Структура водной толщи озера Байкал на основе T. S. - анализа

Блинов, Вадим Васильевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Структура водной толщи озера Байкал на основе T. S. - анализа
ВАК РФ 25.00.27, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Структура водной толщи озера Байкал на основе T. S. - анализа"

0034507 16

На правах рукописи

Блинов Вадим Васильевич

СТРУКТУРА ВОДНОЙ ТОЛЩИ ОЗЕРА БАЙКАЛ НА ОСНОВЕ Т, в - АНАЛИЗА

Специальность 25.00.27 - гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

3 0 о::т2с:з

Иркутск-2008

003450716

Работа выполнена в Лимнологическом институте Сибирского отделения Российской академии наук

Научный руководитель

кандидат географических наук Гранин Николай Григорьевич

Официальные оппоненты:

доктор географических наук Мизандронцев Игорь Борисович

кандидат географических наук Гагаринова Ольга Владимировна

Ведущая организация:

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Защита состоится 11 ноября 2008 г. в 13 ч, на заседании диссертационного совета Д 003.010.01 при Институте географии им. В.Б. Сочавы СО РАН по адресу: 664033, г. Иркутск, ул. Улан-Баторская, 1, тел/fax. (3952) 42-27-17, e-mail: postman@iries.irk.ru

С диссертацией можно ознакомиться

в библиотеке Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН

Автореферат разослан <&» &KJTJU>JvX 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор географических наук

Рагулина М.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Благодаря древнему возрасту, своеобразию животного и растительного мира, огромным запасам чистой пресной воды озеро Байкал является уникальным природным объектом Земли. Это самое глубокое пресное озеро (глубина до 1642 м) и одно из самых крупных в мире озер по объему водных масс (23615 км3). По этим характеристикам, степени воздействия озерной котловины на климат, физическим процессам в водной толще, во многом связанным с огромными глубинами озера, Байкал приближается к водоемам морского типа. Озеро характеризуется низким коэффициентом проточности (1:400) и слабой активностью процессов горизонтального и вертикального обмена, что служит причиной значительной инерционности физико-химических характеристик его вод. В то же время, различия в строении и глубинах его отдельных котловин, большая широтная протяженность (на 636 км с юго-запада на северо-восток) и связанные с ней климатические различия, сказывающиеся на тепло- и массообмене с атмосферой, неравномерность распределения по периметру озера притоков, несущих воды с разной минерализацией, приводят к формированию в Байкале, как и в морских водоемах, отдельных водных масс. Их выделение, а также исследование их свойств - новая задача лимнологии глубоких озер. Для Байкала ее решение актуально с точки зрения освоения и рационального использования водных и биологических ресурсов озера.

Байкал представляет собой впадину, разделенную на три морфологически обособленные котловины. Они заполнены единым водным телом, которое состоит из различных по своим характеристикам водных масс. Формирование вертикальной стратификации и пространственные различия водных масс являются следствием совокупного влияния вертикального, меж- и внутрикотловинного обмена, химического состава вод притоков, а также метеорологических факторов -количества атмосферных осадков, интенсивности испарения.

Вопрос о выделении в водной толще Байкала отдельных водных масс поднимался в работах ряда исследователей (Верещагин, 1936; Толмачев, 1957; Верболов и др., 1989; Шерстянкин, 1989), обращавших внимание на своеобразие режима отдельных физических (температура, прозрачность), химических (содержание кислорода) и динамических (течения) характеристик глубинных вод озера. Благодаря применению современной высокоточной аппаратуры за последние два десятилетия исследованиями сотрудников Лимнологического института СО РАН, а также иностранных ученых накоплен большой объем новых фактических данных, которые до сих пор не полностью обработаны и интерпретированы.

С помощью приборов вертикального зондирования (СТО-зондов) получены данные о температуре и электропроводности воды с высокой разрешающей способностью, что позволяет впервые применить для идентификации водных масс Байкала аппарат Т, 5 - анализа - метода, широко используемого в океанологии. Ранее этот метод не применялся, поскольку точность стандартных гидрохимических методов недостаточна для определения пространственной и сезонной изменчивости суммы главных ионов.

Целью диссертационной работы является выделение на основе Т, Б — анализа различных водных масс озера Байкал, исследование пространственной и

сезонной изменчивости их характеристик. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

- адаптировать метод Т, S - анализа, применяемый в океанологии, для идентификации и выделения водных масс водоема с низкой минерализацией вод на примере озера Байкал;

- проанализировать сезонную изменчивость суммы главных ионов вод деятельного слоя озера и установить ее причины;

- провести анализ сезонной изменчивости характеристик выделенных водных масс и вертикальной структуры водной толщи озера;

- проанализировать внутрикотловинные и межкотловинные различия характеристик водных масс озера;

- оценить роль различных механизмов обновления глубинных вод озера в формировании характеристик водных масс глубинной зоны.

Материалы и методы исследований. Для идентификации и выделения водных масс впервые адаптирован для байкальских условий и применен метод Т, S

- анализа водных масс. В океанологии этот метод базируется на таких параметрах как потенциальная температура и соленость. Для Байкала использована измеренная in situ температура (7). Вместо солености (S), характеристики морских и океанических вод, для байкальских вод использовали ионную составляющую растворенного вещества - сумму ионов (Se). Ее рассчитывают из измеренной электропроводности воды и выражают в мг/кг. Подробное описание метода Т, S -анализа и адаптации его к условиям Байкала представлено во второй главе.

Анализ сезонной изменчивости Т, Se - характеристик водных масс проводили по данным режимной станции в Южном Байкале, расположенной на середине разреза п. Листвянка - м. Танхой, с ноября 2000 по октябрь 2001 года. Для анализа пространственной изменчивости Т, Se - кривых, были использованы данные вертикального распределения температуры и электропроводности за октябрь 2001 года и за июнь 1999. Они получены на 33 станциях, в том числе, 17 станций продольного разреза по центру озера, станции поперечных разрезов Южного и Среднего Байкала и станции двух поперечных разрезов Северного Байкала. Данные о температуре и электропроводности были получены с использованием высокоточного гидрофизического CTD - зонда SBE-25 (фирма Sea Bird Electronics, США) сотрудниками лаборатории гидрологии и гидрофизики Лимнологического института СО РАН. Научная новизна работы заключается в следующем:

■S впервые для пресных вод Байкала адаптирован и применен метод Т, S

- анализа, используемый в океанологии;

S уточнена разрешающая способность датчика электропроводности;

S впервые проведена идентификация водных масс озера Байкал с использованием Т, S - анализа, которая позволила выделить в разные сезоны и в разных котловинах от 4 до 6 водных масс;

S получены данные, характеризующие межкотловинную и сезонную изменчивость характеристик водных масс;

■S показано, что механизмы обновления глубинных вод в разных котловинах озера определяют вертикальную структуру водных масс глубинной зоны.

Защищаемые положения.

1. Адаптированный для пресных вод метод 7", 5 - анализа позволил впервые объективно оценить количество водных масс в Байкале и охарактеризовать вертикальную структуру водной толщи в разных котловинах озера.

2. Сезонные изменения температуры и суммы ионов байкальских вод определяют сезонную изменчивость характеристик водных масс деятельного слоя. Внутригодовые изменения суммы ионов обусловлены балансом атмосферных осадков и испарения, поступлением речных вод, процессами осолонения вод при нарастании льда, а также деструкцией автохтонного органического вещества в области термоклина при прямой температурной стратификации.

3. Внутри- и межкотловинная изменчивость суммы ионов водных масс деятельного слоя обусловлена влиянием вод притоков и водообменом между котловинами озера. Различные механизмы обновления глубинных вод в отдельных котловинах озера определяют межкотловинные различия вертикальной структуры глубинной зоны.

Практическая значимость работы. Данные о структуре водной толщи и основных характеристиках выделенных водных масс могут служить основой для исследования процессов формирования различных водных масс в озере и последующей их трансформации. Новый подход с использованием метода Т, Б -анализа позволяет дополнить существующие представления о закономерностях пространственного и временного изменения водных масс Байкала. Полученная информация может быть полезна при изучении распределения байкальских организмов, особенностей круговорота вещества в озере, биохимических процессов в его водной толще.

Полученные методом Т, 5 - анализа основные характеристики водных масс озера Байкал могут быть использованы для уточнения вертикальной структуры водной толщи. Многомерный анализ с использованием полученных Т, 5с -характеристик и химико-биологических параметров водной толщи позволит оценить вклад исходных водных масс в процесс их трансформации. Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на международной конференции "Научные основы сохранения водосборных бассейнов: междисциплинарные подходы к управлению природными ресурсами" (Улан-Удэ, 2004); на VI Всероссийском гидрологическом съезде (С-Петербург, 2004); на международной конференции "Фундаментальные проблемы изучения и использования воды и водных ресурсов" (Иркутск, 2005); на четвертой Верещагинской байкальской конференции (Иркутск, 2005); на международной конференции "Потоки и структуры в жидкостях" (Санкт-Петербург, 2007). Работы опубликованы в сборниках трудов и материалов конференций. Публикации и личный вклад автора. Основные результаты диссертации изложены в 11 публикациях, включая 4 статьи в рецензируемых журналах. Работа выполнена в рамках научных исследований Лимнологического института СО РАН, а также инициативного проекта, поддержанного грантом РФФИ № 04-0564397, которым автор руководил в 2004-2006 гг. Диссертант непосредственно

участвовал в экспедиционных работах, осуществлял обработку и анализ исходных материалов, все выводы сделаны автором.

Автор выражает благодарность научному руководителю к.г.н. Н.Г. Гранину; д.г.н. М.Н. Шимараеву, д.г-м.н. JI.3. Граниной за просмотр рукописи и обсуждение; академику РАН, д.х.н. М.А. Грачеву, д.ф.-м.н. П.П. Шерстянкину, к.г.н. Е.С. Троицкой за полезные замечания; Р.Ю. Гнатовскому, к.г.н. A.A. Жданову за помощь в получении данных; сотрудникам лаборатории гидрологии и гидрофизики за помощь в проведении исследований.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 133 страницах машинописного текста, иллюстрирована 53 рисунками и 21 таблицей. Список цитируемой литературы содержит 132 наименования.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ Глава 1. Изменения температуры и суммы ионов вод Байкала В первой главе приведены основные физико-географические и климатические характеристики природных условий озера и его региона. Описан годовой цикл изменчивости температурного режима озера, который делится на периоды прогрева и охлаждения (Шимараев, 1977). За границы этих периодов принимают даты изменения знака теплового баланса поверхности озера. Период прогрева подразделяется на этапы подледного, весеннего и летнего прогрева. Период охлаждения состоит из этапов осеннего, предзимнего и зимнего охлаждения. За границы этапов принимают среднемноголетние сроки замерзания и очищения озера ото льда, даты перехода температуры поверхности воды через 4° в начале лета и осенью.

Приведены использованные в работе гидрохимические термины, в частности, даны определения таких понятий, как "минерализация", "соленость" и "сумма ионов". Показаны средние концентрации основных ионов в байкальской воде по данным различных авторов (Верещагин, 1949; Вотинцев, 1961; Falkner et al., 1991). К основным компонентам гидрохимического состава вод озера относятся гидрокарбонат, сульфат, ионы хлора, кальция, натрия, магния и калия. Суммарная концентрация основных ионов вод Байкала составляет около 96,4 мг/л. По классификации O.A. Алекина (Алекин, 1970) воды Байкала, его притоков и р. Ангары относятся к первому типу гидрокарбонатно-кальциевых вод.

Описаны основные факторы, влияющие на изменчивость суммы ионов озерных вод: состав вод притоков озера и атмосферных осадков, процессы испарения, образования и разрушения льда.

Глава 2. Материал и методы исследования Во второй главе рассматриваются определения "водной массы", приводится методика Т, S - анализа водных масс. Изложена краткая история исследования структуры водной толщи Байкала с применением различных характеристик. Описана адаптация метода Т, S - анализа к условиям озера. Приводятся характеристики аппаратуры, использованной для измерения температуры и электропроводности.

Понятие о водной массе Мирового океана впервые было сформулировано А. Дефантом в 1929 г. Позднее, в 1961 г. определение термина "водная масса" было

дополнено Л.Д. Добровольским. При исследовании водохранилищ Волжского бассейна в 1965 г. было установлено, что воды крупного водохранилища неоднородны по своим физическим и химическим характеристикам. В отличие от водных масс морей и океанов, для внутриконтинентальных водоемов существенное значение имеет не только процесс формирования вод в самой котловине водоема, но и влияние окружающей среды, в частности, вод притоков и метеорологических условий в регионе. Одно из первых определений понятия «водные массы пресных озер» принадлежит Г. 10. Верещагину: "...масса (водная масса) сохраняет в основном все свои физико-химические особенности в течение более или менее продолжительного времени" (Верещагин, 1936). Н.В. Буториным дано общее определение водной массы для внутриконтинентальных водоемов: "водная масса - некоторый, сравнительно большой объем воды, формирующийся в определенных физико-географических условиях бассейна, или в самом водоеме, обладающий в течение каждой фазы гидрологического режима почти постоянными величинами и непрерывным распределением физических, химических и биологических характеристик, составляющих единый комплекс и распространяющихся как одно целое" (Богословский и др, 1972). В рамках нового научного направления гидрологии - структурной гидрологии, водные массы рассматриваются как объект глобального гидрологического цикла (Эдельштейн, 2005).

В океанологии при определении и анализе водных масс применяют метод Т, Б - анализа, где "Г" и "5" означают температуру и соленость. Впервые метод анализа океанологических наблюдений по Т, Б - кривым предложил Гелланд-Гансен в 1918 году. Основа теоретического Т, ^-анализа была заложена в работах В.Б. Штокмана (Штокман, 1943). Позднее правила Т, Б - анализа были сформулированы в работах О.И. Мамаева (Мамаев, 1987) следующим образом:

1) границей между двумя водными массами следует считать глубину, на которой процентное содержание (определяемое по прямой смешения или треугольнику смешения) составляет 50 % для каждой из водных масс;

2) если Т, Б - кривая близка к прямой линии, то для ее анализа следует пользоваться прямой смешения. В этом случае индексы (термохалинные) двух смешивающихся водных масс лежат на концах кривой и соответствуют поверхностной и глубинной водным массам;

3) если Т, Б - кривая состоит из двух и более прямых (или почти прямых) участков, сопряженных между собой, то имеются три и более водные массы. Количество водных масс равно количеству экстремумов (или сопряжений) плюс два (/и£> плюс А и В на рис. 1);

4) определение Т, Б - индексов производится путем проведения касательных к выпрямленным участкам Т, Б - кривых. В этом случае пересечение касательных в области экстремума (сопряжения) указывает на Т, Б - индекс промежуточной водной массы (водные массы / и О на рис. 1); концы ветвей Т, Б - кривой соответствуют приповерхностной и придонной водным массам А и В;

5) для определения границ и процентного содержания водных масс на разных глубинах, на Т, Б - индексах как на вершинах строятся треугольники смешения (АЮ и ЮВ на рис. 1);

6) главная медиана треугольника смешения (М и Ос на рис. 1), проведенная из той его вершины, которая соответствует промежуточной водной массе, к середине противолежащей стороны (называемой основанием треугольника смешения), пересекает Т, Б - кривую в той точке, где параметр г характеризует положение ядра промежуточной водной массы;

7) побочные медианы

треугольника смешения (ай и (1е\ ее

и Ьс), проведенные из середины

основания треугольника смешения

к двум другим сторонам, п , „ , т „

_ Г Рис. 1. Пример графического анализа Т, л пересекают Т, Ь - кривую в тех ее „ .

^ ' - - кривой на станции в Атлантическом

точках, где параметр г океане (Мамаев, 1987). соответствует границам

промежуточной водной массы. Часть Т, Б - кривой, заключенная между побочными медианами треугольника смешения, соответствует промежуточной водной массе.

Несмотря на сложности применения и использования Т, 5 - анализа, он позволяет более строго и объективно подойти к выделению водных масс и их границ по сравнению с подходами, основанными на качественном анализе отдельных характеристик. Это дает возможность рассматривать Т, 5 - анализ как один из наиболее объективных методов в изучении водных масс не только морей и океанов, но и больших глубоких озер.

При теоретическом рассмотрении вопроса о разделении водной толщи глубоких озер по температуре, Г.Ю. Верещагин (1936) предполагал существование двух зон: верхней - "альтернирующей" и нижней - "переннирующей". При дальнейших исследованиях вод Байкала по гидрофизическим (Л.Л. Россолимо, М.Н. Шимараев, П.П. Шерстянкин, В.И. Верболов и др.) и гидрохимическим (В.А. Толмачев, К.К. Вотинцев) характеристикам было установлено, что большую часть года на озере сохраняется стратификация, которая позволяет выделить поверхностные (эпилимнион), промежуточные (металимнион, термоклин), глубинные (гиполимнион) и придонные воды.

Водные массы озера Байкал формируются и трансформируются под воздействием ряда факторов. К ним относятся сезонные изменения водного стока и его химического состава, климатические условия, существенно различные на юге и на севере озера, внутри- и межкотловинный водообмен. Среди основных гидрофизических характеристик водных масс следует выделить температуру и электропроводность, отражающую суммарную концентрацию заряженных частиц (ионов).

При построении 7", 5 - кривых для вод Байкала была использована температура, измеренная in situ. Вместо солености (5), применяемой для морских и океанических вод, для Байкала используется ионная составляющая растворенного вещества - сумма ионов (Sc), которую рассчитывают из измеренной электропроводности воды и выражают в мг на кг (Hohmann et al., 1997; Гранин, 1999). Раньше метод Т, S - анализа не находил применения для озер и, в частности, для Байкала, в первую очередь из-за трудности точного определения суммы ионов. Разрешающая способность датчиков электропроводности значительно превосходит разрешающую способность и точность определения суммы ионов стандартными гидрохимическими методами (5%), что позволяет использовать данные измерений электропроводности для вычисления суммы ионов с достаточной точностью. Чтобы исключить влияние случайных ошибок при Т, Sc -анализе необходимо провести осреднение профилей по вертикали. Был выбран масштаб осреднения 10 м. На рис. 2 показано применение метода Т, S - анализа на примере Т, Sc - кривой, полученной для станции в Южном Байкале.

1. Данная Т, Sc - кривая характеризуется наличием четырех экстремумов на глубинах 70, 130, 360 и около 1000 м и двух ветвей - поверхностной (от 0 до 70 м) и глубинной (от 1040 до 1420 м). Таким образом, на данной станции следует предполагать существование шести водных масс.

Рис. 2. Т, 5с - кривая для станции Южного Байкала при прямой температурной стратификации. Обозначения. Т, 5с - кривая представлена в виде точек. Сплошными линиями обозначены касательные к Т, 5с - кривой, пунктирными -медианы и основания треугольников смешения, звездочками - водные массы, цифрами - глубины в метрах. На врезке показан пример определения характеристик для НПМ.

2. По касательным, проведенным к выпрямленным участкам кривой, определяются Т, 5с - индексы, определяющие состояние соответствующих водных масс. В данном случае выделяются следующие водные массы: поверхностная

96,4 96,5 96.6 96,7 96,8 96,9 97,0 97.1 Сумма ионов (Sc), мг/кг

(ПМ), водная масса летнего термоклина (ВМЛТ), верхняя промежуточная (ВПМ), нижняя промежуточная (НПМ), глубинная (ГМ) и придонная (ПДМ) водная масса.

3. Определены глубины залегания ядер и границы водных масс. На примере для НПМ верхняя граница залегает на глубине 210 м, нижняя - 540 и глубина ядра - 360 м. Часть 7", 5 - кривой, заключенная между побочными медианами треугольника смешения в заштрихованной области, соответствует НПМ. Аналогично определены характеристики для остальных водных масс.

Таким образом, впервые был адаптирован метод Т, 5 - анализа для выделения водных масс Байкала.

Глава 3. Сезонная трансформация водных масс Южного Байкала

Третья глава посвящена исследованию сезонной трансформации водных масс Южного Байкала в течение года. Температура в верхних слоях в течение года изменяется в широких пределах от минимума, близкого к нулю, в зимнее время до годового максимума (около 15-20°С) к концу лета. Сезонная изменчивость температуры охватывает деятельный слой озера от поверхности до глубин 200-300 м. В работе показано, что в этом же слое наблюдаются сезонные изменения суммы ионов. При ледоставе сумма ионов поверхностных вод озера достигает максимальных, а к концу лета - минимальных значений (рис. 3).

Рис. 3. Изменение температуры (Г) и суммы ионов (Бс) вод верхнего слоя озера (10 м) в течение года. Римскими цифрами обозначены периоды обратной (I) и прямой (II) температурной стратификации.

Температура и сумма ионов изменяются противофазно: при уменьшении температуры воды сумма ионов возрастает и наоборот. В рамках данной работы годовой цикл изменений Т и 5с разделяется на два периода - обратной (I) и прямой (II) температурной стратификации. Каждый период включает фазы охлаждения и прогрева (рис. 3).

Обратная температурная стратификация. Период обратной температурной стратификации начинается с осенней гомотермии. Поверхностный слой до глубины около 200 м практически однороден, изменения температуры и суммы ионов вод этого слоя незначительны (рис. 46). В этом слое залегает поверхностная гомогенная водная масса (ПГМ), и на Т, 5'с - плоскости она отображается небольшим полем точек (рис. 4а). Температура ПГМ составила 3,7°, сумма ионов в воде - 97 мг/кг. По мощности ПГМ объединяет две водные массы -поверхностную (ПМ) и верхнюю промежуточную (ВПМ) - существовавшие в

предшествующий период прямой температурной стратификации. При гомотермии (осенней и весенней) по Т, 5с - кривым выделяется четыре водные массы: ПГМ, НПМ, ГМ и ПДМ (рис. 4а).

Зс. мг/кг Температура. С

Рис. 4. Т. - кривая (а) и вертикальное распределение температуры и суммы ионов воды (б), ноябрь 2000 г. Обозначения, (а) сплошными линиями обозначены касательные к Т, 5с - кривой, пунктирными - медианы и основание треугольника смешения, звездочками - водные массы, цифрами - глубины в метрах: (б) Тмп - температура максимальной плотности, стрелками показаны мощности водных масс, горизонтальная сплошная линия - граница водных масс, пунктирная - глубина залегания ядра.

В течение фазы охлаждения в период обратной температурной стратификации температура водной поверхности уменьшается, а сумма ионов в воде увеличивается. ПГМ преобразуется в две водные массы: поверхностную и верхнюю промежуточную (ВПМ). В этот период поверхностную водную массу можно отнести к зимней модификации и назвать ее верхней зимней водной массой (ВЗМ). Ее Т, 5с - характеристики характерны только для зимнего сезона, когда температура поверхности ниже температуры максимальной плотности воды (рис. 56).

К марту сумма ионов повышается за счет "осолонения" поверхностного слоя воды при нарастании ледового покрова, и над ВЗМ образуется подледная водная масса (ПЛМ). Сумма ионов ПЛМ на 3.5 мг/кг больше, чем у ВЗМ (рис. 5а). Нижняя граница залегает на глубине, где наблюдаются максимальные вертикальные градиенты суммы ионов.

Таким образом, к концу фазы охлаждения температура поверхностной водной массы (при гомотермии - ПГМ. до ледостава - ВЗМ, при ледоставе -ПЛМ) уменьшалась от 3,7° у ПГМ до 0.5° у ПЛМ (на 3,2°). сумма ионов наоборот увеличивалась - от 97 у ПГМ до 101 мг/кг у ПЛМ (на 4 мг/кг). Основными факторами, определяющими повышение суммы ионов в течение этого периода, являются преобладание испарения над осадками до ледостава и "осолонение" при нарастании льда.

.4.5 3.0-

¿2.5-& -

И 2.0 -

1.00.5

кпм 1

Бс, мг/кг 97 УК 99 ИХ) 101

нзм

99 Sc. мг/кг

101

1.И I.? II) \0 3.5 4.1: Температура. С

Рис. 5. Г, 5с — кривая (а) и вертикальное распределение температуры и суммы ионов (б), март 2001. Обозначения те же, что на рис. 4.

Т, 5с - характеристики трех нижних водных масс (нижней промежуточной, глубинной и придонной) в период обратной температурной стратификации изменяются незначительно. Изменения температуры составили от 0,08 у НПМ до 0.01 °С у ПДМ. Изменения суммы ионов этих водных масс не превышают 0.1 мг/кг.

Прямая температурная стратификация. В период весенней гомотермии, как и при осенней, под влиянием конвективного перемешивания водные массы деятельного слоя преобразуются в поверхностную гомогенную водную массу. Ее характеристики такие же, как и при осенней гомотермии.

После весенней гомотермии поверхностная гомогенная водная масса трансформируется в две водные массы: поверхностную (ПМ) и верхнюю промежуточную (ВПМ). В течение этого периода температура ПМ увеличивается до максимальной за год, а сумма ионов уменьшается до минимальных значений, характерных только для летнего сезона.

При развитии прямой температурной стратификации, между ПМ и ВПМ на Т, 5с - кривой выделяется водная масса, ядро которой характеризуется дополнительным экстремумом Т. 5с - кривой и промежуточным максимумом на вертикальном распределении суммы ионов (рис. 6). Эта водная масса залегает в нижней зоне термоклина и называется водной массой летнего термоклина (ВМЛТ). Возникновение этой водной массы, повышенные в ней значения суммы ионов воды, возможно, связаны с деструкцией органического вещества в области термоклина. Подобный процесс наблюдается в Саргассовом море (Опо й а1., 2001). В течение фазы охлаждения, которая начинается в сентябре, температура ПМ уменьшается, а сумма ионов воды повышается.

Таким образом, температура поверхностной водной массы изменялась в диапазоне от 4° при гомотермии до 12° (на 8°), сумма ионов - от 97 при гомотермии до 95 мг/кг (на 2 мг/кг). Уменьшение суммы ионов до минимальных

за год значений обусловлено преобладанием в это время осадков и конденсации над испарением, а также влиянием слабоминерализованных вод притоков юго-восточного побережья Южного Байкала. С сентября сумма ионов воды увеличивается за счет преобладания испарения над осадками.

Рис. 6. Т, - кривая (а) и вертикальное распределение температуры и суммы ионов (б), сентябрь 2001 г. Обозначения те же, что на рис. 4.

Анализ сезонной изменчивости характеристик водных масс показал, что водные массы деятельного слоя (от поверхности до верхней границы НПМ) наиболее подвержены сезонной трансформации. Значительные изменения характеристик происходят в поверхностной водной массе. Ее температура в течение года изменялась примерно на 12-13° - от 0,5° (ПЛМ в марте) до 12°С (ПМ в сентябре), сумма ионов на 6 мг/кг - от 101 (ПЛМ) до 95 мг/кг (ПМ). Водные массы глубинной зоны (НПМ, ГМ и ПДМ) в течение года не трансформируются и изменчивость их характеристик меньше, чем у водных масс деятельного слоя. Наименьшей изменчивостью характеристик отличается глубинная водная масса. Ее температура изменялась в пределах 3,37-3,38°(0.01°), сумма ионов 96,77-96,81 (0,04) мг/кг. В придонной водной массе изменения температуры воды составили 3,35-3.36° (0.01°), а изменения суммы ионов несколько выше 96,9-97 (0,1) мг/кг.

Глава 4. Внутрикотловинная и межкотловинная изменчивость характеристик водных масс озера Байкал

В четвертой главе приведен анализ структуры водной толщи и изменчивости характеристик водных масс при прямой и обратной стратификации в разных котловинах озера. Для анализа структуры водного тела отдельных котловин Байкала по Т. 5с - кривым в работе использованы данные о вертикальном распределении температуры и суммы ионов, полученные в октябре 2001 года в период с прямой температурной стратификацией и в июне 1999 в период с обратной температурной стратификацией. Схема расположения и номера станций показаны на рис. 7.

Рис. 7. Схема расположения станций (•) продольного и поперечных (на врезках) разрезов в трех котловинах Байкала в июне 1999 и в октябре 2001 г. Цифрами обозначены станции:

1 - м.Ивановский-р.Мурино,

2 - м.Толстый-р.Снежная,

3 - п.Листвянка -п.Танхой, (3-1 и 3-2 - 4 и 7 км от п.Листвянка, 3-3 и 3-4 - от 8 и 3 км от п.Танхой),

4 - м.Кадильный-р.Мишиха,

5 - 10 км от м.Голоустный, 5' - бух.Песчанная-п.Исток, 6' - м.Красный Яр-прот.Харауз,

6 - р.Анга-р.Сухая, 7 - м.Ухан-м.Тонкий (7-1 и 7-2 - 3 и 7 км от м.Ухан, 7-3 и 7-4 - от 7 и 3 км от м.Тонкий), 8 - 7 км от м. Ижимей, 9 - м.Хобой-м.Крестовый,

10 - м.Солнечный-о.Б.Ушканий, 11 - м.Заворотный-р.Сосновка, 12 - м.Елохин-р.Давша (12-1 и 12-2 - 3 и 7 км от м.Елохин, 12-3 и 12-4 - 7 и 3 км от р.Давша), 13 - м.Черемшаный-м.Кабаний, 14 - с.Байкальское-м.Турали (14-1 и 14-2 - 3 и 7 км от с.Байкальское, 14-3 и 14-4 - 7 и 3 км от м.Турали), 15 - 7 км от п.Нижнеангарск. Стрелками указаны преобладающие течения в слое от 0 до 100 м (Верболов, 1996).

Южный Байкал.

В южной котловине на продольном разрезе при

прямой температурной

стратификации выделяется 6 водных масс - три в деятельном слое (ПМ, ВМЛТ, ВПМ) и три в глубинной зоне (НПМ, ГМ, ПДМ). В июне, при обратной температурной

стратификации, в деятельном слое выделяется две водные массы (ВЗМ и ВПМ). Значительной изменчивостью отличаются характеристики поверхностной водной массы

Таблица 1

Г, 5с - характеристики водных масс и их изменчивость (ДТ, Две ) на продольном

разрезе в Южном Байкале

Октябрь Июнь

Т,°С ДТ Т,°С ДТ

ПМ 4,96-6,71 1,75 ВЗМ 3-3,21 0,21

ВМЛТ 3,89-4,3 0,41 - - -

ВПМ 3,79-3,96 0,17 ВПМ 3,58-3,63 0,05

НПМ 3,51-3,52 0,01 НПМ 3,44-3,48 0,04

ГМ 3,37-3,38 0,01 ГМ 3,37 0

ПДМ 3,36-3,37 0,01 ПДМ 3,36 0

8с, мг/кг Д8с 8с, мг/кг ДБс

ПМ 95,85-96,47 0,62 ВЗМ 96,95-97,04 0,09

ВМЛТ 96,92-97,08 0,16 - - -

ВПМ 96,9-96,98 0,08 ВПМ 97-97,08 0,08

НПМ 97,06-97,11 0,05 НПМ 97,04-97,08 0,04

ГМ 96,78-96,79 0,01 ГМ 96,77-96,79 0,02

ПДМ 96,9-97,02 0,12 ПДМ 96,89-96,98 0,09

(рис. 8). В октябре у поверхностной водной массы (ПМ) изменения температуры составили 1,75°, суммы ионов - 0,62 мг/кг. В июне изменчивость Т, 5с -характеристик поверхностной водной массы (ВЗМ) меньше - изменения температуры 0,21°, суммы ионов 0,09 мг/кг (табл. 1).

С глубиной изменчивость характеристик уменьшается, в глубинной водной массе они минимальны. В придонной водной массе изменчивость суммы ионов немного повышается (табл. 1).

Рис. 8. Т, Зс - кривые продольного разреза в Южном Байкале.

Обозначения. Прямоугольниками обозначены диапазоны изменчивости индексов

водных масс (номера станций на рис. 7).

Таблица 2

Т, 5с - характеристики водных масс и их изменчивость (ДТ, ДБс ) на поперечном

На поперечном разрезе

(п. Листвянка - п. Танхой) изменчивость характеристик поверхностной водной массы выше, чем на продольном разрезе. В октябре изменения температуры ПМ составили 2,62°, суммы ионов 0,75 мг/кг. В июне, температура ВЗМ изменялась на 0,59°, сумма ионов на 0,5 мг/кг (табл. 2).

Уменьшение суммы ионов водных масс деятельного слоя отмечается у восточного берега на станциях 3-3 и 3-4 (рис. 9). Такое снижение, возможно, обусловлено влиянием слабоминерализованных вод притоков юго-восточного побережья котловины. В июне, по сравнению с октябрем, понижение суммы ионов поверхностного слоя прослеживается до центральной станции разреза (ст. 3). Это происходит за счет того, что в июне

разрезе в Южном Байкале.

Октябрь Июнь

Т, °с ДТ т,°с ДТ

ПМ 4,96-7,58 2,62 ВЗМ 2,83-3,42 0,59

ВМЛТ 3,89-4,69 0,80 - - -

впм 3,79-4,15 0,36 ВПМ 3,51-3,62 0,11

нпм 3,52-3,57 0,05 нпм 3,42-3,49 0,07

гм 3,37-3,43 0,06 ГМ 3,37-3,4 0,03

пдм 3,36-3,37 0,01 ПДМ 3,3-3,36 0,06

Бс, мг/кг АЭс 8с, мг/кг ДЯс

ПМ 95,72-96,47 0,75 ВЗМ 96,56-97,06 0,5

ВМЛТ 96,47-97,07 0,60 - - -

впм 96,36-97 0,64 ВПМ 97,05-97,07 0,02

нпм 97,05-97,15 0,10 НПМ 96,99-97,09 0,1

гм 96,79-96,88 0,09 ГМ 96,78-96,81 0,03

пдм 96,9-97,02 0,12 ПДМ 96,84-97,13 0,29

водный сток слабоминерализованных притоков достигает годового максимума, а сумма ионов их вод - минимума. В октябре водный сток этих притоков близок к годовому минимуму, поэтому влияние вод слабоминерализованных притоков отмечалось только до станции 3-3 в 8 км от восточного берега.

Октябрь

4 5 6 7 8 Температура. "С

Рис. 9. Вертикальное распределение температуры и суммы ионов воды на поперечном разрезе в Южном Байкале.

Таким образом, в июне на поперечном разрезе изменчивость Т, 5с -характеристик ПДМ более чем в два раза выше, чем в октябре (табл. 2). Вблизи западного берега в глубинной и придонной области были отмечены значительные неоднородности вертикального распределения суммы ионов. Эти данные подтверждают тот факт, что воды придонный зоны формируются за счет обновления глубинных вод, которое происходит при обратной температурной стратификации в декабре - июне (Шимараев, Гранин, 1991; \Vuest е1 а1., 2005; БЬпшке! а1., 2008).

Таблица 3

Т, 5с - характеристики водных масс и их изменчивость (ДТ, ДБс) на продольном

Октябрь Июнь

т,°с ДТ т,°с ДТ

ПМ 5,06-6,64 1,58 ВЗМ 2,54-3,49 0,95

ВПМ 3,75-3,86 0,11 ВПМ 3,54-3,58 0,04

НПМ 3,37-3,39 0,02 НПМ 3,35-3,45 0,1

ГМ 3,22-3,23 0,01 ГМ 3,2-3,21 0,01

ПДМ 3,22-3,23 0,01 ПДМ 3,16-3,21 0,05

8с, мг/кг Две 8с, мг/кг Две

ПМ 95,05-96,73 1,68 ВЗМ 96,64-96,9 0,26

ВПМ 96,77-96,9 0,13 ВПМ 96,89-97,05 0,16

НПМ 97,24-97,26 0,02 НПМ 97,16-97,44 0,28

ГМ 96,79-96,83 0,04 ГМ 96,75-96,77 0,02

ПДМ 96,94-97,02 0,08 ПДМ 96,88-97,09 0,21

Средний Байкал.

В средней котловине на продольном разрезе по Т, 5с -

кривым выделяется 5 водных масс. В октябре это ПМ и ВПМ, в июне - ВЗМ и ВПМ. Наибольшая изменчивость Т, 5с - характеристик наблюдалась у поверхностной водной массы в октябре (рис. 10). Изменения температуры ПМ составили 1,58°, суммы ионов - 1,68 мг/кг (табл. 3). Изменчивость характеристик уменьшается при переходе к глубинной водной массе. В июне температура ГМ (3,20-3,21°) и сумма ионов (96,75-96,77 мг/кг) были ниже, чем в октябре (3,22-3,23°; 96,79-96,83 мг/кг).

В придонной водной массе изменчивость характеристик немного повышается, а сумма ионов выше по сравнению с ГМ. В июне, изменения Т, 5с -характеристик ПДМ (0,05°; 0,21 мг/кг) выше, чем в октябре (0,01°; 0,08 мг/кг). В июне температура ПДМ ниже, чем в октябре (табл. 3).

Октябрь

Июнь

'«.2 95Л '»,0 УМ 16.8 17,2 уц 1)72 97.4

Яс. мг/кг ' Ьс. мг/кг

Рис. 10. Т, 5с - кривые продольного разреза в Среднем Байкале. Обозначения те же, что на рис. 8.

Таблица 4

Т, 5с - характеристики водных масс и их изменчивость (ДТ, ДБс) на поперечном

Октябрь Июнь

т,°с ДТ Т, °с ДТ

ПМ 4,84-6,98 2,14 ВЗМ 2,53-2,77 0,24

ВМЛТ 3,98-5,39 1,41 - - -

ВПМ 3,81-4,44 0,63 ВПМ 3,5-3,58 0,08

НПМ 3,34-3,82 0,48 НПМ 3,39-3,53 0,14

ГМ 3,22-3,29 0,07 ГМ 3,21-3,34 0,13

ПДМ 3,22-3,22 0 ПДМ 3,16-3,2 0,04

8с, мг/кг ДЬ'с 8с, мг/кг ДУс

ПМ 95,4-98 2,6 ВЗМ 96,53-98,01 1,48

ВМЛТ 96,53-98,06 1,53 - - -

ВПМ 96,4-97,11 0,71 ВПМ 96,89-97,22 0,33

НПМ 97,16-97,39 0,23 НПМ 97,15-97,33 0,18

ГМ 96,81-97,17 0,36 ГМ 96,74-97,03 0,29

ПДМ 96,94-96,99 0,05 ПДМ 96,77-97 0,23

На поперечном разрезе

(м. Ухан - м. Тонкий) в деятельном слое в октябре выделяются три (ПМ, ВМЛТ и ВПМ), в июне две водные массы (ВЗМ и ВПМ) (рис. 11). Изменчивость характеристик поверхностной водной массы на поперечном разрезе выше, чем на продольном. В октябре изменения температуры ПМ (2,14°) и суммы ионов (2,6 мг/кг) больше, чем в июне у ВЗМ (0,24°; 1,48 мг/кг) (табл. 4).

В отличие от продольного разреза, в прибрежной зоне в октябре (на станциях 3 и 7 км от обоих берегов (7-1,7-2 и 7-4, 7-3), по Г, 5с - кривым выявляется шестая водная масса -ВМЛТ. Как и в Южном Байкале, ВМЛТ характеризуется промежуточным максимумом суммы ионов.

На прибрежных станциях разреза 7-3 и 7-4 отмечено увеличение суммы ионов водных масс деятельного слоя у восточного берега по сравнению с центральной станцией разреза (ст. 7) и ее уменьшение 5с у западного берега на станциях 7-1 и 7-2 (рис. 11, табл. 4). Сумма ионов у восточного берега увеличивается за счет влияния вод р. Селенги, которые распространяется вдоль

восточного побережья с юга на север котловины. Уменьшение суммы ионов у западного берега обусловлено влиянием вод с пониженной минерализацией, поступающих из северной котловины вдоль западного берега.

Рис. 11. Вертикальное распределение температуры и суммы ионов на поперечном разрезе в Среднем Байкале.

При анализе Т, Бс - характеристик придонной водной массы выявлены существенные различия между изменениями в октябре и в июне. Диапазон изменений температуры (3,16-3,20°) и суммы ионов (96,77-97 мг/кг) в июне выше, чем в октябре. Температура ПДМ в июне ниже, чем в октябре (табл. 11). Как и в южной котловине, такие особенности Т, 5с - характеристик ПДМ средней котловины в июне обусловлены проникновением поверхностных вод в придонную зону за счет обновления глубинных вод, которое может иметь место при обратной температурной стратификации (в декабре - июне).

Северный Байкал.

В октябре в северной котловине водные массы деятельного слоя это ПМ и ВПМ, в июне - ВЗМ и ВПМ. В глубинной зоне выделяются НПМ и ГМ (рис. 12). В отличие от южной и средней котловин озера здесь отсутствуют ВМЛТ и ПДМ. Сумма ионов поверхностных вод Северного Байкала ниже, чем в других котловинах, что обусловлено низкой минерализацией вод притоков северной котловины.

Таблица 5

Т, Яс — характеристики водных масс и их изменчивость (АТ, ДБс) на продольном _разрезе в Северном Байкале._

Октябрь Июнь

т, °с ДТ т,°с ДТ

ПМ 4,83-6,42 1,59 ВЗМ 1,58-1,99 0,41

ВПМ 3,8-4,04 0,24 ВПМ 3,58-3,64 0,06

НПМ 3,43-3,47 0,04 НПМ 3,42-3,44 0,02

ГМ 3,43-3,45 0,02 ГМ 3,41-3,46 0,05

вс, мг/кг Д8с вс, мг/кг Д5с

ПМ 94,48-95,34 0,86 ВЗМ 95,82-96,36 0,54

ВПМ 95,79-96,02 0,23 ВПМ 96,07-96,22 0,15

НПМ 96,09-96,33 0,24 НПМ 96,37-96,5 0,13

ГМ 96,6-96,81 0,21 ГМ 96,61-96,84 0,23

На продольном разрезе северной котловины, также как в южной и средней котловинах, наибольшая изменчивость наблюдалась у ПМ в октябре (1,59°; 0,86 мг/кг) по сравнению с июнем (0,41°; 0,54 мг/кг). Максимальная в северной котловине сумма ионов отмечается у ГМ. В июне ее изменения составили 96,6196,84 мг/кг, что несколько выше, чем в октябре (96,6-96,81 мг/кг). Температура ГМ изменялась от 3,41 до 3,46° в июне и от 3,43 до 3,45° в октябре (табл. 5).

Октябрь Июнь

Рис. 12. 7", 5с- кривые продольного разреза в Северном Байкале. Обозначения те же, что на рис. 4.

На поперечном разрезе

северной котловины (м. Елохин - р. Давша) в октябре и июне по сумме ионов выделяются станции у восточного берега 123 и 12-4 (рис. 13). На этих станция у всех водных масс сумма ионов выше, чем на других станциях разреза. Это обусловлено влиянием более минерализованных вод,

поступающих из Среднего Байкала вдоль восточного берега.

В октябре на станциях 12-3 и 12-4 сумма ионов ПМ выше примерно на 0,5 мг/кг по сравнению с центральной станцией. На станциях 12-1 и 12-2 у западного берега сумма ионов понижена на 1,1-1,3 мг/кг по сравнению с центральной станцией. Уменьшение суммы ионов на станциях 12-1 и 12-2 обусловлено влиянием вод слабоминерализованных притоков котловины, которые распределяются вдоль западного берега с севера на юг. Общее изменение суммы ионов ПМ в октябре составило 1,8 мг/кг (табл. 6).

Таблица 6.

Т, 5с - характеристики водных масс и их изменчивость (ДТ, Д8с) на поперечном разрезе в Северном Байкале (м. Елохин -

р. Давша).

Октябрь Июнь

т,°с ДТ т, °с ДТ

ПМ 4,83-7,75 2,92 ВЗМ 1,58-1,98 0,4

ВПМ 3,8-3,91 0,11 ВПМ 3,54-3,67 0,13

НПМ 3,46-3,59 0,13 НПМ 3,42-3,48 0,06

ГМ 3,43-3,45 0,02 ГМ 3,42-3,45 0,03

вс, мг/кг Д8с 8с, мг/кг Д8с

ПМ 94,03-95,83 1,8 ВЗМ 95,97-96,51 0,54

ВПМ 95,79-96,19 0,4 ВПМ 96,03-96,54 0,51

НПМ 96,09-96,64 0,55 НПМ 96,37-96,69 0,32

ГМ 96,56-96,65 0,09 ГМ 96,56-96,7 0,14

Рис. 13. Вертикальное распределение температуры и суммы ионов на поперечном разрезе в Северном Байкале (м.Елохин-р.Давша).

В июне изменчивость суммы ионов ВЗМ меньше - 0,54 мг/кг. На станциях у западного берега сумма ионов была выше, чем на центральной станции разреза примерно на 0,2 мг/кг. Возможно, это обусловлено влиянием вод притоков, минерализация которых в зимне-весенний период превышает минерализацию открытой части Северного Байкала.

Наименьшая изменчивость Т, Sc - характеристик была отмечена у глубинной водной массы. При этом в июне изменения температуры (0,03°) и суммы ионов (0,14 мг/кг) были выше, чем в октябре (0,02°; 0,09 мг/кг) (табл. 6).

Таким образом, анализ характеристик водных масс отдельных котловин озера показал, что изменчивость суммы ионов вод деятельного слоя обусловлена притоками, минерализация которых отличается от минерализации озерных вод, а также межкотловинным обменом. Различие вертикальной структуры, а также изменчивость характеристик водных масс глубинной зоны трех котловин обусловлены разными механизмами обновления глубинных и придонных вод.

Вертикальный профиль суммы ионов вод южной и средней котловин имеет промежуточный минимум на глубине около 1000 и 1300 м, где залегает ядро глубинной водной массы (рис. 14). В придонной области значение суммы ионов возрастает, что обусловлено поступлением более минерализованных вод из верхних слоев озера в придонную зону. Это согласуется с представлением об обновлении глубинных вод Байкала за счет механизмов глубинной вынужденной конвекции, которые описаны в литературе (Weiss et al„ 1991; Шимараев и Гранин, 1991; Peetersetal., 1996; Hohmanetal., 1997 и др.).

В Северном Байкале сумма ионов возрастает с глубины примерно 100 м до дна. Эта особенность вертикального распределения Sc обусловлена механизмом обновления глубинных вод северной котловины. Питере с соавторами (Peeters et al., 1996) показали, что за счет различий значений суммы ионов вод Среднего и Северного Байкала на границе водных масс может происходить опускание смешанных вод по северному склону Академического хребта (рис. 14). Такой процесс может происходить также вдоль восточного побережья северной котловины, по крайней мере, до р.Давши. Об этом свидетельствует увеличение суммы ионов на станциях 12-3 и 12-4 у восточного берега на поперечном разрезе

м.Елохин - р.Давша как при прямой, так и при обратной температурной стратификации (рис. 13).

Сумма ионов, мг/кг Расстояние, км

Рис. 14. Схемы обновления глубинных и придонных вод Южного (Ю). Среднего (Ср) и Северного Байкала.

Различие в минерализации вод Северного и Среднего Байкала дают возможность оценить водообмен между этими котловинами. Водообмен был рассчитан нами с применением косвенного метода, основанного на учете данных о сумме ионов озерных и речных вод (Шимараев,...Блинов. 2003). Расчеты показали, что результирующий водообмен между средней и северной котловинами, с учетом возможных погрешностей (± 50 км3/год). составляет 200240 км'/год.

ВЫВОДЫ

Установлено, что разрешающая способность датчика электропроводности (5ВЕ-4) при измерениях в условиях пресных вод Байкала позволяет использовать получаемые данные для вычисления суммы ионов с высокой точностью.

Адаптирован метод Т. 5 - анализа для пресных вод Байкала с использованием высокоточных данных о температуре и электропроводности. На его основе в разных котловинах озера выделено до 6 водных масс.

Проанализирована внутригодовая изменчивость характеристик водных масс с использованием Т, Яс - кривых. Показано, что сезонные изменения суммы ионов водных масс деятельного слоя происходят за счет осолонения при нарастании льда, изменения баланса атмосферных осадков и испарения, за счет сезонной изменчивости состава речных вод.

При положительной температурной стратификации выделена водная масса летнего термоклина, которая характеризуется локальным максимумом суммы ионов. Ее формирование может быть обусловлено деструкцией автохтонного органического вещества.

Показано, что в грех котловинах Байкала изменчивость характеристик водных масс на поперечных разрезах выше по сравнению с таковой на продольном разрезе.

Выявлено, что формирование водных масс глубинной части озера обусловлено механизмами обновления вод глубинной зоны. В Южном и Среднем Байкале это проникновение поверхностных вод в придонную зону озера за счет

термобарической неустойчивости, в Северном Байкале — опускание при смешении более минерализованных вод Среднего Байкала.

Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих публикациях:

1. О межкотловинном водообмене в Байкале // Водные ресурсы. - 2003. - Т. 30. -№ 6. - С. 678-681 (соавторы Шимараев М.Н., Гранин Н.Г., Домышева В.М., Жданов A.A., Голобокова J1.C., Гнатовский Р.Ю., Цехановский В.В.).

2. Структура вод Байкала по гидрофизическим показателям // Гидрофизические явления и процессы: Тезисы докладов VI Всеросийского гидрологического съезда. - С-Петербург. - 2004. - Секция 5. - С. 61-63 (соавторы Троицкая Е.С., Жданов A.A., Гнатовский Р.Ю., Иванов В.Г., Хохлов В.В., Шимараев М.Н.).

3. Идентификация водных масс озера с применением Т,8-анализа // Научные основы сохранения водосборных бассейнов: Тезисы международной конференции. - Улан-Удэ. - 2004. - Т.1. - С. 57-58 (соавторы Гранин Н.Г., Римкус С., Гнатовский Р.Ю., Жданов A.A.).

4. Применение данных о возрасте вод при изучении озерных процессов в Байкале // Фундаментальные проблемы изучения и использования воды и водных ресурсов: Материалы научной конференции. - Иркутск. - 2005. - С. 49-50 (соавторы Шимараев М.Н., Гнатовский Р.Ю., Жданов A.A.).

5. Применение метода T,S анализа для выделения водных масс Байкала // Фундаментальные проблемы изучения и использования воды и водных ресурсов: Материалы научной конференции. - Иркутск. - 2005. - С. 397-399 (соавторы Гранин Н.Г., Гнатовский Р.Ю., Жданов A.A.).

6. Проведение комплексных физико-химических и биологических исследований на мониторинговой станции в Южном Байкале // Четвертая Верещагинская Байкальская Конференция. - Иркутск. - 2005, - С. 21-22 (соавторы Белых О.И., Потемкина Т.Г., Гранин Н.Г., Томберг И.В., Кузьмина А.Е., Глызина О.Ю., Тереза Е.П., Мельник Н.Г., Лазарев М.И., Гнатовский Р.Ю., Башарина Т.Н.).

7. Т,8-анализ пространственно-временной изменчивости вертикальной структуры водных масс оз. Байкал // Четвертая Верещагинская Байкальская Конференция.

- Иркутск. - 2005. - С. 23-24 (соавторы Гранин Н.Г., Гнатовский Р.Ю., Жданов

A.A.).

8. Определение водных масс в озере Байкал методом Т, S - анализа // География и природные ресурсы. - 2006. - № 2. - С. 63-69 (соавторы Гранин Н.Г., Гнатовский Р.Ю., Жданов A.A., Римкус С.).

9. О соотношении между минерализацией и 3Н - 3НЕ- возрастом в глубинных водах Байкала // Докл. АН. - 2006. - Т. 408. - С. 404-407 (соавторы Шимараев М.Н., Гнатовский Р.Ю., Жданов A.A.).

10. Особенности переноса вещества в глубинной зоне Байкала по данным о возрасте и минерализации вод // Известия РАН. Серия географическая. - 2007.

- № 2. - С. 69-75 (соавторы Шимараев М. Н., Гнатовский Р. Ю., Жданов А. А.).

11. Холодные придонные интрузии на Байкале: пространственные масштабы явления по наблюдениям в 1993-2006 гг. // Потоки и структуры в жидкостях: Сборник докладов международной конференции. - С-Петербург. - 2007. - С. 322-325. (соавторы Шимараев М.Н., Жданов A.A., Гнатовский Р.Ю., Иванов

B.Г.).

Подписано к печати 07 10 2008 г. Формат 60*84/16. Объем 1,0пл. Тираж 110 экз. Заказ № 418 Издательство Института географии им. В Б. Сочавы СО РАН 664033 г Иркутск, ул Улан-Баторская, 1

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Блинов, Вадим Васильевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И СУММЫ ИОНОВ ВОД

БАЙКАЛА.

1.1. Краткая характеристика озера и природных условий региона

1.2. Температура воды.

1.3. Сумма ионов.

1.3.1. Баланс осадков, испарения и конденсации.

1.3.2. Влияние нарастания льда на сумму ионов.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Понятие о водных массах.

2.2. Т, анализ водных масс, применяемый в океанологии.

2.3. Адаптация метода Т, Б- анализа водных масс для Байкала.

2.4. Характеристики аппаратуры, применяемой для измерения температуры и электропроводности.

ГЛАВА 3. СЕЗОННАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ВОДНЫХ МАСС ЮЖНОГО

БАЙКАЛА.

3.1. Трансформация водных масс при обратной температурной стратификации.

3.2. Трансформация водных масс при прямой температурной стратификации.

ГЛАВА 4. ВНУТРИКОТЛОВИННАЯ И МЕЖКОТЛОВИННАЯ

ИЗМЕНЧИВОСТЬ ХАРАКТЕРИСТИК ВОДНЫХ МАСС ОЗЕРА БАЙКАЛ.

4.1. Южная котловина.

4.2. Средняя котловина.

4.3. Северная котловина.

4.4. Межкотловинная изменчивость.

4.4.1. Межкотловинный водообмен.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Структура водной толщи озера Байкал на основе T. S. - анализа"

Актуальность работы. Благодаря древнему возрасту, своеобразию животного и растительного мира, огромным запасам чистой пресной воды, озеро Байкал является уникальным природным объектом Земли. Это самое глубокое пресное озеро (глубина до 1642 м) и одно из самых крупных в мире озер по объему водных масс (23615 км ). По этим характеристикам, степени воздействия озерной котловины на климат, физическим процессам в водной толще, во многом связанным с огромными глубинами озера, Байкал приближается к водоемам морского типа. Озеро характеризуется низким коэффициентом проточности (1:400) и слабой активностью процессов горизонтального и вертикального обмена, что служит причиной значительной инерционности физико-химических характеристик его вод. В то же время, различия в строении и глубинах его отдельных котловин, ; большая широтная протяженность (на 636 км с юго-запада на северо-восток) и связанные с ней климатические различия, сказывающиеся на тепло- и массообмене с атмосферой, неравномерность распределения по периметру озера притоков, несущих воды с разной минерализацией, приводят к формированию в Байкале, как и в морских водоемах, отдельных водных масс. Их выделение, а также исследование их свойств - новая задача лимнологии глубоких озер. Для Байкала ее решение актуально с точки зрения освоения и рационального использования водных и биологических ресурсов озера.

Байкал представляет собой впадину, разделенную на три морфологически обособленные котловины. Они заполнены единым водным телом, которое состоит из различных по своим характеристикам водных масс. Формирование вертикальной стратификации и пространственные различия водных масс являются следствием совокупного влияния вертикального, меж- и внутри котловинного обмена, химического состава вод притоков, а также метеорологических факторов - количества атмосферных осадков, интенсивности испарения.

Вопрос о выделении в водной толще Байкала отдельных водных масс поднимался в работах ряда исследователей (Верещагин, 1936; Толмачев, 1957; Верболов и др., 19?9; Шерстянкин, 1989), обращавших внимание на своеобразие режима отдельных физических (температура, прозрачность), химических (содержание кислорода) и динамических (течения) характеристик глубинных вод озера. Благодаря применению современной высокоточной аппаратуры, за последние два десятилетия исследованиями сотрудников Лимнологического института СО РАН, а также иностранных ученых накоплен большой объем новых фактических данных, которые до сих пор не полностью обработаны и интерпретированы.

Целью диссертационной работы является выделение на основе Т, £ — анализа различных водных масс озера Байкал, исследование пространственной и сезонной изменчивости их характеристик. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

- адаптировать метод Т, 5 - анализа, применяемый в океанологии, для идентификации и выделения водных масс водоема с низкой минерализацией вод на примере озера Байкал;

- проанализировать внутрикотловинные и межкотловинные различия характеристик водных масс озера;

Материалы и методы исследований. Для идентификации и выделения водных масс впервые адаптирован для байкальских условий и применен метод Т, S — анализа водных масс. В океанологии этот метод базируется на таких параметрах как потенциальная температура и соленость. Для Байкала использована измеренная in situ температура (Т). Вместо солености (S), характеристики морских и океанических вод, для байкальских вод использовали ионную составляющую растворенного вещества - сумму ионов (.St). Ее рассчитывают из измеренной электропроводности воды и выражают в мг/кг. Подробное описание метода Т, S - анализа и адаптации его к условиям Байкала представлено во второй главе.

Анализ сезонной изменчивости Т, Se - характеристик водных, масс проводили по данным режимной станции в Южном Байкале, расположенной на середине разреза п .Листвянка-м. Танхой, с ноября 2000 по октябрь 2001 года. Для анализа пространственной изменчивости Г, Se - кривых, были использованы данные вертикального распределения температуры и электропроводности за октябрь 2001 года и за июнь 1999. Они получены на 33 станциях, в том числе, 17 станций продольного разреза по центру озера, станции поперечных разрезов Южного и Среднего Байкала и станции двух поперечных разрезов Северного Байкала. Данные о температуре и электропроводности были получены с использованием высокоточного гидрофизического CTD - зонда SBE-25 (фирма Sea Bird Electronics, США) сотрудниками лаборатории гидрологии и гидрофизики Лимнологического института СО РАН.

Научная новизна работы заключается в следующем:

S впервые для пресных вод Байкала адаптирован и применен метод Т, S- анализа, используемый в океанологии; уточнена разрешающая способность датчика электропроводности; впервые проведена идентификация водных масс озера Байкал с использованием Т, Б - анализа, которая позволила выделить в разные сезоны и в разных котловинах от 4 до 6 водных масс; получены данные, характеризующие межкотловинную и сезонную изменчивость характеристик водных масс; показано, что механизмы обновления глубинных вод в разных котловинах озера определяют вертикальную структуру водных масс глубинной зоны. Защищаемые положения.

1. Адаптированный для пресных вод метод Т, Б — анализа позволил впервые объективно оценить количество водных масс в Байкале и охарактеризовать вертикальную структуру водной толщи в разных котловинах озера.

Практическая значимость работы. Данные о структуре водной толщи и основных характеристиках выделенных водных масс могут служить основой для исследования процессов формирования различных водных масс в озере и последующей их трансформации. Новый подход с использованием метода Т, 5 — анализа позволяет дополнить существующие представления о закономерностях пространственного и временного изменения водных масс Байкала. Полученная информация может быть полезна при изучении распределения байкальских организмов, особенностей круговорота вещества в озере, биохимических процессов в его водной толще.

Полученные методом Т, Б — анализа основные характеристики водных масс озера Байкал могут быть использованы для уточнения вертикальной структуры водной толщи. Многомерный анализ с использованием полученных Т, Яс - характеристик и химико-биологических параметров водной толщи позволит оценить вклад исходных водных масс в процесс их трансформации.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на международной конференции "Научные основы сохранения водосборных бассейнов: междисциплинарные подходы к управлению природными ресурсами" (Улан-Удэ, 2004); на VI Всероссийском гидрологическом съезде (С-Петербург, 2004); на международной конференции "Фундаментальные проблемы изучения и использования воды и водных ресурсов" (Иркутск, 2005); на четвертой Верещагинской байкальской конференции (Иркутск, 2005); на международной конференции "Потоки и структуры в жидкостях" (Санкт-Петербург, 2007). Работы опубликованы в сборниках трудов и материалов конференций.

Публикации и личный вклад автора. Основные результаты диссертации изложены в 11 публикациях, включая 4 статьи в рецензируемых журналах. Работа выполнена в рамках научных исследований Лимнологического института СО РАН, а также инициативного проекта, поддержанного грантом РФФИ № 04-05-64397, которым автор руководил в 2004-2006 гг. Диссертант непосредственно участвовал в экспедиционных работах, осуществлял обработку и анализ исходных материалов, все выводы сделаны автором.

Автор выражает благодарность научному руководителю к.г.н. Н.Г. Гранину; д.г.н. М.Н. Ш:шараеву, д.г-м.н. JI.3. Граниной за просмотр рукописи и обсуждение; академику РАН, д.х.н. М.А. Грачеву, д.ф.-м.н. П.П. Шерстянкину, к.г.н. Е.С. Троицкой за полезные замечания; Р.Ю. Гнатовскому, к.г.н. A.A. Жданову за помощь в получении данных; сотрудникам лаборатории гидрологии и гидрофизики за помощь в проведении исследований.

Заключение Диссертация по теме "Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия", Блинов, Вадим Васильевич

Выводы.

Т, Б - анализ позволил впервые выявить в водной толще озера разных котловин озера до шести водных масс. Увеличение количества водных масс, по сравнению с описанными ранее (Верещагин, 1936; Верболов и др., 1989), связано с тем, что при Т, Бс — анализе вод озера в деятельном слое и глубинной зоне выделяются дополнительные водные массы. При прямой температурной стратификации это водная масса летнего термоклина, а также верхняя промежуточная и нижняя промежуточная. При обратной температурной стратификации в зимний период выделяется подледная водная масса.

Установлено, что Т, 5с - кривые южной и средней котловин имеют схожую форму и при прямой температурной стратификации относятся к монотонным по температуре (уменьшение температуры с глубиной) и немонотонным по сумме ионов. При обратной температурной стратификации Т, Бс — кривые становятся немонотонными и по температуре. В северной котловине при прямой температурной стратификации Т, 5с - кривые монотонные по температуре (уменьшение) и по сумме ионов (увеличение с глубиной), при обратной температурной стратификации - немонотонные по температуре и по сумме ионов.

Наибольшая пространственно - временная изменчивость Г, -характеристик приурочена к трем водным массам деятельного слоя. Существует изменчивость и в "стабильных" в сезонном отношении водных массах: НПМ, ГМ и ПДМ. Но изменения характеристик этих водных масс имеют значительно меньшие диапазоны, чем изменения характеристик водных масс деятельного слоя.

Внутри котловинная изменчивость Т, Бс — характеристик водных масс разных котловин обуславливается разными факторами. В течение года в

Южном Байкале на понижение суммы ионов в деятельном слое у восточного берега влияют воды слабоминерализованных притоков юго-восточного побережья котловины. У западного берега на повышение суммы ионов оказывают влияние воды р. Селенги, поступающие в котловину вдоль западного берега на юго-запад. В Среднем Байкале повышение суммы ионов обусловлено влиянием вод крупнейшего притока озера - р. Селенги, вдоль восточного берега на север. У западного берега с севера происходит понижение суммы ионов за счет влияния слабоминерализованных вод, поступающих из северной котловины вдоль западного берега на юго-запад. В Северном Байкале минерализация водных масс деятельного слоя ниже, чем в Южном и Среднем. Это обусловлено низкой минерализацией притоков Северного Байкала. Повышение суммы ионов вдоль восточного берега происходит за счет влияния вод, поступающих из средней котловины. При прямой температурной стратификации это влияние прослеживается до середины котловины. При обратной температурной стратификации на повышение суммы ионов влияют воды притоков, минерализация которых в зимне-весенний период больше, чем в открытой части котловины.

Отличие вертикальной структуры водных масс Северного Байкала по сравнению со Средним и Южным обусловлено разными механизмами обновления глубинных вод. В южной и средней котловинах увеличение минерализации придонной зоны происходит за счет проникновения более минерализованных поверхностных вод. Обновление глубинных вод северной котловины происходит за счет опускания более минерализованных вод Среднего Байкала в глубинную зону северной котловины как в районе Академического хребта, так и вдоль восточного побережья северной котловины.

Значительные различия минерализации вод Северного и Среднего Байкала дают возможность оценить водообмен между ними. Расчеты л показали, что водообмен между этими котловинами составляет 200-240 км в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведен анализ водных масс озера Байкал на основе метода Т, S -анализа, широко используемого в океанологии. При этом использовались данные по измеренной температуре и электропроводности, пересчитанной в сумму ионов. Для этого проведена оценка разрешающей способности и временной стабильности датчика электропроводности. Расчеты показали, что разрешение суммы ионов, рассчитанной по электропроводности, превышает разрешающую способность и точность определения суммы ионов стандартными гидрохимическими методами. Это позволяет использовать данные измерений электропроводности для вычисления суммы ионов вод Байкала. Особенностью использования метода Т, S — анализа в условиях пресных вод, по сравнению с водами морей и океанов, является применение измеренной in situ температуры и суммы ионов (Sc).

Впервые проанализирована внутригодовая изменчивость характеристик водных масс в Южном Байкале с использованием Т, Sc -кривых. Анализ сезонной трансформации водных масс проводился для двух периодов - при обратной и прямой температурной стратификации. В разные сезоны было выделено от 4 (при гомотермии) до 6 водных масс. Начало и окончание каждого периода совпадает с гомотермией и характеризуется наличием 4 водных масс: поверхностная гомогенная (ПГМ), нижняя промежуточная (НПМ), глубинная (ГМ) и придонная (ПДМ).

В период обратной температурной стратификации ПГМ распадается на близкую по Т, Sc - характеристикам верхнюю промежуточную водную массу (ВПМ) и холодную, более минерализованную - верхнюю зимнюю водную массу (ВЗМ). При образовании и нарастании ледового покрова появляется подледная водная масса (ПЛМ). При переходе к прямой температурной стратификации в деятельном слое образуются поверхностная (ПМ) и верхняя промежуточная водная масса (ВПМ). В летнее время между ПМ и ВПМ формируется водная масса летнего термокпина (ВМЛТ), сумма ионов которой повышена по сравнению с ГТМ и ВПМ.

Установлено, что сезонная трансформация водных масс и их характеристик охватывает деятельный слой до глубин 150-350 м. Характеристики нижней промежуточной, глубинной и придонной водных масс практически постоянны.

Впервые проведен анализ Т, 5с - кривых в разных котловинах озера Байкал. При прямой температурной стратификации в Южном и Среднем Байкале Т, 5с - кривые монотонные по температуре (убывание с ростом глубины) и немонотонные по сумме ионов, в Северном Байкале -монотонные по сумме ионов (увеличение с ростом глубины). При обратной температурной стратификации во всех котловинах Т, 5с - кривые немонотонные по температуре и по сумме ионов.

Анализ структуры водной толщи в трех котловинах озера показал, что изменчивость характеристик водных масс на поперечных разрезах выше, чем на продольном разрезе Байкала. Основными факторами формирования и трансформации верхней зоны (до 300 м) являются: поверхностный сток рек, осадки, испарение и конденсация, а также активности вертикального перемешивания.

В Южном Байкале на изменчивость суммы ионов водных масс деятельного слоя влияют: у восточного берега - слабоминерализованные воды притоков юго-восточного побережья котловины, у западного берега -влияние вод р.Селенги. В Среднем Байкале изменчивость обусловлена: у восточного берега - влиянием вод р. Селенги, у западного берега - влиянием вод северной котловины. В Северном Байкале на изменения суммы ионов деятельного слоя влияют слабоминерализованные воды притоков, у восточного берега примерно до середины котловины - влияют воды, поступающие из средней котловины. При обратной температурной стратификации на поверхностные воды влияют воды притоков, у которых в зимний период сумма ионов выше, чем воды открытой части котловины.

Показано, что формирование и изменчивость характеристик водных масс глубинной части озера (глубже 300 м) определяются механизмами обновления глубинной зоны озера. В Южном и Среднем Байкале это проникновение поверхностных вод в придонную зону озера за счет термобарической неустойчивости, а в Северном Байкале - опускание при смешении более минерализованных вод, поступающих из Среднего Байкала.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Блинов, Вадим Васильевич, Иркутск

1. Аверин А.И. Зависимости между удельной электропроводностью и концентрацией ионов для вод оз. Байкал / А.И. Аверин, JI.A. Горбунова, Н.Г. Гранин // Водные Ресурсы. 1990. - №4. - С. 23-29.

2. Аверин А.И. Удельная электропроводность вод р. Селенги / А.И. Аверин, JI.A. Горбунова, Н.Г. Гранин // Водные Ресурсы. 1992. - №6. - С. 94-100.

3. Айнбунд М.М. Течения и внутренний водообмен в озере Байкал / М.М. Айнбунд. JI.: Гидрометеоиздат, 1988. - 248 с.

4. Алекин O.A. Основы гидрохимии / O.A. Алекин. JL: Гидрометеоиздат, 1970. -444 с.

5. Атлас мирового водного баланса (приложение к монографии "Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли") / Ред. кол. Корзун В.И. и др. — М. — JL: Гидрометеоиздат, 1974. 638 с.

6. Афанасьев А.Н. Водные ресурсы и водный баланс бассейна оз. Байкал / А.Н. Афанасьев. Новосибирск - Наука, 1976. - 238 с.

7. Афанасьева Э.Л. Путь познания Байкала / Э.Л. Афанасьева, М.Ю. Бекман и др. Новосибирск - Наука, 1987. - 256 с.

8. Байкал. Атлас / Ред. Г.И. Галазий, В.М. Картушин, Б.Ф. Лут и др. М.: Федеральная служба геодезии и картографии России, 1993. - 160 с.

9. Богданов В.Т. Формирование гидрохимического режима Северного Байкала / В.Т. Богданов. Новосибирск, 1978. - 136 с.

10. Богословский Б.Б. Опыт выделения водных масс Онежского озера / Б.Б. Богословский, В.А. Кирилова, Т.Б. Форш-Миншуткина, Э.Э. Шерман // Динамика водных масс Онежского озера, Л., 1972. - С. 159-203.

11. Бояринов П. М. Процессы формирования термического режима глубоких пресноводных водоемов / П. М. Бояринов, М. П. Петров. Л.: Наука, 1991.- 175 с.

12. Блинов В.В. Применение метода T,S анализа для выделения водных масс Байкала / В.В. Блинов, Н.Г. Гранин, Р.Ю. Гнатовский, A.A. Жданов //

13. Материалы науч. конф. "Фундаментальные проблемы изучения и использования воды и водных ресурсов" — Иркутск; 2005а. С. 397-399.

14. Блинов В.В. TjS-анализ пространственно-временной изменчивости вертикальной структуры водных масс оз. Байкал / В.В. Блинов, Н.Г. Гранин, Р.Ю. Гнатовский, A.A. Жданов // IV Верещагинская байкальская конференция — Иркутск, 20056. С. 23-24.

15. Блинов В.В. Определение водных масс в озере Байкал методом T,S — анализа / В.В. Блинов, Н.Г. Гранин, Р.Ю. Гнатовский, A.A. Жданов, С. Римкус // География и природные ресурсы. 2006. - №2. - С. 63-69.

16. Булгаков Н.П. Конвекция в океане / Н.П. Булгаков. М.: Наука, 1975.272 с.

17. Буторин В. Н. О водных массах континентальных водоемов / В. Н. Буторин // Тр. / Ин-т биологии внутренних вод АН СССР. 1965. - Вып. 7 (10).-250 с.

18. Верболов В.И. Гидрометеорологический режим и тепловой баланс озера Байкал / В.И. Верболов, В.М. Сокольников, М.Н. Шимараев. — M.-J1.: Наука, 1965.-374 с.

19. Верболов В.И. О водообмене в оз. Байкал / В.И. Верболов, М.Н. Шимараев // Докл. ин-та географии Сибири и Дальнего Востока СО АН СССР. 1972. - Вып. 36. - С. 41-48.

20. Верболов В.И. Динамика водных масс глубокого озера на примере Байкала / В.И. Верболов // Труды V Всесоюзного Гидрологического съезда. -1990. Т.8: Озера и водохранилища - С. 224-321.

21. Верболов В.И. Изменение водного режима Байкала после строительства Иркутской ГЭС / В.И. Верболов, В.Н. Синюкович, H.JI. Карпышева // География и природные ресурсы. 1992. - №1. - С. 50-56.

22. Верболов В.И. Течения и водообмен в Байкале / В.И. Верболов // Водные ресурсы. 1996. -Т.23, №4. - С. 413-423.

23. Верещагин Г.Ю. Основные черты вертикального распределения динамики водных масс на Байкале / Г.Ю. Верещагин // Академику В.И. Вернадскому к 50-летию научной и педагогической деятельности. -М., 1936. -Т.2.-С. 1207-1230.

24. Верещагин Г.Ю. Байкал. Научно-популярный очерк / Г.Ю. Верещагин; Под ред. Д.Н. Талиева. М.: Гос. изд-во геогр. лит-ры, 1947. - 228 с.

25. Вернадский В.И. Свидание с Байкалом / В.И. Вернадский // Наука в СССР. 1988.-С. 47-54.

26. Вотинцев К.К. Гидрохимия озера Байкал / К.К. Вотинцев. М.: Изд-во АН СССР, - 1961а.-311 с.

27. Вотинцев К.К. Химический состав льда озера Байкал / К.К. Вотинцев, А.И.Мещерякова//ДАН.-19616.-Т. 136, №5.-С. 1205-1208.

28. Вотинцев К.К. Гидрохимический режим озера Байкал в районе пос. Лиственичного / К.К. Вотинцев, И.В. Глазунов // Тр. / Лимнол. ин-т СО АН СССР. 1963. - Т III(XXIII). - С. 5-56.

29. Вотинцев К.К. Гидрохимия рек бассейна озера Байкал / К.К. Вотинцев, И.В. Глазунов, А.П. Толмачева. М. - Наука, 1965. - 495 с.

30. Вотинцев К.К. Гидрохимия / К.К. Вотинцев // Проблемы Байкала. Тр. / Лимнол. ин-т СО АН СССР. 1978. - Том 16(36). - С. 124-146.

31. Гранин Н.Г. Пространственно-временная изменчивость частоты Вяйсяля на Байкале / Н.Г. Гранин // Гидрофизика и гидрология водоемов: Сб. науч. тр. Новосибирск, 1991. - С. 50-56.

32. Гранин Н.Г. Конвекция и перемешивание подо льдом озера Байкал / Н.Г Гранин, Р.Ю. Гнатовский, A.A. Жданов и др. // Сибирский экологический журнал. 1999а. — №6. - С. 597-600.

33. Гранин Н.Г. Устойчивость стратификации и некоторые механизмы генерации конвекции в Байкале: Автореф. дис. . канд. геогр. наук: 11.00.07 / Н.Г. Гранин; Лимнолог, ин-т СО РАН. Иркутск, 19996. - 23 с.

34. Тройская Т.П. Краткая характеристика водного баланса озера Байкал за период 1962-1988 гг. / Т.П. Тройская, Т.Э. Литова // Мониторинг состояния озера Байкал. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - С. 153-158.

35. Грачев М.А. О современном состоянии экологической системы озера Байкал / М.А. Грачев. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2002. - 156 с.

36. Грачев М.А. Глубинная вода озера Байкал природный стандарт пресной воды / М.А. Грачев, В.М. Домышева, Т.В. Ходжер и др. // Химия в интересах устойчивого развития, 2004. - 12. - С. 417-429.

37. Дитрих Г. Общая океанография / Г. Дитрих. Пер. с нем. - М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1962. -465 с.

38. Добровольский А.Д. Об определении водных масс / А.Д. Добровольский // Океанология. 1961. - Т. I, № 1. - С. 12-24.

39. Жданов A.A. О механизмах генерации подледных течений в Байкале / A.A. Жданов, Н.Г. Гранин, М.Н. Шимараев //ДАН. 2001. - 377(3). - С. 392395.

40. Жданов A.A. Горизонтальный перенос и макротурбулентный обмен в озере Байкал: Автореф. дис. . канд. геогр. наук: 25.00.27 / A.A. Жданов; Лимнолог, ин-т СО РАН. Иркутск, 2006. - 23 с.

41. Знаменский В.А. Комплексные исследования водного баланса, течений и водообмена в Байкале // Тр. 1УВсесоюз. гидролог, съезда Л.: Гидрометеоиздат, 1975. - Т. 5. - С. 193-204.

42. Зенин A.A. Гидрохимический словарь / A.A. Зенин, Н.В. Белоусова. -Л.: Гидрометеоиздат, 1988. — 240 с.

43. Зубов H.H. Динамическая океанология / H.H. Зубов. M.-JI.: Гидрометеоиздат, 1947, -430 с.

44. Истошин Ю.В. Океанология / Ю.В. Истошин. Д.: Гидрометеоиздат,1969.-470 с.

45. Каменкович В.М. Основы динамики океана / В.М. Каменкович. Д.: Гидрометеоиздат, 1973. - С. 240.

46. Кипфер Р. Формирование глубинных вод в озере Байкал: свидетельства возрастания уровня минерализации / Р. Кипфер, Кипфер Р., Петере Ф.Петерс. // Тр. междунар. конф.: Байкал как участок Мирового природного наследия. -Улан-Уде, 1998. С. 221-226.

47. Коденев Г.Г. Определение времени обновления вод Байкала с использованием химических трассеров / Г.Г. Коденев, М.Н. Шимараев, А.Т. Шишмарев // Геология и геофизика. 1998. - Т. 39, №6. - С. 842-850.

48. Коденев Г.Г. Об обновлении глубинных вод озера Байкал / Г.Г. Коденев // Геология и геофизика. 2001. - Т. 42, № 7. - С. 1127-1136.

49. Кротова В.А. Геострофическая циркуляция вод Байкала в период прямой стратификации / В.А. Кротова // Тр. / Лимнол. ин-т СО АН СССР.1970.-С. 11-44.

50. Кошляков М.Н. Водные массы тихоокеанской Антарктики / М.Н. Кошляков, Р.Ю. Тараканов // Океанология. 1999. - Т. 39, №1, - С. 5-15.

51. Ладейщиков Н.П. Особенности климата крупных озер / Н.П. Ладейщиков. М.: Наука, 1982. - 136 с.

52. Лоция озера Байкал. С.-Пб.: ГУНИО МО, 1993.- 241 с.

53. Мамаев О.И. К характеристике океанических Т, S-кривых / О.И. Мамаев II Изв. АН СССР, серия геофиз. 1964. - № 4. - С. 622-623.

54. Мамаев О.И. К вопросу о термическом режиме озера Байкал I О.И. Мамаев II ДАН. 1987а. - Т. 292, № 6. - С. 1477-1481.

55. Мамаев О.И. Термохалинный анализ вод Мирового океана I О.И. Мамаев — Л.: Гидрометеоиздат, 19876. 296 с.

56. Мамаев О.И. Физическая океанография: Избранные труды I О.И. Мамаев.- М.: Изд-во ВНИРО, 2000. 364 с.

57. Нецветаева О.Г. Химический состав и кислотность атмосферных осадков в Прибайкалье I О.Г. Нецветаева, Т.В. Ходжер, В.А. Оболкин и др. II Оптика атмосферы и океана. 2000. - 13, №6-7. - С. 618-621.

58. Океанология. Химия океана. Химия вод океана. Гл. ред. A.C. Монин. Изд-во "Наука" М. - 1979. - Том 1. - 518 с.

59. Россолимо JI.JI. Температурный режим озера Байкал / Л.Л. Россолимо II Тр. / Байк. лимнол. ст. ВСФ АН СССР. 1957. - Т. XVI. - 552 с.

60. Синюкович В.Н. Взаимосвязь водного и ионного стока основных притоков оз. Байкал I В.Н. Синюкович // Водные ресурсы. 2003. - Т. 30, №2.-С. 208-212.

61. Сокольников В.М. Течения и водообмен в Байкале I В.М. Сокольников // Тр. I Лимнол. ин-т СО АН СССР. 1964.- Т. V(XXV). - С. 5-21.

62. Сороковикова Л.М. Формирование химического состава воды притоков Южного Байкала в Современных условиях / Л.М. Сороковикова, В.Н. Синюкович, И.В. Коровякова и др. // География и природные ресурсы, 2002, 4, с. 52-57.

63. Сороковикова Л.М. Влияние атмосферных осадков на химический состав речных вод Южного Байкала / Л.М. Сороковикова, О.Г. Нецветаева, И.В. Томберг и др. // Оптика атмосферы и океана. 2004. - 17, №5-6. - С. 423-427.

64. Степанов В.Н. Основные типы структуры вод Мирового океана I В.Н. Степанов // Океанология. 1965. - Т. 5, вып. 5. - С. 793-802.

65. Степанов В.Н. Общая классификация водных масс Мирового океана, их формирование и перенос / В.Н. Степанов // Океанология. 1969. - Т. 9, вып. 5.-С. 755-766.

66. Тарасова E.H. Современное состояние гидрохимического режима озера Байкал / E.H. Тарасова, А.И. Мещерякова; Отв. ред. Г.И. Галазий. -Новосибирск: Наука, 1992. 143 с.

67. Течения в Байкале / Отв. Ред. А.Н. Афанасьев, В.И. Верболов. -Новосибирск: Наука, 1977. - 160 с.

68. Тимофеев В.Т. Косвенные методы выделения и анализа водных масс /

69. B.Т. Тимофеев, В.В. Панов. JL: Гидрометеоиздат, 1962. - 352 с.

70. Толмачев В.А. О сезонных колебаниях растворенного кислорода на больших глубинах / В.А. Толмачев // ДАН СССР. 1957а. - Т.113, №2. - С. 395-398.

71. Толмачев В.А. Некоторые гидрохимические показатели внутреннего водообмена в Байкале / В.А. Толмачев // ДАН СССР. 19576. - Т.113, №3.1. C. 639-642.

72. Формирование и динамика байкальских вод / В.И. Верболов, Т.Н. Покатилова, М.Н. Шимараев, и др. Новосибирск: Наука, 1986. - 120 с.

73. Хатчинсон Д. Лимнология / Д. Хатчинсон; Сокр. пер. с англ. Г.В. Цыцарина и Г.Г. Шинкар, ред. Л.Л. Россолимо. М.: Прогресс, 1969. - 592 с.

74. Ходжер Т.В. Химический состав атмосферных осадков / Ходжер Т.В. // Байкал: атлас. РАН СО Межвед. науч. совет по программе 'Сибирь1, 1993. -93 с.

75. Чеботарев А.И. Гидрологический словарь / А.И. Чеботарев Л.: Гидрометеоиздат, 1978. - 306 с.

76. Шерстянкин П.П. Оптические свойства байкальских вод / П.П. Шерстянкин // Первая Верещагинская международная конференция. -Иркутск, 1989. С. 30-31.

77. Шерстянкин П.П. Оптические структуры и фронты океанического типа на Байкале: Автореф. Дис. . д.ф.-м. наук / П.П. Шерстянкин; Институт океанологии РАН им. П.П. Ширшова. М., 1993 - 37 с.

78. Шерстянкин П.П. Точные формулы для термодинамических параметров озерных вод по уравнению состояния в форме Chen-Millero / П.П. Шерстянкин, Л.Н. Куимова // ДАН. 20036. - Т.391, №2. - С. 254-259.

79. Шимараев М.Н. Элементы теплового режима озера Байкал / М.Н. Шимараев; Отв. ред. А.Н. Афанасьев. Новосибирск: Наука, 1977. - 150 с.

80. Шимараев М.Н. К вопросу о стратификации и механизме конвекции в Байкале / М.Н. Шимараев, Н.Г. Гранин // ДАН СССР. 1991. - Т. 321., №2. -С. 381-385.

81. Шимараев М.Н. Международный гидрофизический эксперимент на Байкале: процессы обновления глубинных вод в весенний период / Шимараев М.Н., Грачев М.А., Имбоден Д.М. и др. // ДАН. 1995. - Т. 343, №6. - С. 824827.

82. Шимараев М.Н. О межкотловинном обмене в Байкале / М.Н. Шимараев, Н.Г. Гранин, В.М. Домышева, В.В. Блинов и др. // Водные ресурсы. 2003а. - №6. - С. 678-681.

83. Шимараев М.Н. Интенсивность вертикального водообмена в отдельных котловинах Байкала / М.Н. Шимараев, Е.С. Троицкая, В.М. Домышева // География и природные ресурсы. 20036. - №3. - С. 68-73.

84. Шимараев М.Н. О соотношении между минерализацией и 3Н — 3НЕ-возрастом в глубинных водах Байкала / М.Н. Шимараев, Р.Ю. Гнатовский, В.В. Блинов, А.А. Жданов / ДАН. 2006. - Т. 408. - с. 404-407.

85. Шимараев М.Н. Особенности переноса вещества в глубинной зоне Байкала по данным о возрасте и минерализации вод / М.Н. Шимараев, Р.Ю. Гнатовский, В.В. Блинов, А.А. Жданов // Известия РАН. Серия географическая. 2007. - № 2. - С. 69-75.

86. Штокман В.Б. Избранные труды по физике моря / В.Б. Штокман.- Л.: Гидрометеоиздат, 1970. -336 с.

87. Эделыптейн К.К. Об изучении водных масс малых водохранилищ / К.К. Эделынтейн // Комплексные исследования водохранилищ. М.: Изд-во МГУ.-Вып. 1.-1971.-С. 27-32.

88. Эделыптейн К.К. Водные массы долинных водохранилищ / К.К. Эделыптейн М.: Изд-во МГУ, 1991. - 175 с.

89. Эделыптейн К.К. Структурная гидрология суши / К.К. Эделыптейн.-М.: Изд-во ГЕОС, 2005.-316 с.

90. Bryden H.L. New polynomials for thermal expansion, adiabatic temperature gradient and potential temperature of sea water / H.L. Bryden // Deep-Sea Res. — 20,- 1973.-PP. 401-408.

91. Carmack E. C. Convection in Lake Baikal: An Example of Thermobaric Instability / E. C. Carmack, R. F. Weiss // Deep Convection and Deep Water Formation in the Oceans, Eisevier Oceanography Series. 1991. - 57. - PP. 215228.

92. Chen C.T. The high pressure specific volume of seawater / C.T. Chen, F.J. Millero // Deep-Sea Res. 1976. - 23. - PP. 595-612.

93. Chen C.T. Effect of salt content on the temperature of maximum density and on static stability in Lake Ontario / C.T. Chen, F.J. Millero //Limnol. Oceanogr. -1977.-V.22.-PP. 140-141.

94. Chen C.T. Precise thermodynamic properties for natural waters covering only the limnological range / C.T. Chen, F.J. Millero // Limnol. and Oceanogr. -1986. V.31. - PP.657-662.

95. Eklund H. Fresh water: Temperature of maximum density calculated from compressibility / H. Eklund // Science. 1963. -142. -PP.1457-1458.

96. Eklund H. Stability op lakes near the temperature of maximum density / H. Eklund // Science. 1965. - 149. -PP.632-633.

97. Falkner K.K. The major and minor element geochemistry of Lake Baikal / K.K. Falkner, C.I. Measures, S.E. Herbelin // Limnol. Oceanogr. 1991. - 36(3). -PP. 413-423.

98. Farmer D.M. Potential temperatures in deep freshwater lakes / D. M. Farmer // Limnol. Oceanogr. 1975. - Vol. 20, № 4. - PP. 634-635.

99. Fieux M. Water properties and transport of the Leeuwin Current and Eddies off Western Australia / M. Fieux, R. Molcard, R. Morrow // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2005. - V. 52, 9. - PP. 1617-1635.

100. Fofonoff N.P. Computation of potential temperature of seawater for an arbitrary reference pressure / N.P. Fofonoff // Deep-Sea Res. 1977. -24. - PP. 489-491.

101. Granin N.G. Turbulent mixing under ice and the growth of diatoms in Lake Baikal / N.G. Granin, D.H. Jewson, R.Yu. Gnatovsky et al. // Verh. Internat. Verein. Limnol. 2000. - 27. - PP. 2812-2814.

102. Granina L.Z. The chemical budget of Lake Baikal: A Review / L.Z. Granina // Limnol. Oceanogr. 1997. - 42(2). - P. 373-378.

103. James C. Analysis of water samples for determining salinity from CTD measurements in Quesnel lake, British Columbia / C. James, B. Laval, E. Carmack, R. Pieters // 17th ASCE Engineering Mechanics Conference, June 13-16. Newark, DE. - 2004. - PP. 1-8.

104. Hohmann R. Deep-Water Renewal in Lake Baikal: A diss, for the degree of Doctor of Natural Sciences / R. Hohmann; Swiss Federal Institute of Technology. -Zürich, 1997a. 144 p.

105. Hohmann R. Processes of deep-water renewal in Lake Baikal / R. Hohmann, R. Kipfer, F. Peeters et al. // Limnol. Oceanogr. 19976. - Vol. 42, № 5. - PP. 841-855.

106. Hohmann R. Distribution of helium and tritium in Lake Baikal / R. Hohmann, M. Hofer, R. Kipfer et al. // J. of Geophys. Res. 1998. - 103(C6). -PP. 12823-12838.

107. McClatchie S. Water mass analysis and alongshore variation in upwelling intensity in the eastern Great Australian Bight / S. McClatchie, J. Middleton, T. Ward // J. of Geophys. Res. 2006. - V.l 11. - C08007.

108. McDougall T. Water mass analysis with three conservative variables / T. McDougall // J. of Geophys. Res. 1991. -V.96, C5.-PP. 8687-8693.

109. McManus J. Physical properties of Crater Lake: A method for the determination of conductivity- and temperature- dependence expression for salinity / J. McManus, R.W. Collier, C.A. Chen, J. Dyamond // Limnol. Oceanogr. 1992. - V. 37.-PP. 41-53.

110. Millero F J. Effect of changes in the composition of seawater on the density-salinity relationship / F.J. Millero // Deep-Sea Research. 2000a. - I, 47. - PP. 1583-1590.

111. Millero F.J. The Equation of state of lakes / F.J. Millero // Aquatic Geochemistry. 20006. - Vol. 6. - PP. 1-17.

112. Killworth P.D. Modeling Deep-Water Renewal in Lake Baikal / P.D. Killworth, E.C. Carmack, R.F. Weiss, R. Matear // Limnol. Oceanogr. 1996. -Vol. 41, №7.-PP. 1521-1538.

113. Kim, K. Identification of water masses in the Yellow Sea and the East China Sea / K. Kim, K.R. Kim, T.S. Rhee // Oceanography of Asian Marginal Seas. -1991.-PP. 253-267.

114. Ono S. Shallow remineralization in the Sargasso Sea estimated from seasonal variations in oxygen, dissolved inorganic carbon and nitrate / S. Ono, A. Ennye, R.G. Najjar, N.R. Bate // Deep-Sea Research II. 2001. - 48. - PP. 15671582.

115. Park M.-J. Water masses and salinity in the eastern Yellow Sea from winter to spring / M.-J. Park, H.J. Oh // Ocean and Polar Research. 2004. - V. 26, 1. - ' PP. 65-75.

116. Peeters F. Description of stability and neutrally buoyant transport in freshwater lakes / F. Peeters, G. Piepke, R. Kipfer // Limnol. Oceanogr. 1996. -41(8).-PP. 1711-1724.

117. Peeters F. Modeling Transport Rates in Lake Baikal: Gas Exchange and Deep Water Renewal / F. Peeters, R. Kipfer, R. Hohmann et al. // Environ. Sci. Technol. 1997. - Vol. 31. - PP. 2973-2982.

118. Peeters F. Vertical turbulent diffusion and up welling in lake Baikal estimated by inverse modeling of transient tracers / F. Peeters, R. Kipfer, M. Hofer et al. //J. of Geophys. Res. -2000. 105(C2). - PP. 3451-3464.

119. Poole R. Optimum multiparameter analysis of the water mass structure in the Atlantic Ocean thermocline / R. Poole, M.Tomczak // Deep-Sea Res. 1999. -I, 46.-PP. 1895-1921.

120. Ravens Th.M. Small-scale turbulence and vertical mixing in Lake Baikal / Th.M. Ravens, O. Kocsis, A. Wiiest, N. Granin // Limnol. Oceanogr. 2000. -Vol. 45, № l.-PP. 159-173.

121. Sea 25-01 sealogger CTD. Operation manual. Sea bird electronics, inc, USA, 1995.-25 p.

122. Shimaraev M.N. Deep ventilation of Lake Baikal waters due to spring thermal bars / M.N. Shimaraev, N.G. Granin, A.A. Zhdanov // Limnol. Oceanogr. Vol. 38, № 5. - 1993. - PP. 1068-1072.

123. Shimaraev M.N. Physical limnology of Lake Baikal: A review / M.N. Shimaraev, V.I. Verbolov, N. Granin, and P.P. Sherstayankin; edited by M.N. Shimaraev and S. Okuda. Okayama, Irkutsk, 1994. - 82 p.

124. Tomczak M.A. Some historical, theoretical and applied aspects of quantitative water mass analysis / M.A. Tomczak // Journal of marine research. -1999. Vol. 57, 2. - PP. 275-303.

125. Tomczak M.A. Regional Oceanography: An Introduction. / M.A. Tomczak, J.S. Godfrey The 2nd edition is published by Daya Publishing House, Delhi. 2003, - XI+390 p.

126. Weiss R.F. Deep-water renewal and biological production in Lake Baikal / R.F. Weiss, E.C. Carmack and V.M. Koropalov // Nature. 1991. - Vol. 349. -PP. 665-669.

127. Wuest A. Deep Water Renewal in Lake Baikal Matching Turbulent Kinetic Energy and Internal Cycling / A. Wuest, N. Granin, O. Kocsis et al. // Terra Nostra. - 2000. - № 9. - PP. 60-74.

128. Wuest A. Cold intrusions in Lake Baikal: Direct observational evidence for deep-water renewal / A. Wuest, T.M. Ravens, N. Granin et al. // Limnol. Oceanogr. 2005. - Vol. 50, № 1. - PP. 184-196.

Информация о работе

Блинов, Вадим Васильевич
кандидата географических наук
Иркутск, 2008
ВАК 25.00.27

Диссертация

Структура водной толщи озера Байкал на основе T. S. - анализа - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы