат биологических наук

Т.А. Хусид

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Среди новых направлений океанологии, развившихся за последние десятилетия, изучению водной взвеси принадлежит особая роль. Водная взвесь — это частицы, которые находятся в воде во взвешенном состоянии. Рассеянное осадочное вещество, взвешенное в многокилометровой толще вод океанов, является тем материалом, из которого, в конечном счете, образуются донные осадки и осадочные породы [Лисицын, 1978,2008].

Поверхностный слой океана - это зона мобилизации взвешенного осадочного материала. Именно отсюда, из верхнего деятельного слоя, начинается поток осадочного вещества сквозь толщу воды на дно [Лисицын, 1986; Wefer, 1989]. Водная взвесь в поверхностном слое океана формируется за счет континентальных и океанических источников, а также эндогенного (вулканогенного) и антропогенного вещества. Океаническим источником взвеси является биогенное вещество, формирующееся за счет первичной продукции. В поверхностном слое океана организмы фитопланктона производят гигантскую работу по превращению растворенных форм осадочного вещества и большой группы биофильных элементов в биогенную взвесь. Континентальное вещество попадает в океан в основном с речным стоком и через атмосферу, а также в ходе абразии берегов. В ледовых зонах большое значение приобретает ледовый разнос осадочного вещества. Материал, выносимый реками, осаждается преимущественно (93%) в прибрежной зоне - зоне маргинального фильтра [Лисицын, 19946]. И, как следствие этого, основными источниками терригенного материала в открытом океане являются атмосферные аэрозоли, а в ледовых зонах высоких широт -ледовый разнос [Лисицын, 1978, 1981, 1994а,б; Angel, 1989; Bishop, 1989; Wefer, 1989].

Атмосферные аэрозоли представлены совокупностью мельчайших частиц или жидких капелек, взвешенных в газовой фазе [Бримблкумб, 1988; Brimblecombe, 1996]. Изучение взвешенного материала как в водной толще, так и в атмосфере необходимо для понимания процессов осадконакопления, а также для оценки экологического состояния акватории, т.к. водная и воздушная взвесь часто являются главными носителями загрязнений в море [Айбулатов и др., 1999].

В последние годы российские исследования взвеси носят эпизодический характер и стали, в основном, попутными [Сивков и др., 2001; Зернова и др., 2004; Клювиткин и др., 2004, 2008а,б]. Возникает определенный дефицит в современных работах по изучению взвеси, в том числе и в Атлантике. Другой проблемой в изучении взвешенного вещества является разрозненность

исследований как в территориальном плане, так и в отношении методов изучения отдельных компонент взвеси.

Отдельной строкой стоит выделить развитие дистанционных методов (особенно спутниковых и гидрооптических) [Jago, Bult, 2000; Буренков и др., 2000, 2004; Burenkov et al, 2007а; Клювиткин и др., 2008а], а также появление модельных методов исследования [Holt, James, 1999].

В связи с этим насущной становится необходимость обобщения уже собранного ранее материала и в особенности развитие современных исследований, совершенствование методов и приборов.

Цель работы: исследование закономерностей количественного распределения и формирования вещественного состава взвешенного осадочного вещества в поверхностном (деятельном) слое Атлантического океана с применением спутниковых и других дистанционных методов на ходу судна, их точечная верификация во всех природных зонах Атлантического океана.

Задачи. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи: обобщение и систематизация результатов предшествующих исследований;

S отработка и усовершенствование методики работ в «перегонных» рейсах на полном ходу судна;

отбор проб водной и воздушной взвеси на меридиональных и широтных разрезах в Атлантике;

✓ изучение количественного распределения, вещественного и химического состава водной и воздушной взвеси;

S использование дистанционных методов исследования водной и воздушной взвеси (спутниковые исследования), их усовершенствование и верификация прямыми определениями;

S выявление закономерностей пространственно-временных изменений концентраций и состава водной и воздушной взвеси;

S определение факторов, влияющих на формирование, распространение и состав водной и воздушной взвеси.

Научная новизна. Настоящая работа является первым результатом исследований водной и воздушной взвеси в Атлантическом океане на серии меридиональных разрезов, выполненных на ходу судна. Непрерывные дистанционные гидрофизические и гидрооптические методы в сочетании с прямыми калибровочными определениями позволили верифицировать спутниковые данные.

Удалось создать первые карты распределения водной взвеси в поверхностных водах Атлантики по всему океану на основании спутниковых

данных, верифицированных прямыми измерениями взвеси на ходу судна.

Проведено детальное изучение количества, состава и свойств водной и воздушной взвеси прямыми методами на ходу судна с пересечением всех природных зон с разными условиями среды и климата.

Впервые проведены исследования по оценке вклада атмосферных аэрозолей в формирование водной взвеси на основании параллельных независимых методов.

Фактический материал, личный вклад автора. Работа основана на результатах исследований водной и воздушной взвеси Атлантического океана, проведенных в 9-ти трансокеанических рейсах научно-исследовательских судов И О РАН (НИС «Академик Мстислав Келдыш», «Академик Иоффе», «Академик Сергей Вавилов») и ААНИИ (НЭС «Академик Федоров») автором с коллегами в 2001-2005 гг., и обобщении литературных данных. Автором проводился отбор проб воды, сбор взвеси на ядерные фильтры, отбор проб атмосферных аэрозолей различными методами и первичная обработка проб на борту судна. Работы в комплексных экспедициях дали возможность сопоставить результаты измерений с данными гидрологических, оптических и биологических исследований. Применение спутниковых методов (сканеры цвета Беаи^РБ и МСЮ18-Аяиа) позволило охватить всю площадь поверхности океана и проследить главные изменения по сезонам года на протяжении пяти лет. В экспедициях автором обработано 582 пробы воды, по ним проанализировано распределение концентраций взвешенного вещества, изучен состав водной взвеси. Обработано 97 проб воздушной взвеси. Исследования под электронным сканирующим микроскопом, подготовка проб к различным видам анализа, сбор и обработка спутниковых данных также проводились автором лично. Диссертантом выполнена интерпретация и обобщение полученных материалов.

Достоверность результатов. Данные по количественному распределению и составу водной и воздушной взвеси получены и обработаны с помощью современных методов пробоотбора и анализа на борту научно-исследовательских судов и в лабораториях ИО РАН, ГЕОХИ РАН, Института полярных и морских исследований им. А. Вегенера (Германия) совместно с коллегами из перечисленных научных учреждений. Для проверки достоверности результатов использованы международные стандарты химического состава. Достоверность выводов обеспечена обширным фактическим материалом и применением независимых методов анализа.

Практическая ценность работы. В ходе работы отработаны и усовершенствованы методика пробоотбора на полном ходу судна, методика и алгоритмы обработки и верификации спутниковых данных. Проведено сопоставление различных независимых методов исследования как водной

взвеси, так и атмосферных аэрозолей, что может быть использовано при дальнейших исследованиях распространения не только природного осадочного вещества, но и загрязнений в атмосфере и океане.

Защищаемые положения:

1. Основным поставщиком аэрозолей в аридных зонах Атлантики являются пустыни и полупустыни Северной и Западной Африки. Атмосферный перенос играет главную роль в формировании литогенной части водной взвеси. Вклад эолового литогенного вещества достигает 80% от всего литогенного вещества водной взвеси, изученного нами прямыми методами. Т.е. аэрозоли — главный источник литогенного вещества в этих зонах. Зона аридной седиментации суши продолжается в океане за счет аэрозольной поставки.

2. Дистанционные (спутниковые) методы позволяют получить уникальные возможности для океана в целом судить о распределении водной взвеси и хлорофилла (индикатора биогенной части взвеси) на поверхности океана, однако, как показано в работе, нуждаются в постоянной верификации, которая достигается внедрением предложенного метода сбора и дальнейшего анализа водной взвеси на ходу судна без остановок на станции.

3. В прибрежных районах океана главную роль в формировании взвеси играют реки, поставляя в основном литогенный материал. Но, несмотря на то, что большая часть вещества оседает в маргинальных фильтрах, влияние рек иногда прослеживается и на значительном расстоянии от берега за счет поставки биогенных элементов, которые реализуются в образовании биогенных частей водной взвеси (2-Сорг + БЮгм.+ СаСОз).

4. Основным продуцентом взвеси открытого океана является фитопланктон. Распределение взвеси в поверхностных водах океана контролируется первичной продукцией, что удается прослеживать по верифицированным спутниковым данным. Концентрации взвеси на поверхности изменяются от сотых долей мг/л в «аридных тропических пустынях океана» до 1-2 мг/л в северной и южной гумидных зонах. Своеобразным оазисом жизни в аридных зонах являются прибрежные апвеллинги Северо-Западной и Юго-Западной Африки - до 2 мг/л.

5. Применение метода непрерывной верификации данных спутниковых сканеров цвета позволяет на примере целого океана выявить важные детали климатической и циркумконтинентальной зональности на протяжении всего года, закартировать эту зональность, выяснить взаимодействие аэрозольного и гидрозольного осадочного вещества в формировании потоков рассеянной формы осадочного материала.

Апробация. Результаты исследований автора, изложенные в работе, были представлены и обсуждены на 4-й международной конференция «Естественные

и антропогенные аэрозоли» (Санкт-Петербург, 2003 г.); Четвертых Петряновских чтениях (Москва, 2003 г.); XV Международной школе морской геологии (Москва, ноябрь 2003 г.); XVI Международной школе морской геологии (Москва, ноябрь 2005 г.); XVII Международной школе морской геологии (Москва, ноябрь 2007 г.); V Всероссийском литологическом совещании «Типы седиментогенеза и литогенеза и их эволюция в истории Земли» (Екатеринбург, октябрь 2008 г.), а также в ряде докладов на коллоквиумах Лаборатории физико-геологических исследований ИО РАН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, из них 3 статьи в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК.

Объем и структура работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Диссертация насчитывает 280 страниц, 105 рисунков, 21 таблицу, список литературы из 226 наименований.

Благодарности. Автор настоящей работы выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю А.П. Лисицыну. Выполнение данной работы было бы невозможно без его помощи, ценных наставлений и доброжелательных критических замечаний. Неоценима помощь сотрудников ИО РАН, совместно с которыми проводились работы в длительных океанских экспедициях и обработка собранных данных: В.И. Буренкова, В.В. Зерновой, М.Д. Кравчишиной, А.Н. Новигатского, Н.В. Политовой, В.Ю. Русакова, В.В. Сивкова, С.В. Шеберстова, В.П. Шевченко. Хотелось бы выразить благодарность за постоянную поддержку, помощь и консультации в ходе работы В.И. Ведерникову}, А.А. Виноградовой, В.В. Гордееву, Л.Л. Деминой, Т.С. Клювиткиной, О.В. Копелевичу, В.Н. Лукашину, Д.М. Мартыновой, И.А. Немировской, Е.А. Новичковой, Е.И. Поляковой, А.С. Филиппову.

За помощь в аналитической работе автор благодарен У. Бок (U. Воск, Германия), В.Ю. Гордееву, Д.Ю. Сапожникову, О.М. Дара, Л.В. Деминой, Е.О. Золотых, А.Б. Исаевой, X. Лоренсен (С. Lorenzen, Германия), В.В. Серовой, а также командам и научному составу экспедиций на борту НЭС «Академик Федоров», НИС «Академик Мстислав Келдыш», «Академик Иоффе», «Академик Сергей Вавилов» за оказанное всестороннее содействие и поддержку во время работы.

Автор выражает благодарность Лаборатории воздушных ресурсов (NOAA Air Resources Laboratory, USA) за предоставленную возможность использовать модель HYSPLIT ("http://www.arl.noaa.gov/ready.html) для построения обратных траекторий воздушных масс.

Исследования по теме диссертации выполнены при финансовой поддержке проекта фундаментальных исследований Отделения наук о Земле РАН «Наночастицы во внешних и внутренних сферах Земли» и гранта поддержки

ведущих научных школ НШ-361.2008.5. Экспедиции на борту НИС «Академик Сергей Вавилов» и НИС «Академик Иоффе» проводились в рамках Межведомственного проекта «Меридиан» и международной программы "Meridian Good Hope".

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи, отражены научная новизна и практическая значимость работы.

Глава 1. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АТЛАНТИЧЕСКОГО ОКЕАНА

Представлено физико-географическое описание изучаемого региона, описаны основные черты климата, гидрофизические условия, проведен обзор различных видов природной зональности Атлантики: климатическая, химико-океанографическая, биологическая и, как синтез, - биогеохимическое районирование [Longhurst, 1995].

Глава 2. АЭРОЗОЛИ АТЛАНТИКИ

2.1. Общие сведения об атмосферных аэрозолях Атлантики и основные задачи их изучения.

2.1.1. Определение. Взвешенное осадочное вещество содержится в атмосфере в виде аэрозоля. Аэрозолем называется совокупность мельчайших частиц или жидких капелек, взвешенных в газовой фазе [Бримблкумб, 1988; Brimblecombe, 1996]. Размеры аэрозольных частиц находятся в пределах от 0.002 до 100 мкм. Существуют два главных источника аэрозольных частиц в атмосфере: первичное вещество, возникающее при диспергировании и выдувании ветром материала с поверхности Земли, и вторичное, которое образуется в результате химических реакций в верхних слоях атмосферы [Бримблкумб, 1988].

Эоловый перенос играет большую роль в перераспределении взвешенного вещества в поверхностных водах океана [Лисицын, 1978; Duce et al., 1991; Prospero, 1996], что особенно сильно проявляется в центральных частях океанов на удалении от берегов, где атмосфера служит основным поставщиком терригенного материала и загрязнений (Pb, Hg, V и др.).

Морская поверхность также представляет собой мощный источник специфического аэрозольного вещества (морская соль, биогенные остатки и др.). Генератором аэрозолей здесь считают пузырьки, возникающие при обрушении волн, причем максимальные скорости генерации морских аэрозолей наблюдаются при высоких скоростях ветра [Marks, 1987; O'Dowd et al., 1997].

2.1.2. История исследований аэрозолей. В разделе рассмотрена история отечественных и зарубежных исследований аэрозолей в Мировом океане.

2.2. Материал и методы исследований аэрозолей.

2.2.1. Материал. Материалом для исследования являются результаты изучения 97 проб аэрозолей, полученных различными методами в 6 из 9 экспедиций, материалы которых используются в работе (рис. 1).

2.2.2. Методика исследований.

2.2.2.1. Экспедиционные исследования. Сбор аэрозолей проводился параллельно сетевым и фильтрационным методами. Сетевой метод заключается в пассивном сборе аэрозолей на капроновые сети с размером ячеи 0.6 мм общей площадью 5 м2, выставленные на фок-мачте судна на высоте 5-10 м над палубой при ветрах встречных румбов или при попутном ветре, скорость которого значительно уступает скорости судна, для исключения загрязнения со стороны судна. Время экспозиции ~ 1 сут. После снятия сети промывали бидистиллятом, который затем фильтровали под вакуумом через предварительно взвешенные ядерные фильтры d=l 10 мм и размером пор 0.45 мкм. Сбор аэрозолей фильтрационным методом проводился параллельно с работой сетями прокачиванием воздуха вакуумным аэрозольным насосом с газовым счетчиком через ацетат-целлюлозные фильтры АФА-ХА-20 с рабочей поверхностью 20 см2.

Исследование гранулометрического состава атмосферных аэрозолей проводилось с помощью фотоэлектрического счетчика частиц РС-218 фирмы «ROYCO» (Ройко), США, диапазоны 0.5-1, 1-2, 2-3, 3-5, 5-10 мкм. Также использовался аэрозольный счетчик ПК.ГТА-0.3-002, диапазоны 0.3-0.4, 0.40.5, 0.5-0.6,0.6-0.8, 0.8-1.0, > 1.0 мкм.

2.2.2.2. Аналитические исследования.

Обратные траектории воздушных масс для точек начала и конца отбора каждой пробы аэрозолей были рассчитаны и построены с помощью модели HYSPLIT (NOAA Air Resources Laboratory - http://www.arl.noaa.gov/ready.html') [Draxler, Rolph, 2003; Rolph, 2003]. Траектории рассчитывались для трех высот: приводный слой атмосферы (20 м), 800 м (-925 гПа) и 1400 м (~850 гПа).

Фотометрический метод. Определение содержаний Si, Al, Р проводилось методами мокрой химии с колориметрическим окончанием на фотоколориметре КФК-3 [Гельман, Старобина, 1976].

Определение взвешенного органического углерода проводилось методом кулонометрического титрования на анализаторе углерода АН-7529 (аналитик JI.B. Демина).

Сканирующая электронная микроскопия выполнялась автором в Институте полярных и морских исследований им. А. Вегенера (Бремерхафен, Германия) на микроскопе Philips XL 30 ESEM, а также в аналитической лаборатории ИО РАН на микроскопе JSM-U3. Принцип действия

сканирующего (растрового) электронного микроскопа основывается на анализе вторичных электронов, возникающих при взаимодействии электронного зонда с веществом [Гаранин и др., 1987].

Нейтронно-активационний анализ проводился в Институте геохимии и аналитической химии РАН (аналитик Д.Ю. Сапожников). Метод основан на активации ядер атомов и исследования образовавшихся радиоактивных изотопов [Щулепников, 1988].

Рентгено-структурный анализ. Минеральный состав эоловой взвеси исследовался в основном без разделения, дифрактометрически. Анализ проводился в аналитической лаборатории ИО РАН (аналитик О.М. Дара).

2.3. Количественное распределение аэрозолей.

Концентрации атмосферных аэрозолей, собранных сетевым методом, изменялись от 0.016 до 24.2 мкг/м3. Причем наиболее часто встречаемыми были концентрации в пределах от 0.02 до 0.2 мкг/м3. Максимальные концентрации атмосферных аэрозолей над Атлантикой наблюдались осенью северного полушария в полосе от 10° до 20° с.ш. и достигали 8.7 мкг/м3 в октябре 2002 г., 24.2 мкг/м3 в октябре 2003 г. и 8.4 мкг/м3 в октябре 2004 г. Анализ обратных траекторий воздушных масс, построенных для уточнения регионов-источников аэрозолей, указывает на поступление вещества в этот район напрямую из основного источника аэрозольного материала Атлантики - аридных областей севера Африки [Живаго, Богданов, 1974; Лисицын, 1978; Серова, 1988; Duce et al., 1991; Prospero, 1996 и др.; Harrison et al., 2001].

Весной зона максимальных концентраций аэрозолей смещалась на 5-10° к югу, а сами значения были гораздо ниже: до 1.6 мкг/м3 в марте 2001 г. и 4.7 мкг/м3 в начале апреля 2005 г. Для данной области Атлантики характерна сильная изменчивость в распределении аэрозолей. Так, в 1995 г. в течение всего 20 суток на полигоне размером 10x10 миль концентрации менялись от 1.5 до 65 мкг/м3 [Лукашин и др., 1996], то есть почти в 50 раз.

К северу и югу от полосы аэрозольного максимума в удаленных от суши районах аридных и умеренных гумидных зон, где циркуляция атмосферы не способствует поставке материала с материков, концентрации не превышали 1 мкг/м3, составляя в среднем 0.15 мкг/м3 [Клювиткин и др., 2003, 2007, 2008]. Причем ярко выраженной сезонной изменчивости в распределении аэрозолей здесь не отмечено, за исключением небольшого увеличения концентраций в южном полушарии в весенний период по сравнению с осенью и началом зимы.

Сравнение обратных траекторий воздушных масс (см. рис. 1) для весны и осени северного полушария показало смещение зоны схождения приземных обратных траекторий северной и южной пассатных зон и, соответственно, зоны восточного переноса по данным высотных обратных траекторий к северу в

осенние месяцы (октябрь-ноябрь) по сравнению с весенними. По характеру циркуляции атмосферы, таким образом, осенние месяцы ближе к летним, а весенние к зимним для северного полушария [Ка1и, 1979; АГеЦ, ЯевсЬ, 2000; ¡ШскНеЮп, воисИе, 2001].

По дальности разделяется локальный, региональный и трансокеанский перенос вещества. Локальный перенос характерен для прибрежных районов океана, сезонная изменчивость здесь минимальна. Трансокеанский перенос, наоборот, имеет четкую сезонность (см. рис. 1). В летне-осенний сезон зона выноса вещества из аридных регионов Африки простирается северней, достигая о-ва Барбадос и г. Майами, где с июня по сентябрь на многолетних аэрозольных станциях отмечались максимумы концентраций аэрозолей [восНе, М1<1с11еи>п, 2001]. В зимне-весенние месяцы пути переноса вещества пролегают гораздо южнее, максимумы концентраций фиксировались в г. Кайенне (Фр. Гвиана) в марте-апреле. Острова Зеленого Мыса (и в частности, о. Сал) -региональный перенос - подвержены влиянию обоих сезонных путей переноса аэрозолей, что отражается в бимодальном распределении частоты повторяемости максимальных значений мутности атмосферы.

2.4. Гранулометрический состав аэрозолей.

Показано, что счетные концентрации наиболее мелких частиц намного выше, чем концентрации более крупных, что отмечалось еще В.Н. Живаго и Ю.А. Богдановым [1974]. По данным счетчика Ройко частицы размером от 0.5 до 1 мкм преобладали в атмосфере Атлантики практически повсеместно (в среднем 86%). Содержание частиц размером от 1 до 2 мкм возрастало в зоне выноса материала из аридных регионов Западной Африки и в Южной Атлантике. Частицы от 2 до 3 мкм отмечались в основном в Южной Атлантике в наиболее удаленных от суши районах. Наиболее крупные (> 5 мкм) частицы фиксировались только в полосе 11°—16° с.ш. Обратные траектории воздушных масс для данного региона приходят напрямую из Западной Африки.

По данным счетчика ПК.ГТА наибольшие концентрации также приходятся на самые тонкие частицы: интервалы 0.3-0.4 мкм и 0.4-0.5 мкм. Их содержание составило в среднем 39% и 24%, соответственно.

Пересчет на объемное распределение по размерам аэрозолей показал, что объемная концентрация максимальна для фракций 0.6-0.8 мкм и 0.8-1.0 мкм по счетчику ПК.ГТА и 0.5-1 мкм и 1-2 мкм по счетчику Ройко. То есть, наибольшую значимость в атмосфере Атлантики имеют частицы субмикронного диапазона. Данный максимум не является характерным для всех районов Мирового океана. Так, в Арктическом регионе отмечалось его отсутствие [Шевченко, 2006].

Распределение счетных концентраций аэрозолей в целом повторяет

распределение их весовых концентраций. Однако, при усилении ветра возрастает роль морского источника аэрозолей (морская соль).

2.5. Вещественный состав аэрозолей.

2.5.1. Литогенное вещество и его потоки.

2.5.1.1. Черты геохимии. Эоловая взвесь представлена в основном минеральным алюмосиликатным материалом, обогащенным Al относительно Si по сравнению с континентальными осадочными породами. Среднее отношение Si/Al в аэрозолях Атлантики по нашим данным составляет 2.73, тогда как в континентальных глинах и сланцах 3.06 [Ронов, Ярошевский, 1967], а в среднем для земной коры 3.82 [Taylor, 1964]. Обогащение алюминием связано, вероятно, с тем, что терригенным источником аэрозолей являются коры выветривания и почвы тропического пояса, обогащенные Al относительно Si [Перельман, 1975, 1989]. Так, содержание Al в аэрозолях достигает 10-12%, тогда как в осадочных породах континентов - 8.58%.

2.5.1.2. Потоки лито генного вещества. Исходя из среднего состава земной коры [Виноградов, 1962; Taylor, 1964; Wedepohl, 1995] и общепринятой в мире практики расчета [Goldberg, Arrhenius, 1958; Duce et al., 1991], литогенное вещество аэрозолей принималось равным десятикратному содержанию алюминия. На этом основании были рассчитаны потоки литогенного вещества с учетом коэффициента эффективности сетей [Клювиткин и др., 2004], полученного сопоставлением концентраций индикатора литогенного вещества скандия (Sc) в параллельных сетевых и фильтрационных пробах, считая, что в последних нет потерь вещества за счет проскакивания частиц сквозь ячейки сетей в начале экспозиции, особенно при малых концентрациях аэрозолей в атмосфере.

Распределение потоков литогенной компоненты аэрозолей очень близко повторяет распределение концентраций литогенной части аэрозолей, а, следовательно, и валовых концентраций эолового вещества в атмосфере Атлантики. Т.е. максимальные значения потоков приходятся на экваториальную гумидную зону и южную часть северной аридной зоны, отражая дальний трансокеанский перенос материала из аридных регионов Африки. Близкое распределение потоков литогенной части аэрозолей было получено P.A. Дьюсом с соавторами, оценившими валовые потоки для всего Мирового океана за год без учета сезонности на основании данных, в основном, береговых станций [Duce et al., 1991].

Сезонность проявляется, во-первых, в изменении значений в полосе максимальных потоков литогенной части аэрозолей в зоне влияния пустынь и полупустынь севера Африки (минимум в зимне-весенний сезон, максимум - в летне-осенний), а во-вторых, в смещении этой полосы в зимне-весенний сезон

северног о полушария к югу в зону 5°-15° с.ш. В летне-осенний сезон максимум потоков фиксируется в полосе 10°-20° с.ш.

2.5.1.3. Минеральным состав. Минеральный состав эолового материала над океанами определяется в основном минералогией питающих провинций, т.е. пустынь и прилегающих к ним полуаридных областей, т.к. они являются главными источниками эолового материала над океанами [Лисицын, 1978]. Основной особенностью материала большинства пустынь является повсеместное преобладание кварца. Например, в пустынях Северной Африки его содержание в песках достигает 98-99% и лишь иногда 50% и менее [Лисицын, 1978; Серова, 1988].

Аэрозоли северной гумидной зоны характеризуются сравнительно невысоким содержанием кварца. Кальцит и доломит не обнаружены. Глинистые минералы представлены преимущественно в следовых количествах.

Северная аридная зона характеризуется преобладанием среди обломочных минералов кварца, много полевых шпатов, иллита, а также доломита и кальцита (минералов-индикаторов сахарской пыли). Среди глинистых минералов преобладает иллит. Монтмориллонит отмечен осенью, а весной зафиксирован только в одной пробе. Каолинит преобладает в южном секторе зоны. Максимум хлорита отмечен именно в этой зоне, причем только осенью. Палыгорскит встречался только в этой зоне. Отмечены следы талька.

Экваториальная гумидная зона характеризуется относительно невысоким содержанием обломочных и преобладанием глинистых минералов. Среди них выделяется каолинит, а монтмориллонит отмечен только на северной периферии зоны. Иллита относительно немного, в значительных количествах встречается хлорит.

Аэрозоли южной аридной зоны маркируются достаточно высокими содержаниями полевых шпатов, кварца гораздо меньше, чем в северной аридной зоне, доломит и кальцит отсутствуют, иллит играет главенствующую роль среди глинистых минералов (до 70%), однако его доля в общей сумме не так высока. В некоторых пробах отмечены значительные содержания калиевых полевых шпатов, связываемые с кислыми интрузиями Африки [Лисицын, 1978].

Итак, изучение минерального состава аэрозолей Атлантики показало, что обломочные минералы преобладают, в основном, в прибрежных районах, а глинистые - в наиболее удаленных от материков. В составе обломочных минералов преобладают кварц, а также полевые шпаты. Среди глинистых минералов наиболее значимы иллит и каолинит. Изменения минерального состава аэрозолей контролируются климатической зональностью, атмосферной циркуляцией, интенсивностью выветривания и распределением почв (источника аэрозолей) в питающих провинциях на континентах. Основными

источниками минеральной составляющей аэрозолей являются аридные районы Африки, главным образом в северной аридной зоне - Северной и Западной Африки, и в меньшей мере в южной аридной зоне - Южной Африки.

2.5.2. Биогенное вещество. Биогенное вещество атмосферных аэрозолей в Атлантике играет намного меньшую роль в составе аэрозолей, чем литогенное. Однако прямые определения показали, что в ряде мест содержание органического вещества, диатомовых и других биогенных остатков в аэрозолях значительно, в частности, в харматанной пыли Западной Африки [Лисицын, 1978]. Те же виды диатомовых найдены и в северной аридной зоне в донных осадках Атлантики [Лисицын, 1978]. Пресноводная Aulacoseira (ранее Melosira) granúlala была обнаружена в больших количествах даже в пробах аэрозолей дальнего переноса (6-8 тыс. км) на о-ве Барбадос [Delany et al., 1967].

Биогенные остатки - это уникальный маркер генезиса аэрозолей и, в данном случае, рассеивания донных отложений сезонно пересыхающих водоемов аридных зон Африки. Так, пресноводные диатомовые (Aulacoseira granúlala) в значительных количествах были обнаружены нами в аэрозолях Атлантики в зоне выноса вещества из аридных районов Северной и Западной Африки.

Биогенное вещество аэрозолей Атлантики состоит преимущественно из органических волокон и остатков неопределенного происхождения. В аэрозолях Балтийского моря осенью 2002 г. встречалась пыльца Alnus glutinosa, очень распространенная в Европе, а в аэрозолях открытых частей океана (в Экваториальной Атлантике) часто встречались диатомовые водоросли. В аэрозолях северной гумидной зоны весной 2005 г. также часто встречалась пыльца, а обратные траектории воздушных масс для проб, собранных в данном регионе, проходят через Пиренейский п-ов и Британские о-ва.

Картина распределения содержания Сорг (%) в аэрозолях Атлантики практически зеркально отражает распределение литогенного вещества. Коэффициент корреляции составил -0.87 для 30 пар данных, т.е. налицо обратная зависимость в распределении содержаний литогенной и биогенной компоненты аэрозолей. Это значит, что наибольшую роль биогенная составляющая аэрозолей играет в районах с минимальным содержанием литогенной компоненты, т.е. в открытых частях океана, атмосферная циркуляция которых ограничивает поставку литогенного вещества из регионов-источников суши - аридных областей Африки.

Но, с другой стороны, распределение валовых концентраций Сорг (нг/м3) в атмосфере Атлантики очень близко повторяет распределение валовых концентраций аэрозолей вообще и литогенной части аэрозолей в частности. Коэффициент корреляции составил 0.92 для 30 пар данных. Такая зависимость позволяет говорить о том, что большая часть органического вещества аэрозолей

поступает в атмосферу Атлантики вместе с литогенным (терригенным) веществом, т.е. также имеет терригснное происхождение, а органика океанического происхождения, захваченная ветром с поверхности океана, играет относительно незначительную роль. Подобный вывод подтверждается и сканирующей электронной микроскопией.

2.6. Общие закономерности распределения, состава и потоков аэрозолей в различных природных зонах Атлантики. Итак, максимум аэрозолей выявлен в аридных зонах северного и южного полушарий, а также в экваториальной гумидной зоне. Распределение счетных концентраций аэрозолей в целом повторяет распределение их весовых концентраций. Роль морского источника аэрозолей (морская соль) возрастает при усилении ветра. По количеству преобладают частицы наименьшего размера. По объему -частицы субмикронных диапазонов. Главную роль в распространении аэрозолей играет климатический фактор (атмосферная циркуляция). Циркумконтинентальная зональность проявляется в уменьшении содержания аэрозолей по мере удаления от суши в районах, не зависимых от выноса материала из аридных районов Африки.

Наиболее значительной составляющей аэрозолей является литогенное вещество. Основным источником аэрозолей изученного региона являются засушливые районы Северной Африки, а также аридные области Южной Африки. Важнейшую роль в формировании взвеси в поверхностных водах Атлантики аэрозоли играют в аридных зонах северного и южного полушарий, а также в экваториальной гумидной зоне.

Глава 3. ГИДРОЗОЛИ (ВОДНАЯ ВЗВЕСЬ) АТЛАНТИКИ

3.1. Общие сведения о водной взвеси Атлантики. В разделе представлен литературный обзор имеющихся данных о водной взвеси Атлантики.

3.1.1. Современные представления о водной взвеси. В данной работе рассмотрены твердые частицы органического и неорганического происхождения размером более 0.1 мкм, и только те, которые попадают под определение взвешенного в океане материала. Это минеральные частицы терригенной природы (обломочные и глинистые минералы), а также биогенные частицы панцирей планктона - карбонатные и кремнистые, наконец, аутогенные - гидроксиды железа, марганца и др., образовавшиеся в результате гидролиза растворенных форм этих элементов, бактерии и детрит, продукты жизнедеятельности организмов.

3.1.2. Общие закономерности распределения водной взвеси в Мировом океане. Распределение взвеси в современных морских и океанских водоемах крайне неравномерно. Концентрация взвеси колеблется от 0.01-0.05 мг/л до нескольких граммов в 1 литре воды [Лисицын, 1974]. Среди причин,

Маршруты экспедиций, точками ограничены участки пробоотбора о—0 -18 "Ак. Федоров", Ш-У1/2001 о—0 - 11 "Ак. Иоффе", Х/2002 X - 19 "Ак. Федоров", Х1/2002 (счетчик - 17 "Ак. С. Вавилов", Х/2003 ег-о - 19 "Ак. С. Вавилов", Х/2004 о^о - 20 "Ак. С. Вавилов", 1У/2005 Х//Л - Главные источники пыли

" Периодические источники пыли ЦЦЦ- Возвышенности выше 1000 м ["у^З" Обратные траектории воздушных масс на уровне 850 гПа (1400 м

005 001 D 23 0 29 0 3S 0.40 О46О52О5В0.БЗ 0й0?5 0 80 0 86 Ой

NDV1 - вегетационный индекс, характеризующий распределение растительности

Рис. 1. Схема транспорта аэрозольного материала в Атлантическом океане.

Рис. 2. Распределение водной взвеси (мг/л) в поверхностном слое Атлантического океана по сезонам: (а) весной и (б) осенью северного полушария. Точками показаны места отбора проб водной взвеси. Пунктиром нанесены границы биогеохимических провинций [1ощИип1, 1995].

^- 11-й рейс НИС "Академик Иоффе", октябрь-ноябрь 2002 I. Л - 17-й рейс МИС "Академик Сергей Вавилов", октябрь-лекабрь 2003 1 О- 1ч-й рейс НИС "Академик Сергей Вавилов", октябрь-декабрь 2(ХМ [

0.0001 0.001 0.01 0.1 Коэффициент обратного рассеяния света взвесью Ь,. м'1

Рис. 3. Соотношение между Iкоэффициентом обратного рассеяния |света взвесью по спутниковым данным \(м') и концентрацией водной взвеси, ||полученной по прямым определениям (мкг/л).

Л-И' 60=Ш 0° 20"Е т 601» 40°№ 0° 20'Е

Рис. 5. Распределение биогенной части водной взвеси (мкг/л) в поверхностном слое Атлантического океана по сезонам: (а) весной и (б) осенью северного полушария. Пунктиром нанесены границы биогеохимическш провинций [Longhurst, 1995]. Точками отмечены пробы, использованные для пересчета.

(250

Хлорофилл по спутниковым данным, мг/м3

Рис. 4. Соотношение между концентра1{ией хлорофилла по спутниковым данным (мг/м) и концентрацией биогенной компоненты водной взвеси, полученной по прямым определениям (мкг/л).

определяющих количественное распределение водной взвеси, основными являются климатическая, вертикальная и циркумконтинентальная зональности.

Климатическая зональность. Связь с климатом обусловлена, прежде всего, зональностью в размещении планктонных организмов, которые являются биогенной частью взвеси и влияют как на общее ее содержание, так и на гранулометрический и вещественный состав. Для абиогенной части взвеси также типична зональность, но она вызвана главным образом зональным изменением как количества, так и качественного состава кор выветривания и материкового стока, т.е. тесной зависимостью от климата.

Общий смысл вертикальной зональности распределения взвеси заключается в постепенном уменьшении содержания частиц рассеянного осадочного вещества (взвеси) с глубиной.

Циркумконтинентальная зональность проявляется в общем увеличении количества взвешенного осадочного материала по мере приближения к материкам. При этом обычно увеличивается количество как терригенного материала, что естественно с приближением к его источнику, так и биогенного.

3.1.3. История исследований водной взвеси. В разделе рассмотрена история отечественных и зарубежных исследований водной взвеси в Мировом океане в целом и в Атлантике в частности.

3.2. Материал и методы исследований водной взвеси.

3.2.1. Материал. Материалом для исследования являются результаты изучения 582 проб водной взвеси, полученных в 8 из 9 экспедиций в Атлантический океан, материалы которых используются в работе (рис. 2).

3.2.2. Методика исследований.

3.2.2.1. Экспедиционные исследования. Водная взвесь выделялась принудительной фильтрацией под вакуумом через предварительно взвешенные ядерные фильтры d=47 мм с размером пор 0.45 мкм, а также через предварительно прокаленные стекловолокнистые фильтры Whatman GF/F для дальнейшего определения содержания общего и органического углерода.

Исследование гранулометрического состава и объемной концентрации взвеси проводилось в 11-м рейсе НИС «Академик Иоффе» с помощью лабораторного кондуктометрического счетчика Коултера, модель ZBI 44. Метод основан на измерении влияния включений частиц, взвешенных в некотором объеме морской воды, на его электрическое сопротивление.

3.2.2.2. Аналитические исследования. Определение Si, А1 и Р фотометрическим методом, определение взвешенного общего и органического углерода, а также сканирующая электронная микроскопия проб водной взвеси проводились аналогично методам изучения аэрозолей.

Для изучения численности, биомассы и состава фитопланктона

несколько литров воды концентрировались методом обратной фильтрации через ядерный фильтр с диаметром пор 1 мкм, проба фиксировалась формалином. В дальнейшем после повторного сгущения проба доводилась до объема 5 см3, из которого 0.05 см3 просчитывалось в камере Ножотта при увеличении от 210 до 420 раз [Зернова, 2005]. Аналитик - В.В. Зернова.

3.3. Количественное распределение и гранулометрический состав водной взвеси.

3.3.1. Весовая концентрация. Анализ полученного материала говорит о значительной неоднородности в распределении водной взвеси в поверхностном слое Атлантического океана. В особенности проявляются широтная (климатическая) и циркумконтинентальная зональности.

Максимальные концентрации взвеси определены нами в прибрежных районах океана. При удалении от берега содержание взвеси уменьшается, что является проявлением циркумконтинентальной зональности. В свою очередь, в прибрежном домене [Longhurst, 1995] можно выделить 3 основные группы провинций: 1) зоны маргинальных фильтров рек; 2) районы без мощного речного стока; 3) районы действия апвеллингов.

Зоны маргинальных фильтров рек характеризуются в целом максимальными (лавинными) концентрациями взвеси - до 35 мг/л. И, несмотря на то, что большая часть вещества оседает в маргинальных фильтрах (до 93%), влияние рек иногда прослеживается на значительном расстоянии от берега за счет реализации биогенной компоненты взвеси (биологическая ступень маргинального фильтра [Лисицын, 19946, 20046]).

Второй по значимости группой провинций прибрежного домена являются апвеллинги (Канарский и Бенгельский), причем за счет симметричности относительно экватора жизненные циклы фитопланктона (основного продуцента взвеси данных биогеохимических провинций) находятся в противофазе, что отражается в диаметрально противоположном сезонном распределении концентраций как хлорофилла, так и общей взвеси (максимумы приходятся на весенне-летние месяцы).

Прибрежные районы без интенсивного речного стока также иногда характеризуются довольно высокими концентрациями взвеси.

В открытых частях океана содержание вещества в среднем гораздо меньше, чем в прибрежных доменах. Наиболее наглядно отображается широтная климатическая зональность - в чередовании протягивающихся параллельно экватору полос максимальных и минимальных значений как концентрации взвеси, так и содержания хлорофилла. Районы максимальных концентраций совпадают с богатыми жизнью эвтрофными и мезотрофными водами северного и южного гумидных поясов, занимая биогеохимические провинции,

относящиеся к домену западных ветров (GFST, NADR, SSTC, SANT, см. рис. 2) и частично к полярному (ANTA). Третьей зоной максимального содержания взвеси пелагических районов Атлантики является экваториальный гумидный пояс (WTRA, ETRA).

Сезонность в распределении взвеси в пелагиали океана отражается в смещении чередующихся полос максимальных концентраций осенью к северу относительно их положения в весенний сезон. В весенние месяцы (март-апрель для северного полушария и октябрь-ноябрь для южного) наблюдаются наибольшие содержания взвеси в умеренных гумидных зонах. Количество взвеси в аридных зонах океана (NATR, SATL) остается неизменно низким практически вне зависимости от сезона года.

3.3.2. Объемная концентрация и гранулометрический состав. Применение в экспедициях счетчика частиц Коултера открывает не только уникальные возможности «инситного» анализа гранулометрического состава рассеянного в морской воде осадочного вещества (взвеси), но и позволяет получать независимое представление об общем объеме этих частиц (их объемной концентрации), а также о площади поверхности частиц.

Сопоставление 79-и пар данных по объемной суммарной и весовой концентрации взвеси обнаружило наличие тесной корреляционной зависимости между ними. В разных частях субмеридионального разреза, пересекающего все климатические зоны, корреляция между этими двумя параметрами взвеси менялась от 0.7 до 0.9, т.е. оставалась стабильно высокой. Минимальная корреляционная зависимость отмечалась в олиготрофных водах при изучении районов наиболее низких концентраций взвеси.

Высокий коэффициент корреляции между двумя параметрами взвеси (объемной суммарной и весовой концентрациями), полученными разными методами, позволяет в дальнейшем использовать счетчик Коултера для предварительного экспресс-анализа содержания взвеси во время экспедиции.

Исследования гранулометрического состава водной взвеси показали, что в продуктивных районах Атлантического океана, как правило, преобладают частицы мелкоалевритовой размерности (10-20 мкм), а олиготрофные районы отличаются более высоким содержанием пелитовой фракции (2—10 мкм) - до 50% и выше.

3.3.3. Спутниковые исследования и метод непрерывной верификации.

Одной из важнейших задач выполняемой работы являлось верифицирование (калибровка) получаемых со спутников данных. И, если для расчета содержания хлорофилла алгоритмы уже разработаны и активно применяются [Виноградов и др., 1996; O'Reilly et al., 1998; Демидов и др., 2007], то алгоритм расчета содержания взвеси находится пока в стадии разработки [Буренков и др.,

2001; Burenkov et al., 2007a; Клювиткин и др., 2008а].

Для каждой точки отбора пробы взвеси с помощью поисковой системы Ocean Color Web (http://oceancolor.gsfc.nasa. gov/) были собраны данные сканера цвета моря MODIS-Aqua. Обработка собранного материала осуществлялась нами совместно с Лабораторией оптики океана ИО РАН по разработанной ее сотрудниками методике с помощью специализированного программного обеспечения [Burenkov et al., 2007а]. В результате сопоставления полученных пар данных было выведено соотношение (рис. 3), позволившее нам построить карты распределения хлорофилла и концентраций взвеси (см. рис. 2), а также суммарной биогенной компоненты взвеси (рис. 5) и взвешенного органического вещества в поверхностном слое Атлантического океана для разных рейсов и сезонов года. Использование этих карт позволило нам существенно конкретизировать «точечное» описание количественного распределения взвеси по данным прямых наблюдений, особенно для открытых районов океана. На основании наших опорных меридиональных разрезов, основываясь на спутниковых данных и методах верификации в экспедициях, мы смогли распространить имеющуюся по этим разрезам информацию на соответствующие зоны всего океана как для определенных сезонов, так и достаточно уверенно с привлечением всех доступных материалов для всего года. Двухмерную картину одиночных разрезов для поверхности океана удалось превратить в трехмерную (широта-долгота-время).

3.3.4. Общие закономерности количественного распределения водной взвеси в различных природных зонах Атлантики. Итак, в количественном распределении водной взвеси работают законы широтной климатической и циркумконтинентальной зональностей. Циркумконтинентальная зональность проявляется в уменьшении концентраций взвеси по мере удаления от суши, а широтная климатическая зональность выражается в чередовании протягивающихся параллельно экватору полос максимальных и минимальных значений концентрации взвеси.

3.4. Вещественный состав водной взвеси.

Водная взвесь состоит, главным образом, из литогенного (терригенное, абиогенное) и биогенного (остатки живых и отмерших организмов) вещества. В свою очередь литогенная часть включает взвесь речного стока, абразионную, эоловую, ледовую. Биогенная же часть складывается из органического вещества (2-Сорг), аморфного кремнезема (Si02aM) и взвешенного карбоната кальция (СаС03), входящих в состав планктона и его детрита [Лисицын, 1978].

3.4.1. Литогенное вещество. В распределении литогенного вещества в поверхностном слое Атлантического океана наиболее четко прослеживается циркумконтинентальная зональность. Максимальные содержания наблюдаются

в прибрежных районах океана, достигая своего максимума в устьях рек (Ла-Плата, Везер). Причем в процентном отношении доля литогенного вещества здесь возрастает до 60-90%. По мере удаления от суши содержание литогенного материала довольно резко уменьшается до средних по океану пределов. Исключение составляют районы, подверженные интенсивному выносу эолового материала из аридных областей Африки.

3.4.1.1. Расчет вклада атмосферных аэрозолей в формирование литогенного вещества водной взвеси. Выявлена четкая линейная зависимость содержания литогенной водной взвеси от потока литогенных аэрозолей на поверхность океана, позволяющая оценить соотношение литогенного вещества аэрозолей и взвеси в поверхностном слое океана для разных сезонов и разных лет. Максимальный вклад аэрозолей во взвесь отмечался нами в зоне с наибольшим содержанием аэрозолей в атмосфере и достигал 83.5% от общей массы литогенной компоненты взвеси (или 31.1% от суммарной валовой концентрации водной взвеси).

3.4.2. Биогенное вещество. Построенное на основании пересчета спутниковых данных с учетом прямых измерений (рис. 4) распределение биогенного вещества водной взвеси (см. рис. 5), как и следовало ожидать, практически полностью повторяет распределение хлорофилла в поверхностных водах Атлантики. Налицо ярко выраженная широтная климатическая зональность, выражающаяся в чередовании полос минимальных и максимальных содержаний биогенной взвеси. Интересно, что распределение биогенной взвеси показало наличие зоны наименьших для всего океана концентраций в южной аридной зоне (БАТЪ), причем для обоих исследованных сезонов. В распределении хлорофилла подобная закономерность не выявлена, его концентрации приблизительно одинаковы для аридных зон обоих полушарий (ТЧАТЯ, БАТЬ).

3.4.2.1. Органическое вещество. Для характеристики общего содержания органического вещества обычно используют содержание трех элементов: СорГ, N и Р [Лисицын и др., 1975; Емельянов, Романкевич, 1979]. Наиболее показательным из них является Сорг, содержание которого менее всего зависит от формы органических соединений, встречающихся в природе.

Распределение взвешенного органического вещества (2-СорГ) близко повторяет распределение хлорофилла, а также суммарной биогенной компоненты взвеси в поверхностных водах Атлантики. Преобладает влияние климатической зональности, в противоположность циркумконтинентальной зональности в распределении литогенного вещества, однако влияние материков на распределение органики также значительно. В устьевых участках рек содержание органического вещества является одним из самых высоких в океане

(до 1200 мкг/л в маргинальном фильтре р. Ла-Платы). Стоит, однако, отметить, что речное взвешенное органическое вещество в отличие от океанского возникает преимущественно в результате разложения, размывания и выноса рекой сформировавшихся ранее органических соединений почвенного покрова водосбора реки.

Максимальные концентрации органического вещества наблюдались в северной гумидной зоне океана в провинциях GFST и NADR [Longhurst, 1995] (200-400 мкг/л), причем подобный максимум характерен для всех исследованных нами сезонов (весна и осень). Несколько меньше (100-300 мкг/л) органического материала было выявлено в южной гумидной зоне (SSTC, SANT). Высокие концентрации (100-200 мкг/л) приходятся также и на северную и южную тропические дивергенции экваториальной гумидной зоны (WTRA и ETRA), однако они все же значительно ниже, чем в умеренных гумидных зонах обоих полушарий. Минимум взвешенного органического вещества зафиксирован в аридных зонах Атлантики (NATR, SATL), где концентрации за редким исключением не превышали 100 мкг/л. Отдельно следует выделить районы Канарского и Бенгельского апвеллингов, где содержание органики достигало 1000 мкг/л.

Содержание фосфора в пробах поверхностной взвеси Атлантического океана изменялось от 0.16 до 18 мкг/л. Картина пространственного распространения Р в общих чертах повторяет картину распределения Сорг Коэффициент корреляции составил 0.93 для 164 пар значений. Сравнение распределения Р и Сорг водной взвеси с поверхности океана указывает на то, что основная часть фосфора во взвеси тесно связана с органическим веществом, что отмечалось ранее [Лисицын, 1975; Романкевич, 1977].

3.4.2.2. Аморфный кремнезем. В распределении SíO^m. в поверхностных водах Атлантики наблюдается четко выраженная широтная зональность. Максимальные концентрации наблюдаются в южном умеренном гумидном (субантарктические и антарктические воды, до 277 мкг/л), и в меньшей степени (не более 70 мкг/л) в северном умеренном гумидном поясах. В результате массового развития кремнийсодержащего планктона, а в первую очередь диатомовых водорослей, в этих районах образуются так называемые кремневые (диатомовые) пояса [Зернова и др., 2003, 2004; Зернова, 2005; Лисицын, 1974, 1975, 1978]. Причем в Южном океане границы массового развития диатомей и повышенной концентрации Si02aM. совпадают [Зернова и др., 2004, 2009]. В Южно- и Северо-Атлантическом тропических круговоротах содержание SiOia«. резко снижается (порой до нулевых значений), увеличиваясь в экваториальной гумидной зоне в районе северной и южной тропических дивергенций (WTRA, ETRA). Воды аридных зон характеризуются минимальными биомассами

кремнийконцентрирующих планктонных организмов, как и планктона вообще.

Сопоставимые с диатомовыми поясами южного и северного полушария высокие концентрации SíO^m. отмечены в водах Канарского апвеллинга и на южной периферии Бенгельского. Максимальные концентрации (около 300 мкг/л, а в одной точке и 780 мкг/л) были отмечены нами в устьевой зоне р. Ла-Платы. Такая ситуация связана с резким увеличением количества и продуктивности кремнийобразующего фитопланктона (диатомовых водорослей) в зоне смешения морских и речных вод - биологическая часть маргинального фильтра [Лисицын, 1994,2004].

Сезонное изменение концентраций SiC^am. повторяет сезонный ход биологических процессов, а в первую очередь жизненный цикл диатомовых водорослей. Наибольшие концентрации Si02aM. зафиксированы весной и летом обоих полушарий, хотя стоит отметить, что в субантарктических водах и в осенние месяцы содержание SiC^™. гораздо выше, чем в аридных областях океана даже в наиболее благоприятное для развития фитопланктона время.

3.4.2.3. Карбонат кальция. Содержание взвешенного СаСОз в поверхностных водах Атлантики изменялось по нашим данным от следов до 1575 мкг/л. Наиболее часто встречаются содержания СаСОз менее 100 мкг/л и от 100 до 200 мкг/л. Выявлено значительное увеличение концентраций взвешенного карбоната кальция по сравнению с полученными ранее данными [Лисицын и др., 1975; Емельянов, 1982; Kuss, Kremling, 1999], косвенно подтверждаемое положительным трендом вертикальных потоков СаСОз [Deuser et al., 1995]. Возрастание количества и биомассы одного из самых распространенных видов кокколитофорид Emiliania huxleyi отмечалось также в Норвежском море с 1952 по 1999 г. более чем в 3 раза [Zemova, Domanov, 2004]. Значительное количество карбонатного планктона, выявленное нами при просмотре взвеси на сканирующем электронном микроскопе, не позволяет говорить об ошибке измерения при определении содержания СаС03 во взвеси.

В пространственном распределении СаС03, как и для других биогенных компонент взвеси, определяющим фактором является широтная климатическая зональность. В приантарктических водах (провинции SSTC, SANT, ANTA) содержание СаСОз минимально, за исключением станции у кромки припайного льда. К северу от зоны антарктической конвергенции, где широко распространен перидиниево-фораминиферовый планктон, содержание СаСОз значительно увеличивается. Относительно высокими остаются концентрации и в южной аридной зоне в Южно-Атлантическом тропическом круговороте. В экваториальной Атлантике содержание СаСОз заметно уменьшается. Далее к северу концентрации снова растут и достигают своего максимума в гумидной умеренной зоне северного полушария (провинции NADR, ARCT, SARC).

Пятном повышенных концентраций СаСОз выделяется Канарский апвеллинг.

3.4.3. Общие закономерности распределения основных составляющих водной взвеси в различных природных зонах Атлантики. Итак, как и для количественного распределения всей водной взвеси, в распределении основных ее компонент работают законы широтной климатической и циркумконтинентальной зональностей. Причем, циркумконтинентальная зональность проявляется в основном в распределении литогенного вещества, а широтная климатическая выражается в первую очередь в зональности распределения биогенных компонент за счет зональности жизнедеятельности основного продуцента биогенного вещества - фитопланктона.

Глава 4. ЗОНАЛЬНОСТЬ ФОРМИРОВАНИЯ ВЗВЕШЕННОГО ОСАДОЧНОГО ВЕЩЕСТВА В ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДАХ АТЛАНТИЧЕСКОГО ОКЕАНА Соотношение компонент вещественного состава взвеси является наглядным показателем для выявления пространственной изменчивости формирования взвешенного осадочного вещества (рис. 6).

В прибрежном домене выделяются 3 основные группы провинций: это зоны маргинальных фильтров рек, районы, характеризующиеся отсутствием мощного речного стока, и апвеллинги. Общим для прибрежных провинций является преобладающее значение литогенной составляющей водной взвеси (до 77% в провинции NECS и до 89% в устьевой зоне р. Ла-Платы). В то же время, в зоне влияния Канарского и Бенгельского апвеллингов литогенное вещество при высоких концентрациях имеет значительно меньшую долю в суммарном веществе взвеси (~11%). Здесь основная роль принадлежит биогенному веществу, продуктам жизнедеятельности фитопланктона. В прибрежных апвеллингах, являющихся «оазисами жизни» аридных районов океана, отмечается максимум органического вещества (до 51%).

В открытом океане наибольшее значение принадлежит биогенной части взвеси. Основным продуцентом взвеси является фитопланктон. Распределение взвеси в открытом океане практически полностью контролируется его продукцией, что подтверждается распределением биогенных компонент взвеси и численности и биомассы фитопланктона [Зернова и др., 2004, 2009; Клювиткин и др., 2007, 2008] и сопоставлением со взвесью как средних многолетних продукционных характеристик фитопланктона [Berger, 1989; Виноградов и др., 1996 и др.], так и спутниковых карт распределения хлорофилла и прямых измерений хлорофилла [Ведерников и др., 2006, 2007, 2008; Демидов и др., 2008]. Изучение состава водной взвеси на сканирующем электронном микроскопе также показывает преобладание биогенного материала.

Литогенное вещество Органическое вещество

ШШЁВЁШ

СаСОз

Рис. 6. Состав водной взвеси Атлантики (%), осредненный согласно биогеохимическому районированию [Longhurst, 1995]: (а) весь океан в среднем; домен западных ветров: (б) GFST + NADR (~ северная гумидная зона): (в) SSTC + SANT южная гумидная зона): домен пассатных ветров: (г) NATR (~ северная аридная зона); (д) WTRA + ETRA (~ экваториальная гумидная зона); (е) SATL (~ южная аридная зона); прибрежный домен: (ж) NECS (~ Северное море + Бискайский залив); (з) CNRY; (и) BENG; (к) эстуарий р. Ла-Плата.

Однако, при несомненном преобладании во взвеси открытого океана биогенного материала, состав взвеси в различных климатических зонах и биогеохимических провинциях различен. Умеренные гумидные зоны северного и южного полушарий (домен западных ветров, провинции GFST, NADR, SSTC, SANT) характеризуются минимальным содержанием литогенного вещества (79%). В WTRA и ETRA (экваториальная гумидная зона) и западной части NATR его доля максимальна для открытого океана (16%) за счет аэрозольной поставки.

Состав биогенного материала водной взвеси также неоднороден. В южном полушарии (провинции SSTC и SANT) возрастает доля SiObM., а в северном (GFST, NADR) преобладает взвешенное органическое вещество (12% и 35%; 3% и 42%, соответственно). Преобладание Si02aM. в донных осадках Южного

океана [Лисицын, 1978] подтверждает его главенствующую роль в процессах осадконакопления данного региона. СаСОз наибольшую роль в формировании водной взвеси играет в провинциях домена пассатных ветров ЫАТЛ, \VTRA, ЕТИА и БАТЬ, что также находит отражение в составе донных осадков (особенно для NATR и БАТЪ) Атлантики [Лисицын, 1978].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты исследования закономерностей количественного распределения и формирования состава взвешенного осадочного вещества в поверхностном (деятельном) слое Атлантического океана заключаются в следующем:

1. Наибольшие концентрации атмосферных аэрозолей - до 25 мкг/м3 -приходятся в Атлантике на аридные зоны северного и южного полушарий, а также экваториальную гумидную зону. Распределение счетных концентраций аэрозолей в целом повторяет распределение их весовых концентраций. Роль морского источника аэрозолей (морская соль) возрастает при усилении ветра. По количеству преобладают частицы наименьшего размера. По объему -частицы субмикронных диапазонов (0.8-1.2 мкм). Главную роль в распространении эолового материала играет климатический фактор (атмосферная циркуляция). Циркумконтинентальная зональность проявляется в уменьшении содержания аэрозолей по мере удаления от суши в районах, не зависимых от выноса материала из засушливых районов Северной Африки.

2. Наиболее значительной составляющей аэрозолей является литогенное вещество (до 100%). Основным источником аэрозолей изученного региона служат засушливые районы Северной Африки, а также аридные области Южной Африки. Главную роль в формировании взвешенного вещества в поверхностных водах Атлантики атмосферные аэрозоли играют в аридных зонах северного и южного полушарий, а также в экваториальной гумидной зоне (до 83.5% от общей массы литогенной компоненты взвеси, или 31.1% от суммарной валовой концентрации водной взвеси).

во время экспедиции. Исследования гранулометрического состава водной взвеси показали, что в продуктивных районах Атлантического океана, как правило, преобладают частицы мелкоалевритовой размерности (10-20 мкм), а олиготрофные районы отличаются более высоким содержанием тонкой пелитовой фракции (2-10 мкм) - до 50% и выше.

4. Зоны маргинальных фильтров рек характеризуются в целом максимальным содержанием взвеси (лавинными ее концентрациями и высокими градиентами концентраций). Основная часть взвеси, выносимая реками, оседает в маргинальных фильтрах (до 93%). Но, несмотря на это, влияние рек прослеживается на значительном расстоянии от берега за счет реализации в фильтрах растворенных биогенных элементов и биогенной компоненты взвеси (биологическая ступень маргинального фильтра). Общим для прибрежных провинций является преобладающее значение литогенной составляющей водной взвеси (до 77% на континентальном шельфе СевероВосточной Атлантики и до 89% в устьевой зоне р. Ла-Платы).

Максимум биогенного вещества (до 90%) отмечается в прибрежных апвеллингах, являющихся «оазисами жизни» для аридных районов океана.

5. В открытом океане наиболее наглядно отображается широтная климатическая зональность. Районы максимальных концентраций простираются по широтным поясам и совпадают с богатыми жизнью эвтрофными и мезотрофными водами северного и южного умеренных гумидных поясов, а также экваториальной гумидной зоны. Основным продуцентом взвеси в поверхностном слое является планктон, продуктивность которого также является функцией в первую очередь климатической зональности (закон биологической структуры океана Зенкевича-Богорова). Наибольшее влияние на формирование состава взвеси биогенный фактор оказывает в гумидных зонах северного и южного полушарий и в экваториальной гумидной зоне, что отражается в донных осадках. Минимален вклад биогенной составляющей водной взвеси в аридных зонах океана, что также находит отражение в составе и количестве осадков.

6. Картина распределения суммарной биогенной составляющей взвеси близко повторяет распределение хлорофилла. Выявлена прямая зависимость между этими характеристиками, а также содержанием взвешенного органического вещества и взвешенного фосфора. Распределение СаС03 и 5Ю2ам. характеризуется гораздо более слабой корреляцией с суммарной биогенной составляющей взвеси и хлорофиллом за счет различия в соотношении видов карбонат- и кремнийконцентрирующих организмов в планктонных сообществах различных природных зон. В северном полушарии содержание СаС03 и органического вещества в среднем выше, в южном

полушарии возрастает доля SiO^.-

7. Дистанционные (спутниковые) методы открывают уникальные возможности для океана в целом судить о распределении температуры, хлорофилла (индикатора биогенной части) и водной взвеси на поверхности, однако, как показано в работе, нуждаются в постоянной верификации по зонам и сезонам года, которая достигается внедрением предложенного метода сбора и дальнейшего анализа водной взвеси на ходу судна без остановок на станции. Применение метода непрерывной верификации данных спутниковых сканеров цвета для изучения взвешенного осадочного вещества в океане и атмосфере дало возможность впервые на примере целого океана выявить важные детали климатической и циркумконтинентальной зональности на протяжении всего года и по сезонам северного и южного полушария (данные восьми рейсов, собранные по единой программе), закартировать эту зональность, выяснить взаимодействие аэрозольного и гидрозольного осадочного вещества в формировании потоков рассеянной формы осадочного материала.

8. В целом наше исследование показало огромный информационный потенциал изучения микро- и наночастиц для понимания литолого-геохимических процессов в атмосфере и океане.

Список работ, опубликованных по теме диссертации в периодических изданиях, рекомендованных ВАК:

Клюеиткин A.A. Атмосферные аэрозоли и осадконакопление в аридных зонах Атлантического океана//ДАН. 2008. Т. 421.№ 1.С. 111-115. Клюеиткин A.A., Лукашин В.Н., Новигатский А.Н., Исаева А.Б., Серова В.В. Минеральные аэрозоли, их концентрации, состав и потоки на океанскую поверхность на меридиональном разрезе в Атлантическом океане (по результатам 18-го рейса НЭС «Академик Федоров») // Океанология. 2004. Т. 44. № 5. С. 756-767.

Jlanno С.С., Морозов Е.Г., Северов Д.Н., Соков A.B., Клюеиткин A.A., Наги Г. Фронтальное смешение речных и морских вод в заливе Рио-де-ла-Плата // ДАН. 2005. Т. 400. № 5. С. 690-692.

А также в других изданиях: Клюеиткин A.A., Зернова В.В., Кравчишина М.Д., Политова Н.В., Шевченко В.П. Распределение фитопланктона и взвеси в Атлантическом океане в октябре-ноябре 2002 г. // Комплексные исследования Мирового океана: Проект «Меридиан». Ч. 1: Атлантический океан. - Отв. ред. М.В. Флинт. М.: Наука, 2008. С. 270-294.

Лаппо С.С., Морозов Е.Г., Северов Д.Н., Соков A.B., Клюеиткин A.A., Наги Г. Смешение речных и морских вод в заливе Рио де ла Плата // Там же. С. 49-53. Зернова В.В., Клюеиткин A.A., Новигатский А.Н., Хлебопашев П.В.

Микроводоросли и взвешенное вещество в индийском секторе Антарктики в осенне-зимний период // Арктика и Антарктика. Вып. 3 (37). М: Наука, 2004. С. 196-210.

Burenkov V.l., Klyuvitkin A.A., Sheberstov S. V. Suspended matter concentration in surface layers of the Atlantic Ocean derived from data of ocean color scanner MODIS // IV International Conference "Current problems in optics of natural waters" N. Novgorod, Russia, September 11-15,2007. Proceedings. P. 154-156. Клювиткин A.A., Зернова В.В., Доманов М.М., Клювиткина Т.С. Распределение взвеси и фитопланктона в Южной Атлантике в ноябре-декабре 2004 г. // Геология морей и океанов: Материалы XVII Международной конференции (Школы) по морской геологии. Т. III. - M.: ГЕОС, 2007. С. 28-30. Клювиткин A.A., Политова Н.В., Новигатский А.Н. Атмосферные аэрозоли в аридных зонах Атлантического океана в марте-апреле 2005 г. // Там же. С. 3436.

Клювиткин A.A., Буренков В.И., Шеберстов C.B. Дистанционные методы в изучении процессов современного осадконакопления на примере Атлантического океана // Материалы 5-го Всероссийского литологического совещания «Типы седиментогенеза и литогенеза и их эволюции в истории Земли». Том 1. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2008. С. 304-306. Зернова В.В., Клювиткин A.A., Новигатский А.Н. Исследование микроводорослей и взвешенного вещества в Южном океане (Индийский сектор) // Геология морей и океанов: Тезисы докладов XV Международной школы по морской геологии. Т. И. - М.: ГЕОС, 2003. С. 118-119. Клювиткин A.A., Зернова В.В., Кравчишина М.Д., Политова Н.В., Шевченко

B.П. Распределение и состав водной взвеси и фитопланктона на меридиональном разрезе в Атлантическом океане в октябре-ноябре 2002 г. // Там же. С. 120-121.

Клювиткин A.A., Новигатский А.Н., Исаева A.B., Серова В.В. Количественное распределение и состав аэрозолей Атлантики в марте и июне 2001 года // 4-я международная конференция «Естественные и антропогенные аэрозоли»: тезисы докладов. - С.-Петербург, 2003. С. 26-27.

Шевченко В.П., Клювиткин A.A., Политова Н.В., Смирнов В.В. Количественное распределение и состав аэрозолей Атлантики в октябре-ноябре 2002 года // Четвертые Петряновские чтения: тезисы докладов. - М., 2003.

C. 76-77.

Клювиткин A.A. Взвешенное вещество в поверхностных водах Атлантики // Геология морей и океанов: Тезисы докладов XVI Международной школы по морской геологии. T. II. - М.: ГЕОС, 2005. С. 31-32.

Подписано в печать 08.04.2009 г. Заказ № 345. Тираж 100 экз. Отпечатано в ООО «Альянс Документ Центр»

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Клювиткин, Алексей Андреевич

Введение.

Глава 1. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АТЛАНТИЧЕСКОГО ОКЕАНА.

1.1. Основные черты климата.

1.2. Гидрофизические условия.

1.3. Природная зональность.

Глава 2. АЭРОЗОЛИ АТЛАНТИКИ.

2.1. Общие сведения об атмосферных аэрозолях Атлантики и основные задачи их изучения.

2.1.1. Определение.

2.1.2. История исследований аэрозолей.

2.2. Материал и методы исследований аэрозолей.

2.2.1. Материал.

2.2.2. Методика исследований.

2.2.2.1. Экспедиционные исследования.

2.2.2.2. Аналитические исследования.

2.3. Количественное распределение аэрозолей.

2.4. Гранулометрический состав аэрозолей.

2.5. Вещественный состав аэрозолей.

2.5.1. Литогенное вещество и его потоки.

2.5.1.1. Черты геохимии.

2.5.1.2. Потоки литогенного вещества.

2.5.1.3. Минеральный состав.

2.5.2. Биогенное вещество.

2.6. Общие закономерности распределения, состава и потоков аэрозолей в различных природных зонах Атлантики.

Глава 3. ГИДРОЗОЛИ (ВОДНАЯ ВЗВЕСЬ) АТЛАНТИКИ.

3.1. Общие сведения о водной взвеси Атлантики.

3.1.1. Современные представления о водной взвеси.

3.1.2. Общие закономерности распределения водной взвеси в Мировом океане.

3.1.3. История исследований водной взвеси.

3.2. Материал и методы исследований водной взвеси.

3.2.1. Материал.

3.2.2. Методика исследований.

3.2.2.1. Экспедиционные исследования.

3.2.2.2. Аналитические исследования.

3.3. Количественное распределение и гранулометрический состав водной взвеси.

3.3.1. Весовая концентрация.

3.3.2. Объемная концентрация и гранулометрический состав.

3.3.3. Спутниковые исследования и метод непрерывной верификации.

3.3.4. Общие закономерности количественного распределения водной взвеси в различных природных зонах Атлантики.

3.4. Вещественный состав водной взвеси.

3.4.1. Литогенное вещество.

3.4.1.1. Расчет вклада атмосферных аэрозолей в формирование литогенного вещества водной взвеси.

3.4.2. Биогенное вещество.

3.4.2.1. Органическое вещество.

3.4.2.2. Аморфный кремнезем.

3.4.2.3. Карбонат кальция.

3.4.3. Общие закономерности распределения основных составляющих водной взвеси в различных природных зонах Атлантики.

Глава 4. ЗОНАЛЬНОСТЬ ФОРМИРОВАНИЯ ВЗВЕШЕННОГО ОСАДОЧНОГО ВЕЩЕСТВА В ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДАХ АТЛАНТИЧЕСКОГО ОКЕАНА.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Формирование взвешенного осадочного вещества в поверхностных водах Атлантического океана"

Актуальность проблемы. Среди новых направлений океанологии, развившихся за последние десятилетия, изучению водной взвеси принадлежит особая роль. Водная взвесь - это частицы, которые находятся в воде во взвешенном состоянии. Рассеянное осадочное вещество, взвешенное в многокилометровой толще вод океанов, является тем материалом, из которого, в конечном счете, образуются донные осадки и осадочные породы [Лисицын, 1978, 2008].'

Поверхностный слой океана - это зона мобилизации взвешенного осадочного материала. Именно отсюда из верхнего деятельного слоя начинается поток осадочного вещества сквозь толщу воды на дно [Лисицын, 1986; Wefer, 1989]. Водная взвесь в поверхностном слое океана формируется за счет континентальных и океанических источников, а также эндогенного (вулканогенного) и антропогенного вещества. Океаническим источником взвеси является биогенное вещество, формирующееся за счет первичной продукции. В поверхностном слое океана организмы фитопланктона производят гигантскую работу по превращению растворенных форм осадочного вещества и большой группы биофильных элементов в биогенную взвесь. Континентальное вещество попадает в океан в основном с речным стоком и через атмосферу, а также в ходе абразии берегов. В ледовых зонах большое значение приобретает ледовый разнос осадочного вещества. Материал, выносимый реками, осаждается преимущественно (93-97%) в прибрежной зоне - зоне маргинального фильтра [Лисицын, 19946]. И, как следствие этого, основными источниками терригенного материала в открытом океане являются атмосферные аэрозоли, а в ледовых зонах высоких широт - ледовый разнос [Лисицын, 1978; 1981; 1994а,б; Angel, 1989; Bishop, 1989; Wefer, 1989].

Атмосферные аэрозоли представлены совокупностью мельчайших частиц или жидких капелек, взвешенных в газовой фазе [Бримблкумб, 1988; Brimblecombe, 1996]. Изучение взвешенного материала, как в водной толще, так и в атмосфере необходимо для понимания процессов осадконакопления [Лисицын, 1991], а также для оценки экологического состояния акватории, т.к. водная и воздушная взвесь часто являются главными носителями загрязнений в море [Айбулатов и др., 1999].

В последние годы российские исследования взвеси в Атлантике носят эпизодический характер и стали, в основном, попутными [Сивков и др., 2001; Зернова и др., 2004; Клювиткин и др., 2004, 2008а,б]. Возникает определенный дефицит в современных исследованиях взвеси, в том числе и в Атлантике. Другой проблемой в изучении взвешенного вещества является разрозненность исследований, как в территориальном плане, так и в отношении методов изучения отдельных компонент взвеси.

Отдельной строкой стоит выделить развитие дистанционных методов (особенно спутниковых и гидрооптических) [Jago, Bull, 2000; Буренков и др., 2000, 2004; Burenkov et al., 2007а; Клювиткин и др., 2008а], а также появление модельных методов исследования [Holt, James, 1999].

Цель работы. Основной целью работы является исследование закономерностей количественного распределения и формирования вещественного состава взвешенного осадочного вещества в поверхностном (деятельном) слое Атлантического океана с применением спутниковых и других дистанционных методов на ходу судна, их точечная верификация во всех природных зонах Атлантического океана.

Задачи. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

•S обобщение и систематизация результатов предшествующих исследований;

•S отработка и усовершенствование методики работ в «перегонных» рейсах на полном ходу судна;

S отбор проб водной и воздушной взвеси на меридиональных и широтных разрезах в Атлантике;

S изучение количественного распределения, вещественного и химического состава водной и воздушной взвеси;

•S выявление закономерностей пространственно-временных изменений концентраций и состава водной и воздушной взвеси;

•S определение факторов, влияющих на формирование, распространение и состав водной и воздушной взвеси.

Научная новизна. Настоящая работа является первым результатом исследований водной и воздушной взвеси в Атлантическом океане на серии меридиональных разрезов, которые выполнены на ходу судна. Непрерывные спутниковые, дистанционные гидрофизические и гидрооптические методы в сочетании с прямыми калибровочными определениями позволили верифицировать спутниковые данные.

Удалось создать первые карты распределения водной взвеси в поверхностных водах Атлантики по всему океану на основании спутниковых данных, верифицированных прямыми измерениями взвеси на ходу судна.

Академик Иоффе», «Академик Сергей Вавилов») и ААНИИ (НЭС «Академик Федоров») автором с коллегами в 2001-2005 гг., и обобщении литературных данных. Автором проводился отбор проб воды, сбор взвеси на ядерные фильтры, отбор проб атмосферных аэрозолей различными методами и первичная обработка проб на борту судна. Работы в комплексных экспедициях дали возможность сопоставить результаты измерений с данными гидрологических, оптических и биологических исследований. Применение спутниковых методов (сканеры цвета SeaWiFS и MODIS-Aqua) позволило охватить всю площадь поверхности океана и проследить главные изменения по сезонам года на протяжении пяти лет. В экспедициях автором обработано 582 пробы воды, по ним проанализировано распределение концентраций взвешенного вещества, изучен состав водной взвеси. Обработано 97 проб воздушной взвеси. Исследования под электронным сканирующим микроскопом, подготовка проб к различным видам анализа, сбор и обработка спутниковых данных в лабораторных условиях также проводились автором лично. Диссертантом выполнена интерпретация и обобщение полученных материалов.

Достоверность результатов. Данные по количественному распределению и составу взвеси получены и обработаны с помощью современных методов пробоотбора и анализа на борту научно-исследовательских судов и в лабораториях ИО РАН, ГЕОХИ РАН, Института полярных и морских исследований им. А. Вегенера (Германия) совместно с коллегами из перечисленных научных учреждений. Для проверки достоверности результатов использованы международные стандарты химического состава. Достоверность выводов обеспечена обширным фактическим материалом и применением независимых методов анализа.

Практическая ценность работы. В ходе работы отработаны и усовершенствованы методика работ на ходу судна, методика и алгоритмы обработки и верификации спутниковых данных. Проведено сопоставление различных независимых методов исследования как водной взвеси, так и атмосферных аэрозолей, что может быть использовано при дальнейших исследованиях распространения не только природного осадочного вещества, но и загрязнений в атмосфере и океане.

Защищаемые положения.

1. Основным поставщиком аэрозолей в аридных зонах Атлантики являются пустыни и полупустыни Северной и Западной Африки. Атмосферный перенос играет главную роль в формировании литогенной части водной взвеси. Вклад эолового литогенного вещества достигает 80% от всего литогенного вещества водной взвеси, изученного нами прямыми методами. Т.е. аэрозоли — главный источник литогенного вещества в этих зонах. Зона аридной седиментации суши (Сахара) продолжается в океане за счет аэрозольной поставки.

5. Применение метода непрерывной верификации данных спутниковых сканеров цвета позволяет на примере целого океана выявить важные детали климатической и циркумконтинентальной зональности на протяженности целого года (данные восьми рейсов, собранные по единой программе), закартировать эту зональность, выяснить взаимодействие аэрозольного и гидрозольного осадочного вещества в формировании потоков рассеянной формы осадочного материала.

Апробация. Результаты исследований автора, изложенные в работе, были представлены и обсуждены на 4-й международной конференция «Естественные и антропогенные аэрозоли» (Санкт-Петербург, 2003 г.); Четвертых Петряновских чтениях (Москва, 2003 г.); XV Международной школе морской геологии, (Москва, ноябрь 2003 г.); XVI Международной школе морской геологии (Москва, ноябрь 2005 г.); XVII Международной школе морской геологии (Москва, ноябрь 2007 г.); V Всероссийском литологическом совещании «Типы седиментогенеза и литогенеза и их эволюция в истории Земли (Екатеринбург, октябрь 2008 г.), а также в ряде докладов на коллоквиумах Лаборатории физико-геологических исследований ПО РАН.

Заключение Диссертация по теме "Океанология", Клювиткин, Алексей Андреевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Работы в попутных экспедициях на полном ходу судна в 9 экспедициях через океан дали возможность сопоставить результаты измерений с данными гидрологических, оптических и геологических исследований. Применение спутниковых методов позволило не только охватить всю площадь поверхности океана, но и проследить главные изменения по сезонам года на протяжении четырех лет. Выполнена интерпретация и обобщение полученных материалов.

В ходе работы были решены следующие задачи:

S обобщение и систематизация результатов предшествующих исследований;

S отработка и усовершенствование методики работ в «перегонных» рейсах на полном ходу судна;

•S отбор проб водной и воздушной взвеси на меридиональных и широтных разрезах в Атлантике;

•S изучение количественного распределения, вещественного и химического состава водной и воздушной взвеси;

•S использование дистанционных методов исследования водной и воздушной взвеси (спутниковые исследования), их усовершенствование и верификация прямыми определениями;

•S определение факторов, влияющих на формирование, распространение и состав водной и воздушной взвеси.

Была достигнута главная цель работы — проведено исследование закономерностей количественного распределения и формирования состава взвешенного осадочного вещества в поверхностном (деятельном) слое Атлантического океана в ходе взаимодействия вещества атмосферы и океана и развития биологических процессов.

Исходя из проделанной работы, можно сделать следующие выводы:

1. Наибольшие концентрации атмосферных аэрозолей — до 25 мкг/м3 — приходятся в Атлантике на аридные зоны северного и южного полушарий, а также на экваториальную гумидную зону. Распределение счетных концентраций аэрозолей в целом повторяет распределение их весовых концентраций. Роль морского источника аэрозолей (морская соль) возрастает при усилении ветра. Преобладают частицы наименьшего размера. Однако объемное распределение по размерам аэрозолей показало наибольшую значимость частиц субмикронных диапазонов (0.5-1.0 мкм и 1-2 мкм). Главную роль в распространении эолового материала играет климатический фактор (атмосферная циркуляция). Циркумконтинентальная зональность проявляется в уменьшении содержания аэрозолей по мере удаления от суши в районах, не зависимых от выноса материала из засушливых районов Северной Африки.

2. Наиболее значительной составляющей аэрозолей является литогенное вещество (в отдельных случаях 100%). Основным источником аэрозолей изученного региона являются засушливые районы Северной Африки, а также аридные области Южной Африки. Наиболее важную роль в формировании взвешенного вещества в поверхностных водах Атлантики атмосферные аэрозоли играют в аридных зонах северного и южного полушарий, а также в экваториальной гумидной зоне (до 83.5% от общей массы литогенной компоненты взвеси, или 31.1% от суммарной валовой концентрации водной взвеси).

3. Применение в экспедициях счетчика частиц Коултера открывает не только уникальные возможности «инситного» анализа гранулометрического состава рассеянного в морской воде осадочного вещества (взвеси), но и позволяет получать независимое представление об общем объеме этих частиц (их объемной концентрации), а также о площади поверхности частиц, т.е. о сорбционных свойствах взвеси. Высокий коэффициент корреляции (от 0.7 до 0.9 в разных частях субмеридионального разреза, пересекающего все климатические зоны) между двумя параметрами взвеси (объемной суммарной и весовой концентрацией), полученными разными методами, позволяет использовать счетчик Коултера для предварительного экспресс-анализа содержания взвеси во время экспедиции. Исследования гранулометрического состава водной взвеси показали, что в продуктивных районах Атлантического океана, как правило, преобладают частицы мелкоалевритовой размерности (10-20 мкм), а олиготрофные районы отличаются более высоким содержанием тонкой пелитовой фракции (2-10 мкм) - до 50% и выше.

4. Зоны маргинальных фильтров рек характеризуются в целом максимальным содержанием взвеси (лавинными ее концентрациями и высокими градиентами концентраций). Основная часть взвеси, выносимая реками, оседает в маргинальных фильтрах (до 93%). Но, несмотря на это, влияние рек прослеживается на значительном расстоянии от берега за счет реализации в фильтрах растворенных биогенных элементов и биогенной компоненты взвеси (биологическая ступень маргинального фильтра). Общим для прибрежных провинций является преобладающее значение литогенной составляющей водной взвеси (до 77% на континентальном шельфе СевероВосточной Атлантики (Северное море) и до 89% в устьевой зоне р. Ла-Платы при среднем содержании 46% и 62%, соответственно).

Максимум биогенного вещества (-90%) отмечается в прибрежных апвеллингах, являющихся «оазисами жизни» для аридных районов океана.

Зенкевича-Богорова). Наибольшее влияние на формирование состава взвеси биогенный фактор оказывает в гумидных зонах северного и южного полушарий и в экваториальной гумидной зоне, что отражается в донных осадках. Минимален вклад биогенной составляющей водной взвеси в аридных зонах океана, что также находит отражение в составе и количестве осадков.

6. Картина распределения суммарной биогенной составляющей взвеси близко повторяет распределение хлорофилла. Выявлена прямая зависимость между этими характеристиками, а также содержанием взвешенного органического вещества и взвешенного фосфора. Распределение СаСОз и SiCbaM. характеризуется наличием гораздо более слабой корреляции с суммарной биогенной составляющей взвеси и хлорофиллом за счет различия в соотношении видов карбонат- и кремнийконцентрирующих организмов в планктонных сообществах различных природных зон. В северном полушарии содержание СаСОз и органического вещества по нашим прямым определениям в среднем выше, а в южном полушарии возрастает доля аморфного кремнезема.

7. Дистанционные (спутниковые) методы открывают уникальные возможности для океана в целом судить о распределении температуры, хлорофилла (индикатора биогенной части) и водной взвеси на поверхности, однако, как показано в работе, нуждаются в постоянной верификации по зонам и сезонам года, которая достигается внедрением предложенного метода сбора и дальнейшего анализа водной взвеси на ходу судна без остановок на станции. Применение метода непрерывной верификации данных спутниковых сканеров цвета для изучения взвешенного осадочного вещества в океане и атмосфере дало возможность впервые на примере целого океана выявить важные детали климатической и циркумконтинентальной зональности на протяжении всего года и по сезонам северного и южного полушария (данные девяти рейсов, собранные по единой программе), закартировать эту зональность, выяснить взаимодействие аэрозольного и гидрозольного осадочного вещества в формировании потоков рассеянной формы осадочного материала.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Клювиткин, Алексей Андреевич, Москва

1. Айбулатов Н.А., Матюшенко В А., Шевченко В.П., Политова Н.В., Потехина Е.М. Новые данные о поперечной структуре латеральных потоков взвешенного вещества по периферии Баренцева моря // Геоэкология . 1999. № 6. С. 526-540.

2. Алисов Б.П., Полтараус Б.В. Климатология. М.: Изд-во МГУ, 1974. 299 с.

3. Артемьев ВА., Буренков В.И., Вортман М.И., Григорьев А.В., Копелевич О.В., Храпко А.Н. Подспутниковые измерения цвета океана: новый плавающий спектрорадиометр и его метрология // Океанология. 2000. Т. 40. № 1.С. 148-155.

4. Атлантический океан. География Мирового океана. Л.: Наука, 1984. 590 с.

5. Атлас океанов. Атлантический и Индийский океаны. Л., 1977.

6. Бетехтин А.Г. Курс минералогии. М.: Госгеолтехиздат, 1956. 558 с.

7. Богданов Ю.А. Взвесь в морской воде. // Гидрофизические и гидрооптические исследования в Атлантическом и Тихом океанах. А.С. Монин, К.С. Шифрин (отв. ред.). М.: Наука, 1974. С. 242-258.

8. Большая Советская Энциклопедия. Электронная версия. Издание на 3 CD. М.: Изд-во «Большая Российская Энциклопедия», «Новый диск», 2002.

9. Богоров В.Г. Биологическая структура океана // Доклады АН СССР. 1959. Т. 128. №4. С 819-822.

10. Богоров В.Г. Проблемы зональности Мирового океана // Советкая география. М.: Наука, 1960. С. 299-309.

11. Богоров В.Г., Зенкевич Л.А. Биологическая структура океана // Экология водных организмов / под ред. Г.М. Беляева и др. М. : Наука, 1966. С. 3-14.

12. Богоявленский А.Н. Распределение и миграция растворенной кремнекислоты в океанах // Геохимия кремнезема. Н.М. Страхов (отв. ред.). М.: Наука, 1966. С. 11-36.

13. Бримблкумб П. Состав и химия атмосферы. Пер. с англ. М.: Мир, 1988. 351 с.

14. Буренков В.К, Вазюля С.В., Копелевич О.В., Шеберстов С.В. Пространственно-временная изменчивость в поверхностном слое Белого моря по данным спутникового сканера цвета SeaWiFS // Океанология. 2004. Т. 44. №4. С. 507-515.

15. Буренков В.И., Ершова С.В., Копелевич О.В., Шеберстов С.В., Шевченко В.П. Оценка пространственного распределения взвеси в водах Баренцеваморя по данным спутникового сканера цвета SeaWiFS // Океанология. 2001. Т. 41. № 5. С. 653-659.

16. Буренное В.И., Копелевич О.В., Шеберстов С.В., Ведерников В.И. Подспутниковые измерения цвета океана: верификация спутниковых данных сканера цвета SeaWiFS // Океанология. 2000. Т. 40. № 3. С. 357362.

17. Бурков В.А. Общая циркуляция Мирового океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 256 с.

18. Бурков В.А. Особенности гидрологии // Атлантический океан. География Мирового океана. Л.: Наука, 1984. С. 83-116.

19. Вальтер А.А., Феоктистова Н.В., Колесов Г.М., Сапожников Д.Ю. Поведение редкоземельных элементов при альбитизации гранитов. // Геохимия. 1993. № 2. С. 290-295.

20. Ведерников В.К, Гагарин В.И., Демидов А.Б., Буренков В.И., Стунжас П.А. Распределение первичной продукции и хлорофилла в субтропических и тропических водах Атлантического океана осенью 2002 г. // Океанология. 2007. Т. 47. № 3. С. 418-431.

21. Виноградов А.П. Среднее содержание химических элементов в главных типах изверженных горных пород земной коры // Геохимия. 1962. № 7. С. 555-571.

22. Виноградов М.Е. Биологическая продуктивность океанических экосистем // Новые идеи в океанологии. Т. 1: Физика. Химия. Биология. / Отв. ред. М.Е. Виноградов, С.С. Лаппо. М.: Наука, 2004. С. 237-263.

23. Виноградов М.Е., Шушкина Э.А., Ведерников В.И. Характеристика эпипелагических экосистем Тихого океана на основе спутниковых и экспедиционных данных. Первичная продукция и ее сезонные изменения // Океанология. 1996а. Т. 36. № 2. С. 241-249.

24. Виноградов М.Е., Шушкина Э.А., Копелевич О.В., Шеберстов С.В. Фотосинтетическая продукция Мирового океана по спутниковым и экспедиционным данным // Океанология. 19966. Т. 36. № 4. С. 566-575.

25. Виноградов М.Е., Шушкина Э.А., Лебедева Л.П. и др. Структурно-функциональные характеристики сообществ океанической пелагиали в водах разной продуктивности, оцененной по космическим наблюдениям // Океанология. 1993. Т. 33. № 4. С. 563-573.

26. Виноградов М.Е., Шушкина Э.А., Незлин Н.П., Ведерников В.И., Гагарин В.И. Корреляционная связь различных параметров экосистемы эпипелагиали Мирового океана // Океанология. 1999. Т. 39. № 1. С. 64-74.

27. Войтов В.И., Журбас В.М. Комплексные океанологические исследования Канарского апвеллинга // Физические и океанологические исследования в тропической Атлантике. М.: Наука, 1986. С. 112-128.

28. Востоков С.В., Ведерников В.И. О связи между взвешенным органическим веществом и первичной продукцией в море // Океанология. 1987. Т. XXVII. Вып. 3. С. 489-496.

29. Гаранин В.К., Кудрявцева Г.П., Посухова Т.В., Сергеева Н.Е. Электронно-зондовые методы изучения минералов. М.: Изд-во Московского университета, 1987. 140 с.

30. Гельман Е.М., Старобина И.З. Фотометрические методы определения породообразующих элементов в рудах, горных породах и минералах. М. 1976. 72 с.

31. Гурвич Е.Г., Исаева А.Б, Демина Л.В., Левитан М.А., Муравьев КГ. Химический состав донных осадков Карского моря и эстуариев Оби и Енисея // Океанология. 1994. Т. 34. № 5. С. 766-775.

32. Демидов А.Б., Ведерников В.И., Гагарин В.И., Буренков В.И. Продукционные характеристики фитопланктона в восточных районах Атлантики и атлантическом секторе Южного океана в октябре-ноябре 2004 г. // Океанология. 2008. Т. 48. № 3. С. 396-410.

33. Демина JJ.JJ. Методы выделения морской взвеси // Современные методы гидрохимических исследований океана. М.: Институт океанологии им. П.П. Ширшова АН СССР, 1992. С. 7-13.

34. Добровольский АД., Залогин Б.С. Региональная океанология. М.: Изд-во МГУ, 1992.224 с.

35. Емельянов Е.М. Седиментогенез в бассейне Атлантического океана. М.: Наука, 1982. 192 с.

36. Емельянов Е.М., Кооль JJ.B. Перенос эоловой пыли и ее роль в процессах осадкообразования в Атлантическом океане // Литология и полезные ископаемые. 1979. № 2. С. 3-15.

37. Емельянов Е.М., Романкевич Е.А. Геохимия Атлантического океана. Органическое вещество и фосфор. М.: Наука, 1979. 220 с.

38. Живаго В.Н. Распределение эоловой взвеси над центральными и северными районами Индийского океана // Гидрофизические и оптические исследования в Индийском океане. М.: Наука, 1975. С. 200213.

39. Живаго В.Н., Богданов Ю.А. Эоловая взвесь над Атлантическим и Тихим океанами. // Гидрофизические и гидрооптические исследования в Атлантическом и Тихом океанах. А.С. Монин, К.С. Шифрин (отв. ред.). М.: Наука, 1974. С. 259-279.

40. Живаго В.Н., Серова В.В. Минералогия эоловой взвеси над центральными районами Тихого океана // Литология и полезные ископаемые. 1976. № 1. С. 20-38.

41. Жизнь растений. Том 3. Водоросли. Лишайники. Под ред. М.М. Голлербаха. М.: Просвещение, 1977. 487 с.

42. Зенкевич Л.А. Избранные труды. М.: Наука, 1977. Т. 2: Биология океана. 244 с.

43. Зернова В.В. Фитопланктон Южного океана. М.: Издательский центр «Море» Международного института океана, 2005. 208 с.

44. Зернова В.В., Доманов М.М., Клювиткин А.А: Распределение фитопланктона и взвеси в Южном океане в ноябре-декабре 2004 г. // Арктика и Антарктика. Вып. 7 (41). М: Наука, 2009. В печати.

45. Зернова В.В., Клювиткин А.А., Новигатский А.Н., Хлебопагиев П.В. Микроводоросли и взвешенное вещество в индийском секторе Антарктики в осенне-зимний период // Арктика и Антарктика. 2004. Вып. 3 (37). С. 196-210.

46. Иваненков В.Н., Чернякова А.Н., Гусарова А.Н., Сапожников В.В. Типизация вод и химико-океанографическое районирование Мирового океана. Химия океана. М.: Наука, 1979. Т. 2. С. 75-85.

47. Иванов А. Введение в океанографию. Под ред. Ю.Е. Очаковского и К.С. Шифрина. М.: Мир, 1978. 574 с.

48. Клювиткин А.А. Взвешенное вещество в поверхностных водах Атлантики // Геология морей и океанов: Тезисы докладов XVI Международной школы по морской геологии. Т. II. -М.: ГЕОС, 2005. С. 31-32.

49. Клювиткин А.А. Атмосферные аэрозоли и осадконакопление в аридных зонах Атлантического океана // Доклады Академии наук. 2008. Том. 421. № 1. С. 111-115.

50. Клювиткин А.А., Лукашин В.Н., Новигатский А.Н., Исаева А.Б., Серова В.В. Минеральные аэрозоли, их концентрации, состав и потоки на океанскую поверхность // Океанология. 2004. Т. 44. № 5. С. 756-767.

51. Кравчишина М.Д. Вещественный состав водной взвеси Белого моря // Автореферат диссертации. Москва, ИО РАН, 2007 г.

52. Кравчишина М.Д., Мицкевич И.Н., Веслополова Е.Ф., Шевченко В.П., Лисицын А.П. Взаимосвязь взвеси и микроорганизмов в водах Белого моря // Океанология. 2008. Т. 48. № 6. С. 900-917.

53. Кравчишина М.Д., Шевченко В.П. Первые определения гранулометрического состава взвеси Белого моря // Доклады Академии наук. 2005. Т. 400. № 3. С. 387-391.

54. Кобленц-Мишке О.И., Ведерников В.И. Первичная продукция // Океанология. Биология океана. М.: Наука, 1977. Т. 2: Биологическая продуктивность океана. С. 183—209.

55. Колесов Г.М. Определение микроэлементов. Нейтронно-активационный анализ в геохимии и космохимии. // Журнал аналитической химии. 1994. Т. 49. № 1.С. 160-171.

56. Лаппо С. С., Морозов Е.Г., Северов Д.Н., Соков А.В., Клювиткин А.А., Наги Г. Фронтальное смешение речных и морских вод в заливе Рио-де-ла-Плата // Доклады Академии наук. 2005. Т. 400. № 5. С. 690-692.

57. Леонтьев O.K. Рельеф, геологическое строение и геофизические поля дна // Атлантический океан. География Мирового океана. JL: Наука, 1984. С. 9-43.

58. Лисицын А.П. Атмосферная и водная взвесь как исходный материал для образования морских осадков // Тр. Ин-та океанологии. 1955. Т. XIII. С. 16-22.

59. Лисицын А.П. Методы сбора и исследования водной взвеси для геологических целей // Тр. Ин-та океанологии. 1956. Т. XIX. С. 204-231.

60. Лисицын А.П. Распределение и химический состав взвеси в водах Индийского океана // Результаты исследований по программе международного геофизического года. Океанология. № 10. М.: Наука, 1964. 136 с.

61. Лисицын А.П. Основные закономерности распределения современных кремнистых осадков и их связь с климатической зональностью // Геохимия кремнезема. Н.М. Страхов (отв. ред.). М.: Наука, 1966а. С. 90191.

62. Лисицын А.П. Процессы современного осадкообразования в Беринговом море. М.: Наука, 19666.

63. Лисицын А.П. Осадкообразование в океанах. Количественное распределение осадочного материала. М.: Наука, 1974. 438 с.

64. Лисгщьш А.П. Терригенная седиментация, климатическая зональность и взаимодействие терригенного и биогенного материала в океанах // Литология и полезные ископаемые. 1977. № 6. С. 3—23.

65. Лисицын А.П. Процессы океанской седиментации. Литология и геохимия. М.: Наука, 1978. 392 с.

66. Лисицын А.П. Работы Л.А. Зенкевича и развитие геологии морей и океанов // Океанология. 1980. Т. 20. № 5. С. 774-782.

67. Лисицын А.П. Зональность природной среды и осадкообразование в океанах // Климатическая зональность и осадкообразование. М.: Наука, 1981. С. 5^15.

68. Лисигын А.П. Биодифференциация вещества в океане и осадочный процесс // Биодифференциация осадочного вещества в морях и океанах. Под ред. А.П. Лисицына. Р.: Изд-во Ростовского Ун-та, 1986. С. 3-65.

69. Лисицын А.П. Процессы терригенной седиментации в морях и океанах. М.: Наука, 1991. 271 с.

70. Лисицын А.П. Ледовая седиментация в Мировом океана. М.: Наука, 1994а. 448 с.

71. Лисицын А.П. Маргинальный фильтр океанов // Океанология. 19946. Т. 34. № 5. С. 735-747.

72. Лисицын А.П. Потоки осадочного вещества и загрязнений в Мировом океане и методы глобального мониторинга // Стокгольм, Рио, Йоханнесбург. Вехи кризиса. Чтения памяти академика А.Л. Яншина. М.: Наука, 2004а. Выпуск 2. С. 133-194.

73. Лисицын А.П. Потоки осадочного вещества, природные фильтры и осадочные системы «живого океана» // Геология и геофизика. 20046. Т. 45. № 1. С. 15-48.

74. Лисицын А.П. Маргинальные фильтры и биофильтры Мирового океана // Океанология на старте XXI века / отв. ред. A.JI. Верещака; Ин-т океанологии им. П.П. Ширшова РАН. -М.: Наука, 2008. С. 159-224.

75. Лисицын А.П, Беляев Ю.И., Богданов Ю.А., Богоявленский А.Н. Закономерности распределения и формы кремния, взвешенного в водах Мирового океана // Геохимия кремнезема. Н.М. Страхов (отв. ред.). М.: Наука, 1966. С. 37-89.

76. Лисицын А.П., Богданов Ю.А., Емельянов Е.М., Максимов А.Н., Пустелъников О.С., Серова В.В. Взвешенные вещества в водах Атлантического океана. // Осадконакопление в Атлантическом океане. К.: Калининградская правда, 1975. С. 5-199.

77. Лисицын А.П., Горбунова З.Н. Глинистые минералы и климатическая зональность // Климатическая зональность и осадкообразование / Отв. ред. А.П. Лисицын, Д.Е. Гершанович. М.: Наука, 1981. С. 160-171.

78. Лисицын А.П., Лукашин В.Н., Гурвич Е.Г., Гордеев В.В., Демина Л.Л. О соотношении выноса элементов реками и их накоплением в донных осадках океанов //Геохимия. 1982. № 1. С. 106-113.

79. Лисицын А.П., Шевченко В.П., Буренков В.И. Гидрооптика и взвесь арктических морей // Оптика атмосферы и океана. 2000. Т. 13. №1. С. 7079.

80. Лукашин В.Н., Иванов Г.В., Полъкин В.В., Гурвич Е.Г. О геохимии аэрозолей в тропической Атлантике (по результатам 35-го рейса НИС «Академик Мстислав Келдыш») // Геохимия. 1996а. № 10. С. 1-10.

81. Лукашин В.К, Исаева А.Б., Серова В.В., Гордеев В.Ю., Штайн Р. Исследование аэрозолей над Северной Атлантикой // Океанология. 2000. Т. 40. №4. С. 594-605.

82. Лукашин В.Н., Исаева А.Б., Серова В.В., Николаева Г.Г. Геохимия осадочного вещества и его потоки в восточной части Экваториальной Атлантики //Геохимия. 2002. № 3. С. 306-318.

83. Лукашин В.Н., Шевченко В.П., Лисицын А.П., Серова В.В., Иванов Г.В. Распределение, вещественный и химический состав аэрозолей над западной частью Тихого океана // Океанология. 19966. Т. 36. № 2. С. 288298.

84. Люцарев С.В., Сметанкин А.В. Определение углерода в водной взвеси // Методы исследования органического вещества в океане. М.: Наука, 1980. С. 32—46.

85. Мейгс 77. Распределение на земном шаре аридных и полуаридных климатов // Гидрогеология и гидрология аридной зоны земного шара. М.: Наука, 1955.

86. Новая Российская Энциклопедия. М.: Изд-во «Энциклопедия», Издательский дом «ИНФРА-М», 2005. Т. 2. 960 с.

87. Панченко М.В., Полъкин В.В., Голобокова Л.П., Чубарое М.П., Нецветаева О.Г., Домышева В.М. Влияние континента на дисперсный и химический состав приводного аэрозоля Атлантики // Оптика атмосферы и океана. 1997. Т. 10. №7. С. 741-750.

88. Перелъман А.И. Геохимия ландшафта. М.: Высшая школа, 1975. 342 с.

89. Перелъман А.И. Геохимия. М.: Высшая школа, 1989. 528 с.

90. Рентгеновские методы изучения и структура глинистых минералов. Под ред. Г. Брауна. М.: Мир, 1965. 577 с.

91. Романкевич Е.А. Геохимия органического вещества в океане. М.: Наука, 1977. 256 с.

92. Ронов А.Б., Ярошевский А.А. Химическое строение земной коры // Геохимия. 1967. № 11. С. 1285-1309.

93. Савенко B.C. Факторы, определяющие распространенность химических элементов в океанических аэрозолях // Доклады Академии наук. 1994. Т. 339. № 5. С. 670-674.

94. Сакерин С.М., Кабанов Д.М., Панченко М.В., Полъкин В.В. О широтной зависимости и взаимосвязях характеристик аэрозоля в атмосфере Южной Атлантики // Оптика атмосферы и океана. 2006. Т. 19. № 7. С. 611-621.

95. Сакерин С.М., Кабанов Д.М., Полъкин В.В. Атмосферно-оптические исследования в 35-м рейсе НИС «Академик Мстислав Келдыш» // Оптика атмосферы и океана. 1995. Т. 8. № 12. С. 1767-1777.

96. Серова В.В. Минералогия эоловой и водной взвеси Индийского океана. М.: Наука, 1988. 176 с.

97. Серова В.В., Горбунова З.Н. Минеральный состав почв, аэрозолей, взвешенного вещества и донных осадков устьевой части реки Лены и моря Лаптевых//Океанология. 1997. Т. 37. № 1. С. 131-135.

98. Сивков В.В., Журов Ю.И., Демидова Т.А. Новые данные о распределении взвеси в Северной Атлантике. // Геология морей и океанов: Тезисы докладов XIV Международной школы по морской геологии. Т. II. — М.: ГЕОС, 2001. С. 172-173.

99. Сивков В.В., Стрюк В.Л. Концентрация водной взвеси в районах Гольфстрима и Канарского апвеллинга // Физические и океанологические исследования в тропической Атлантике. М.: Наука, 1986. С. 54-64.

100. Степанов В.Н. Мировой океан. М.: Знание, 1974. 255 с.

101. Тамбиев С.Б., Демина Л.Л. Опыт применения различных видов фильтров для фильтрации морских вод // Океанология. 1982. Т. XXII. Вып. 1. С. 137-142.

102. Тримонис Э.С. Терригенная седиментация в Атлантическом океане. М.: Наука, 1995. 255 с.

103. Тримонис Э.С., Стрюк В.Л. Исследование выноса пыли из Африки в Атлантический океан // Геология океанов и морей: Тезисы докладов VI Всесоюзной школы морской геологии. М., 1984. Т. 1. С. 150-151.

104. Тримонис Э.С., Стрюк В.Л. Поступление эолового материала в Атлантический океан // Комплексное изучение природы Атлантического океана: Тезисы докладов 4 обл. конф. Калининград, 1987. С. 96.

105. Тримонис Э.С., Стрюк В.Л. О роли эолового материала в седиментации в Атлантическом океане // Геология океанов и морей: Тезисы докладов VIII Всесоюзной школы морской геологии. М., 1988. Т. 2. С. 92-93.

106. Хорн Р. Морская химия. М.: Мир, 1972. 398 с.121 .Хромов С.П., Петросянг/ М.А. Метеорология и климатология. М.: Изд-во МГУ, 2001. 528 с.

107. Шевченко В.П. Аэрозоли влияние на осадконакопление и условия среды в Арктике. Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук. М.: 2000. 213 с.

108. Шевченко В.Н. Влияние аэрозолей на среду и морское осадконакопление в Арктике. М.: Наука, 2006.

109. Шевченко В.П., Клювиткин А.А., Политова Н.В., Смирнов В.В. Количественное распределение и состав аэрозолей Атлантики в октябре-ноябре 2002 года // Четвертые петряновские чтения: тезисы докладов. — М., 2003. С. 76-77.

110. Щулепников М.Н. Активационный анализ. // Химическая энциклопедия. Т. 1. Гл. ред. И.Л. Кнунянц. М.: Советская энциклопедия, 1988. С. 72-73.

111. Yl%.Afeti G.M., Resch F.J. Physical characteristics of Saharan dust near the Gulf of Guinea // Atmospheric Environment. 2000. Vol. 34. P. 1273-1279.

112. Arnold E., Merrill J., Leinen M., King J. The effect of source area and atmospheric transport on mineral aerosol collected over the North Pacific Ocean // Global and Planetary Change. 1998. V. 18. P. 137-159.

113. Aston S.R., Chester R., Johnson L.R., Padgham R.C. Eolian dust from the lower atmosphere of the eastern Atlantic and Indian oceans, China Sea and Sea of Japan // Marine Geology. 1973. V. 14. No. 1. P. 15-28.

114. Bathmann U.V., Scharek R., Klaas C., Dubischar C.D., Smetacek V. Spring development of phytoplankton biomass and composition in major water massesof the Atlantic sector of the Southern Ocean // Deep-Sea Res. 1997. V.44. No. 1-2. P. 51-67.

115. Berger W.H. Global Maps of Ocean Productivity // Productivity of the Ocean: Present and Past / Eds. W.H. Berger, V.S. Smetacek, G. Wefer. Chichester etc.: Wiley, 1989. P. 429^155.

116. Biscaye P.E. Mineralogy and sedimentation of recent deep-sea clay in the Atlantic ocean and adjacent areas and oceans // Bull. Geol. Soc. Amer. 1965. V. 76. P. 803-832.

117. Bowie A.E., Whitworth D.J., Achterberg E.P., Fauzi R., Mantoura C., Worsfold P.J. Biogeochemistry of Fe and other trace elements (Al, Co, Ni) in the upper Atlantic Ocean // Deep-Sea Research I. 2002. V. 49. P. 605-636.

118. Brewer P.G, Spencer D.W., Biscaye P.E., Hanley A., Sachs P.L., Smith L.C., Kadar S., Fredericks J. The distribution of particulate matter in the Atlantic Ocean //Earth and Planetary Science Letters. 1976. V. 32. P. 393^102.

119. Brimblecombe P. Air composition and chemistry. Cambridge University Press. 1996.253 p.

120. Calbet A., Landry M.R. Phytoplankton growth, microzooplankton grazing, and carbon cycling in marine systems // Limnol. Oceanogr. 2004. V. 49(1). P. 5157.

121. Caquineau S., Gaudichet A., Gomes L., Legrand M. Mineralogy of Saharan dust transport over northwestern tropical Atlantic Ocean in relation to source regions // Journal of Geophysical Research. 2002. V. 107. No. D15, 4251. P. AAC 4-1 -AAC 4-12.

122. Caquineau S., Gaudichet A., Gomes L., Magonthier M.-C., Chatenet B. Clay ratio as a relevant tracer to assess the origin of soil-derived aerosols // Geophysical Research Letters. 1998. V. 25. No. 7. P. 983-986.

123. Chamley H. Clay sedimentology. В.; Heidelberg; N.Y.: Springer, 1989. 549 p.

124. Chester R. The marine mineral aerosol // The role of air-sea exchange in geochemical cycling / Ed. P. Buat-Menard. Dordrecht: Reidel, 1986. P. 443476. (NATO A SI Ser. C, Math. And phys. Sci.; Vol. 185).

125. Chester R. Marine geochemistry. L.: Unwin Hyman, 1990. 698 p.

126. Chester R., Elderfield H., Griffin J. Dust transport in the northeast and southeast trade of the Atlantic Ocean //Nature. 1971. V. 233. P. 474-476.

127. Chester R., Elderfield H., Griffin J.J., Johnson L. R., Padgham R. C. Eolian dust along the eastern margins of the Atlantic Ocean //Marine Geology. 1972. V. 13. P. 91-105.

128. Chester R., Stoner J. Concentration of suspended particulate matter in surface sea water // Nature. 1972. V. 240. P. 552-553.

129. Chiapello I., Bergametti G., Chatenet B. Origins of African dust transported over the northeastern tropical Atlantic // J. Geophys. Res. 1997. V. 102. № D12. P.13701-13709.

130. Chiapello I., Prospero J.M., Herman J.R., Hsu N.C. Detection of mineral dust over the North Atlantic Ocean and Africa with the Nimbus 7 TOMS // Journal of Geophysical Research. 1999. V. 104. No. D8. P. 9277-9291.

131. Delany A.C., Parkin D.W., Griffin J.J, Goldberg E.D., Reimann B.E.F. Airborne dust collected at Barbados // Geochim. Cosmochim. Acta. 1967. V. 31. P. 885-909.

132. Denser W.G., Jickells T.D., King P.,Commeau J.A. Decadal and annual changes in biogenic opal and carbonate fluxes to the deep Sargasso Sea // Deep Sea Research I. 1995. Vol. 42. No. 11/12. P. 1923-1932.

133. Draxler R.R., Rolph G.D. HYSPLIT (HYbrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory) Model access via NOAA ARL READY // Websitehttp://www.arl.noaa.gov/ready/hvsplit4.html. 2003. NOAA Air Resources Laboratory, Silver Spring, MD.

134. Glaccum R.A., Prospero J.M. Saharan aerosols over tropical North Atlantic -Mineralogy //Marine Geology. 1980. V. 37. P. 295-321.

135. Goldberg E.D., Arrhenius G.O.S. Chemistry of Pacific pelagic sediments // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1958. V. 13. P. 153-212.

136. Gong S.L. A parameterization of sea-salt aerosol source function for sub- and super-micron particles // Global Biogeochemical Cycles. 2003. V. 17. No. 4. P. 1097.

137. Grotti M., Soggia F., Riva S.D., Magi E., Frache R. An in situ filtration system for trace element determination in suspended particulate matter // Analytica Chimica Acta. 2003. V. 498. P. 165-173.

138. Harrison S.P., Kohfeld K.E., Roelandt C., Claquin T. The role of dust in climate changes today, at the last glacial maximum and in the future // Earth-Science Reviews. 2001. Vol. 54. P. 43-80.

139. Helmers E. Trace metals in suspended particulate matter of Atlantic Ocean surface water (40°N to 20°S) // Marine Chemistry. 1996. V. 53. P. 51-67.

140. П0. Hemes P. J., Benner R. Terrigenous organic matter sources and reactivity in the North Atlantic Ocean and a comparison to the Arctic and Pacific oceans // Marine Chemistry. 2006. V. 100. P. 66-79.

141. Holt J.Т., James I.D. A simulation of the southern North Sea in comparison with measurements from the North Sea Project Part 2 Suspended Particulate Matter// Continental Shelf Research. 1999. V. 19. P. 1617-1642.

142. Jeandel С., Tachikawa Т., Bory A., Dehairs F. Biogenic barium in suspended and trapped material as a tracer of export production in the tropical NE Atlantic (EUMELI sites) // Marine Chemistry. 2000. V. 71. P. 125-142.

143. Junge C.E. Air chemistry and radioactivity. N.Y.; L.: Acad, press, 1963. 382 p.

144. Kalu A.E. The African dust plume: its characteristics and propagation across West Africa in winter // Saharan dust: mobilization, transport and deposition / Ed. C. Morales. Chichester: Wiley, 1979. P. 95-118.

145. Kiefert L., McTainsh G.H., Nickling W.G. Sedimentalogical characteristics of Saharan and Australian dust // The impact of desert dust across the Mediterranean / Ed. S. Guerzoni, R. Chester. Dordecht: Kluwer, 1996. P. 183— 190.

146. Leinen M., Prospero J.M., Arnold E., Blank M. Mineralogy of aeolian dust reaching the North Pacific Ocean. 1. Sampling and analysis // J. Geophys. Res. D. 1994. Vol. 99. No. 10. P. 21017-21023.

147. Lisitzin A.P. Sedimentation in the World Ocean. Tulsa: Bante Press, 1972. 218 P

148. Longhurst A.R. Seasonal cycles of pelagic production and consumption // Prog. Oceanog. 1995. V. 36. P. 77-167.

149. Maranon E., Holligan P.M. Photosynthetic parameters of phytoplankton from 50°N to 50°S in the Atlantic Ocean // Marine Ecology Progress Series. 1999. V. 176. P. 191-203.

150. Maranon E., Holligan P.M., Varela M., Mourino В., Bale A.J. Basin-scale variability of phytoplankton biomass, production and growth in the Atlantic Ocean//Deep-Sea Research I. 2000. V. 47. No. 5. P. 825-857.

151. Marks R. Marine aerosols and whitecaps in the North Atlantic and Greenland Sea Regions //ЕЙ. hydrogr. Ztschr. 1987. Bd. 40, H. 2. S. 71-79.

152. Martin J.H., Knauer G.A. The elemental composition of plankton // Geochim. Cosmochim. Acta. 1973. V. 37. P. 1639-1653.

153. Middleton N.J., Goudie A.S. Saharan dust: sources and trajectories // Trans. Inst. Br. Geogr. NS. 2001. V. 26. P. 165-181.

154. Mittelstaedt E. The ocean boundary along the northwest African coast: circulation and oceanographic properties at the sea surface. Prog. Oceanogr. 1991. V. 26. Issue 4. P. 307-355.

155. Molinaroly E. Mineralogical characterization of Saharan dust with a view to its final destination in Mediterrenian sediments // The impact of desert dust across the Mediterrenian / Ed. S. Guerzoni, R. Chester. Dordrecht: Kluwer, 1996. P. 153-162.

156. Munyikwa K. Synchrony of Southern Hemisphere Late Pleistocene arid episodes: A review of luminescence chronologies from arid Aeolian landscapessouth of the Equator // Quaternary Science Reviews. 2005. V. 24. P. 25552583.

157. Nagy G. J, Gomez-Erache M., Lopez C.H., Perdomo A.C. Distribution patterns of nutrients and symptoms of eutrophication in the Rio de la Plata River Estuary System // Hydrobiologia. 2002. V. 475/476. P. 125-139.

158. Nagy G.J., Pshennikov V., Robatto P. "EcoPlata" Program. 2003. P. 21-31.

159. Neuer S., Freudenthal Т., Davenport R., Llinas O., Rueda M.-J. Seasonality of surface water properties and particle flux along a productivity gradient off NW Africa // Deep-Sea Research II. 2002. V. 49. P. 3561-3576.

160. O'Dowd C.D., Smith M.N., Consterdine I., Lowe J. Marine aerosol, sea-salt, and the marine sulphur cycle: A short review // Atmospheric Environment. 1997. V. 31. No. 1. P. 73-80.

161. O'Reilly J.E., Maritorena S., Mitchell B.G., Siegel D.A., Carder K.L., Garver S.A., Kahru M, McClain C. Ocean color chlorophyll algorithms for SeaWiFS // J. Geophys. Res. 1998. V. 103. No. Cll. P. 24937-24953.

162. Pierce J.W., Siegel F.R. Suspended particulate matter on the Southern Argentine shelf//Marine Geology. 1979. V. 29. P. 73-91.

163. Prospero J. M. Atmospheric dust studies on Barbados // Bull. Amer. Meteorol. Soc. 1968. V. 49. No. 6.

164. Prospero J.M. Eolian transport to the World Ocean // The sea / Ed. C. Emiliani. N.Y.: Wiley, 1981. Vol. 7. P. 801-874.

165. Prospero J.M. The atmospheric transport of particles to the ocean. // Particle flux in the ocean. Edited by Ittekkot V., Schafer P., Honjo S., Depetris P.J. -SCOPE. Published by John Wiley & Sons Ltd. 1996. P. 19-52.

166. Prospero J.M., Glaccum R.A., Nees R.T. Atmospheric transport of soil dust from Africa to South America // Nature. 1981. V. 289. P. 570-572.

167. Rex R.W., Murray B. X-ray Studies // Init. Rep. DSDP. 1969. V. 4. app. III. P. 745-753.

168. Rolph G.D. Real-time Environmental Applications and Display sYstem (READY) // Website http://www.arl.noaa.gov/readv/hvsplit4.html. 2003. NOAA Air Resources Laboratory, Silver Spring, MD.

169. Sathyendranath S., Longhurst A., Caverhill C.M., Piatt T. Regionally and seasonally differentiated primary production in the North Atlantic // Deep-Sea Research I. 1995. V. 42. No. 10. P. 1773-1802.

170. Schlitzer R. Ocean Data View, http://odv.awi.de, 2009.

171. SeaWiFS Project, NASA/Goddard Space Flight Center and ORB IMAGE. http://oceancolor.gsfc.nasa.gov.

172. Sheldon R.W., Prakash A., Sutcliffe W.H. The size distribution of particles in the ocean //Limnol. and Oceanogr. 1972. V. 18. No. 3. P. 215-231.

173. Tachikawa K, Jeandel C., Vangriesheim A., Dupre B. Distribution of rare earth elements and neodymium isotopes in suspended particles of the tropical Atlantic Ocean (EUMELI site) // Deep-Sea Research I. 1999. V. 46. P. 733755.

174. Taylor S.R. Abundance of chemical elements in the continental crust: a new table // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1964. V. 28. P. 1273-1285.

175. Turekian K.K., Wedepohl K.H. Distribution of the trace elements in some major units of the Earth crust // Geol. Soc. Am. Bull. 1961. V. 72. P. 175-192.

176. Visible Earth. A catalog of NASA images and animations of our home planet. http://www.visibleearth.nasa.gov.

177. Wedepohl K.H. The composition of the continental crust // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1995. V. 59. No. 7. P. 1217-1232.

178. Wedepohl K.H. Composition and abundance of common igneous rocks // Handbook of geochemistry // Ed. K. Wedepohl. В.; N.Y.: Springer, 1969. P. 37-53.

179. Wefer G. Particle flux in the ocean: effects of episodic production // Productivity of the Ocean: Present and Past / Eds. W.H. Berger, V.S. Smetacek, G. Wefer. Chichester etc.: Wiley, 1989. P. 139-154.

180. Windom H.L. Eolian contributions to marine sediments // Journal of Sedimentary Petrology. 1975. V. 45. No. 2. P. 520-529.

181. Wyputta U., Grieger B. Comparison of eastern Atlantic atmospheric trajectories for present day and last glacial maximum // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 1999. V. 146. P. 53-66.

182. Zernova V. V., Domanov MM. The change of climate conditions in the Arctic climate system and reaction of the marine phytoplankton community // ACSYS Final Science Conference. WCRP-118 (CD) WMO/TD No. 1232, September 2004.

Информация о работе

Клювиткин, Алексей Андреевич
кандидата геолого-минералогических наук
Москва, 2009
ВАК 25.00.28

Диссертация

Формирование взвешенного осадочного вещества в поверхностных водах Атлантического океана - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы