Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Особенности карбонатной системы вод Атлантического океана

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Особенности карбонатной системы вод Атлантического океана"

PV6 од

■л ДЕК 19Г.6

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Институт океанологии им. П.П. Ширшова

На правах рукописи УДК 551. 46. 261

Павел Владимирович Бубнов

ОСОБЕННОСТИ КАРБОНАТНОЙ СИСТЕМЫ ВОД АТЛАНТИЧЕСКОГО ОКЕАНА

Специальность 11.00.08 - океанология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва- 1996

Работа выполнена в Институте океанологии им П,П, Ширшове РАН

Научные руководители: профессор, доктор геолого-минсралогических наук, заслуженный деятель науки РФ O.K. Бордовский, кандидат географических наук П.Н. Маккавеев.

Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор

A.А. Аксенов, доктор географических наук, член-корреспондент РАЕН

B.В. Сапожников.

Ведущая организация: Кафедра океанологии Географического факультета МГУ.

Защита состоится —■ часов на заседании

специализированного Ученого совета К 002.86.02 по присуждению ученой степени кандидата наук в Институте океанологии им. П.П. Ширшова РАН по адресу: 117218, г. Москва, ул. Красикова, 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института океанологии им.

П.П. Ширшова РАН по адресу. Москва, ул. Красикова, д. 23.

. . /"

Автореферат разослан ——199-<г.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат географических наук / С.Г. Панфилова

Актуальность проблемы.

В настоящее время индустриальная деятельность человека оказывает существенное воздействие на природную среду. Один из наиболее важных аспектов этого воздействия- увеличение концентрации СОг в атмосфере, что влияет на климат Земли. В связи с этим возрастает интерес к океану как к основному поглотителю и регулятору концентрации СОг в атмосфере, сглаживающему неблагоприятные климатические и экологические последствия этого роста. По разным оценкам, Атлантический океан поглощает от 1.1 до 3.1 млрд ,т. СОг в год, что составляет примерно 25% от суммарного поглощения СОг Мировым океаном ( Иваненков, 1985; Ляхин, 1985) Атлантическому океану часто отводят определяющую роль в процессах переноса и трансформации углерода. Это обусловлено его максимальной меридиональной протяженностью, относительной узостью, определяющей большую, в сравнении с другими океанами долю мелководных высокопродуктивных шельфовых зон, мощной вертикальной зимней конвекцией в высоких широтах, наличием двух областей формирования глубинных вод, а также интенсивным водообменом с Индийским и Северным Ледовитым океанами и мощным материковым стоком. По современным представлениям о глобальной циркуляции вод океана, Атлантика является начальным и замыкающим элементом в глобальном океаническом конвейере.

Карбонатная система вод океана, включающая в себя свободную углекислоту и продукты ее диссоциации, влияет на многие химические и биохимические процессы, создавая необходимые условия для возникновения и существования жизни в океане и на суше. Концентрация СО2, наиболее активного

н чутко реагирующего на изменений внешней среды компонента карбонатной системы, тесным образом связана с процессами синтеза и деструкции органического вещества. Зная характер пространственно-временной изменчивости концентрации СО2 в поверхностных водах, можно выделить в океане области с различной биохимической активностью. Информация о характере пространственно-временной изменчивости парциального давления СО2 в поверхностных водах позволяет выделить в океане стоки и источники СО2, что представляется актуальным в связи с современными изменениями климата Земли, которые большинство исследователей связывают с увеличением концентрации СО2 в атмосфере и развитием парникового эффекта. Анализ особенностей вертикального распределения форм растворенного неорганического углерода в Атлантическом океане позволяет проследить пути перемещения углерода, выделить в толще вод океана основные зоны трансформации углерода из органической формы в неорганическую.

Цели и задачи исследования.

Целью работы было изучение особенностей пространственно-временной изменчивости ССЬ. в водах Атлантического океана, выделение в Атлантическом океане областей с различным характером газообмена, изучение особенностей вертикального распределения и путей перемещения растворенного неорганического углерода в его водах, оценка вклада абиотических и биотических факторов во внутригодовую изменчивость СО2 в поверхностных водах. Эти исследования прдолжили систематические работы Лаборатории

биохимии и гидрохимии ИО РАН в области изучения карбонатной системы вод Мирового океана.

Научная новизна.

На основании обработки большого массива первичных материалов получены данные по внутригодовой изменчивости величин парциального давления СО2 и рН в поверхностных водах всего Атлантического океана и впервые построены помесячные схемы распределения величии рСОг и рН в его поверхностных водах. Выделены области, где в течение года преобладает сток СО2 в океан, области с преобладанием обратного процесса- потока СОг из океана в атмосферу и районы, где газообмен имеет в течение года переменный характер. Изучены особенности вертикального распределении рСОг и суммарного неорганического углерода (Скя.) в Атлантическом океане, выделены основные зоны минерализации углерода в толще вод океана.

Выделены две основные составляющие внутригодовой изменчивости СО? ь поверхностных водах Атлантического океана- биотическая и абиотическая и рассмотрены особенности их вклада в суммарную внутригодовую изменчивость СО2. Уточнены особенности временного и пространственного распределения компонентов карбонатной системы в поверхностных водах Атлантического океана.

Практическая ценность.

Полученные данные по распределению рСОг на поверхности Атлантического океана и его внутригодовой изменчивости могут быть использованы при расчетах обмена СО2 между океаном и атмосферой, необходимы для калибрации моделей поглощения и трансформации углерода, прогнозов долгосрочных изменений климата и планирования дальнейших работ по мониторингу СОг в Атлантике.

Апробация работы.

Материалы диссертации обсуждались на коллоквиумах лаборатории биохимии и гидрохимии НО РАН, были доложены на Первой научной конференции по глобальному анализу, интерпретации и моделированию, проведенной в рамках программ ГСВР-ОА1М (сентябрь 1995 г., Германия, г. Гармих- Паргенкирхен) и на симпозиуме " СОг в океанах", проведенном в рамках программы ГСОН> (январь 1996 г., Пуэрто-Рико, г. Маягуэс).

Объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитированной литературы и приложения. Работа изложена на страницах машинописного текста, содержит рисунков.

Материалы и методы исследования.

Для решения задач, поставленных в работе, был проанализирован большой массив гидрохимических данных. Основным источником данных стал массив гидрохимических данных центра океанографических данных "В", г. Обнинск, из которого брались величины рН, щелочности, температуры и солености а также растворенного кислорода на горизонтах 0-5 м. Были также привлечены архивные данные Института океанологии РАН. Всего для Северной части Атлантического океана было обработано 17862 значений рН, 1558 значений щелочности, для Южной части Атлантики 2177 значений рН и 227 значений щелочности. Одной из наиболее важных задач была проверка и контроль данных и выработка подходов к оценке качества использованных архивных данных. На первом этапе проверки при помощи компьютерной программы выявлялись грубые ошибки в исходных данных. Затем данные рН проверялись, учитывая особенности годового хода рН в данном районе п процент насыщения морской воды кислородом при данных температуре и солености, данные по щелочности проверялись по величинам щелочло-хлорного отношения. На следующем этапе данные осреднялись помесячно по десятиградусным Мареденовским квадратам. В случае отсутствия данных проводилась их интерполяция с учетом особенностей годового хода или их реконструкция. Величины рН реконструировались по статистической формуле Ляхина (Ляхин, 1985), величины щелочности- по величинам щелочно- хлорного отношения, типичного для данного райопа океана. При отсутствии данных по температуре, солености и растворенному кислороду недостающие значения

197/ ). РаССчС* «чОягШОНСиХОо КариОНаТНОИ иИСТСМЫ НрС'ёОдиЛСн ПО

термодинамическим уравнениям карбонатной системы с применением концентрационных констант Эдмонда-Гискеса и соотвеггсвующими поправками на гидростатическое давление (МШего, 1995; Бычков, 1979), растворимость СО2 принималась по уравнению Вейса (Weiss, 1974). Рассчитанные по такой методике величины рСОг использовались для построения схем помесячного распределения рСС>2 на поверхности Атлантического океана.

Ранее аналогичная методика была применена для исследования карбонатной системы вод Тихого океана (Маккавеев, 1988, Бордовскнй, Маккавеев, 1991) и продемонстрировала хорошее сходство с результатами прямых определений рСОг. Для Тихого океана с его большой меридиональной протяженностью и хорошо выраженной широтной зональностью такой метод был оправдан. Однако для Атлантического океана, с его относительной узостью и большей изменчивостью гидрофизических и гидрохимических факторов, обусловленной вдольбереговыми течениями, такая методика приводит к сглаживанию реальной картины распределения гидрохимических характеристик, особенно в энергоактивных зонах океана — районах анвелшшгов, фронтальных зон. Поэтому в настоящей работе эта методика была усовершенствована. Для анализа внутригодовой изменчивости распределения рСОг на поверхности в энергоакгавных районах величины рСОг рассчитывались исключительно по фактическим данным (без интерполяций и реконструкций). При использовании такой методики анализировалась межсезонная изменчивость pCCh, так как для построения схем помесячной изменчивости данных к сожалению не хватало.

Комбинирование этих двух подходов — помесячного осреднения данных по десятиградусным квадратам и построения схем распределения величин рСОг

рассчитанных по неосредиенным данным рН и А1к позволяет, по нашему мнению, придти на сегодняшний день к оптимальному результату.

Обсуждение результатов.

§1. Распределение величин рСОг в поверхностных водах Северной части Атлантического океана.

Парциальное давление СО2 в поверхностных водах на большей части акватории в Северной части Атлантического океана меньше, чем в приводном слое атмосферы. Величины рСОг в умеренных широтах северной части Атлантики составляют обычно 275-325 ррм в течение всего года ( Рис. 1а, 16). Такая картина хорошо согласуется с данными прямых наблюдений, представленных Д. Купером и Э. Ватсоном (Cooper and Watson, 1996), а также с результатами, полученными для этой части океана Н. Лефевр (Lefevre, 1996). Внутригодовые изменения рСОг в умеренных широтах северной части Атлантического океана в целом сравнительно невелики. Однако в наиболее продуктивных районах умеренных широт амплитуда внутригодовых колебаний pCOi на поверхности резко возрастает. Например, в районе Ньюфаундлендской банки и моря Лабрадор происходит резкое уменьшение величин рСОг в мае-июне (до 200 ррт), что связано по-видимому, с весенней вспышкой активности фитопланктона. Достаточно низкие значения рСОз сохраняются в этом районе и в июле, а в августе Ньюфаундлендская банка и море Лабрадор уже практически не здсшисг не ssamnoau рСОл сравнительно с другими оайодомв умеренна: йшрот. Парис. 2а цредегашжыа картами распределения pCOj легом в квадрате с

РИС . 16

Средние многолетние величины рСО в поверхностных подал Атлантического океана л июле.

о

Рк.с. 1а

Средние многолетние величины рСО в поверхностных. водах Атлантического

рис. 2а

распределение величия рС02 в поверхностных водах в квадрате с координатами 30 - 40°с.ш. 30 - 70°з.д. летом.

в квадрате с координатами 0 - Ю'с.з. 20 - 30°з.д. летом.

координатами 30-40° с.ш. и 60-70° з.д. Для легшего сезона этот квадрат один из наиболее обеспеченных данными по щелочности (более 35 станций). Рис. 2а показывает, что pCCh в данном районе летом повсеместно ниже, чем в атмосфере и варьирует от 250 до 350 ррш. Таким образом, в летний сезон здесь, как и на большей части Атлантики севернее экватора имеет место сток COz в океан из атмосферы. Данных по щелочности в этом районе для зимнего сезона чрезвычайно мало, однако некоторую тенденцию к увеличению рСОг в зимнее время можно проследить но сезонной динамике величин рН. Достаточно показательна сезонная динамика рН в квадрате с координатами 30-40° с.ш., 7080° з.д. ( рис За, 36). Судя по величинам рН, данный район представляет собой по большей части сток атмосферного COi в течение года. Тем не менее величины pCOj несколько повышаются зимой. Сезонные амплитуды колебаний рН составляют 0.05-0.1 ед. рН (8.15-8.20 зимой и 8.20-8.25 летом).

Существенная внутригодовая изменчивость рСОг в высокопродуктивных районах Северной части Атлантического океана обусловлена не только биологическими причинами, во и особенностями гидрологии. Высокие зимние величины РС02 у берегов Гренландии, в море Лабрадор (около 400 ррш) обусловлены не столько процессом разложения органического вещества и переходом углерода из органической формы в неорганическую, сколько вертикальной зимней конвекцией, доходящей в отдельные сезоны до глубин 1500 м и более (Killworth, 1983, Алексеев и др., 1985) и выравнивающей гидрохимические характеристики водных масс от поверхности до дна. Следовательно, высокоширотные области Северной Атлантики в целом представляют собой в зимнее время источник СХ)г

ы.

Рис. 36

Распределение величин рН в поверхностных водах в квадрате с координатами 30 - 40 с.¡л. 70 - РО я.д. зимой.

" сы.

Распределение величии рН в поверхностных подах в квадрате с координатами 30 - 40 с. 70 - РО о.д. летом.

В тропических широтах северной части Атлантического океана рСОг колеблется в течение года от 300 до 400 ррт. Повышенными значениями рСОг выделяются в отдельные месяцы район Канарского апвеллшгга и Североамериканское побережье (400-450 ррт).

Таким образом, распределение величин рСОг в поверхностных водах Северной части Атлантического океана характеризуется следующими основными чертами:

- значения рСОг ниже атмосферных в течение всего года в умеренных и тропических широтах открытой части океана;

- в полярных широтах рСОг повышается в районах интенсивной вертикальной зимней конвекции до значений 400 ррт и даже несколько более, понижаясь затем летом до значений порядка 300 ррт;

- повышенные значения рСОг отмечаются также в районе Канарского апвеллинга, у побережья Северной Америки и, в отдельные месяцы, в Карибском бассейне.

В цепом большая часть Атлантического океана севернее экватора представляет собой область стока атмосферного СОг в океан. Обратный процесс- поток СО2 из океана в атмосферу имеет место в полярных широтах зимой, а также в районах апвеллинга. В энергоактивной зоне Гольфстрима, где горизонтальные градиенты всех гидрохимических характеристик чрезвычайно велики, имеют место оба процесса- как сток СОг из атмосферы в океан, так и поток СОг из океана в атмосферу.

§2 Распределение pCCh в поверхностных водах экваториальной области Атлантического океана.

В экваториальной Атлантике внутригодовая изменчивость величин pCOj поверхностных вод сравнительно певелика. На рис. 26 представлено распределение pCOj летом в квадрате с координатами 0-10° с.ш., 20-30° з.д., наиболее, по сравнению с другими экваториальными районами, обеспеченном фактическим материалом. И в летний и в зимний сезон величины pCOj колеблются здесь в основном от 350 до 400 ррт. По всей видимости, в экваториальной области Атлантического океана имеет место слабый поток СОг из океана в атмосферу. Это в частности подтверждается результатами 20 рейса НИС "Витязь" (1990 год). Величины рН на полигоне, выполненном несколько южнее экватора варьируют на поверхности от 8.03 до 8.10, резко понижаясь в подповерхностных слоях (Отчет 20 рейса НИС "Витязь", 1990). На глубине 20 м. на этом же полигоне величины рН колеблются от 7.95 до 8.00, на глубже 50 м - от 7.85 до 7.90. Это хорошо соответствует общепринятой картине вертикального распределения рСОг в Атлантическом океане- величины рСОг в подповерхностных и промежуточных водах экваториальных широт, как известно, максимальны (Бордовский и др., 1995, Ternoa and Oudot, 1996). Таким образом, картина распределения величин рСОг в экваториальной зоне Атлантики существенно отличается от ситуации, имеющей место в Тихом океане, где экваториальная область представляет собой мощный источник атмосферного С02 (Маккавеев, 1988)

|3. Распределение рСОг в поверхностных водах Южной части Атлантического океана.

Построение схем распределения рСОг для Южной Атлантики было сопряжено с большими трудностями, чем для северной части океана. В первую очередь это связано со значительно меньшей обеспеченностью фактическим материалом, что вынуждало чаще прибегать к реконструкции. Не было также возможности столь подробно рассмотреть энергоактивные зоны

В тропических широтах Южной части Атлантического океана, на большей части акватории величины рСС>2 в поверхностных водах меньше, чем в атмосфере- 300350 ррт. Парциальное давление СО2 на поверхности повышается от тропических широт к экватору, а также по направлению к умеренным широтам.

Повышенные значения рСОг в Южной части Атлантического океана наблюдаются в районе Намибийского апвеллинга- особенно хорошо это проявляется в январе, ноябре и с июля по сентябрь. В прибрежных водах Намибии гидрохимический режим определяется сгоном поверхностных вод в океан и устойчивым подъемом богатых биогенными элементами вод в прибрежной зоне, вызванный юго-восточным пассатом. Источник этих апвеллииговых вод- южная субтропическая подповерхностная водная масса, располагающаяся на глубинах от 100 до 500 м. Характер распределения рССЬ в водах Намибийского апвеллинга по глубине можно качественно оценить по распределению величин рН ( по данным 20 рейса НИС "Витязь"). Как видно на рис. 46 (разрез вдоль 23е ю.ш.), минимальная величина рН на поверхности- 7.85 зафиксирована на самой прибрежной станции, где глубина составляла всего 42 м. Далее рН на поверхности

Рис. 4а

Распределение рС02 /ррт/ на субширатноы разрезе вдоль 60°ю.п.

(СЕ ОБЕСЙ).

4Ъ°25'в.л. #'25' вл.

Разрез рН вдоль йз"ю.а. /Намибийский апзелдинг/.

постепенно увеличивался в сторону моря- до 8.04 на последней станции, где проводились измерения pH. С глубиной pH на разрезе резко падает, на глубине 50 м. величины pH колеблются от 7.72 до 7.95, а на глубине 100 м. pH местами уже ниже 7.60. Измерения щелочности в 20 рейсе НИС "Витязь" не проводились, однако по картине распределения pH можно заключить, что величины рСОа в районе Намибийского апвеллинга велики от поверхности до дна и здесь имеет место мощный поток СОг в атмосферу.

Роль Антарктического сектора Атлантики в газообмене СО2 между океаном и атмосферой неоднозначна. С одной стороны, согласно схемам помесячного распределения рСОг в Атлантическом океане, pCCh в Антарктической области практически круглый год не опускается ниже 400 ррт. Особенно высоки величины pCOi непосредственно у кромки льда. В западной части Антарктической области, в районе пролива Дрейка и Антарктического полуострова величины рСОг большую часть года превышают 500 ррт. Пространственную динамику рСОг в восточной части Антарктической зоны можно проследить по рис. 5а и 56 , на которых изображен разрез по рСОг вдоль 25° з.д. (по материалам 5 рейса НИС "Академик Мстислав Келдыш"). Между 40° ю.ш. и 50° ю.ш. происходит сравнительно плавный рост рСОг на поверхности- от 350 до 380 ррт. Далее происходит резкий скачок и между 51° ю.ш. и 54" ю.ш. величина рСОг резко возрастает- до 420-490 ррт. Однако измерения рСОг, проведенные в Антарктических широтах в ходе эксперимента GEOSECS показали сравнительно небольшие величины рСОг в поверхностных водах Антарктической области (см рис.4а ). Подобные результаты приводились также недавно Робертсоном и Э. Ватсоном (Robertson, Watson, 1996). Видимо, ранее

сог

рт

1 500

450 ~

АОО -

350 -

500 Ч-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1 I—

АО М 42 45 44 45 46 4? 48 49 50 51 52 53 У°ю.ш.

Рис.5а

распредеяие величин рС02 на поверхности вдоль 25* в.д. / по данным 5-го рейса НйС "Академик М.Келдыш" /.

Рис .5б

Распределение величин рС02 на разрезе вдоль 25*а.д. / по данным 5-го рейса ШС "Академик М.Келдыш" /-

существовавшее мнение об Антарктике как о "легких планеты" опирается на измерения, связанные со вспышками активности фитопланктона, которые из-за сурового климата продолжаются в этих широтах сравнительно недолго, а большую часть года Антарктика представляет собой источник СОг. Таким образом, основные черты распределения рСОг в поверхностных водах Южной части Атлантического океана следующие:

- в открытой части океана в тропических широтах рСОг в поверхностных водах по большей части меньше, чем в атмосфере (300-350 ррт);

- далее к югу в умеренных и субтропических широтах, рСОг в поверхностных водах увеличивается до 350-375 ррт;

-в Антарктической зоне рСОг обычно выше атмосферного в течение года, однако в весенне-летний сезон может резко падать, что связано со вспышками жизнедеятельности морской биоты;

-величины рСОз в поверхностных водах стабильно высоки в районе Намибийского апвеллинга.

На рис. 1а и рис. 16 представлено распределение рСОг в поверхностных водах Атлантического океана в январе и июле соответственно. В январе на большей части Северной Атлантики рСОг на поверхности меньше, чем в атмосфере. В умеренных широтах рСОг колеблется от 200 до 325 ррт, повышаясь в полярных широтах, у берегов Исландии и Гренландии до 375-400 ррш. В тропических широтах Северной части Атлантического океана рСОз на поверхности варьирует от 300 до 325 ррт, несколько повышаясь к экватору. В Южной части Атлантики резко выделяется повышенными значениями рСОг

область Намибийского апвеллинга, в открытой части океана рСОг повышаясь от 350 ррш в умеренных широтах до 400 ррт в Антарктике.

В июле картина распределения рСОг на поверхности несколько меняется. Высокопродуктивные области Северной части Атлантики выделяются на схеме пониженными значениями рСС>2 — 250 — 275 ррт (на Ньюфаундлендской банке и в море Лабрадор). Вообще в Северной части океана рСС>2 в этом месяце не превышает 350 ррт (Карибский бассейн). В Южной Атлантике рСОг так же, как и в январе, повышается от тропиков к югу, доходя до 400 ррт в Антарктических водах, а в проливе Дрейка и у южной части Аргентинского побережья до 500 и даже 550 ррт. Повышенными значениями pCOi так же, как и в январе, выделяется областьНамибийского апвеллинга.

§4. Биотические и абиотические факторы внутригодовой изменчивости компонентов карбонатной системы в поверхностных водах Атлантического океана.

Как известно, карбонатная система вод океана находится в тесной взаимосвязи с биохимическими процессами. Изменение активности биоты в океане несомненно отражаются на концентрации как свободной двуокиси углерода, в особенности в поверхностных водах. Изучая внутригодовую изменчивость СОг и Ctot в поверхностных водах, мы можем составить представление о биохимической активности в различных районах океана. Факторы, обуславливающие внутригодовую изменчивость СО 2 и Ctot можно условно разделить на две большие группы: биотическую и абиотическую. К основным абиотическим

факторам изменчивости относятся вариации температуры, солености и перенос вод. Была оценена относительная доля всех абиотических факторов во внутригодовой изменчивости концентрации СО2 в поверхностных водах. Основным абиотическим фактором, в соответствии с этой оценкой, являются изменения температуры. Таким образом, эта абиотическая составляющая изменчивости сравнительно легко может быть вычислена но уравнениям термодинамического равновесия карбонатной системы (МШего, 1995). Изменения содержания компонентов карбонатной системы, которые не укладываются в рассчитанные величины абиотической изменчивости с известной условностью могут бьпь отнесены к изменениям за счет биотических факторов, важнейшие из которых — синтез и распад органического вещества в океане. Таким образом, разность реальной изменчивости концентрации свободной СОг и изменчивости СО2, обусловленной изменениями температуры и солености, может служить показателем биохимической активности вод океана. Эту разность мы назвали биотической составляющей изменчивости СО2, или биотической изменчивостью СО2. Биотическая изменчивость СОг в поверхностных водах Атлантического океана колеблется от 0.01 гС/м3-годдо 0.6 гС/м3-год. Наименьшие ее величины — 0.01 — 0.02 гС/м3 • год отмечены в олиготрофных районах Центральной части Атлантического океана. В Северной часта Атлантического океана биотическая изменчивость СОг несколько возрастает у Африканского побережья и в Карибском бассейне — 0.05 — 0.06 гС/м3 - год, увеличиваясь в умеренных широтах, в особенности у Западного побережья до 0.08 — 0.1 гС/м3- год. В высокопродуктивных районах Северной Атлантики, у берегов Исландии и Гренландии биотическая составляющая изменчивости СОг стабильно превышает

0.1 гС/м3 -год. Абсолютный максимум биотической составляющей изменчивости СОг в Северной часта Атлантического океана приходится на район Ньюфаундлендской банки- 0.2 гС/м3 • год.

В Южной части Атлантического океана величины биотической изменчивости СО 2 в целом несколько выше. Изолиния 0.05 гС/м3 ■ год приблизительно совпадает с выделенным М. Тсучня и др. (ГетдсЫуа й а1., 1994), а также Р. Петерсопом и Л. Страмма (Рйегеоп ап(1 Бйатта, 1991) субтропическим фронтом, то есть с границей распространения относительно теплых и соленых тропических вод, которые в открытой части океана характеризуются низкими значениями биогенных элементов, низкой первичной продукцией и, соответственно, низкими величинами биотической изменчивости СОг. У побережий биотическая изменчивость СОг резко возрастает, достигая у берегов Намибии, в области Намибийского апвеллинга, абсолютного максимума для всего Атлантического океана- 0.6 гС/м3 год..

Величины биотической изменчивости СО2 хорошо согласуются с качественным характером распределения первичной продукции. Количественно величины средней годовой первичной продукции превышают биотическую составляющую изменчивости СОг, что связано с обменом СОг между океаном и атмосферой, а также вертикальными движениями водных масс и перестройкой химического равновесия в самой карбонатной системе. В целом по Атлантическому океану биотическая изменчивость СОг составляет в водах с низкой первичной продукцией до 0.05 гС/м3- год, в водах со средней первичной продукцией — 0.05-0.10 гС/м3 год, в водах с высокой первичной продукцией — более 0.10 гС/м3 - год.

Определенный интерес представляет также пространственное распределение отношения температурной составляющей внутригодовой изменчивости СО2 к биотической составляющей изменчивости. В экваториальной области температурные вариации в течение года минимальны, поэтому температурная изменчивость СО2, и соответственно, отношение температурной изменчивости к биотической равно нулю. В высокопродуктивных районах Северной Атлантики температурная изменчивость относится к биотической от 1:7 до 1:3 (на банке Ньюфаундленда и в море Лабрадор), от 1:7 до 1:5 в относительно высокопродуктивных районах между Исландией и Скандинавией. В прибрежных районах Юго-Западной Африки (Намибия) это соотношение составляет 1:7 и менее, здесь очевидно, велика роль биологических процессов во внутригодовой изменчивости СОг. Невелико это соотношение также в высокопродуктивных районах у побережья Южной Америки (1:10). В сравнительно малопродуктивных открытых районах океана относительная роль температурной изменчивости возрастает.

§ 5. Особенности вертикального распределения растворенного неорганическог о углерода в водах Атлантического океана.

Для того чтобы рассмотреть пути перемещения и особенности вертикального распределения растворенного неорганического углерода в водах Атлантического океана, были построены два (западный и восточный) субмеридиональных разреза от 55° с.ш. до 62° ю.ш., на которых было представлено вертикальное распределение рСОг и С«* . Разрезы проходили по глубоководным частям океана восточнее и заладнег срединно-охеаличссксго хребта. Для построения разрезог

использовались данные внушающие наибольшее доверие: эксперимент СЕОБЕСЗ (съемка 1972 — 1973 гг), данные Атлантических экспедиций Института океанологии— НИС "АкадемикКурчатов" (1968,1979,1980гг.), НИС "Академик Мстислав Келдыш" (1981,1982,1983 гг.), НИС "Витязь" (1985 г.), НИС "Дмшрий Менделеев" (1970,1973,1978 гг.). Как известно, основная гидрологическая особенность Атлантического океана состоит в существовании двух областей формирования глубинных и придонных водных масс в высоких широтах обоих полушарий. На разрезах отчетливо выражены зоны опускания вод в высокоширотных районах их формирования и взаимное встречное движение. После прекращения контакта вод с атмосферой и опускания их ниже фотической зоны изменение См в них может проходить только в сторону увеличения за счет разложения органического вещества и растворения карбонатного материала. На разрезах можно проследить некую, хотя и довольно слабую тенденцию к увеличению Сц* в глубинных и придонных водах от высоких к низким широтам, однако наиболее отчетливо на разрезах проявляется увеличения содержания О« в водах Атлантики с глубиной. Величина менялась на разрезах от 23.8 до 28.2 мгС/л, что ниже, чем в Тихом океане (24 — 29.5 мгС/л) (Бордовский, Маккавеев, 1991). Западный разрез несколько более богат растворенным неорганическим углеродом, чем восточный. Так, в южной части западного разреза содержание С** в придонных водах более 28 мгС/л, а на восточном — 27.5 мгС/л. Минимальные значения Ск* отмечены на поверхности в районе экватора. Минимум содержания растворенного неорганического углерода (менее 24 мгС/л в приэкваториальном районе восточного разреза и в северном тропическом — западного) совпадает с минимумом содержания биог енных элементов. Это

указывает на то, что своим происхождением они обязаны деятельности водной биоты — поглощению углерода и биогенных элементов при фотосинтезе. Слой пониженного содержания Ctot (24-27 мгС/л) в Атлантическом океане мощнее, чем в Тихом и прослеживается до промежуточных вод или их верхней границы, В центральной Атлантике он находится на глубине 100-300 м., к северу и к югу постепенно заглубляется, достигая в тропических и умеренных широтах 500 м. и более. К высоким широтам этот слой поднимается к поверхности, практически не превышая по мощности первой сотни метров. Глубже его до дна содержание Got меняется слабо, в пределах 1.0 —1.5 мгС/л.

В распределении рСОг на разрезах много общего с распределением Ctot. На разрезах рСОг варьирует от 270 до 1070 ррт. В отличие от Тихого океана (Бордовский, Маккавеев,1991), слой недонасыщенных по отношению к атмосферному СО; вод мощнее, особенно в высоких широтах. Максимальные значения рСОг отмечены в промежуточных водах в слое 600 — 800 м., минимальные — на поверхности в северных тропических водах. Причем в противовес Ctot наиболее высокие значения pCOi отмечены на восточном разрезе. Ядра максимальных величин рСОг (более 600 ррт на западном разрезе и более 1000 ррт на восточном) прослеживались в промежуточных водах, совпадая со слоем максимальных градиентов Ctot или находясь чуть ниже его. Этим ядрам повышенных рСОг соответствует первая и наиболее ярко выражепная зона минерализации органического вещества, о чем свидетельствует и понижение содержания растворенного кислорода, и понижение рН. Вторая зона минерализации, очевидно, располагается у дна, куда поступают наиболее крупные органические остатки и неплотные комки, но на разрезах она выражена слабо,

хотя незначительный рост pCCh у дна имеет место. Характерно, что наибольшая величина рСОг на разрезах наблюдается в промежуточных водах тропических широт. Это говорит об интенсификации здесь потока органического вещества из верхнего ф отеческого слоя в глубины океана. По мере продвижения к высоким широтам промежуточный максмимум pCOi значительно ослабевает.

Изменения содержания Got, растворенного кислорода и биогенных элементов хорошо согласованы между собой. Коэффициенты корреляции между Ctot и О2 в придонных и глубинных водах равны соответственно — 0.74 и -0.81; корреляция между Got и РО43-, Got и SiC>2 выше и составляет 0.92 и 0.89 в глубинных водах, 0.96 и 0.95 в придонных. Сравнение изменения содержания Got и О2 в придонных и глубинных водных массах показывает, что отношение АС/ДО практически на всех широтах выше, чем в стехиометрической модели органического вещества. Это свидетельствует о том, что неорганического углерода в придонных и глубинных водах Атлантического океана накапливается больше, чем это могло быть вызвано только разложением органического вещества. Если для глубинных вод Тихого океана оказалось, что разложение органического вещества обеспечивает практически полностью увеличение Got, то для вод Атлантического океана на некоторых широтах до половины и более образовавшегося Ctot имеет другие источники. По-видимому, это прежде всего растворение карбонатного материала, как шшохт онного, так и автохтонного, что находит свое подтверждение в насыщении поверхностных вод тропической зоны СаСОз и в широком развитии карбонатных осадков на дне Атлантического океана.

Выводы.

1. В умеренных и тропических широтах как северной так и южной частей Атлантического океана в течение всего года в основном имеет место поглощение СО2 океаном из атмосферы. В полярных широтах Северной Атлантики в зимние месяцы может иметь место поток СО2 из океана в атмосферу, что связано как с разложением органического вещества, так и с вертикальными движениями водных масс. Экваториальные широты, по всей видимости, представляют собой слабый источник атмосферного СО2 в течение всего года. Мощным источником СО2 в течение года служат области апвеллингов (Канарского,Намибийского). В Антарктической области Атлантики могут иметь место как поток СО2 из океана в атмосферу, так и сток СО2 в океан в летние месяцы. Однако поток СО2 из океана в атмосферу по всей видимости является преобладающим.

2. Относительная роль факторов, обуславливающих внутригодовую изменчивость концентрации свободной СОг в поверхностных водах Атлантического океана меняется от места к месту. В сравнительно высокопродуктивных районах (Ньюфаундлендская банка, Намибийский апвеллинг) абиотическая составляющая изменчивости СО2 ( вызванная изменениями гидрофизических характеристик — температуры и солености) относится к биотической как 1:5,1:7 и даже 1:10. В сравнительно малопродуктивных открытых районах океана величина отношения равна от 1:4 до 1:2 и следовательно, возрастает вклад температурной изменчивости.

3. В толще вод Атлантического океана выделяются 2 зоны минерализации органического углерода — основная зона минерализации в промежуточных водах,

где отмечаются максимальные величины рССЬ и в нридонньк водах, куда поступают наиболее крупные органические остатки и пелпетные комки. 4. В отличие от Тихого океана, в Атлантике отношение ДС/ДО практически на всех широтах выше, чем по стехиометрической модели органического вещества. Это свидетельствует о том, что накопление неорганического углерода в придонных и глубинных водах Атлантического океана в значительной степени обусловлено растворением карбонатного материала. По теме диссертации опубликовано:

1. O.K. Бордовский, П.В. Бубнов, П.Н. Маккавеев . Распределение растворенного неорганического углерода и его форм в меридиональной плоскости Атлантического океана. Доклады Академии Наук, 1995, том 345, №5, с. 686-689.

2. O.K. Бордовский, П.В. Бубнов, П.Н. Маккавеев. Особенности поглощения и переноса атмосферной СОг водами Атлантического океана. Тезисы докладов 11 международной школы по морской геологии, г. Геленджик, 1994, т. 2, с. 130.

3. O.K. Бордовский, П.Н. Маккавеев, П.В. Бубнов. К проблеме изменчивости условий карбонатного равновесия в океане. В кн. "Химия морей и океанов", Москва, "Наука", 1995, с. 92-111

4. P. V. Boubnov. Biotic and Abiotic Factors of the Carbon System Components Variability in the North Atlantic. IGBP-GAIM 1-st Sci. Conf. 1995, Gaxmisch-Partenkirchen, Germany. C-40.

5. P.V. Boubnov. Biotic and Abiotic Factors of the Carbon System Components Variability in the Upper Layer of the Atlantic Ocean. "CO2 in the Oceans" Int. Symp. 1996, Mayaguez, Puerto-Rico, p. 113.