Масс-балансовая оценка переноса и накопления осадочного вещества и соединений меди в Белом море

Цыганкова, Алла Евгеньевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Масс-балансовая оценка переноса и накопления осадочного вещества и соединений меди в Белом море
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Масс-балансовая оценка переноса и накопления осадочного вещества и соединений меди в Белом море"

На правах рукописи

ЦЫГАНКОВА АЛЛА ЕВГЕНЬЕВНА

МАСС-БАЛАНСОВАЯ ОЦЕНКА ПЕРЕНОСА И НАКОПЛЕНИЯ ОСАДОЧНОГО ВЕЩЕСТВА И СОЕДИНЕНИЙ МЕДИ В БЕЛОМ МОРЕ

Специальность 25.00.36 - Геоэкология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Ростов-на-Дону 2006

Работа выполнена на кафедре физической географии, экологии и охраны природы геолого-географического факультета Ростовского государственного университета

Научный руководитель: доктор географических наук

C.B. Бердников

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук

Г.И. Иванов

кандидат географических наук C.B. Жукова

Ведущая организация: Арктический и Антарктический НИИ

Росгидромета РФ (Санкт-Петербург)

Защита состоится 5 мая 2006 г. в 15й2 часов на заседании Диссертационного совета Д 212.208.12 при Ростовском государственном университете по адресу: 344090, Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 40, геолого-географический факультет, аудитория 210; факс 8(863)222-57-01; e-mail: serg@gis.rsu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке Ростовского государственного университета по адресу: Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148

Автореферат разослан 4 апреля 2006 г.

Учёный секретарь — ,—

Диссертационного совета,

кандидат географических наук, доцент ^ Т.А. Смагина

XOOG h

"74S5"

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Белое море является внутренним шельфовым водоёмом Мирового океана, принимающим с водосборной территории (свыше 700 тыс. кв. км) значительное количество химических веществ, мигрирующих в растворённом и взвешенном состоянии, и служит барьером на пути их переноса в Северный Ледовитый океан.

Исследования пространственно-временной изменчивости абиотических компонентов экосистемы Белого моря, взаимосвязи гидрологических, гидрохимических и океанографических параметров в его отдельных районах, анализ комплексного и частичного влияния на биогеохимические процессы для объяснения наблюдаемой изменчивости во времени и пространстве -актуальные в теоретическом и практическом плане задачи (Лисицын, 2003; Комплексные..., 2004).

В последние годы в Белом море активно изучаются потоки осадочного и биогенного вещества, процессы биогеохимической трансформации тяжёлых металлов (ТМ), особенно в устьевых областях (Кукина и др., 1999; Шевченко и др., 1999; Лукашин и др., 2000; Савенко, 2001; Иванов, Беляев, 2002, Долотов и др, 2004; Комплексные..., 2004; Дёмина и др., 2005; Фёдоров, 2005; White..., 2005; Cobelo-Garcia et al., 2005; Bodrov et al„ 2005).

Актуальность работы определяется потребностью в количественной оценке влияния основных процессов на пространственно-временное распределение ТМ в воде и донных отложениях Белого моря, а также необходимостью совершенствования методов расчёта миграции ТМ, поступающих в морскую среду.

Цель и задачи работы

Основная цель исследований - выявление закономерностей и количественная оценка переноса и накопления осадочного вещества и соединений меди в Белом море с помощью масс-балансовых моделей.

В связи с этим решались следующие задачи:

- разработка концептуальной схемы биогеохимической трансформации соединений ТМ в шельфовой зоне с учётом специфики рассматриваемого объекта;

- выявление и ранжирование по значимости природных факторов, определяющих особенности переноса и накопления химических соединений в Белом море;

- исследование влияния гидродинамических процессов на формирование гидрохимического режима;

- оценка вклада литодинамических процессов в геохимическую трансформацию соединений ТМ;

- модельный анализ влияния гидролитодинамических факторов на формирование региональных особенностей распределения ТМ в воде и донных отложениях Белого моря на примере ^упидауц» ч»чИ___

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ j БИБЛИОТЕКА I СГГетерЛ - 1 99 Ю

Материалы и методы исследования, особенности подхода

Для изучения закономерностей переноса и накопления осадочного вещества и соединений меди в Белом море был сделан всесторонний анализ большого объёма опубликованных первичных данных, осреднённых за многолетний период наблюдений, обобщающих сводок, картографического материала.

Для расчётов применялся масс-балансовый подход, основанный на использовании апробированных и взаимосвязанных между собой компартментальных математических моделей, адаптированных к условиям Белого моря. Этот комплекс включает следующие модели: 1 - водного обмена, солёности и температуры воды, 2 - переноса растворённых веществ, 3 -переноса и седиментации взвешенного вещества, 4 - динамики ТМ. Проверка адекватности (верификация) применяемых моделей основана на сравнении результатов расчётов с данными наблюдений.

Научная новизна

Для Белого моря впервые масс-балансовый подход применён для оценки переноса и накопления осадочного вещества и соединений ТМ (на примере меди).

Проведено районирование моря, разработана балансовая модель водного обмена, отражающая основные черты сезонной динамики и пространственного распределения солёности и температуры воды для среднемноголетних условий, сделана оценка притока водных масс из Баренцева моря.

Оценён вклад речных и баренцевоморских вод в формирование пространственно-временного распределения растворённых веществ

Получены новые данные относительно объёмов переноса и накопления осадочного вещества, выноса терригенного материала в Баренцево море, влияния твёрдого стока рек и абразии на формирование донных отложений.

Выявлены региональные особенности распределения соединений меди в воде и донных отложениях, обусловленные влиянием гидролитодинамических процессов, сделаны количественные оценки выноса меди в Баренцево море.

Практическая значимость

Полученные в работе результаты могут использоваться природоохранными, научно-исследовательскими и другими организациями для: 1 - оптимизации системы мониторинга, 2 - разработки экосистемных принципов управления морскими системами, 3 - выполнения сценарных прогнозов при изменении уровней антропогенной нагрузки и климатических факторов с помощью адаптированных к условиям Белого моря балансовых моделей.

Результаты исследований являются составной частью отчётов по гранту РФФИ №03-05-65322 «Гидрохимический режим в устьевых областях и на шельфе северных и южных морей России: сравнительный анализ и математическое моделирование», Мурманского морского биологического института по Федеральной целевой программе «Мировой океан», используются

в лекционных курсах и практических занятиях в рамках учебных дисциплин «Учение о гидросфере», «Экология океана», «Гидрология морей».

Основные положения и результаты, выносимые на защиту

1. Предлагаемая схема районирования Белого моря отражает основные закономерности водообмена и пространственно-временного распределения основных характеристик гидрологического режима (солёности и температуры воды).

2. Пространственно - временные закономерности распределения взвеси, потоков и скоростей осадконакопления терригенного материала, полученные расчётным методом, существенно уточняют современную литодинамическую картину в Белом море. В Баренцево море ежегодно выносится в среднем около 21 млн. т взвеси из 73 млн. т, поступающей в Белое море с суши; пределы моря покидает 4,3% частиц (250 тыс. т), поступающих с речным стоком; влияние абразионных процессов в Воронке и Горле на формирование донных осадков Бассейна более значительно, чем представлялось ранее и обеспечивает не менее 70% (около 4,6 млн. т) объёма оседающего здесь материала;

3. Гидродинамические и литодинамические процессы существенным образом определяют закономерности пространственного распределения соединений меди в воде и донных отложениях. От поступления меди вместе с частицами взвеси из абразионных берегов зависят региональные особенности её распределения в растворённой и взвешенной формах, уровни накопления меди В донных отложениях не только в районах активной абразии, но и в достаточно удалённых районах Белого моря.

Комплексное влияние гидрологических, литологических и геохимических процессов определяет вынос в Баренцево море от 47 до 66% соединений меди, поступающих из всех источников.

4. Применяемый масс-балансовый метод может быть использован для оценки переноса и накопления осадочного вещества и соединений меди в Белом море.

Апробация работы

Результаты исследований по теме диссертации докладывались на ежегодных конференциях «Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования» (Новороссийск, 2001-2002, 2004-2005 гг.), на Межвузовской региональной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных (Ростов-на-Дону, 2000), Всероссийской конференции молодых учёных, посвященной 140-летию со дня рождения Н.М. Книповича (Мурманск, 2002), на Международной конференции «Современные проблемы океанологии шельфовых морей России (Ростов-на-Дону, 2002), на Международной научной конференции «Эволюция морских и наземных экосистем в перигляциальных зонах» (Азов, 2004), на расширенных научных семинарах Института водных проблем Севера КарНЦ РАН (Петрозаводск, 2005), Арктического и Антарктического НИИ Росгидромета РФ (Санкт-Петербург, 2005).

Результаты диссертации опубликованы в 11 работах.

Автор выражает искреннюю благодарность и глубокую признательность за всестороннюю помощь, ценные советы и рекомендации научным руководителям - д.г.-м.н., профессору [Ю.П. Хрусталёву|, д.г.н., профессору C.B. Бердникову, зав. каф. физической географии, экологии и охраны природы, д.г.н., профессору Ю.А. Фёдорову, зав. каф. океанологии, чл.-корр. РАН Д.Г. Матишову, за конструктивную критику и практическую помощь к.ф.-м.н., доценту В.В. Селютину. Неоценимую поддержку на всех стадиях работы оказали доценты кафедры океанологии, к.г.н. Л.А. Беспалова и к.г.н. О.В. Ивлиева, а также другие мои коллеги, участие и полезные советы которых сделали возможным завершение данного исследования.

Структура и объём работы

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и содержит 172 страницы, включая 41 рисунок, 31 таблицу, в списке литературы 145 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи работы, представлены результаты работы с оценкой степени новизны и практической значимости, сведения об их апробации, основные положения, выносимые на защиту.

Глава 1. Схема биогеохимической трансформации соединений тяжёлых металлов в шельфовой зоне морей

Первая глава диссертации разделена на две части. В разделе 1.1 дан краткий обзор развития морской биогеохимии и современных представлений о биогеохимической трансформации соединений тяжёлых металлов (ТМ) в морских экосистемах. В разделе 1.2 приведена общая схема поведения соединений ТМ в шельфовой зоне морей при их миграции с суши, от разных источников, в океан через устьевые области и шельф. Рассматриваются две основные формы миграции металлов - растворённая и взвешенная. Пространственно-временные закономерности распределения металлов и форм их миграции в морской экосистеме определяются комплексом гидрологических, литодинамических, физико-химических и биологических процессов. Особенности морфометрии водоёма, специфические черты циркуляции вод, влияние приливных и стоковых течений, рассредоточенный речной сток, приток баренцевоморских водных масс, поступление и перенос осадочного вещества обуславливают региональные особенности распределения металлов в воде Белого моря, влияют на их аккумуляцию в донных отложениях и вынос в Баренцево море.

Методика количественной оценки влияния гидролитодинамических процессов на перенос осадочного материала и металлов в Белом море основана на использовании балансовых мультикомпартментальных математических моделей и соответствующего комплекса компьютерных программ (Бердников, 2005).

Используемый масс-балансовый метод содержит ряд этапов, которые включают районирование Белого моря, обобщение данных по элементам

водного, солевого и теплового балансов, выбор схемы циркуляции водных масс, расчёт водного обмена между районами моря и пространственно-временного распределения солёности и температуры воды, сопоставление расчётных характеристик со среднемноголетними данными наблюдений. В результате формируется боксовая модель среднемноголетнего гидрологического режима, отражающая сезонную изменчивость океанографических характеристик. На основе этой модели производится расчёт влияния гидрологических процессов на сезонное распределение компонентов гидрохимического режима по районам Белого моря, оценка вклада речных и баренцевоморских вод в его формирование.

Следующий этап связан с балансовыми расчётами переноса и седиментации взвешенного вещества в Белом море. Он предусматривает обобщение данных по источникам поступления терригенного материала в Белое море, выполнение расчётов пространственного распределения взвешенного вещества, скоростей накопления осадочного материала в отдельных районах моря для среднемноголетних условий, но с отражением сезонных особенностей. Адаптированная к условиям Белого моря модель переноса и седиментации взвешенного вещества применяется для расчётов баланса и вклада осадочного вещества в формирование уровней накопления химических соединений в донных отложениях.

Заключительный этап связан с балансовыми расчётами влияния гидролитодинамических процессов на сезонную динамику и пространственное распределение соединений ТМ (на примере меди) в Белом море. На основе обобщения данных о поступлении меди от различных источников с помощью балансовой модели, объединяющей гидрологический и литодинамический модули, выполняются расчёты распределения растворённых и взвешенных форм меди в воде и донных отложениях по районам Белого моря и оценка её выноса в Баренцево море.

Глава 2. Анализ природных факторов Белого моря, определяющих особенности переноса и накопления химических соединений

Во второй главе диссертации сделан анализ природно-климатических факторов, определяющих особенности переноса и накопления химических соединений в Белом море. Рассмотрены: географическое положение, морфология и рельеф, климатические условия, динамика вод, водообмен с Баренцевым морем, приток речных вод, среднемноголетний режим солёности и температуры воды, ледовый режим.

Глава 3. Количественное описание крупномасштабного водообмена в Белом море для оценки переноса веществ с водными массами

В третьей главе рассматривается разработанная для Белого моря боксовая модель водного обмена, солёности и температуры воды.

3.1. Районирование Белого моря

Первый этап связан выделением в Белом море набора компартментов (боксов), заданием морфометрических характеристик районов. Районирование Белого моря выполнено на основе карт рельефа дна, среднемноголетней

поверхностной и придонной солёности и температуры воды для трёх сезонов (весна, лето, осень) с использованием кластерного анализа и обосновано с учётом природно-климатических факторов, рассмотренных в главе 2 (рис. 1) (Кузнецов, Цыганкова, 2001; 2002).

3.2. Расчёт водного обмена и пространственно-временное распределение солёности и температуры воды

Проведена настройка модели водообмена Белого моря с использованием солёности в качестве трассера (Цыганкова, 2002). В основу расчёта положены типовые схемы непериодической циркуляции водных масс Белого моря В.В. Тимонова (1947), В.В.Елисова (1991); И.А.Неёлова (2005). Следуя В.В. Елисову (1991), выделено две схемы водообмена, из которых одна соответствует маю-июню, другая - остальным месяцам. Ведущим фактором здесь выступает сезонная неоднородность речного стока.

Рис. 1. Районирование Белого моря

По вертикали для всех районов, кроме Мезенского и южной части Онежского заливов, выделено два слоя с учётом положения скачка плотности в летний период.

Принято, что схема непериодической циркуляции одинакова для верхнего и нижнего слоёв, но параметры, отвечающие за интенсивность перемещения водных масс между районами, подбираются отдельно для каждого слоя. Объёмы водных потоков между районами определяются компонентами водного баланса, главным образом, притоком вод из Баренцева моря и величиной стока рек, а также приливным и ветровым перемешиванием.

Расчёт солёности выполнен для среднемноголетних значений внешних факторов (речной сток, осадки, испарение, приток баренцевоморских вод, тепловые потоки на границе с атмосферой, ледовый режим). Результаты расчёта сравниваются с усреднёнными за многолетний период по рассматриваемым районам данными наблюдений солёности. Относительная ошибка для весны не превышает 10,7% (1,8%о в Двинском заливе) для районов верхнего слоя и 3,7% для районов нижнего слоя (1,1%о в Горле). В летний период максимальная ошибка составляет, соответственно, 6,6% или 1,7%о в Кандалакшском заливе и 3,1% или 0,9%о в Бассейне. Для осеннего периода максимальные ошибки не выше 5,1% для всех районов.

Результаты моделирования солёности Белого моря, в целом, адекватны сезонной динамике и пространственному распределению этой характеристики гидрологического режима. Температурный режим, рассчитанный после калибровки водных потоков между районами, также сопоставим с данными наблюдений.

Проведён анализ полученных характеристик водного обмена между районами, приведены схемы потоков воды между районами для периода максимального речного стока и для остальных месяцев, проведено сопоставление с боксовой моделью водообмена Белого моря A.B. Леонова и О.В. Чичериной (2004).

По данным разных авторов в Белое море из Баренцева поступает от 220 до 6000 км3/год (Альтшуллер и др., 1970; Инжебейкин, 1981; Добровольский, Залогин, 1982; Наумов, Федяков, 1991; Леонов, Чичерина, 2004). По результатам расчётов приток воды в Белое море можно оценить величиной 2340 км3/год, при этом в Бассейн поступает не более 50% этого объёма (Цыганкова, Бердников, 2003).

3.3. Оценка вклада речных и баренцевоморских вод в формирование гидрохимического режима

После калибровки водного обмена выполнена серия трассерных вычислительных экспериментов для изучения вклада баренцевоморских и речных вод в формирование консервативной компоненты гидрохимического режима в каждом из выделенных районов Белого моря.

Вычислительные эксперименты показали, что полного замещения беломорских вод не происходит даже за 10 лет (рис. 2). В зависимости от района в конце расчётного периода они занимают от 20% (Бассейн) до 5% (Воронка) объёма. Из-за интенсивного вертикального перемешивания в осенне-зимний период вещества, поступающие с речным стоком, примерно одинаково распределяются в районах верхнего и нижнего слоёв.

Активные гидродинамические процессы в Воронке сглаживают различия между притекающими поверхностными и поступающими в нижний слой Белого моря баренцевоморскими водами, поэтому их вклад в формирование гидрохимического режима пропорционален соотношению потоков вещества, которое эти водные массы несут через условную границу между морями.

Рис. 2. Процентное содержание различных типов водных масс в Белом море по результатам расчётов

Глава 4. Перенос и седиментация терригенного материала и его вклад в формирование уровней накопления химических соединений в донных отложениях Белого моря

Модель переноса и седиментации взвешенных веществ, предложенная в работах (Бердников и др., 2001а, б) для мелководного водоёма, была модифицирована для случая двухслойной аппроксимации вертикальной неоднородности океанографических характеристик и применена для Белого моря (Цыганкова, 2004; Бердников, Цыганкова, 2004; Цыганкова, Бердников, 2004а, б).

В рамках модели основными процессами, контролирующими изменчивость минеральной взвеси в море, рассматриваются: оседание частиц с учётом их размера (мелко- и среднепесчаная, мелко- и крупноалевритовая и пелитовая фракции), взмучивание донных отложений в зависимости от гидродинамических факторов и морфологических особенностей районов, перенос взвеси течениями.

Результатом расчёта является сезонная динамика и распределение по районам концентраций взвеси в воде, содержание частиц разного размера в донных отложениях, баланс обломочного материала для каждого из рассматриваемых компартментов и моря в целом.

4.1. Поступление терригенного материала

Абразия является основным источником поступления обломочного материала в Белое море и составляет 67,1 млн. т.

Абразионные берега распространены преимущественно вдоль Канинского, Конушинского и Абрамовского берегов (см. рис. 1). Здесь в Белое море из-за разрушения берегов поступает около 60 млн. т твёрдого вещества в год. Распределение материала абразии по размерам частиц следующее: на долю частиц пелитовой размерности приходится свыше 24 млн. т в год, алеврита ежегодно поступает около 20 млн. т, мелкого песка и частиц более крупного размера -16 млн. т.

Абразионные участки имеются также на Зимнем берегу, берегах Онежского полуострова и частично на Терском берегу на границе между б и 3 районами. Здесь объём поступления абразионного материала в районы Бассейна и Горла по оценкам, основанным на представленных в работе (Невесский и др., 1977) картах скоростей абразии, расположения абразионных участков и описании берегов, составляет около 8 млн. т.

В сезонном аспекте ледовый режим Белого моря препятствует активному разрушению берегов в течение декабря-июня. Для участков Канинского берега характерна термоабразия, интенсивность, которой прямо зависит от температуры морской воды и динамических факторов (Арэ, 1980). Для летнего периода, когда температура воды максимальна, характерны минимальные значения среднемесячной скорости ветра, воздействие ветро-волнового фактора усиливается к осени. Поэтому при расчётах принято, что в период отрицательных температур воды абразия равна нулю, в остальные месяцы (июль-ноябрь) интенсивность разрушения берегов одинакова - ежемесячно в воду поступает по 20% годового объёма.

Твёрдый сток в Белое море на порядок меньше, чем поступление обломочного материала при абразии, в среднем 6 млн. т. (Михайлов, 1997). Основными поставщиками взвеси являются реки Северная Двина, Мезень и Онега, они обеспечивают 90% твёрдого стока.

Сезонная динамика твёрдого стока характеризуется резким весенним максимумом в мае-июне, который совпадает с коротким периодом половодья. В этот период с твёрдым стоком основных рек Белого моря выносится около 70% от годовой величины стока терригенной взвеси.

Прямые измерения состава аэрозолей летом 1991 г. в Белом море показали, что из атмосферы на акваторию поступает 0,75 мг/м2 твёрдых частиц в сутки (Шевченко и др., 1999). Объём эолового материала, поступающего из атмосферы на поверхность Белого моря, составляет около 25 тыс. т/год и значительно меньше поступления из других источников.

4.2. Пространственное распределение взвешенного вещества, гранулометрический состав донных отложений и баланс терригенного материала

На основе выполненных вычислительных экспериментов выявлены следующие закономерности сезонной динамики и пространственного распределения осадочного материала в Белом море.

Расчётное распределение взвеси Белого моря воспроизводит наблюдаемые закономерности (рис. 3).

1- результаты расчёта; 2 - медиана и интервал наблюдаемых значений концентрации взвеси по (Невесский и др., 1977)

Другим показателем, подтверждающим адекватность модели, является гранулометрический состав верхнего слоя донных отложений (табл. 1), формирование которого происходит в результате механической дифференциации по размеру частиц и перераспределения мелких фракций при водообмене между районами, многократного вовлечения пелитовых и мелкоалевритовых частиц в водную толщу в гидродинамически активных районах.

Адекватные данным наблюдений результаты расчёта распределения взвешенного вещества в воде и гранулометрической структуры донных отложений позволили поставить задачу оценки баланса поступающего с суши обломочного материала для отдельных районов и моря в целом. С этой целью, одновременно с динамикой взвеси рассчитывался перенос трассеров, которые служили для маркировки частиц, поступающих из разных источников (в нашем случае это реки и абразия).

Применение трассеров позволяет маркировать потоки вещества, поступающие из разных источников, проследить направления их переноса в пределах Белого моря, выявить вклад твёрдого стока и абразии в формирование донных осадков определённых районов моря.

Вследствие ресуспензии взвешенного материала увеличивается его вынос в южную часть Баренцева, однако поток обломочного материала за пределы Белого моря (рис. 4) составляет около 21 млн. т в год, что почти в два раза меньше величины, указываемой в работе (Невесский и др., 1977).

Таблица 1

Расчётное содержание частиц различного размера в верхнем слое донных

отложений, %

Район (по Невессю др., 1977 1Й и Расчёт

Пелит Алеврит Песок Пелит Алеврит Песок

Воронка 1 <10 10-30 >70 6 32 62

2 10-30 10-30 >70 8 43 49

3 <10 10-50 >70 7 40 53

4 <10 10-30 >70 9 50 41

Мезенский залив 5 <10 10-30 >70 13 39 48

Горло 6 <10 10-30 >70 7 40 53

7 <10 10-30 >70 10 40 50

Бассейн 8 >70 10-30 <10 80 19 1

9 30-50 30-50 <10 47 37 16

10 10-30 20-40 <60 32 40 28

11 >70 10-30 <10 84 12 4

Двинский залив 12 10-30 20-70 30-50 10 56 34

Онежский залив 13 10-30 10-30 >70 25 38 37

14 10-50 30-50 10-30 37 48 15

Кандалакшский залив 15 10-30 30-50 30-50 69 20 11

Основу выносимого материала составляет материал абразии, так как частицы твёрдого стока рек (до 96%) остаются в пределах Белого моря. Из 250 тыс. т речного обломочного материала, выносимого в Баренцево море, 230 тыс. т - частицы пелитовой размерности, остальное - алеврит.

Интенсивный обмен в системе "вода-дно" пелитовыми и мелкоалевритовыми частицами из верхнего слоя донных отложений играет важную роль в перераспределение частиц между динамически активными районами Воронки и Горла и более глубокими и спокойными в гидродинамическом отношении районами Бассейна, определяет закономерности формирования современной гранулометрической структуры донных отложений Белого моря. Из 6,4 млн. т материала, который осаждается в пределах Бассейна, на долю местных источников приходится 1,8 млн. т, а 4,6 млн. т - поступает с течениями из Воронки и Горла.

Таким образом, влияние северной части моря на формирование осадков в собственно море более значительно, чем это представлялось ранее (Невесский и др., 1977).

Рис. 4. Расчётный баланс терригенного вещества в Белом море: а) твёрдый сток рек (тыс. т), б) материал абразии (млн. т); 1 - поступление; 2 - захоронение; 3 - перенос течениями

4.3. Результаты расчёта баланса и вклада источников осадочного вещества в формирование уровней накопления химических соединений в донных отложениях

Вычислительные эксперименты позволили также выявить сравнительный вклад абразионного и речного обломочного материала в формирование донных отложений различных районов Белого моря, сезонные закономерности этого процесса (рис. 5).

формирование размерной структуры верхнего слоя донных отложений Белого моря(%)

В Двинском заливе вклад речной взвеси в формирование донных отложений изменяется от 35-40% зимой до 96% в паводковый период. В среднем за год 57% верхнего слоя осадка образуется за счёт речного аллювия. Влияние Северной Двины сказывается и на донных отложениях прилегающего района Бассейна (9-й район).

Для Онежского залива влияние твёрдого стока Онеги (который примерно в 24 раза меньше твёрдого стока Северной Двины) изменяется в интервале 5070% (в среднем 56%), что отражает, в большей степени, соотношение местных источников поступления обломочного материала, чем внешнее поступление за счёт переноса взвеси течениями.

Несмотря на существенную разницу в объёмах твердого стока и абразии в Мезенском заливе, в сезонной динамике вклад речной взвеси в формирование донных осадков залива возрастает до 37% весной в период паводка, когда абразия ещё не так активна, и сокращается до 1% к осени.

Глава 5. Влияние гидролитодпнамических процессов на динамику и пространственное распределение соединений меди в Белом море

Заключительная глава диссертации посвящена изучению влияния гидрологических и литодинамических процессов на динамику и пространственное распределение соединений меди в Белом море (Цыганкова, Бердников, 2002; Бердников, Цыганкова, 2005). Здесь рассматриваются, прежде всего, вопросы применения расчётных методов к оценкам переноса и накопления соединений ТМ в морских экосистемах, поэтому выбор меди, в качестве примера, обусловлен имеющимися данными, а не специфическими чертами поведения этого элемента в морской среде.

5.1. Поступление соединений меди в экосистему

Геохимическая нагрузка соединений меди на акваторию Белого моря определяется речным стоком, абразией и атмосферными выпадениями. Кроме этого соединения меди поступают с водными массами из Баренцева моря.

С реками ежегодно выносится около 500 т меди (табл. 2, рис. 6) в растворённой и взвешенной формах (рассчитано на основе модулей химического стока по данным многолетних наблюдений в сети ОГСНК (Брызгало, Иванов, 2002)). Доля растворённой формы оценена с учётом мутности рек бассейна Белого моря и коэффициентов распределения, характерных для природных вод этого региона (Моисеенко и др., 1998).

Таблица 2

Геохимическая нагрузка соединений меди на экосистему Белого моря

Источник т/год мг/м2/год %

Абразия 2214 24,6 75,5

Речной сток \ 474 5,3 16,2

Из Баренцева моря 234 2,6 8,0

Из атмосферы 9.6 0,1 0,3

Всего 2932 33 100

3-Из Баренцева моря 234 тонн/год

4-Из атмосферы 9.6 тонн/год 4

х0

2 I Каминский берег

4-1

м Кояушин Мезе некий

ТерТтй ЛЛуС/ 5 } ЭаЛ"В берег ¡^онуишнекий

7 /Ворояовх« берег

берм _

ЗимшЬ берег р ^ Миеиь у-При абразии 9 /тшь»и™.. I 2214тонн/год

Онежская 14 Ц Лямицкий

' 2-Поступление с реками 493 тонны/год

Рис. 6. Поступление соединений меди в экосистему Белого моря

Для оценки поступления меди в результате разрушения берегов во внимание принимались объёмы, качественный состав абразионного материала и среднее содержание меди в глинах и песчаниках. Всего в результате абразии ежегодно в Белое море поступает свыше 2,2 тыс. т меди.

Были выполнены экспериментальные лабораторные исследования для оценки возможного перехода определённой части меди в растворённую форму при поступлении материала абразии в воду. Результаты этих исследований показали, что в зависимости от концентрации взвеси в прибрежной зоне в воду может переходить до 3% растворённой меди.

При среднем потоке аэрозолей на акваторию Белого моря 0,75 мг/м2/сут и содержании меди на аэрозолях 353 мкг/г (Шевченко и др., 1999) осаждение меди из атмосферы равно 107 мкг/м2/год или около 10 т/год, что почти в 50 раз меньше выноса с речными водами. Вместе с тем, исключать данный поток при расчётах не следует, так как вдали от устьевых областей рек, после прохождения маргинальных фильтров, вклад эолового фактора может быть существенен.

Кроме поступления соединений меди с суши имеется и приток этого элемента с баренцевоморскими водными массами. При средней концентрации

меди, находящейся преимущественно растворённой форме, 0,1 мкг/л (Иванов, Беляев, 2002), с баренцевоморскими водами в Белое море поступает 230 тонн меди в год. Общий объём внешнего поступления соединений меди в Белое море составляет примерно 3 тыс. т/год.

5.2. Пространственно-временные закономерности распределения растворённых и взвешенных форм меди

Для изучения пространственного распределения растворённых и взвешенных форм меди была проведена серия вычислительных экспериментов (ВЭ), в которых предполагалось следующее.

ВЭ 1. Медь поступает в водоём только с баренцевоморскими водными массами в растворённой форме, другие источники отсутствуют, "выключен" механизм обмена между растворёнными и взвешенными формами.

ВЭ 2 Медь поступает в водоём с речным стоком вся в растворённой форме, другие источники отсутствуют, "выключен" механизм обмена между растворёнными и взвешенными формами.

ВЭ 3. Медь поступает с речным стоком в водоём как в растворённой, так взвешенной форме, при абразии - в твёрдой фазе, "выключен" механизм обмена между растворёнными и взвешенными формами. При расчётах имеется возможность разделить (маркировать) взвешенную речную и абразионную медь.

ВЭ 4. В дополнение к ВЭ 3 "включен" механизм обмена между растворёнными и взвешенными формами, коэффициенты распределения во всех районах моря такие же, как в реках.

ВЭ 5. В отличие от ВЭ 4 коэффициенты распределения во всех районах моря в два раза меньше, чем в реках.

При отсутствии обменных процессов (ВЭ 1-3) содержание растворённой меди в воде линейно изменяется с ростом солёности и характеризует так называемое консервативное поведение элемента (рис. 7). Аналогичным образом сравнивают с солёностью данные натурных наблюдений, чтобы показать насколько поведение соединений металлов отличается от изменений, обусловленных смешением водных масс с разной концентрацией элемента.

Для меди, поступающей из Баренцева моря или, условно, имеющей морское происхождение, концентрация убывает с уменьшением солёности, что связано с эффектом разбавления, т.к. в условиях ВЭ 1 речные воды «лишены» меди. Для речной растворённой меди, напротив, её содержание с ростом солёности убывает, т.к. происходит постепенное смешение с морской водой. Разброс значений в области низких значений солёности обусловлен различиями концентраций в речной воде, поступающей в устьевые области.

Если медь поступает с речным стоком в двух формах, растворённой и взвешенной, то суммарная концентрация меди в воде (валовая форма) ниже теоретически возможной, что обусловлено снижением взвешенной формы меди из-за осаждения частиц взвеси. Таким образом, наблюдается неконсервативное поведение даже притом, что в расчётах не учтены такие механизмы как коагуляция, флоккуляция и т.д. При этом доля растворённой формы закономерно увеличивается с ростом солёности.

Рис. 7. Расчётное распределение растворённой и взвешенной форм меди в Белом море в зависимости от солёности

1 - поступление Си с речным стоком только в растворённой форме (мкг/л); 2 -поступление Си морскими водами из Баренцева моря (мкг/л); 3 - растворённая медь в условиях ВЭ 3; 4 - медь в составе взвеси в условиях ВЭ 3; 5 - валовое содержание меди в воде в условиях ВЭ 3; 6 - доля растворённой формы меди (%); 7 - валовое содержание меди в воде в условиях ВЭ 4; 8 - валовое содержание меди в воде в условиях ВЭ 5

Другим механизмом нарушения консервативности в поведении соединений меди является их поступление с частицами взвеси на абразионных участках. По результатам вычислений видно, что на фоне экспоненциального снижения содержания взвешенной формы меди, поступающей с реками, следует ожидать значительного её увеличения в области высоких значений солёности (Воронка) (рис. 8), при этом доля растворённой меди уменьшается до

значений 40-60% (рис. 9).

2 0-1

05 00

0 5 10 15 20 2! 30 35

Соленость,"/и

Рис. 8. Расчётное распределение взвешенной формы меди (мкг/л) в зависимости от солёности с учётом источников поступления взвеси (ВЭ 3) 1 - речная взвесь; 2 - взвесь, поступающая при абразии; 3 - общая взвесь

Реки 15 14 13 12 И 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 §

Районы

1 §

Б.сс*н Горло 1 д Ворон» |

Рис. 9. Расчётное распределение растворённой и взвешенной форм меди по районам Белого моря в условиях ВЭ 3

1 - медь в речной взвеси (мкг/л); 2- медь во взвеси из абразионных берегов (мкг/л); 3-растворённая медь, поступающая с речным стоком и из Баренцева моря (мкг/л); 4- доля растворенной формы меди (%)

В рассмотренных выше результатах вычислительных экспериментов (ВЭ 1-3) между растворённой и взвешенной формами меди не учитывались обменные процессы. Их «включение» в расчёты (ВЭ 4-5) приводит к перераспределению меди между формами миграции, в результате чего увеличивается как концентрация растворённой меди, так и валовое содержание при уменьшении общего содержания взвешенных форм. В результате неконсервативное поведение становится более выраженным (рис. 7).

Увеличение растворённой формы только отчасти связано с уменьшением содержания меди во взвеси в результате десорбции подвижных компонентов. Вторая причина - влияние гидролитодинамических процессов.

При ежегодном поступлении значительного количества меди с материалом абразии, подвижная медь постоянно высвобождается в воду. При разных значениях коэффициентов распределения изменяется содержание меди во взвеси, и соответственно, поток меди в донные отложения (см. рис. 9). Существуют некоторые равновесные концентрации меди в растворённой и взвешенной формах, при которых внешний приток меди через определённое время (соизмеримое с характерным временем водообмена Белого и Баренцева морей) уравновешивается двумя направлениями стока: выносом меди в Баренцево море (гидродинамический фактор) и захоронением в донных отложениях (литодинамический фактор).

В рассмотренных вычислительных экспериментах реализованы гипотезы обмена, учитывающие как полное отсутствие взаимодействия между растворённой и взвешенной формами меди (ВЭ 3), так и наличие определенного механизма, способствующего десорбции меди в растворённое состояние (ВЭ 4 и ВЭ 5). Насколько эти гипотезы справедливы, попробуем ответить при сравнении расчётных значений меди с данными наблюдений, которые имеются, в основном, для донных отложений и, в меньшей степени, для взвеси.

5.3. Закономерности накопления меди в донных отложениях Белого

моря

Формирование качественного состава донных отложений происходит в результате совместного действия гидродинамических и литодинамических процессов. Частицы взвеси, поступающие с реками, при абразии и из атмосферы, содержащие разное количество меди, переносятся течениями и, в конечном итоге, аккумулируются в донных отложениях определённых районов Белого моря или выносятся в Баренцево море. Из-за разного размера частиц происходит дифференциация взвешенного материала и, соответственно, уровень содержания меди в донных отложениях также будет отражать соотношение поступающих в осадок частиц с учётом относительного содержания в них металла.

Для мелких частиц речного происхождения относительное содержание меди больше в 5-8 раз (128-280 мкг/г). Крупные частицы оседают в устьевых областях, мелкие частицы выносятся в глубоководную часть Белого моря и там оседают, поэтому в этих районах содержание меди в донных отложениях должно быть выше.

Если бы не было обменных процессов между растворённой и взвешенной формами меди, то её концентрация в донных отложениях была бы выше натурных данных (табл. 4).

Таблица 4

Сопоставление расчётных и наблюдаемых значений содержания меди в воде и донных отложениях отдельных районов Белого моря

Данные Расчёт

Реки Устьевая область ВЭ-3 | ВЭ-4 | ВЭ-5

Содержание меди во взвеси, мкг/л

Кемь и др. Бассейн, 10 район

0,99 0,15 (0,02-0,27)' 0,04 | 0,03 | 0,02

Сев. Двина Двинский залив

Содержание меди во взвеси, мкг/г

32,9" 52,5 (26-162)2 52,3 | 45,6 | 33,2

Содержание меди в донных отложениях, мкг/г

(2,7-159)3; 17 (9,5-21,7)2 28,7 | 20,3 | 14,4

Кандалакшский залив, содержание меди в донных отложениях, мкг/г

37 (5-53)4 52,3 | 31,9 | 21,3

Примечание: 1 - Долотов и др., 2004; 2 - Кукина и др., 2002; 3 - Кукина и др., 1999; Пересыпкин и др., 2004

В среднем, содержание меди в донных отложениях Белого моря составляет около 16,5 мкг/г и близко к фоновым концентрациям - 15-21 мкг/г (гЬиНёоу, Ешйг, 1998).

Другим фактором, влияющим на содержание меди в донных отложениях, является материал абразии. Часть пелитовых частиц (4 млн. т) поступает в Бассейн, где аккумулируется в донных отложениях.

Так как относительное содержание меди в них составляет 33 мкг/г, и меньше, чем в речных взвесях, то уровень содержания меди в донных отложениях уменьшается.

Учитывая, что сорбционные процессы идут в обе стороны, то в процессе обмена часть "речной и абразионной" меди замещаются медью "морского происхождения", поэтому на формирование уровней содержания металлов в донных отложениях оказывают влияние и баренцевоморские воды (рис. 10).

Рис. 10. Вклад различных источников в формирование уровней накопления меди в донных отложениях (%)

5.4. Результаты расчёта захоронения соединений меди в Белом море и их выноса в Баренцево море

На основе выполненных расчётов (рис. 11) сделаны оценки накопления соединений меди в донных отложениях Белого моря и их выноса в Баренцево море в зависимости от форм миграции. Медь, поступающая с речной взвесью, на 90% аккумулируется в донных отложениях Белого моря. Растворённые формы без учёта биологического потребления в устьевых областях полностью выносятся в Баренцево море. Если рассматривать все формы меди, поступающие в Белое море, то его пределы покидает от 47 до 66% соединений этого элемента в зависимости от принятых гипотез относительно роли

и К&нинНос

обменных процессов в системе «вода-взвесь». В донных отложениях может аккумулироваться от 1,0 до 1,5 тыс. т.

За счёт биологических процессов, связанных с потреблением растворённых соединений меди клетками фитопланктона, в течение года из оборота может быть выведено в среднем до 90 т меди.

Си, взвешенная форма, -реки

Си, взвешенная форма, абразия

Си, растворенная и взвешенная формы, реки

Посту пление--272 —

-2224-

-493-

249 4-

-Вынос -8 %-

1240 4-

-44 %-*

249 4-

—I—

64 4-

-49 %-

Баренцево море

- 234 —«— Си, растворенная форма, 73 % —> Баренцево море

-Аккумуляция в донных отложеннях-

ВЭ-3

-2951-

-47 %-

^ВЗ

1553

Все источники ¿ВЭ-4—•—2951-

ВЭ-5

1255 4.

-57 %-

-2951-

1000 4.

-66 %-

Без учета обмена "вода-взвесь"

С учетом обменных процессов

Рис. 11. Схема накопления соединений меди в Белом море и их выноса в Баренцево море (т/год)

Заключение

Рассмотренный на примере соединений меди подход к получению количественных оценок влияния гидролитодинамических процессов на перенос и распределение осадочного вещества и соединений меди в Белом море позволяет сделать следующие выводы.

1. Полученная схема районирования Белого моря в результате кластерного анализа отличается большей детальностью (15 районов) по сравнению с традиционной схемой (7 районов) и определяет особенности водообмена и пространственно-временного распределения основных характеристик гидрологического режима (солёности и температуры воды).

2. Для воспроизведения наблюдаемой картины пространственного распределения солёности необходимо выделять две схемы водообмена. Одна соответствует маю-июню, другая - остальным месяцам.

Объёмы водных потоков между районами определяются гидродинамическими факторами и компонентами водного баланса, главным

образом, притоком вод из Баренцева моря и стоком рек. Среднемноголетний приток морских вод из Баренцева моря в Белое составляет 2340 км3/год, при этом в Бассейн поступает не более половины этого объёма.

3. При оценках влияния речных и баренцевоморских вод на формирование гидрохимического режима показано, что полного замещения беломорских вод не происходит даже за 10 лет. В зависимости от района в конце расчётного периода они занимают от 20% (Бассейн) до 5% (Воронка) объёма.

4. С помощью балансовой модели переноса и седиментации взвешенного вещества получены новые представления о региональных особенностях накопления осадочного материала в донных отложениях Белого моря, определяемые сезонными и пространственными различиями в потоках терригенного материала с твёрдым стоком и при абразии, особенностями водного обмена между районами моря.

5. Основные закономерности пространственного распределения соединений меди при перемещении от источников поступления к районам разгрузки объясняются влиянием таких факторов и процессов как:

- перенос растворённых и взвешенных форм элемента течениями;

- смешение водных масс в результате ветрового, приливного и конвективного перемешивания;

- осаждение частиц взвеси, имеющих разный размер и удельное содержание микроэлементов;

- взмучивание донных отложений.

6. Поступление соединений меди вместе с частицами взвеси из абразионных берегов может существенно определять региональные особенности её распределения в растворённой и взвешенной формах, влиять на уровни накопления меди в донных отложениях не только в районах активной абразии, но и в достаточно удалённых районах Белого моря. В результате десорбции подвижной формы меди из взвеси, поступающей в береговую зону и создающую здесь аномально высокие концентрации взвешенного вещества в воде, содержание меди в растворённой форме может существенно возрастать. По масштабам районы активного разрушения берегов в геохимическом плане могут быть сопоставимы с маргинальными фильтрами рек.

7. Обменные процессы в системе "вода-взвесь" в морской среде смещены в сторону десорбции подвижных форм меди, в результате относительный вклад растворённой формы меди возрастает, но при этом объём захоронения элементов в донных отложениях устьевых и шельфовых районов моря уменьшается.

В результате обменных процессов растворённые металлы, поступающие из Баренцева моря, переходят в состав взвешенного материала и накапливаются на дне Белого моря. Поэтому источники загрязнения водной среды, расположенные за пределами Белого моря, могут быть потенциально опасны.

8. На основе балансовых расчётов показано, что комплексное влияние гидрологических, литологических и геохимических процессов определяет вынос Баренцево море от 47 до 66% соединений меди, поступающих из всех источников.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Цыганкова А.Е. Обзор загрязнения арктических морей России //Межвузовская региональная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Россия на пороге нового тысячелетия: проблемы, тенденции, модели» (Ростов-н/Д, 25-27 апреля 2000 г.).

2. Кузнецов A.B., Цыганкова А.Е. Моделирование абиотических факторов экосистемы Белого моря //Экология. Экономика. Экспертиза. Информатика «Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования» (Новороссийск, 10-15 сентября 2001 г.). Ростов-н/Д: СКНЦ ВШ. 2001.С. 75-77.

3. Кузнецов A.B., Цыганкова А.Е. Компартментальная модель абиотических факторов экосистемы Белого моря //Всероссийская конференция молодых учёных, посвященная 140-летию со дня рождения Н.М. Книповича (Мурманск, 23-25 апреля 2002 г.). Мурманск: ПИНРО. 2002. С. 111-113.

4. Цыганкова А.Е., Бердников C.B. Количественная оценка роли устьевых областей в перераспределении геохимической нагрузки на экосистемы шельфовых морей российской Арктики при поступлении соединений тяжёлых металлов с речным стоком //Международная конференция «Современные проблемы океанологии шельфовых морей России» (Ростов-н/Д, 13-15 июня 2002 г.). Мурманск: ММБИ КНЦ РАН. 2002. С. 262-265.

5. Цыганкова А.Е. Устьевые области шельфовых морей как геохимический барьер на пути соединений тяжелых металлов //Экология. Экономика. Экспертиза. Информатика «Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования» (Новороссийск, 9-14 сентября 2002 г.). Ростов-н/Д: СКНЦВШ. 2002. С. 119-121.

6. Цыганкова А.Е., Бердников C.B. Масс-балансовый подход к изучению крупномасштабного водообмена и его влияния на формирование гидрохимического режима в Белом море //Известия ВУЗов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. Приложение. 2003. № 12. С. 31-44.

7. Цыганкова А.Е., Бердников C.B. Моделирование переноса и седиментации взвешенного вещества в Белом море //Изучение зообентоса шельфа. Информационное обеспечение экосистемных исследований. Апатиты: КНЦ РАН. 2004 а. С. 316-330.

8. Цыганкова А.Е., Бердников C.B. Количественная оценка переноса и седиментации терригенного материала в Белом море //Международная научная конференция «Эволюция морских и наземных экосистем в перигляциальных зонах» (Азов, 6-8 сентября 2004 г.). Ростов-н/Д: ООО «ЦВВР». 2004 б. С. 144145.

9. Цыганкова А.Е. Применение балансового подхода к количественной оценке динамики взвешенного вещества в Белом море //Экология. Экономика. Информатика «Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования» (Новороссийск, 13-18 сентября 2004 г.). Ростов-н/Д: СКНЦВШ. 2004. С. 50-51.

10. Бердников C.B. Цыганкова А.Е. Применение балансовых моделей для оценки седиментации терригенного материала в Белом море и его выноса в

арктический бассейн //Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сообщества (НЦ ЧЭС). 2004. №3. С. 29-41.

11. Бердников C.B., Цыганкова А.Е. Разработка и применения балансовых моделей для расчётов распределения соединений тяжёлых металлов в воде и донных отложениях Белого моря //Экология. Экономика. Информатика «Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования» (Новороссийск, 12-17 сентября 2005 г.). Ростов-н/Д: СКНЦВШ. 2005. С. 19-20.

Печать цифровая. Бумага офсетная. Гарнитура «Тайме». Формат 60x84/16. Объем 1,0 уч.-изд.-л. Заказ № 884. Тираж 100 экз. Отпечатано в КМЦ «КОПИЦЕНТР» 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Суворова, 19, тел. 247-34-88

2oö6A 7А&5"

74 85

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Цыганкова, Алла Евгеньевна

Введение

1. Схема биогеохимической трансформации соединений 10 металлов в шельфовой зоне морей

1.1. История изучения и современные представления о 10 биогеохимической трансформации осадочного вещества в морских экосистемах

1.2. Схема биогеохимической трансформации соединений 14 тяжелых металлов (ТМ) в шельфовой зоне

1.2.1. Источники и формы поступления ТМ в морские 15 системы

1.2.2. Влияние факторов среды на формы миграции ТМ 18 в природных водах

1.2.3. Масс-балансовый подход к изучению 29 биогеохимической трансформации соединений ТМ в морских системах

1.3. Выводы

2. Анализ природных факторов Белого моря, определяющих 36 особенности переноса и накопления химических соединений

2.1. Особенности географического положения, морфология и 37 рельеф

2.2. Климатические факторы

2.3. Гидрологические условия

2.3.1. Солёность и температура воды

2.3.2. Ледовый режим

2.3.3. Динамика вод

2.3.4. Водный баланс

2.4. Выводы

3. Количественное описание крупномасштабного водообмена в

Белом море для оценки переноса веществ с водными массами

3.1. Районирование Белого моря

3.2. Расчёт водного обмена и пространственно-временное 78 распределение солёности и температуры воды

3.3. Оценка вклада речных и баренцевоморских вод в 94 формирование гидрохимического режима

3.4. Выводы

4. Перенос и седиментация терригенного материала и его вклад 99 в формирование уровней накопления химических соединений в донных отложениях Белого моря

4.1. Поступления терригенного материала

4.2. Пространственное распределение взвешенного вещества, 105 гранулометрический состав донных отложений и баланс терригенного материала

4.3. Результаты расчёта баланса и вклада источников 112 осадочного вещества в формирование уровней накопления химических соединений в донных отложениях

4.4. Выводы

5. Влияние гидролитодинамических процессов на динамику и пространственное распределение соединений меди в Белом море

5.1. Поступление соединений меди в экосистему

5.2. Пространственно-временные закономерности 135 распределения растворённых и взвешенных форм меди

5.3. Закономерности накопления меди в донных отложениях 144 Белого моря

5.4. Результаты расчёта захоронения соединений меди в Белом 149 море и их выноса в Баренцево море

5.5. Выводы 151 Заключение

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Масс-балансовая оценка переноса и накопления осадочного вещества и соединений меди в Белом море"

Актуальность проблемы

В последние годы в Белом море активно изучаются потоки осадочного и биогенного вещества, процессы биогеохимической трансформации тяжёлых металлов (ТМ), особенно в устьевых областях (Кукина и др., 1999; Шевченко и др., 1999; Лукашин и др., 2000; Савенко, 2001; Иванов, Беляев, 2002, Долотов и др, 2004; Комплексные., 2004; Дёмина и др., 2005; Фёдоров, 2005; White., 2005; Cobelo-Garcia et al., 2005; Bodrov et al., 2005).

Цель и задачи работы

В связи с этим решались следующие задачи:

- исследование влияния гидродинамических процессов на формирование гидрохимического режима;

- оценка вклада литодинамических процессов в геохимическую трансформацию соединений ТМ;

- модельный анализ влияния гидролитодинамических факторов на формирование региональных особенностей распределения ТМ в воде и донных отложениях Белого моря на примере соединений меди.

Материалы и методы исследования, особенности подхода

Для расчётов применялся масс-балансовый подход, основанный на использовании апробированных и взаимосвязанных между собой компартментальных математических моделей, адаптированных к условиям Белого моря. Этот комплекс включает следующие модели: 1 - водного обмена, солёности и температуры воды, 2 - переноса растворённых веществ, 3 - переноса и седиментации взвешенного вещества, 4 - динамики ТМ. Проверка адекватности (верификация) применяемых моделей основана на сравнении результатов расчётов с данными наблюдений.

Научная новизна

Оценен вклад речных и баренцевоморских вод в формирование гидрохимического режима и исследовано их влияние на пространственно-временное распределение растворённых веществ.

Изучено влияние гидролитодинамических процессов на пространственно-временное распределение соединений меди в воде и донных отложениях, сделаны количественные оценки выноса меди в Баренцево море.

Практическая значимость

Полученные в работе результаты могут использоваться природоохранными, научно-исследовательскими и другими организациями для: 1 - оптимизации системы мониторинга, 2-разработки экосистемных принципов управления морскими системами, 3 - выполнения сценарных прогнозов при изменении уровней антропогенной нагрузки и климатических факторов с помощью адаптированных к условиям Белого моря балансовых моделей.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту

1. Схема районирования Белого моря отражает основные закономерности водообмена и пространственно-временного распределения основных характеристик гидрологического режима (солёности и температуры воды).

3. Гидродинамические и лито динамические процессы, существенным образом, определяют закономерности пространственного распределения соединений меди в воде и донных отложениях. От поступления меди вместе с частицами взвеси из абразионных берегов зависят региональные особенности её распределения в растворённой и взвешенной формах, уровни накопления меди в донных отложениях не только в районах активной абразии, но и в достаточно удалённых районах Белого моря.

Апробация работы

Результаты диссертации опубликованы в 11 работах.

Структура и объём работы

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Цыганкова, Алла Евгеньевна

5.5. Выводы

Рассмотренный на примере соединений меди подход к получению количественных оценок влияния гидрологических и литодинамических процессов на перенос и распределение осадочного вещества и соединений меди в Белом море позволяет сделать следующие выводы.

1. Основные закономерности пространственного распределения металлов по пути от источников поступления к районам разгрузки могут быть объяснены влиянием таких факторов и процессов как: а) перенос растворённых и взвешенных форм элемента течениями, б) смешение водных масс в результате ветрового, приливного и конвективного перемешивания, ь) осаждение частиц взвеси, имеющих разный размер и удельное содержание микроэлементов, в) взмучивание донных отложений.

2. Поступление металлов вместе с частицами взвеси из абразионных берегов может существенно определять региональные особенности распределения металлов в растворённой и взвешенной формах, влиять на уровни накопления металлов в донных отложениях не только в районах активной абразии, но и в достаточно удалённых районах Белого моря. В результате десорбции подвижной формы металлов из взвеси, поступающей в береговую зону и создающую здесь аномально высокие концентрации взвешенного вещества б воде, содержание металлов в растворённой форме может существенно возрастать. По масштабам районы активного разрушения берегов в геохимическом плане могут быть сопоставимы с маргинальными фильтрами рек.

3. Обменные процессы металлами в системе "вода-взвесь" в морской системе смещены в сторону десорбции подвижных форм металлов, в результате относительный вклад растворённой формы металла возрастает, но при этом объём захоронения элементов в донных отложениях устьевых и шельфовых районов моря уменьшается. В результате обменных процессов растворённые металлы, поступающие из Баренцева моря, переходят в состав взвешенного материала и накапливаются на дне Белого моря. Поэтому источники загрязнения водной среды, расположенные за пределами Белого моря, могут быть потенциально опасны.

4. В результате комплексного влияния гидрологических, литологических и геохимических процессов в Баренцево море может выноситься от 47 до 66% соединений меди, поступающих из всех источников.

5. За счёт биологических процессов, связанных с потреблением растворённых соединений меди клетками фитопланктона, в течение года из оборота может быть выведено в среднем до 90 тонн меди.

Заключение

Рассмотренный в диссертации на примере соединений меди подход к получению количественных оценок влияния гидролитодинамических процессов на перенос и распределение осадочного вещества и соединений меди в Белом море позволяет сделать следующие выводы.

1. Разработанный на основе масс-балансового подхода комплекс компартментальных математических моделей, адаптированных к условиям Белого моря, может быть использован в геохимических и геоэкологических исследованиях.

2. Полученная схема районирования Белого моря в результате кластерного анализа отличается большей детальностью (15 районов) по сравнению с традиционной схемой (7 районов) и определяет особенности водообмена и пространственно-временного распределения основных характеристик гидрологического режима (солёности и температуры боды).

3. Для воспроизведения наблюдаемой картины пространственного распределения солёности необходимо выделять две схемы водообмена. Одна соответствует маю-июню, другая — остальным месяцам. Ведущим фактором здесь является сезонная неоднородность речного стока.

4. Объёмы водных потоков между районами определяются гидродинамическими факторами и компонентами водного баланса, главным образом, притоком вод из Баренцева моря и стоком рек. Среднемноголетний приток морских вод из Баренцева моря в Белое составляет 2340 км3/год, при этом в Бассейн поступает не более половины этого объёма.

5. При оценках влияния речных и баренцевоморских вод на формирование гидрохимического режима показано, что полного замещения беломорских вод не происходит даже за 10 лет. В зависимости от района в конце расчётного периода они занимают от 20% (Бассейн) до 5% (Воронка) объёма.

6. Основными источниками поступления терригенного материала в Белое море являются абразия берегов и твёрдый сток рек. Всего при абразии поступает 67.1 млн. т твёрдого вещества, из них 60 млн. т преимущественно с восточной части Белого моря: Канинского, Конушинского и Абрамовского берегов. Твёрдый сток в Белое море на порядок меньше, чем поступление обломочного материала при абразии и составляет около 5.8 млн. т. Поступление твердых частиц на поверхность Белого моря из атмосферы незначительно (0.25 млн. т/год).

7. Показано, что гранулометрическая структура верхнего слоя донных отложений Белого моря определяется не только пространственной неравномерностью расположения источников обломочного материала и механической дифференциацией частиц разного размера, но и гидродинамическими факторами, способствующими многократному вовлечению пелитовых и мелкоалевритовых частиц в водную толщу в гидродинамически активных зонах и их переносу в удаленные от источников районы моря.

8. С помощью балансовой модели переноса и седиментации взвешенного вещества получены новые представления о региональных особенностях накопления осадочного материала в донных отложениях Белого моря, определяемые сезонными и пространственными различиями в потоках терригенного материала с твёрдым стоком и при абразии, особенностями водного обмена между районами моря.

9. При проведении геоэкологического мониторинга необходимо учитывать пространственную и сезонную изменчивость вклада речного аллювия и материала абразии в формирование, как гранулометрической структуры, так и геохимического фона верхнего слоя донных отложений Белого моря.

10. Основные закономерности пространственного распределения соединений меди при перемещении от источников поступления к районам разгрузки объясняются влиянием таких факторов и процессов как:

- перенос растворённых и взвешенных форм элемента течениями;

- смешение водных масс в результате ветрового, приливного и конвективного перемешивания;

- осаждение частиц взвеси, имеющих разный размер и удельное содержание микроэлементов;

- взмучивание донных отложений.

11. Поступление соединений меди вместе с частицами взвеси из абразионных берегов может существенно определять региональные особенности её распределения в растворённой и взвешенной формах, влиять на уровни накопления меди в донных отложениях не только в районах активной абразии, но и в достаточно удалённых районах Белого моря. В результате десорбции подвижной формы меди из взвеси, поступающей в береговую зону и создающую здесь аномально высокие концентрации взвешенного вещества в воде, содержание меди в растворённой форме может существенно возрастать. По масштабам районы активного разрушения берегов в геохимическом плане могут быть сопоставимы с маргинальными фильтрами рек.

12. Обменные процессы в системе "вода-взвесь" в морской среде смещены в сторону десорбции подвижных форм меди, в результате относительный вклад растворённой формы меди возрастает, но при этом объём захоронения элементов в донных отложениях устьевых и шельфовых районов моря уменьшается.

13. На основе балансовых расчётов показано, что комплексное влияние гидрологических, литологических и геохимических процессов определяет вынос Баренцево море от 47 до 66% соединений меди, поступающих из всех источников. В донных отложениях может аккумулироваться от 1.0 до 1.5 тыс. тонн.

14.3а счёт биологических процессов, связанных с потреблением растворённых соединений меди клетками фитопланктона, в течение года из оборота может быть выведено в среднем до 90 тонн меди.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Цыганкова, Алла Евгеньевна, Ростов-на-Дону

1. Альтман J1. П. Белое море (экономико-географический очерк). JL: Знание. 1973. 32 с.

2. Альтшуллер В.М., Суставов Ю.В., Казакова Ю.М. К энергетическому и водному балансу Белого и Баренцева морей //Тр. ПИНРО. 1970. Вып. 27. С. 114-119.

3. АМАП. Загрязнение Арктики: доклад о состоянии окружающей среды Арктики. С.-Петербург. 1998. 188 с.

4. Арсеньева Н.Я. Тепловой баланс Белого моря и его изменения во времени и пространстве //Тр. ГОИН. Вып. 81. JL: Гидрометеоиздат. 1964. С. 62-93.

5. Арэ Ф.Э. Термоабразия морских берегов. М.: Наука. 1980.159 с.

6. Атлас загрязнения природной среды акваторий и побережья морей Российской Арктики /Под ред. С.А. Мельникова, А.Н. Горшкова. Спб: Региональный центр «Мониторинг Арктики» (Росгидромет); Arctic Monitoring and Assessment Programme (AMAP). 1999.

7. Бабков А.И., Голиков А.Н. Гидробиокмплексы Белого моря. JT., ЗИН АН СССР. 1984. 103 с.

8. Белинский H.A., Истомин Ю.В. Моря, омывающие 6epeia Советского Союза. М.: Воениздат. 1956. 348 с.

9. Бердников С.В., Селютин В.В., Васильченко В.В., Коновалова И.В. Математическое моделирование пространственно-временной динамики популяции гребневика Мнемиопсиса в Чёрном море //Изв. вузов. СевероКавказский регион. 2000 а. № 1. С. 3-8.

10. Бердников C.B., Цыганкова А.Е. Математическое моделирование сезонной динамики и пространственного распределения продукции органического вещества в Охотском море //Эколого-географический вестник юга России. 2000 б. № 3. С. 52-57.

11. Бердников C.B., Ивлиева О.В., Прудникова О.В. Математическое моделирование переноса и седиментации техногенных примесей в Азовском море//Океанология. 2001а. Т.41.№ 6. С. 805-814.

12. Бердников C.B., Кузнецов A.B. Компартментальная модель гидрологических и гидрохимических характеристик Азовского моря //Среда, биота и моделирование экологических процессов в Азовском море. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН. 2001. С. 263-277.

13. Бердников C.B. Разработка и применение компартментальных моделей для изучения пространственных характеристик морскихэкологических систем //Дис. на соис. уч. д-ра геогр. наук. Мурманск. 2004 б. 335 с.

14. Берега /Под ред П.А. Каплина, O.K. Леонтьева, С.А. Лукашина, Л.Г. Никифорова. М.: Мысль. 1991. С. 79-85.

15. Беус A.A., Грабовская Л.И., Тихонова И.В. Геохимия окружающей среды. М.: Недра. 1976. 248 с.

16. Бруевич C.B. Гидрохимические исследования Белого моря //Тр. тш-та океанологии АН СССР. 1960. Т.42. С. 199-254.

17. Брызгало В.А., Иванов В.В. Многолетняя и сезонная изменчивость химического стока рек Белого моря в условиях антропогенного воздействия //Экологическая химия. 2002. № 11 (2). С. 91-104.

18. Виноградов А.П. Средние содержания химических элементов в главных типах изверженных горных пород земной коры //Геохимия. 1962.7. С. 555-571.

19. Виркетис М.А. К вопросу о распространении зоопланктона в Горле Белого моря //Тр. Ин-та изучения Севера. Т.40. М. 1929. С. 305-329.

20. Геоэкология шельфа и берегов морей России. М.: Ноосфера, 2001.427 с.

21. Гидрология и гидрохимия морей СССР. Т.2. Белое море. Выпуск 2. Гидрохимические и океанологические основы формирования продуктивности. Д.: Гидрометеоиздат. 1991. 234 с.

22. Гидрометеорологические условия шельфовой зоны морей СССР. Т. 5. Белое море. JI. .: Гидрометеоиздат. 1989. 234 с.

23. Гидрологические ежегодники о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. Обнинск: ВНИИГМИ. 1980-1988 гг.

24. Гордеев В.В. Речной сток в океан и черты его геохимии. М.: Наука. 1983. 159 с.

25. Гордеев В.В. Черты геохимии речного стока в океане //Литология и полез, ископаемые. 1984. № 5. С. 29-50.

26. Гордеев В.В., Лисицын А.П. Средний химический состав взвеси рек мира и питание океанов речным осадочным материалом //Докл. АН СССР. 1978. Т. 238. № 1. С. 255-258.

27. Дёмина Л.Л. Формы миграции тяжелых металлов в океане. М.: Наука. 1982. 120 с.

28. Дёмина Л.Л., Филипьева К.В, Шевченко В.П. и др. Геохимия донных осадков в зоне смешения реки Кемь (Белое море) //Океанология. 2005. Т. 45. №6. С. 851-865.

29. Добровольский В.В. Атомы в ландшафте. М.: Просвещение. 1964.174 с.

30. Добровольский А.Д., Залогин Б.С. Моря СССР. М.: МГУ. 1982. С. 67-70.

31. Дунаева А.Н., Мироненко М.В. Сорбция цезия некоторыми глинистыми минералами //Геохимия. 2000. № 2. С. 213-221.

32. Елисов В.В. Численное моделирование совместной эволюции термохалинной структуры деятельного слоя океана и ледяного покрова //Тр. ГОИН. 1991. Вып. 197. С. 121-129.

33. Елисов В.В. Оценка водного, теплового и солевого балансов Белого моря //Метеорология и гидрология. 1997. № 9. С. 83-93.

34. Елисов В.В. Оценка объемов водных масс Белого моря //Метеорология и гидрология. 1999. № 9. С. 78-85.

35. Емельянов Е.М. Барьерные зоны в океане. Калининград: Янтарный сказ. 1998. 416 с.

36. Залогин Б. С., Косарев А. Н. Природа мира: Моря. М.: Мысль.1999.

37. Залогин Б.С., Родионов H.A. Устьевые области рек СССР. М.: Мысль, 1969. 312 с.

38. Зуев А.Н. Математическая модель синоптической изменчивости дрейфующего ледяного покрова под действием атмосферных фронтов //Тр. ААНИИ. 1992. Т. 42. С. 39-54.

39. Зырин Н. Г. Микроэлементы в почвах СССР. М.: МГУ. 1981. 250с.

40. Иванов В.В. Водный баланс и водные ресурсы суши Арктики //Тр. ААНИИ. 1976. Т. 323. С. 4-188.

41. Иванов Г.И. Методология и результаты экогеохимических исследований Баренцева моря. С-Петербург: ВНИИОкеагеология. 2002. 155 с.

42. Иванов Г.И. Геоэкология Западно-Арктического шельфа: литолого-экогеохимические аспекты //Дис. на соис. уч. д-ра г.-м. наук. С-Петербург. 2004. 362 с.

43. Инжебейкин Ю.И. О результатах расчетов водообмена в Белом море //Тез. конф. "Проблемы Белого моря, пути решения". Архангельск. 1981. С. 38-40.

44. Калинина Л.И., Лукьянова С.А., Соловьева Г.Д. Картирование абразионных берегов России //Вестник МГУ. Сер. 5. География. 1992. № 3. С. 46-50.

45. Комплексные исследования процессов, характеристик и ресурсов российских морей Северо-Европейского бассейна. Вып. 1. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН. 2004. 557 с.

46. Конторович А.Э. Формы миграции элементов в реках гумидной зоны (по материалам Западной Сибири и других районов) //Геохимия осадочных пород и руд. М.: Наука. 1968. С. 88-101.

47. Кравец А.Г. Модель крупномасштабной баротропной циркуляции в мелководном окраинном море //Метеорология и гидрология. 1987. № U.C. 84-91.

48. Кравцов В.А., Гордеев В.В., Пашкина В.И. Растворённые формы тяжелых металлов в водах Карского моря //Океанология. 1994. Т. 34. № 5. С. 673-680.

49. Кукина С.Е., Садовникова Л.К., Калафт-Фрау А., Палеруд Р., Хуммель X. Формы металлов в донных отложениях некоторых эстуариев бассейна Белого и Баренцева морей //Геохимия. 1999. № 12. С. 1329-1334.

50. Кукина С.Е., Садовникова Л.К., Хуммель X., Калафт-Фрау А. Распределение металлов в донных отложениях эстуария реки Северная Двина //Опыт системных океанологических исследований в Арктике. М.: Научный мир. 2001. С. 426-431.

51. Кукина С.Е., Садовникова Л.К., Калафт-Фрау А., Хуммель X., Реголи Ф. Распределение металлов во взвешенном веществе и донныхотложениях эстуария реки Северная Двина //Океанология. 2002. Т. 42. № 2. С. 218-227.

52. Леонов A.B., Филатов H.H., Здоровеннов Р.Э., Здоровеннова Г.Э. Функционирование экосистемы Белого моря: исследование на основе математической модели трансформации органогенных веществ //Водные ресурсы. 2004. Т.31. № 5. С. 556-575.

53. Леонов A.B., Чичерина О.В. Вынос биогенных веществ в Белое море с речным стоком //Водные ресурсы. 2004. Т. 31. №2. С. 170-192.

54. Лисицын А.П. Осадкообразование в океане. М.: Наука. 1974. 483с.

55. Лисицын А.П. Процессы океанской седиментации. М.: Наука, 1978.392 с.

56. Лисицын А.П. Лавинная седиментация //Лавинная седиментация в океане. Ростов /Д, Изд-во Рост, ун-та. 1982. С. 3-59.

57. Лисицын А.П. Система биофильтров бентоса //Биоседиментация осадочного вещества в морях и океанах. 1983. С. 62-64.

58. Лисицын А.П. Лавинная седиментация и перерывы в осадконакоплении в морях и океанах. М.: Наука. 1988. 308 с.

59. Лисицын А.П. Маргинальный фильтр океанов //Океанология. 1994. Т. 34. №5. С. 735-748.

60. Лисицын А.П. Литология литосферных плит //Геология и геофизика. 2001. Т.42. с. 521 -559.

61. Лисицын А.П. Новые возможности четырехмерной океанологии и мониторинга второго поколения опыт двухлетних исследований на Белом море //Актуальные проблемы океанологии /Под ред Н.П. Лаверова; Ин-т океанологии им П.П. Ширшова. М.: Наука. 2003. С.503-556.

62. Лисицын А.П., Гордеев В.В. О химическом составе взвеси и воды морей и океанов //Литология и полезные ископаемые. 1974. № 3. С. 38-57.

63. Лисицына H.A. Вынос химических элементов при выветривании основных пород. М.: Наука. 1973. 236 с.

64. Лисицына H.A. Поступление осадочного материала в океан из кор выветривания разных климатических зон //Проблемы литологии и геохимии осадочных пород и руд. М.: Наука. 1975. С. 67-84.

65. Лопатин Г.В. Эрозия и сток наносов в Европейской части СССР и Северного Кавказа //Изв. ВГО. 1949. № 5.

66. Лубченко И.Ю., Белова И.В. Миграция элементов в речных водах //Литол. и полез. Ископаемые. 1973. № 2. С. 23-29.

67. Лукашин В.Н., Косолобова К.Н., Шевченко В.П. и др. Результаты комплексных океанографических исследований в Белом море в июне 2000 г. //Океанология. 2003. Т.43. № 2. С. 237-253.

68. Лукин Л.Р., Снеговской C.B. Средняя многолетняя ледовитость Белого моря //Метеорология и гидрология. 1985. №4. С. 72-78.

69. Лукьянова С.А., Сафьянов Г.А., Соловьева Г.Д. Некоторые оценки размыва морских берегов России //Водные ресурсы. 2002. Т. 29. № 4. С. 389-394.

70. Матишов Г.Г. Дно океана в ледниковый период. М.: Наука. 1984.176 с.

71. Матишов Г.Г., Гаргопа Ю.М., Бердников C.B., Дженюк С.Л. Закономерности экосистемных процессов в Азовском море. М.: Наука. 2006. 304 с.

72. Метеорологический справочник, ежемесячник по климату СССР. М. Вып. 1,2. Сер. 3 (1936-1995). 1996. 203 с.

73. Михайлов В.Н., Рогов Т.К., Чистяков A.A. Речные дельты. JL: Гидрометеоиздат. 1986. 278 с.

74. Михайлов В.Н. Устья рек России и сопредельных стран: Прошлое, настоящее и будущее. М.: ГЕОС. 1997. С. 242-253.

75. Моисеенко Т.И., Даувальтер В.А., Родюшкин И.В. Механизмы круговорота природных и антропогенных металлов в поверхностных водах арктического бассейна //Водные ресурсы. 1998. Т. 25. № 2. С. 231-243.

76. Моисеенко Т.И. Оценка экологической опасности в условиях загрязнения вод металлами //Водные ресурсы. 1999. Т. 26. № 2. С. 186-197.

77. Морозов Н.П., Батурин Г.Н., Гордеев В.В., Гурвич Е.Г. О составе взвесей и осадков в устьевых районах рек Северной Двины, Мезени, Печоры и Оби //Гидрохим. материалы. 1974. Т. 60. С. 60-73.

78. Морской атлас. Т.Н. Физико-географический. Ч. Белое море. М: Главный Штаб Военно-морских сил. 1953. С. 72.

79. Найду A.C., Меватт Т.К. Обстановка осадконакопления и характеристика отложений дельты р. Колвилл и других рек севера Арктической Аляски //Дельты модели для изучения. М.: Недра. 1979. С. 135-175.

80. Наумов А.Д., Федяков В.В. Особенности гидрологического режима северной части Белого моря //Тр. ЗИН АН СССР. 1991. Т. 223. С. 1326.

81. Невесский E.H., Медведев B.C., Калиненко В.В. Белое море: седиментогенез и история развития в голоцене. М.: Наука. 1977. 235 с.

82. Отчет по измерениям площадей географических объектов Арктики //Тр. ААНИИ. 1976. Т. 323.

83. Павлидис Ю.А., Щербаков Ф.А., Шевченко А.Я. Глинистые минералы донных осадков шельфа Кубы и Белого моря: геология и климат -сопоставления//Океанология. 1995. Т. 35. № 1. С. 121-127.

84. Перельман А.И. Геохимия. М.: Высшая школа. 1979. 423 с.

85. Пересыпкин В.И., Лукашин В.Н., Исаева А.Б., Прего Р. Лигнин и химические элементы в осадках Кандалакшского залива Белого моря //Океанология. 2004. Т. 44. № 5. С. 743-755.

86. Поляков И.В., Кулаков И.Ю., Колесов С.А. и др. Термодинамическая модель океана со льдом: описание и эксперименты // Изв. АН. Сер. Физика атмосферы и океана. 1998. Т. 34. № 1. С. 51-58.

87. Романкевич Е.А., Ветров A.A. Цикл углерода в арктических морях России. 2001. М.: Наука. 302 с.

88. Савенко A.B. Гидрохимическая структура устьевых областей малых рек, впадающих в Кандалакшский залив Белого моря //Океанология. 2001. Т. 41. №6. С. 835-843.

89. Савенко A.B. Экспериментальное моделирование процесса соосаждения стронция с карбонатом кальция в устьевых областях рек // Геохимия. 2004. № 1. С. 94-103.

90. Самойлов И.В. Устья рек. М.: Географгиз. 1952. 526 с.

91. Симонов А.И. Гидрология и гидрохимия устьевого взморья. Л.: Гидрометеоиздат. 1969. 230 с.

92. Суздальский О.В. Литодинамика мелководья Белого, Баренцева и Карского морей //Геология моря. Л.: Недра. 1974. Вып. 3. С. 27-33.

93. Страхов Н.М. Основные черты питания современных внутриконтинентальных водоемов осадочным материалом //Образование осадков в современных водоемах. М.: Изд-во АН СССР. 1954. С. 35-80.

94. Страхов Н.М. Основы теории литогенеза. Т. 1-3. М.: Изд-во Ан СССР. 1962.

95. Страхов Н.М. Проблемы геохимии современного океанского литогенеза. М.: Наука. 1976. 299 с.

96. Страхов Н.М. Геохимия современного седиментогенеза //Океанология. Химия океана. Т.2. М.: Наука. 1979. С. 9-239.

97. Стунжас П.А., Бородкин С.О. Гидрохимические критерии обмена поверхностных и глубинных вод Белого моря //Океанология. 2004. Т. 44. № 2. С. 189-198.

98. Тимонов В.В. Схема общей циркуляции вод Бассейна Белого моря и происхождение его глубинных вод //Тр. ГОИН. 1947. Вып. 1 (13). С. 118-131.

99. Федоров Ю.А., Гарькуша Д.Н., Овсепян А.Э., Кузнецов А.Н. Основные результаты экспедиционных исследований на Северной Двине и Двинской губе Белого моря //Изв. Вузов. Сев.-Кав. Регион. Естеств. Науки. 2005. №3. С. 95-100.

100. Хрусталёв Ю.П. Особенности седиментогенеза в области влияния речного стока //Лавинная седиментация в океане. Ростов-н/Д: Изд-во Рост, ун-та. 1982. С. 59-71.

101. Хрусталёв Ю.П. Основные проблемы геохимии седиментогенеза в Азовском море. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН. 1999. 247 с.

102. Хрусталёв Ю.П., Ивлиева О.В. Проблемы антропогенной морской седиментологии (на примере Азовского моря). Ростов-на-Дону: Гефест. 1999. 196 с.

103. Цыганкова А.Е., Бердников C.B. Масс-балансовый подход к изучению крупномасштабного водообмена и его влияния на формирование гидрохимического режима в Белом море //Изв. Вузов. Сев.-Кав. регион. Естественные науки. Приложение. 2003. № 12. С. 31-44.

104. Цыганкова А.Е., Бердников C.B. Моделирование переноса и седиментации взвешенного вещества в Белом море //Изучение зообентоса шельфа. Информационное обеспечение экосистемных исследований. Апатиты: Изд. КНЦ РАН. 2004а. С. 316-330.

105. Шамов Г. И. Сток взвешенных наносов рек СССР //Тр. гидрол. ин-та. 1948. Вып. 20. С. 40-57.

106. Шевченко В. П., Лисицын А. П., Купцов В. М., Ван-Малдерен, Ж.-М. Мартэн, Р. Ван-Грикен, В. В. Хуан. Состав аэрозолей в приводном слое атмосферы над морями западного сектора Российской Арктики //Океанология. 1999. Т. 39. № 1. С. 142-151.

107. Шулькин В.М., Богданова Н.Н. Поведение Zn, Cd, Pb, Си при взваимодействии речной взвеси с морской водой //Геохимия. 2004. № 8. С. 874-883.

108. Щербаков Ф.А., Семёнова Н.А. Типы донных осадков и биоценозов центральной части Белого моря //Современные процессы осадконакопления на шельфах Мирового океана. М.: Наука. 1990. С. 126-135.

109. Bobrov V.A., Phedorin M.A., Leonova G.A., Kolmogorov Yu.P. SR XRF element analysis of sea plankton //Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. № 543. 2005. P. 259-265.

110. Cobelo-Garcia A., Millward G.E., Prego R., Lukashin V. Metal concentration in Kandalaksha Bay, White Sea (Russia) following the spring snowmelt /Environmental Pollution. 2005. P. 1-11 (in press).

111. Dai M.-H., Martin J.-M. First data on the trace metal level and behaviour in two major Arctic river/estuarine systems (Ob and Yenisey) and the adjacent Kara Sea (Russia) //Earth Planet. Sci. Lett. 1995. V. 131. № 1-3. P. 127145.

112. Gordeev V.V., Martin J.M., Sidorov I.S., Sidorova M.V. A reassessment of the Surasian river input of the water, sidiment, major elements and nutrients to the Arctic Ocean //Amer. Sci. 1996. Vol. 296. P. 664-691.

113. Gordeev V.V., Shevchenko V.P. Chemical composition of suspended sediments in the Lena River and its mixing Zone //Russian-German Cooperation: Laptev Sea System. Berichte zur Polarforschung. 1995. B. 176. P. 154-169.

114. Guieu C., Huang W.W., Martin J.-M., Yoon Y.Y. Out flow of trace metals into the Laptev Sea by the Lena River //Mar. Chem. 1996. V. 53. № P. 255-268.

115. Identification and description of the main sources of environmental pollution in the Russian Federation and transport routes of pollutants to the Arctic seas /V.V. Ivanov, V.A. Surnin. StP. 2000. P.57-83.

116. Lisitzin A.P. The continental-ocean boundary as a marginal filter in the World Ocean //Biogeochemical Cycling and Sediment Ecology /Eds Gray J.S., Ambrose W., Szaniawska Jr, Dordrecht: Kluwer Acad. Publ., 1997. v. 59, p. 69105.

117. Martin J.-M., Gordeev V.V. River input to ocean system: a reassessment //Estuarine processes: an application to the Tagus estuary. Proceedings of UNESCO (IOC) CAN Workshop. Lisbon, Portugal, 13-16 December 1982. Lisbon, 1986. P. 203-240.

118. Martin J.-M., Gordeev V.V. River input to ocean system: a reassessment //Estuarine processes: an application to the Tagus estuary. Proceedings of UNESCO (IOC) CAN Workshop. Lisbon, Portugal, 13-16 December 1982. Lisbon, 1984. P. 75-99.

119. Howland R., Pantiulin A.N. Report of Anglo-Russian Interdisciplinary Estuarine Project (ARIES). 1994. 44 p.

120. Taylor H.E., Shiller A.M. Mississippi River methods comparison study: implications for the water quality monitoring of dissolved trace elements //Environ Sci. Technol. 1995. № 29. P. 131-1317.

121. Zhulidov A.V., Emets VJVI. Heavy metals: Natural variability and anthropogenic impacts //A Water quality assessment of the former Soviet Union /V. Kimstach, M. Meybeck, E. Barroudy (Eds.) Ldn-N.Y.: E and FN Spon, 1998. P. 179-209.

122. White Sea. Its marine environment and ecosystem dynamics influenced by global change /N. Filatov, D. Pozdnyakov, O. Johannessen, H. Pettersson and L. Bobylev. London. Springer-Praxis. 2005. 472 p.

Информация о работе

Цыганкова, Алла Евгеньевна
кандидата географических наук
Ростов-на-Дону, 2006
ВАК 25.00.36

Диссертация

Масс-балансовая оценка переноса и накопления осадочного вещества и соединений меди в Белом море - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы