Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Вертикальные потоки осадочного вещества в Белом море

ВАК РФ 25.00.28, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Вертикальные потоки осадочного вещества в Белом море"

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П.Ширшова Российской академии наук

На правах рукописи УДК 551.463.8

005060971

НОВИГАТСКИИ Александр Николаевич

ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ПОТОКИ ОСАДОЧНОГО ВЕЩЕСТВА В БЕЛОМ МОРЕ

Специальность 25.00.28 - «Океанология»

6 ИЮН 2013

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва-2013

005060971

Работа выполнена в Лаборатории физико-геологических исследований Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института океанологии им. П.П.Ширшова Российской академии наук.

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

академик РАН Александр Петрович Лисицын

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

профессор, заслуженный деятель науки РФ Олег Васильевич Япаскурт Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова

доктор геолого-минералогических наук Глеб Николаевич Батурин Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П.Ширшова Российской академии наук

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

учреждение науки Геологический институт Российской академии наук

Защита состоится «24» июня 2013 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета по океанологии (Д 002,239.03) в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте океанологии им. П.ШИиршова Российской академии наук (ИО РАН) по адресу: 117997, Москва, Нахимовский проспект, д. 36, Большой конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЙО РАН по адресу: 117997, Москва, Нахимовский проспект, д. 36.

Автореферат диссертации разослан «22» мая 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук

Т.А. Хусид

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Потоки вещества в толще вод от поверхности до дна являются прямой (инситной) основной количественной характеристикой при изучении осадкообразования, позволяют в динамике и во времени изучать процессы современной седиментации рассеянного вещества и его преобразования при прохождении через водную толщу. Возникает возможность измерять количество и состав вещества, поступающего на дно [Лисицын, 2001]. Поток определяется количеством вещества, проходящего через единицу площади в единицу времени (мг/см2/сутки, г/м2/год), и соответствует абсолютной массе осадконакопления. Изучение рассеянного осадочного вещества в толще вод обеспечивается внедрением в практику исследований седиментационных ловушек разных типов, которые являются важными частями глубинных автоматических седиментационных обсерваторий - станций круглогодичного изучения водной толщи на разных глубинах. Седиментационная обсерватория — это (кроме ловушек) серия приборов для непрерывного и синхронизированного во времени изучения вертикальных потоков осадочного вещества, изменений прозрачности (мутности), определения скорости и направления течений и многих других параметров [Лисицын, 2012]. Учение о потоках вещества и загрязнений в океане пока только начинает развиваться. Седиментологи, геохимики, а также биологи и экологи все еще недостаточно оценивают значение этого количественного метода, огромных возможностей его использования для понимания природы океана, построения количественных моделей, методов прогноза.

Цели и задачи исследования. Целью работы является исследование пространственно-временной изменчивости распределения и состава потоков осадочного вещества в водной толще для установления закономерностей современного осадконакопления в Белом море.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1) оценить вертикальные потоки осадочного вещества, используя метод седиментационных ловушек и седиментационных обсерваторий;

2) выявить закономерности пространственно-временной изменчивости (среднегодовой и среднемесячной) величины и состава осаждающегося осадочного вещества;

3) сопоставить состав осаждающегося осадочного вещества с составом водной взвеси и с поверхностным слоем донных осадков.

Научная новизна работы. Впервые рассмотрен осадочный процесс как единая

система трех частей: 1) рассеянное осадочное вещество (фильтрационная и

1 V

V ' (Г>.>4-

сепарационная взвесь), 2) осаждающееся в толще вод осадочное вещество (материал из седиментационных ловушек) и 3) поверхностный слой донных осадков на одном природном объекте — Белом море.

Впервые количественно и качественно изучены вертикальные потоки осадочного вещества во всей акватории Белого моря методом автоматических глубинных седиментационных обсерваторий (АГОС).

Получены новые данные о ходе осадочного процесса, начиная от поверхности моря до верхнего слоя донных осадков.

Впервые в Белом море применен системный подход к исследованию процессов распределения и состава осадочного материала вертикальных потоков в разные сезоны непрерывно на протяжении двенадцати лет.

Практическая значимость работы. Проведенные в ходе работ месячные, сезонные, годовые, многолетние количественные оценки вертикальных потоков осадочного вещества Белого моря являются основой для прямых расчетов поступления химических компонентов и минералов, а также разнообразных загрязнений в поверхностный слой допных осадков. Белое море, одно из шести морей Российской Арктики, может рассматриваться как мегаполигон для развертывания дальнейших современных исследований с использованием открытых новых закономерностей арктического седиментогенеза.

Работа направлена на разработку новых технологий комплексного изучения морских акваторий с помощью подводных седиментационных обсерваторий, регулярных судовых наблюдений в сочетании с использованием спутниковой информации. Эти технологии могут быть использованы в целях улучшения экологической обстановки за счет более рационального природопользования, основанного на оперативном экомониторинге морской среды. Первоочередной задачей является круглогодичный мониторинг на трассе Севморпути. Личный вклад автора. Все данные, использованные в настоящей работе, получены в ходе выполнения проектов, в которых автор является одним из основных исполнителей. Начало работ датируется 2000 годом - рейсом НИС «Картеш» в Белое море. Автор принимал участие на всех этапах проведения полевых и лабораторных работ. За период проведения исследований соискатель принял личное участие в 24 морских и прибрежных экспедициях. В работах, выполненных в соавторстве, вклад соискателя заключался в непосредственном участии во всех этапах исследования — от отбора первичного материала, обработки данных, до обсуждения полученных данных и подготовки их к публикации, а также в представлении результатов на

научных конференциях регионального, общероссийского и международного уровней.

Объем экспериментального материала. В ходе исследований было выполнено более 500 общесудовых комплексных станций, поднято 28 обсерваторий и станций с ловушками, обработано около 200 проб осадочного материала из седимептационных ловушек, изучено более 100 проб взвеси, проанализировано более 100 проб поверхностного слоя донных осадков. Работы в комплексных экспедициях дали возможность сопоставить полученные результаты с гидрофизическими и гидрооптическими характеристиками водной толщи. Применение спутниковых методов (сканеры цвета океана SeaWiFS и MODIS-Aqua) позволило охватить всю площадь поверхности моря и подробно проследить пространственно-временную изменчивость количественных характеристик осадочного вещества на поверхности моря.

Публикации и апробация работы. Материалы диссертации опубликованы в 20 печатных работах, включая 13 статей в периодических изданиях, рекомендованных ВАК, и 7 публикаций в сборниках конференций.

Основные положения диссертации доложены на рабочем совещании «Land Oceans Interaction in the Russian Arctic» (LOIRA, Moscow, November 15-18, 2004), на Международных школах по морской геологии (2005, 2007, 2009, 2011 гг.), ежегодных конференциях «Геология и геоэкология: исследования молодых» посвященной памяти чл-корр. К.О. Кратца (2005, 2007, 2010 гг.), на Международных конференциях «Современные экологические проблемы Севера», г. Апатиты (2006, 2007, 2008 гг.), на Всероссийских литологических совещаниях (2006, 2008), на Всероссийских конференциях «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из Космоса» (2006, 2007, 2012 гг.), на Всероссийской конференции «Геохимия биосферы» (г. Москва, 15-19 ноября 2006 г.), на Всероссийской конференции «Академическая наука и ее роль в развитии производственных сил в северных регионах России» г. Архангельск, (2006, 2008 гг.), на Международном симпозиуме по речным наносам (г. Москва, МГУ, 1-4 августа 2007 г.), на конференции, посвященной итогам Международного полярного года "Polar Research - Arctic and Antarctic perspectives in the International Polar Year" (St. Petersburg, Russia, July 8-11, 2008), на Международной конференции "Clays, clay minerals and layered materials - CMLM2009" (Zvenigorad, Moscow Region, Russia, 2125 September, 2009).

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 141 странице и

включает 44 рисунка, 15 таблиц и приложение. Работа состоит из введения, обзора

3

литературы, краткой характеристики района, описания методики, обсуждения результатов, заключения, выводов и списка литературы. Список литературы содержит 122 отечественные и 79 зарубежных наименований работ. Место проведения работы. Работа выполнена (2000 - 2012 гт.) в лаборатории физико-геологических исследований Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН. Первичный материал получен в 19 морских (НИС «Эколог», «Картеш», «Профессор Штокман», «Академик Мстислав Келдыш», «Профессор Кузнецов», «Акванавт-2», «Иван Петров») и 5 прибрежных экспедициях.

Благодарности. Соискатель выражает сердечную благодарность своему научному руководителю академику РАН А.П. Лисицыну. Автор глубоко признателен А.Е. Рыбалко, И.А. Немировской, ЛЛ. Деминой, А.Ю. Леин, В.П. Шевченко, A.A. Юповиткину, М.Д. Кравчишиной, Н.В. Политовой, A.C. Филиппову, В.И. Буренкову, В .В. Гордееву, В.Н. Лукашину, ЮЛ. Богданову за деятельную помощь на всех этапах выполнения работы. Автор благодарен своим коллегам по лаборатории и постоянным добрым спутникам в экспедициях Л.Е. Рейхард, Е.А. Новичковой, Н.В. Козиной, А.И. Гусаковой, Л.А. Гайворонской, С.С. Изотовой. Автор благодарен аналитикам О.М. Даре, Е.О. Золотых, А.Б. Исаевой, Л.В. Деминой, В.А. Карлову, В.Н. Чуруну, Г.А. Павловой за выполненные анализы. Автор благодарен коллегам Л.В. Ильяш, A.C. Саввичеву, В.Б. Коробову, К.Н. Кособоковой, А.Ф. Сажину, И.А. Мельникову, С.В. Писареву, С.Б. Тамбиеву, H.A. Беляеву, РА. Алиеву, С.Н. Калмыкову, И.И. Русанову, О.Н. Балакиной, М.Е. Козаченко за совместные плодотворные работы. Автор благодарен своим учителям и преподавателям Ю.О. Гаврилову, О-В. Япаскурту, П.Н. Куприну, Ю.В. Ростовцевой, М.Н.Щербаковой, Г.М.Седаевой, И.И. Плюсниной, А.Г. Рослякову, В.Л. Косорукову, ВЛЛукше. Автор выражает благодарность своему первому научному руководителю В.Т. Фролову за добросердечные советы на всех этапах творческой деятельности. Основные защищаемые положения.

1. Впервые проведены непрерывные 12-летние седиментологические исследования в одном из морей Северного Ледовитого океана.

2. Разработано новое направление исследований с помощью автоматических глубинных седиментационных обсерваторий (АГОС), а также сопутствующие исследования со спутников, изучение взвеси (рассеянные формы осадочного вещества), сравнительные исследования донных осадков.

3. Выявлено важнейшее значение организмов в подготовке осадочного вещества (его переработке в пеллетные потоки), а также существенное влияние атмосферного

и ледового материала на осадкообразование ледового (полярного) вещественно-генетического типа.

4. Впервые проведены исследования потоков вещества не только во всей толще вод и в основных частях моря, но и в разных масштабах времени: многолетних, годовых, сезонных, месячных, суточных и мгновенных.

5. Изучены на количественном уровне потоки терригенного и биогенного осадочного вещества, гранулометрических фракций, обломочных и глинистых минералов, химических элементов и соединений, т.е. заложены основы количественной седиментологии.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснованы актуальность темы и изученность вопроса, сформулированы цели и задачи работы, отражены научная новизна и значение результатов для науки и практики.

Глава 1. Потоки осадочного вещества в Арктике (Литературный обзор). В главе обобщены опубликованные материалы по потокам осадочного вещества в Арктике. Глава 2. Краткая характеристика района исследований. На основе литературных данных представлено физико-географическое и геологическое (в т.ч. водосбор) описание района исследований. Глава 3. Материалы и методы.

3.1. Объем работ и характеристика фактического материала. Сбор рассеянного I осадочного вещества методом глубинных автоматических седиментационных обсерваторий в Белом море выполняется, начиная с 2000-го года по настоящее время, в рамках проекта «Система Белого моря» [Лисицын, 20106]. Всего было поднято 28 седиментационных обсерваторий разной комплектации с седиментационными ловушками разных систем и измерителями течений (рис. 1). Экспедиции проводились как морские, так и прибрежные - в устьях крупных рек. За время исследований получено около 200 проб осадочного материала из седиментационных ловушек с разных горизонтов и экспозицией от месяца до года (интегральные потоки). Для анализа полученного материала привлекались данные по массовой концентрации взвеси, ее гранулометрическому и вещественному составу, данные гидрооптического и гидрофизического зондирования водной толщи, сведения о течениях и внутренних волнах, полученные с помощью доплеровских и механических измерителей течений. Одновременно анализировался гранулометрический, минеральный и химический состав взвеси, материала из седиментационных ловушек и поверхностного слоя донных осадков.

Рис. 1. Схема расположения поднятых седиментационных обсерваторий разной комплектации с седиментационными ловушками и измерителями течений.

3.2. Изучение осадочного вещества с помощью седиментационных обсерваторий. Этот метод разрабатывается последние десять лет в ИО РАН в рамках проекта «Система Белого моря». Он включает в себя постановку притопленных платформ-обсерваторий с долговременной экспозицией (до года) седиментационных ловушек, которые устанавливаются под пикноклином, в промежуточном слое и придонных горизонтах, в комплекте с доплеровскими измерителями течений. При подъеме и постановке обсерватории мы проводили гидрооптическое и гидрофизическое зондирование водной толщи и на основании данных зондирования - прицельный отбор проб взвеси. Кроме того, нами активно используются спутниковые данные в оптическом диапазоне на основе разработанных в ИО РАН алгоритмов пересчета [Копелевич, 2004, 2009]. Таким образом, удается получать непрерывно на протяжении года и более данные о распределении взвеси в поверхностном слое и на глубинах измерять величины потоков осадочного вещества под пикноклином вплоть до дна. Заключительный этап - отбор ненарушенного поверхностного слоя донных осадков с помощью мультикорера, определение абсолютных масс и скоростей осадконакопления.

3.3. Выделение взвеси. Наиболее универсальным методом отбора взвеси является ультрафильтрация через мембранные фильтры с диаметром пор 0,45 мкм [Лисицын 1955, 1956, 1974; Кравчишина, 2009]. Для получения количества взвеси,

6

сопоставимого с донными осадками и материалом из седиментационных ловушек, мы используем сепарацию морской воды с помощью сепаратора САЖ-ЗМ [Лисицын, 1956, 1961,1964; Серова, 1988].

3.4. Получение ненарушенного поверхностного слоя донньгх осадков. Для

получения ненарушенного поверхностного слоя донных осадков мы использовали мультикорер «KUM», а на небольших судах и прибрежных экспедициях пробоотбор обеспечивает грунтовая трубка Неймисто.

3.5. Методика лабораторных исследований рассеянного осадочного вещества.

3.5.1. Первичная обработка и деление осадочного вещества из седиментационных ловушек. Подробно описана методика обработки и деления осадочного вещества из седиментационных ловушек.

3.5.2. Определение гранулометрического состава. Гранулометрический анализ влажного осадочного материала из седиментационных ловушек, взвеси (полученной методом сепарации) и поверхностного слоя донных осадков был выполнен по методике Петелина [1967]. Анализы выполнялись в ИО РАН: аналитики А.Н. Рудакова, Т.Н. Алексеева.

3.5.3. Метод оптической микроскопии. В работе использованы определения гранулометрического и вещественного состава в смер-слайдах с помощью оптической микроскопии на поляризационном микроскопе Olympus ВХ50. Анализы выполнялись в ИО РАН: аналитик А.Н. Новигатский.

3.5.4. Электронная микроскопия высокого разрешения. При подробной визуализации осадочного материала нами использовался электронный микроскоп JSM-U3 по методике Гаранина с соавторами [1987]. Анализы выполнялись в ИО РАН: аналитик В.А. Карлов.

3.5.5. Определение общего и органического углерода и азота. В Лаборатории им. Отто Шмидта (ААНИИ, СПб) выполнены анализы общего и органического углерода и азота с помощью газового C/N анализатора VARIO EL III, аналитик В.Н. Чурун.

3.5.6. Определения Si, Al, Р фотометрическим методом. Дтя определения Si, Al, Р использовался фотометрический метод по методике Е.М. Гельмана, разработанной в ГЕОХИ РАН с дополнениями А.Б. Исаевой (ИО РАН) [Гельман, Старобина, 1976]. Анализы выполнялись в ИО РАН: аналитики А.Б. Исаева, Е.О. Золотых.

3.5.7. Определение аморфного кремнезема. Определение аморфного кремнезема проводили фотоколориметрическим методом по восстановленной форме кремнемолибденовой гетерополикислоты после двукратной содовой вытяжки [Горбаренко и др., 2000]. Анализы выполнялись в ИО РАН: аналитик Е.О. Золотых.

3.5.8. Атомно-абсорбционная спекгрофотометрия. Для определения металлов в пробах мы использовали атомно-абсорбционную спектрофотометрию — метод количественного элементного анализа по атомным спектрам поглощения (абсорбции). Анализы выполнялись в ИО РАН: аналитик В.В. Гордеев.

3.5.9. Инструментальный нентронно-активационный анализ. Элементный состав наших проб изучался методом инструментального нейтронно-активационного анализа в Институте геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН. Первичная пробоподготовка и аналитика выполнена Д.Ю. Сапожниковым.

3.5.10. Рентгенофазовый анализ. Для определения минерального состава обломочных и глинистых минералов мы использовали съемку на дифрактометре плоского препарата (метод порошка) и суспензии глинистых частиц, нанесенных плоско на поверхность подложки [Шлыков, 1991]. Анализы выполнены в ИО РАН: аналитик О.М. Дара.

Глава 4. Количественная характеристика вертикальных потоков в Белом море 4.1. Годовые и межгодовые изменения интегральных потоков осадочного вещества. Всего за исследуемый двенадцатилетний период в Белом море нами было поднято 17 автоматических глубинных седиментационных обсерваторий с годовой экспозицией. Из них три находились в зоне структурных фронтов Белого моря -северного (граница Бассейн-Горло) и южного (граница Онежский залив-Бассейн) [Пантюлин, 2012]. Эти фронтальные зоны характеризовались аномально высокими значениями потоков: среднее значение для этих трех обсерваторий 2758 г/м2/год (шах - 4082 г/м2/год, min - 1814 г/м2/год). Приведенные значения мы вынесли за рамки осреднения интегральных величин потоков для всего Белого моря. Горло и Онежский залив относятся к границе (фронту) горизонтально стратифицированных структур и турбулизированных водных масс с высокой энергией приливно-отливных течений, главная же по площади часть Белого моря (Бассейн, Кандалакшский и Двинский заливы) характеризуется относительно низкой энергией приливпо-отливных волн [Гидрометеорология ..,,1991].

Средняя многолетняя величина потока рассеянного осадочного вещества на акватории Белого моря 234 г/м2/год, т.е. на порядок меньше, чем во фронтальных зонах. Максимальные значения (752 г/м2/год) характерны для области маргинального фильтра Северной Двины в Двинском заливе, минимальные значения (51 г/м2/год) типичны для глубоководной части Бассейна. Средняя многолетняя величина потока в Двинском заливе 243 г/м'/год, что выше средних многолетних величин Бассейна (213 г/м2/год), и связано с существенной поставкой

осадочного материала речным стоком. В Кандалакшском заливе средняя многолетняя величина потока составляет 367 г/м2/год.

Построив зависимость величины потока от глубины, при этом используя все годовые интегральные значения, можно выделить три основных области (рис. 2). Первая область характеризуется высокими и сверхвысокими значениями годового потока существенно выше среднего многолетнего потока для всего моря. Это потоки в областях структурных фронтов Белого моря - северного и южного (границы: Бассейн-Горло и Онежский залив-Бассейн). Кроме того, к областям с высокими значениями потока мы относим области маргинальных фильтров рек Северная Двина и Кемь. Вторая область нами обозначена как область величин потоков непосредственно под пикноклином, которая может распространяться до придонных горизонтов. Кроме того, в эту область попали значения придонных потоков в слое 0-100 м (Двинский залив). Третья выделенная область величин потоков является придонной, здесь сосредоточены значения наиболее глубоководных частей Белого моря (Кандалакшский залив, Бассейн и Двинский залив). На графике виден тренд увеличения величин потоков в сторону придонных горизонтов (рис. 2). Чтобы подтвердить эту закономерность мы условно разделили величины потоков на два горизонта: от 0 до 100 м, и от 100 до 300 м. Получились следующие результаты: средние многолетние величины потоков в слое 0-100 м составили 171 г/м2/год (без фронтальных зон), а в слое 100-300 м - 275 г/м2/год. Отчетливо видно увеличение величин потоков в придонных горизонтах, т.е. с ростом глубины более чем в полтора раза - вопреки обратному положению в других местах Мирового океана. Подобные закономерности в придонных горизонтах хорошо фиксируются в разных частях моря по повышенным объемной и массовой концентрации взвеси, а так же оптическим данным [Копелевич, 2004; Кравчишина, 2013; Буренков, 2013].

4.2. Влияние придонных течений на величину вертикальных потоков рассеянного осадочного вещества. Основной вклад в динамике вод Белого моря вносят полусуточные приливные колебания уровня (рис. 36). Приливные колебания определяются не только полусуточным приливным неравенством, но и особенностями конфигурации Белого моря и его заливов. Инструментальные данные [Серебряный, 2009] и численное моделирование [Каган, 2006] показывают наличие придонных течений в Белом море, амплитуда которых при уменьшении глубин увеличивается. Существующей пульсационной энергии течений достаточно для отрыва частиц от дна и даже для размыва участков жесткого дна в Горле [Каган, 2006]. Параллельно проведенные гидрооптические измерения на полигонах (в т.ч. и

9

в Горле) с измерением течений, а также неоднократно зафиксированное увеличение концентрации взвеси в придонных горизонтах за все время исследований [Кравчишина, 2009], свидетельствуют о существовании в Белом море также устойчивых придонных течений и нефелоидных слоев. Обработка данных по скорости и направлению течений за 10 месяцев в Бассейне (рис. За) позволяет говорить о переносе водных масс в данном районе моря преимущественно в восточном направлении. Значения скоростей течений изменялись от 2 до 20 см/с. Вектор скорости колеблется без вращения, меняя направление на обратное, причем, результирующий вектор движения зачастую стремится к нулю. В целом, наблюдаются невысокие результирующие скорости латерального движения придонных водных масс, которые в среднем (для года) составили 1,5 см/с (рис. За).

4.3. Скорости осадконакопления в Белом море. Базируясь на схемах распространения скоростей седиментации для голоцена в Северном Ледовитом океане, среднюю скорость осадконакопления для пелагиали можно принять равной 0,01 мм/год [Левитан, 2012]. Литературные данные о скоростях осадконакопления в прибрежных районах Кандалакшского залива Белого моря показывают интервал 0,31,0 мм/год [Митяев, 2012]. Наши данные по интегральным многолетним потокам для всего моря в придонных горизонтах (около 300 г/м2/год) указывают на скорости осадконакопления в интервале 0,2-0,6 мм/год. Кроме того, мы участвовали в проведении определений скорости осадконакопления в Белом море с помощью радиохронологии. Полученные вертикальные распределения 210РЬ и 137Сз в донных осадках позволяют рассчитать скорости осадконакопления, которые составили от 0,4 до 4,2 мм/год [АНеу, 2007; Алиев, 2009]. Полученные значения скоростей осадконакопления в Белом море соответствуют значениям шельфовых морей Российской Арктики [Куликов, 1970; Павлидис, 1982]. Проведенный сравнительный анализ расчета скоростей осадконакопления по придонным значениям вертикальных потоков осадочного вещества и поверхностного слоя донных осадков, рассчитанных с помощью радионуклидов, свидетельствует о корректности использования метода седиментационных ловушек для ориентировочного определения скоростей осадконакопления в придонных горизонтах.

4.4. Высокоразрешающие дифференциальные методы исследования рассеянного осадочного вещества

4.4.1. Сезонная изменчивость потоков осадочного вещества в Белом море. Всего за исследуемый период нами было поднято 14 седиментационных обсерваторий с сезонной и месячной экспозицией. Поскольку Белое море ежегодно в течение 6-7 месяцев покрыто льдом [Гидрометеорология...,1991], то, фактически, годовой цикл

10

10000

100

5

ш

ст.Ь-15 ст.Ь-15" ст:в05б'

» » - ""»74938 -§Ьт.493о

™и •Ы'Г' СТ.З-Тг.2 ст-Ь-15 «ст.4930

50

100

150

200

250

300

Горизонт постановки, м

Рис. 2. Соотношение интегральных вертикальных потоков в Белом море с глубиной 0300 м: I - область высоких и сверх высоких величин потока; 2 - область величин потока под пикноклином; 3 - область придонных величин потока (станции см. рис. I).

а)

9/1/07 10/1/07 11/1/07 12/1/07 осень

1/1/08 зима

2/1/08 3/1/08

4/1/08

весна

5/1/08

6/1/08 лето

поморі. м,,ва1"'

->„„7 лскпбрь 2008 2007

Расстояние, км 250

г (1.111

—I-1—і г

0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.080.09 '

Г"

„40 80 70 60 50 40

Период, ч

Рис. 3. Результаты круглогодичных измерений придонных течений на ст. 4930: а) верхний график - векторы скоростей течений, нижний график - преобладающий перенос водных масс в течение года; б) спектр возмущений скорости течений (станция см. рис. 1).

Взвесь,

Г,УМ, мг/л

?

!-і і 6

і г

ЯШ 08

оь

...... ілпіз

по <3,!І.і

Август

Вертикальный поток осадочного вещества,

Р, мгЛ

С р ИТЧГртт*

Рис. 4. Среднемесячные распределения концентрации взвеси (мг/л) в поверхностном слое Белого моря по данным спутникового сканера МОШЭ-Ациа, осредненные за 8 лет наблюдений с 2003-2010 гг. [Кравчишина, 2013; Буренков, 2013], а также пересчитанные по уравнению регрессии среднемесячные потоки осадочного вещества (мг/м2/сут) из поверхностного слоя.

Июль

,,<л\4930; 115м ст.4930:1

Й.Кейь; 5м

Аст. З; 270м 4 ст. 3; 55м

б..Кащ.'40м б.Кащ 40м •

ст.4930; 115м

4е*

ст.4938; 72м

А

ст4930;

б.Карт.; 20м І б. Карт.; 40 м

^ст. 75; 58 м

15м

. 1938; 7^

ст.75; ^м ст.ТС^Йм^

А Аст

Аот.55; 50м

ст.55; 240м

55; 110м рЛрвтй;4.5іі

ст.4930; 115м

^Кемь: 20м

•^Карт.; 37м І ^Кемь;11м

ст.4938;72иг ст.4938; 72м А _ .

р.Кереть; 20м І

»ст.4930; 115м'

Н - Эстуарии А - Заливы # - Бассейн

гсШИИ*-----

а ст.4938; 72м

к

ст.4938; 72м А-ст.4930; 115м

март апрель май ВЕСНА

июнь июль август ЛЕТО

сентябрь октябрь ноябрь ОСЕНЬ

дек. янв февр. ЗИМА

(в)

10000

В р. Лена 0 р. Енисей Ш р.Объ Ш р. Печора □ р. С.Двина

• 80° -70°

"еоі!

-50° І її

2 І -40°6 8

I I

-30° -20° - 10°

/ - фитопланктон

2 - бактерии

3 - простейшие

4 - мелкий мезоплі

5 - крупные эврчфагл

6 - крупные хищники

7 - высота солнца над

-1 горизонтом в полдень

лед | 8 - сплошной покров

морского льда

1400

В, мгС/м2

Рис. 5. Сезонная динамика: а) твердого речного стока рек российской Арктики [Согсіееу, 2006], б) основных элементов планктонного сообщества в морях российской Арктики [Лебедева и др., 1994а,б], в) месячных значений потоков осадочного вещества с 2000 по 2009 гг. (собственные данные) в Белом море.

взвесь, О м

материал ловушек, 38/60м

материал ловушек. 43/60м

материал ловушек, 48/60м

дно, 0-1 см

ф^ьшауионнанвзвесь

м

ОБЛАСТЬ ПИКНОКЛИНА

материал из сед, ловушек (гор. 38 м, глуб. 60 м)

т из сед, ловушек (гс

'¡Я 61 6 [5]

материал из сед. ловушек (гор. 43 м, глуб. 60 м)

25 6 6 45

материал из сед. ловушек (гор. 48 м, глуб. 60 м)

25 « 13 5 6 -2: 45

поверхностный слои донных осадков

И А|,%

Ш Сорг,%

СП ЗЮ2амф,%

П Э1/А1

Ш Сорг/Ы

О Литогенная часть,%

25 I' 80

Рис. 6. Сравнительное содержание некоторых химических элементов и компонентов по вертикали (цвет и цифра - фактическое содержание в %): 1) фильтрационной взвеси, 2) материале из седиментационных ловушек. 3) поверхностном слое донных осадков (0-1 см). Двинский залив, ст. 76.

Соотношение обломочных и глинистых минералов 0% 20% 40% 60% 80% 100%

взвесь,0 м

материал ловушек, 52/68м

фильтрационная взвесь

материал и; сед. ловушек (гор. 52 м, глуб. 68 м)

I

поверхностный слои донных осадков

дно, 0-1см

Ж

I Сумма глин О Кварц I Альбит

□ КГ1Ш

I Амфибол О Пироксен

□ Доломит

□ Кальцит

0%

взвесь. 0 м

материал ловушек, 52/68м

дно, 0-1см

Соотношение глинистых минералов 20% 40% 60% 80%

100%

фильтрационная взвесь

I " - ' I ^'Ку' -1

материал из а ;д. ловушек (гор. 52 м. глуб. 68 м)

поверхнос 1ный слой донных осадков

ш

□ Каолинит Я Хлорит 10 И плит О Смектит

Рис. 7. Результаты рентген-дифрактометрического анализа (аналитик О.М. Дара ИО РАН): 1) фильтрационной и сепарационной взвеси, 2) материала из седиментационных ловушек, 3) поверхностного слоя донных осадков в Двинском заливе (ст. 4941).

можно разделить на два крупных периода: ледовый (с низкой биопродуктивностью) и безледный (вегетация фитопланктона и развитие зоопланктона). Соответственно меняются величины потоков рассеянного осадочного вещества. Так, для весеннего сезона (март, апрель, май) среднее значение потока составляло 90 мг/м2/сут, для летнего (июнь, июль, август) 438 мг/м2/сут, для осеннего (сентябрь, октябрь, ноябрь) 263 мг/м2/сут и для зимнего (декабрь, январь, февраль) 35 мг/м2/сут. Таким образом, ледовый период в целом характеризуется самыми низкими величинами потоков осадочного вещества (ср. значение 63 мг/м2/сут), а безледный период самыми высокими - ср. значение 351 мг/м2/сут, т.е. значения потоков арктического лета в 6 раз выше зимних.

4.4.2. Высокоразрешающая (месячная) изменчивость потоков рассеянного осадочного вещества. Более подробно, с месячной дискретностью, нам удалось изучить потоки в глубоководных стратифицированных частях Бассейна и Двинского залива. При структурной смене гидрологического режима характерны устойчивые максимумы потоков рассеянного осадочного вещества из года в год: повышенное содержание потоков в декабре; ледовая разгрузка в апреле; майская вспышка цветения фитопланктона и паводок С.Двины.

4.4.3. Месячный ход потоков осадочного вещества. Сезонная изменчивость содержания взвешенных веществ в морях Арктики тесно связана с развитием планктонных сообществ [Лебедева и др., 1994а; Виноградов, 2004], вариациями речного стока [Лисицын и др., 2000; Сюг(1есу, 1996; 2006], концентрацией аэрозолей в приводном слое атмосферы [Шевченко, 2006; Виноградова, 2007], а также криозолей - в снежно-ледовом покрове [ТлзИгт, 2002; 2010]. Эти факторы влияют и на суммарную величину потоков осадочного вещества, поскольку концентрация взвеси и величина потока неразрывно связаны [Лисицын, 2004]. Эта связь особенно отчетливо проявляется при сопоставлении данных месячных потоков осадочного вещества, определенных с помощью седиментационных ловушек, и одномоментных определений содержания взвеси методами мембранной ультрафильтрации. Такое сопоставление нами выполнено для трех сезонов: весны, лета и осени.

Так, между месячной величиной потока и концентрацией взвеси (для

безледного периода) на горизонте определения потока выявлена линейная

зависимость, где Я2 = 0,7 для 23 измерений, а уравнение регрессии имеет

следующий вид: Р = 1258СВЗВ - 445, где Р - месячная величина потока осадочного

вещества (мг/м2/сут), Сив - массовая концентрация взвеси на горизонте определения

потока (мг/л). Пересчитав по уравнению регрессии значения среднемесячных

распределений концентрации взвеси (мг/л) в поверхностном слое Белого моря,

15

полученных по данным спутникового сканера MODIS-Aqua, и осредненных за 8 лет наблюдений с 2003-2010 гг. [Корс1еуюЬ, 2009; Буренков, 2013; Кравчишина, 2013], можно получить независимую схему распределения среднемесячных потоков осадочного вещества (Р, мг/м^сут) для поверхностного слоя Белого моря для пяти месяцев (рис. 4).

Белое море принадлежит к бассейну Северного Ледовитого океана и подчиняется основным закономерностям, характерным для морей Арктики. Так, большую часть года его акватория покрыта дрейфующими льдами вплоть до середины мая [Думанская, 2008]. После весеннего таяния льда и вскрытия ледостава реками, в моря Арктики начинают поступать огромные порции осадочного материала со всей площади речного водосбора (рис. 5а) [Оог(1ееу, 2006]. Параллельно с этим процессом на свободных ото льда акваториях Арктических морей вследствие высокой солнечной активности и наличия растворенных биогенных элементов, поступающих с речным стоком, и при таянии морского льда, аккумулирующего аэрозольный и др. осадочный материал всю зиму, происходит мощная вспышка цветения фитопланктона и бурное развитие бактерий [Ильяш, 2012, 2013] (рис. 56). В морях Арктики и, в нашем случае, в Белом море происходит резкий сезонный скачок концентрации взвеси (рис. 5 май) и, как следствие, увеличение на порядок значений потоков осадочного вещества (рис. 5в). В конце летнего сезона - начале осени структура планктонного сообщества перестраивается, бурный рост приобретают мезопланктон, эврифаги и крупный зоопланктон (рис. 56) [Лебедева и др., 1994а, б]. Осенние паводки также вносят существенный вклад в увеличение концентраций взвеси в Белом море (рис. 5 сентябрь), что напрямую отражается на величинах потока осадочного вещества (рис. 5в). В конце осени солнечная активность снижается, планктонные сообщества мигрируют на большие глубины (зимовка) [Кособокова, 2012], речной сток перестраивается на режим зимней межени, начинается ледостав. Концентрация взвеси в этот период в арктических морях незначительна, соответственно, минимальны и потоки осадочного вещества (рис. 5).

Глава 5. Вещественный состав потоков осадочного вещества

5.1. Гранулометрический состав рассеянного осадочного вещества потоков.

Гранулометрический состав взвеси Белого моря формируется под влиянием двух основных источников: литогенного (речная взвесь, абразия) и биогенного (фитопланктон, в основном диатомовые водоросли). В осадочном материале из седиментационных ловушек преобладающей гранулометрической фракцией является пелит. Осадочный материал из седиментационных ловушек, как и

16

поверхностный слой донных осадков, в равной степени реагируют на изменяющиеся условия осадконакопления (по гранулометрической крупности материала). Характерно в общем увеличение в поверхностном слое донных осадков сравнительно со взвесью крупных фракций (алевритовых, песчаных и даже гравийных). Эта примесь грубых частиц в пелитовых осадках на большом удалении от суши характерно для вещественно-генетического фона полярных (ледовых) донных осадков [Лисицын, 1994; ГлБНгт, 2004].

5.2. Изучение вещественного состава осаждающегося осадочного вещества визуальными методами

5.2.1. Сравнительное изучение вещественного состава взвеси, материала из седиментационных ловушек и поверхностного слоя донных осадков с помощью оптической микроскопии. Гранулометрический и вещественный состав материала из седиментационных ловушек и поверхностного слоя донных осадков имеют существенное сходство, но, как правило, в донных осадках увеличивается доля грубых фракций и литогенная составляющая. Минеральный состав материала из седиментационных ловушек и поверхностного слоя донных осадков очень близок. Преобладают зерна кварца и полевых шпатов, присутствуют пироксены, амфиболы, часто встречаются зерна минералов гр. граната. В биогенной составляющей преобладают остатки фитопланктона, из них доминируют диатомовые (70%), за ними соответственно следуют: динофлагелляты, золотистые, синезеленые, зеленые.

5.2.2. Сравнительное изучение вещественного состава рассеянного осадочного вещества из седиментационных ловушек и мембранных фильтров с помощью электронной микроскопии. Осадочный материал в седиментационных ловушках представлен преимущественно органоминеральными агрегатами тонко-мелкоалевритовой размерности, а также пеллетными комками. При приближении к терригенным источникам сноса увеличивается доля обломочных минералов, а при удалении - вклад биогенного материала (панцири, биодетрит, пеллеты). В придонном горизонте наблюдается увеличение минеральной составляющей, отмечается укрупнение материала, в том числе появление мелкоалевритовых минеральных зерен, что связано с периодическим взмучиванием осадков приливно-отливными и иными течениями. Важную роль в вертикальных потоках играют пеллетные комки зоопланктона. Оболочки пеллет предохраняют тонкий кремневый биодетрит от растворения, пеллеты разрушаются только в самом верхнем слое донных осадков. Это особая роль контейнерного биотранспорта нарушает ход вертикальной дифференциации взвеси.

5.3. Сравнительное изучение биогенной и литогениой составляющей фильтрационной и сепарационной взвеси, материала из седпмеитационных ловушек и поверхностного слоя донных осадков. Одновременно с исследованиями вещественного состава материала из седиментационных ловушек проводился анализ проб взвеси на мембранных фильтрах и проб донных осадков (слой 0-1 см). Так, Двинский залив, в отличие от Бассейна, характеризуется повышенной долей литогениой составляющей во взвеси (до 44%), что естественно, поскольку взвешенное вещество во многом формируется за счет речного стока Северной Двины (рис. 6). Характерная особенность Двинского залива: по всей вертикали от 0 м до придонного горизонта доля литогениой части составляет от 42 до 45%. Ниже пикноклина содержание органического углерода уменьшается в разы, а в придонном горизонте наблюдается его новое увеличение до 13%, тогда как в поверхностном слое донных осадков не превышает 1%. Соотношение Сорг/Ы постепенно увеличивается от 6 до 9 в вертикальном столбе воды к поверхностному слою донных осадков (рис. 6).

На примерах вертикального распределения рассматриваемых элементов и компонентов в фильтрационной взвеси, материале из седиментационных ловушек и поверхностном слое донных осадков можно выявить разные типы осадконакопления в Белом море. Так, Двинский залив характеризуется существенным влиянием речного стока, соответственно, велика доля терригенного материала и его компонентов. В Бассейне происходит седиментация по особенностям ближе всего к пелагической, с существенным влиянием придонных течений и образованием нефелоидных слоев. Глубоководная часть Кандалакшского залива также характеризуется нормально морскими условиями, но взвесь больше обогащена литогениой составляющей (по сравнению с Бассейном). В северной и южной фронтальных зонах (Горло, граница Онежского залива и Бассейна) присутствуют сильные придонные течения, образующие нефелоидные слои.

5.4. Химический состав осаждающегося вещества, сопоставление фильтрационной взвеси, материала из седиментационных ловушек и поверхностного слоя донпых осадков. В водах открытой части Белого моря растворенные формы преобладают над взвешенными формами элементов, это характерно в первую очередь для Сорг, Си, N1. Для Ре, А1 и РЬ взвешенная форма остается преобладающей [Гордеев и др., 2012]. Для Белого моря характерны большие колебания средних содержаний химических элементов во взвеси (метод мембранной ультрафильтрации) в разные сезоны и из года в год - на это указывают данные разных экспедиций за двенадцатилетпий период исследований. Взвесь

18

Белого моря существенно обогащена органическим углеродом (среднее значение 14,1%), а кремний во взвеси на 2-20% состоит из аморфной части из-за широкого распространения кремниевых панцирей фитопланктона [Кравчишина, 2009]. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что по химическому составу осаждающееся осадочное вещество в седиментационных ловушках в Белом море занимает промежуточное положение между фильтрационной взвесью и поверхностным слоем донных осадков (0-1 см). Так, в поверхностном слое вод мы наблюдаем значительное обогащение осаждающегося осадочного вещества органическим углеродом и элементами-биофилами, придонные же горизонты существенно обогащены литогенными элементами и по химическому составу все более приближаются к поверхностному слою донных осадков, что видно по распределению AI, Si и элементов терригенной группы. Биогенная триада (СаСОз+вЮгаморф+Сорг), которая господствует во взвеси фотического слоя, быстро истирается и растворяется под влиянием зоопланктона (дробление панцирей диатомовых при фильтрации и превращение их в биодетрит с большой удельной поверхностью). Несмотря на малые глубины Белого моря (до 343 м), придонного слоя вод и поверхностного слоя донных осадков достигают только первые проценты биогенного опала и органического углерода, ничтожные количества CaCOj. Поэтому для донных осадков ледово-морского вещественно-генетического фона характерна малая роль биогенной триады (<10%). И это несмотря на господство биогенной триады в фотическом слое, особенно в короткое время цветения планктона (до 70-90%); время вегетации сменяется полярной ночью, и в водной толще преобладает преимущественно литогенный состав осадочного вещества.

5.5. Сопоставление минерального состава фильтрациоппой и

сепарационной взвеси, материала из седиментационных ловушек и

поверхностного слоя донных осадков. Основой минерального состава Белого моря

(взвеси, осаждающегося осадочного вещества и поверхностного слоя донных

осадков) является материал из обширного водосборного бассейна, а также поставка

эолового, биогенного и ледового материала [Лисицын, 2010]. Впервые удалось

сопоставить состав и проследить вертикальную трансформацию минерального

состава в фильтрационной и сепарационной взвеси, материале из седиментационных

ловушек и поверхностном слое донных осадков (рис. 7). В Двинском заливе сумма

глин по вертикали от поверхности к донным осадкам (во взвеси - 0 м, в материале

седиментационных ловушек - 52 м и поверхностном слое донных осадков)

уменьшается в разы (рис. 7). Это связано с флотационными и дисперсионными

свойствами глинистых минералов, в отличие от обломочных. Кроме того,

19

местоположение исследования (Зимний берег) приходилось на область транзитного выноса С.Динских вод в Горло, характерной особенностью которого являются относительно высокие течения (до 25-30 см/с), повышающие способность миграции глинистых минералов. В фильтрационной и сепарационной взвеси, материале из седиментационных ловушек и поверхностном слое донных осадков (с небольшими вариациями) преобладал иллит, далее, по убывающей — хлорит, коалинит, смектит.

Необходимо отметить высокие содержания смектита в Двинском заливе относительно остальных частей Белого моря. Так, по данным М.Д. Кравчишиной [2009] один из основных источников поставки смектита в морскую взвесь, а затем в осадки является водосбор р. Северной Двины, об этом косвенно указывает и повышенное содержание смектита во взвеси 17% по отношению к осаждающемуся осадочному веществу и осадкам - 14% (рис. 7). Из обломочных минералов самым мобильным оказался кварц. Его содержание в фильтрационной и сепарационной взвеси, материале из седиментационных ловушек и поверхностном слое донных осадков было соответственно: 10, 33, 48%. В два раза увеличилось содержание альбита в донных осадках относительно взвеси, а соотношение остальных минералов в осадочной триаде было сравнительно консервативно. Среди карбонатных минералов в больших количествах был обнаружен доломит, во взвесь он попадает в результате размыва и переотложения моренных красноцветных карбонатных суглинистых пород, которые занимают незначительные ареалы распространен™ в водосборе Белого моря и приурочены, в том числе, к речной долине Северной Двины. Кальцит и арагонит имеют подчиненное значение.

Минеральный состав потоков осадочного вещества формирует абиогенная часть взвеси, эта закономерность распространяется на всю водную толщу. В придонных горизонтах существенное влияние оказывает поверхностный слой донных осадков в виде нефелоидных слоев. В вертикальном распределении фильтрационной и сепарационной взвеси, материале из седиментационных ловушек и поверхностном слое донных осадков соотношение основных групп минералов остается сравнительно постоянным.

Заключение. Удалось рассмотреть осадочный процесс как единую систему из трех частей: 1) рассеянного осадочного вещества фильтрационной и сепарационной взвеси, 2) осаждающегося осадочного вещества (материал из седиментационных ловушек) и 3) поверхностного слоя донных осадков.

Выделены три области величин потоков осадочного вещества в Белом море: 1 —

область высоких и сверхвысоких величин потока - она характерна для фронтальных

зон (Горло, граница Онежского залива и Бассейна), а также устьевых областей рек; 2

20

— область величин потока под пикноклином и промежуточной водной массе; 3 -область придонных величин потока, характеризующаяся необычно повышенными значениями.

Экспериментальные данные по количественной оценке потоков осадочного вещества, а также прямо изученные в рейсах и обсерваториях скорости придонных течений, гидрооптические и гидрофизические данные и многие косвенные признаки по составу осадочного вещества показывают наличие устойчивого придонного нефелоидного слоя в Белом море.

Наблюдается ярко выраженная сезонная изменчивость потоков осадочного вещества в Белом море. Так, максимальные значения характерны для безледного летнего периода, а минимальные значения для зимнего периода, когда море и питающие провинции покрыты снежно-ледовым покровом. При структурной смене гидрологического режима характерны устойчивые максимумы потоков рассеянного осадочного вещества из года в год (повышенное содержание потоков в декабре; ледовая разгрузка в апреле; майская вспышка цветения фитопланктона и паводок С.Двины; повышенные потоки во фронтальных зонах).

Гранулометрический и вещественный состав материала из седиментационных ловушек и поверхностного слоя донных осадков имеет существенное сходство, однако во всех донных осадках увеличивается доля грубых фракций и литогенная составляющая. По химическому составу осаждающееся осадочное вещество в Белом море занимает промежуточное положение между взвесью фотического слоя и самым поверхностным слоем донных осадков. Так, в верхних слоях воды наблюдается значительное обогащение осаждающегося осадочного вещества органическим углеродом и кремнеземом, а придонные горизонты существенно обогащены литогенными элементами и по химическому составу приближаются к поверхностному слою донных осадков. Минеральный состав материала из глубинных седиментационных ловушек и поверхностного слоя донных осадков очень близки.

Выявленные мгновенные и суточные (мембранная ультрафильтрация), месячные, сезонные, годовые, многолетние и межгодовые (12 лет работ автоматических глубинных седиментационных обсерваторий) могут быть основой для нового понимания осадочных процессов в морях и океанах, а также для решения вопросов минералогии и геохимии современного осадочного процесса, изучения геохимии загрязнений на фоне новых количественных исследований в реальном времени.

Белое море, одно из шести арктических морей России, может рассматриваться как мегаполигон для развертывания исследования всех морей Российской Арктики.

Проведенные исследования с новой методикой и новой технологией изучения морских акваторий с помощью автоматических глубинных седиментационных обсерваторий в сочетании с изучением донных осадков, судовыми и спутниковыми наблюдениями рекомендуются для изучения морей Российской Арктики.

Это новый количественный (в пространстве и времени) уровень литолого-геохимических исследований прямого изучения осадочного процесса не только в Арктике, но и в других зонах Мирового океана. Выводы.

1. С применением новых методов (автоматические глубинные седиментационные обсерватории в сочетании с судовыми и спутниковыми данными) установлены средние многолетние (12 лет непрерывных исследований) величины потоков осадочного вещества: для всего моря они составили 234 г/м2/год, для Двинского залива - 243 г/м2/год, для Бассейна - 213 г/м2/год, для Кандалакшского залива - 367 г/м2/год. Для водного столба 0-100 м средняя величина потока составила 171 г/м2/год, для водного столба 100-300 м средняя величина потока составила 275 г/м2/год (рост в придонном слое).

2. Максимальные скорости течений в Белом море нами выявлены в Горле (скорость от 50 до 100 см/с). В глубоководной части Кандалакшского залива в придонных горизонтах значения течений не превышали 10 см/с, в придонных горизонтах Двинского залива течения достигали 25 см/с. Результирующий вектор скорости латерального движения придонных водных масс в течение года в среднем составляет 1,5 см/с. Приведенные исследования свидетельствуют о наличии устойчивых придонных течений в Белом море, приводящих к образованию нефелоидных слоев.

3. Определены скорости осадконакопления (абсолютные массы для осадков) в Белом море, варьирующие от 0,4 до 4,2 мм/год. Полученные значения скоростей осадконакопления в Белом море близки к значениям для шельфовых морей Российской Арктики. Сопоставление скоростей осадконакопления придонных значений потоков осадочного вещества с поверхностным слоем донных осадков (метод радиохронологии) свидетельствует о корректности использования метода седиментационных ловушек для ориентировочной оценки скоростей осадконакопления в придонных горизонтах.

4. Выявлена пространственно-временная зависимость количества и состава

осаждающегося вещества (в седиментационных ловушках) с фильтрационной

взвесью. Используя спутниковые данные, стало возможно бесконтактным методом

22

непрерывно получать (для безледного периода) месячные данные о величинах потока осадочного вещества из самого поверхностного слоя (верхняя часть зоны фотосинтеза) для всего моря, а также для прилегающей морей, т.е. охватывать огромные регионы.

5. Метод автоматических глубинных седиментационных обсерваторий (АГОС) и непрерывные спутниковые, гидрооптические и гидрофизические наблюдения открывают новые возможности для океанологии и седиментологических наблюдений и экспериментов. Они превращают толщу вод морей и океанов в огромную седименто-геохимическую лабораторию. С большими перспективами для исследований метод автоматических глубинных седиментаци01шых обсерваторий открывает возможность для проведения круглогодичного изучения морей Российской Арктики, основную часть года покрытых льдом и недоступных для исследований.

Список основных научных работ, опубликованных в периодических изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Ильяш Л.В., Радченко И.Г., Новигатский А.Н. и др. Вертикальный поток фитопланктона и осадочного вещества в Белом море по данным длительной экспозиции седиментационных ловушек // Океанология. 2013. Т. 53. № 2. С. 216224.

2. Лукашин В.Н., Клювиткин A.A., Лисицын А.П., Новигатский А.Н. и др. Малая ссдиментационная ловушка MCJI-110 // Океанология. 2011. Т. 51. № 4. С. 746-750.

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

4. Кузьмина Т.Г., Леин А.Ю., Лучшева Л.Н., Мурдмаа И.О., Новигатский А.Н. и др. Химический состав поверхностного слоя донных, осадков Белого моря // Литология и полезные ископаемые. 2009. № 2. С. 115-132.

5. Кравчишина М.Д., Шевченко В.П., Филиппов A.C., Новигатский А.Н. и др. Вещественный состав водной взвеси устья р. Северной Двины (Белое море) в период весеннего половодья// Океанология. 2010. Т. 50. № 3. С. 396-416.

6. Федоров Ю.А., Овсепян А.Э., Лисицын А.П., Доценко И.В., Новигатский А.Н. и др. Закономерности распределения ртути в донных отложениях по разрезу река Северная Двина - Белое море // ДАН. 2011. Т. 436. № 1. С. 99-102.

7. Лукашин В.Н., Кособокова К.Н., Шевченко В.П, Шапиро Г.И., Пантюлин А.Н. Перцова Н.М., Деев М.Г., Клювиткин A.A., Новигатский А.Н. и др. Результаты комплексных океанографических исследований в Белом море в июне 2000 г. // Океанология. 2003. Т. 43. №2. С. 237-253.

8. Долотов Ю.С., Ргшский-Корсаков H.A., Теликовский A.A., Пронин A.A., Новигатский А.Н. и др. Особенности рельефа, поверхностных донных осадков и строения осадочной толщи в различных зонах эстуария р. Кемь (Белое море) // Океанология, 2005. Т. 45. № 6. С. 784-792.

9. Шевченко В.П., Покровский О.С., Филиппов А.С., Лисицын А.П., Бобров В.А., Богунов А.Ю., Завернина Н.Н., Золотых КО., Исаева А.Б., Кокрятская Н.М., Коробов В.Б., Кравчишина М.Д., Новигатский А.Н. и др. Об элементном составе взвеси реки Северная Двина (Белое море) // ДАН. 2010. Т. 430. № 5. С. 686-692.

10.Шевченко В.П., Здоровенное Р.Э., Кравчишина М.Д., Кутчева И.П., Новигатский

A.Н. и др. Системные исследования Белого моря в период летней межени 2009 г. в рейсе научно-исследовательского судно «Эколог» // Океанология. 2010. Т. 50. № 4. С.666-670.

М.Ильям Л.В., Радченко И.Г., Шевченко В.П., Лисицын А.П., Пака В.Т., Буренков

B.И., Новигатский А.Н. и др. Пространственное распределение фитопланктона Белого моря в конце лета в связи со структурой и динамикой вод // Океанология. 2011. Т. 51. №6. С. 1054-106.

12.AlievKA., Bobrov V.A., Kalmykov S.N., Melgunov M.S., Vlasoval.E, Shevchenko V.P., Novigatsky A.N., Lisitzin A.P. Natural and artificial radionuclides as a tool for sedimentation studies in the Arctic region // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 2007. V. 274. No. 2. P. 315-321.

13.Shevchenko V.P., Dolotov Yu.S., Filatov N.N., Alexeeva T.N., Nothig E-M., Filippov A.S., Novigatsky A.N., etal. Biogeochemistry of Kem' estuarine zone, White Sea (Russia) // Hydrology and Earth System Sciences. 2005. V. 9. P. 57-66. Материалы конференций:

1. Новигатский A.H. и др. Среднемесячная оценка содержания взвеси и вертикальных потоков осадочного вещества в поверхностном слое Белого моря по данным спутниковых сканеров цвета // "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса". 12-16 ноября 2012 г. Москва. ИКИ РАН.

2. Новигатский А.Н. и др. Интегральные вертикальные потоки осадочного вещества в Белом море // Материалы 4-го Всероссийского литологического совещания. Москва, 7-9 ноября 2006 г. Т. 2. С.144-146.

3. Новигатский А.Н. и др. Вертикальные потоки осадочного вещества в губе Чупа, Белое море // В кн.: Геология и геоэкология. ГИ КНЦ РАН. 2005. С. 76-79.

4. Novigatsky A.N., et al. Suspended particulate matter distribution in the White Sea // Seventh Workshop on Land Oceans Interaction in the Russian Arctic, LOIRA project. Abstracts. Moscow, 2004. P. 99-101.

5. Novigatsky A.N., et al. Vertical Fluxes of Sedimentary Matter in Estuaries of Rivers Karelian Coast of White Sea // 10th International Symposium on River Sedimentation. Moscow. August 1-4 2007. P. 191-195.

6. Novigatsky A.N. et al. Vertical under-the-ice particle flux in the Central Arctic Ocean // Abstract volume of SCAR/IASC IPY Open Science Conference "Polar Research -Arctic and Antarctic perspectives in the International Polar Year". St. Petersburg, Russia, July 8-11,2008. P. 107.

7. Dara O.M., Novigatsky A.N., et al. Clay minerals in aerosols, suspended particulate matter and bottom sediments of the Kandalaksha Bay (White Sea) // Abstracts of International conference "Clays, clay minerals and layered materials - CMLM2009" (Zvenigorod, Russia, 21-25 September, 2009). P. 178-179.

Подписано в печать:

20.05.2013

Заказ № 8521 Тираж - 100 экз. Печать трафаретная. Объем: 1,5 усл.п.л. Типмрафия «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Новигатский, Александр Николаевич, Москва

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. ПЛ.Ширшова Российской академии наук

04201358248

НОВИГАТСКИЙ Александр Николаевич

ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ПОТОКИ ОСАДОЧНОГО ВЕЩЕСТВА

В БЕЛОМ МОРЕ

Специальность 25.00.28 - «Океанология»

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: д.г.-м.н., академик РАН

На правах рукописи УДК 551.463.8

Москва - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Введение 4 Глава 1. Потоки осадочного вещества в Арктике (Литературный обзор)

1.1. Основные потоки осадочного вещества в морях Арктики 7

1.2. Изученность вертикальных потоков осадочного вещества в морях Арктики с д помощью седиментационных ловушек

Глава 2. Краткая характеристика района исследований

2.1. Основные физико-географические черты Белого моря 17

2.2. Основные черты водосбора (осадкосбора) 19

2.3. Геологическое строение Белого моря 20

2.4. История осадкообразования 24 Глава 3. Материалы и методы

3.1. Объем работ и характеристика фактического материала 26

3.2. Изучение осадочного вещества с помощью седиментационных обсерваторий 27

3.3. Выделение взвеси 33

3.4. Получение ненарушенного поверхностного слоя донных осадков 35

3.5. Методики лабораторных исследований рассеянного вещества

3.5.1. Первичная обработка и деление осадочного вещества из седиментационных ^ ловушек

3.5.2. Определение гранулометрического состава 38

3.5.3. Метод оптической микроскопии 38

3.5.4. Электронная микроскопия высокого разрешения 39

3.5.5. Определение общего и органического углерода и азота 39

3.5.6. Определения А1, Р фотометрическим методом 40

3.5.7. Определение аморфного кремнезема 40

3.5.8. Атомно-абсорбционная спектрофотометрия 40

3.5.9. Инструментальный нейтронно-активационный анализ 40

3.5.10. Рентгенофазовый анализ 41

Глава 4. Количественная характеристика вертикальных потоков в Белом море

4.1. Годовые и межгодовые изменения интегральных потоков осадочного вещества 42

4.2. Влияние придонных течений на величину вертикальных потоков осадочного ^ вещества в Белом море

4.3. Скорости осадконакопления в Белом море 56

4.4. Высокоразрешающие дифференциальные методы исследования рассеянного осадочного вещества

4.4.1. Сезонная изменчивость потоков осадочного вещества в Белом море 59

4.4.2. Высокоразрешающая (месячная) изменчивость потоков рассеянного ^ осадочного вещества

4.4.3. Месячный ход потоков осадочного вещества 69 Глава 5. Вещественный состав потоков осадочного вещества

5.1. Гранулометрический состав рассеянного осадочного вещества потоков 78

5.2. Изучение вещественного состава осаждающегося осадочного вещества визуальными методами

5.2.1. Сравнительное изучение вещественного состава взвеси, материала из седиментационных ловушек и поверхностного слоя донных осадков с помощью 83 оптической микроскопии

5.2.2. Сравнительное изучение вещественного состава рассеянного осадочного вещества из седиментационных ловушек и мембранных фильтров с помощью 93 электронной микроскопии

5.3. Сравнительное изучение биогенной и литогенной составляющей ^ фильтрационной и сепарационной взвеси, материала из седиментационных ловушек

и поверхностного слоя донных осадков

5.4. Химический состав осаждающегося вещества, сопоставление фильтрационной взвеси, материала из седиментационных ловушек и поверхностного слоя донных 106 осадков

5.5. Сопоставление минерального состава фильтрационной и сепарационной

взвеси, материала из седиментационных ловушек и поверхностного слоя донных 109

осадков

Заключение

Выводы

Список литературы Приложение

119 121 123 135

ВВЕДЕНИЕ

Потоки вещества в толще вод от поверхности до дна являются прямой (инситной) основной количественной характеристикой при изучении осадкообразования, позволяют в динамике и во времени изучать процессы современной седиментации рассеянного вещества и его преобразования при прохождении через водную толщу. Возникает возможность измерять количество и состав вещества, поступающего на дно [Лисицын, 2001]. Поток определяется количеством вещества, проходящего через единицу площади в единицу времени (мг/см2/сут, г/м2/год) и соответствует абсолютной массе осадконакопления.

Изучение рассеянного осадочного вещества в толще вод обеспечивается внедрением в практику исследований седиментационных ловушек разных типов, которые являются важными частями глубинных автоматических седиментационных обсерваторий - станций круглогодичного изучения водной толщи на разных глубинах. Седиментационная обсерватория - это (кроме ловушек) серия приборов для непрерывного и синхронизированного во времени изучения вертикальных потоков осадочного вещества, изменений прозрачности (мутности), определения скорости и направления течений и многих других параметров [Лисицын, 2012].

Учение о потоках вещества и загрязнений в океане пока только начинает развиваться. Седиментологи, геохимики, а так же биологи и экологи все еще недостаточно оценивают значение этого количественного метода, огромных возможностей его использования для понимания природы океана, построения количественных моделей, методов прогноза [Лисицын, 20016; Лисицын, 20106].

Первоначально значительная часть исследований была посвящена потокам органического вещества и других биогенных компонентов (в мг/м2/год) [Deuser, 1996; Honjo et. al., 1982; Knauer et. al., 1979; Lohrenz et. al., 1992; Soutar et. al., 1977; Suess, 1980; Walsh, 1988 и др.]. Частицы, находящиеся в морской воде во взвешенном состоянии, при фильтрации воды зоопланктоном включаются в состав фекальных пеллет и пищевых комков, а также налипают на слизистые поверхности биогенных частиц. Эти процессы обеспечивают осаждение тонкого биогенного детрита и литогенного вещества в составе крупных биогенных агрегатов, которые сравнительно быстро достигают морского дна [Asper, 1987; Berelson, 2002; Fowler, Small, 1972; Komar, 1981; Peterson et. al., 2005; Shanks, Trent, 1980 и др.].

Количество надежных наблюдений за потоками осадочного вещества на вертикальных разрезах водной толщи Арктики пока не велико и исчисляется несколькими десятками станций, при этом большая их часть относится к районам освобождающимся

летом от льдов. Данных для Центральной Арктики, из области круглогодичного распространения льдов, на сегодняшний день - очень мало.

Значительное, на несколько порядков, повышение значений потоков отмечается по мере приближения к устьям великих сибирских рек - достигая предельных значений в 22156 мг/м2/сут [Лисицын, 1994]. Высокие величины потоков характерны у кромки льдов [Ramseier et al., 1999; Bauerfeind et al., 2009], а также в зоне таяния дрейфующих льдов в проливе Фрама [Honjo, 1990; Hebbeln, 2000], где идет основная разгрузка латерального снежно-ледового потока осадочного вещества из Арктического бассейна [Fahrbach et al., 2001]. Того же порядка могут достигать потоки на континентальном склоне Арктических морей [Лукашин и др., 1996; Лукашин, 2008]. Значительно возрастают потоки также в фиордах и заливах, чаще всего они в пределах 200-2000 мг/м2/сут [Andreassen et al., 1996; O'Brien et al., 2006].

С этими значениями резко контрастируют пока ещё очень редкие данные о потоках под постоянным ледовым покровом: все имеющиеся значения находятся в пределах 1-100 мг/м2/сут. Чаще всего они ниже 5 мг/м2 /сут [Hargrave et al., 1994; Lisitzin, 2010]. Это настоящая ледяная пустыня, значение потока соответствует низким, минимальным для Мирового океана, содержаниям взвеси под покровом паковых льдов и минимальному развитию планктона [Агатова и др., 2011; Кособокова, 2012]. Такие резкие снижения потоков отмечаются и для морей Арктики в зимние месяцы [Fahl et al., 2007; Lalande et al., 2009].

Высокие значения потоков выявлены по фронту таяния льдов. Они обычно превышают 100-200 мг/м2/сут, т.е. на порядок и более превышают потоки под покровом льдов [Hebbeln and Wefer, 1991]. Это связано с тем, что паковые льды накапливают осадочный (эоловый и морской) материал на протяжение многих лет, концентрируют его в поверхностном слое, на дне снежниц и в углублениях поверхности. Эти области разгрузки льдов от осадочного вещества выявляются также и по содержанию взвеси в морской воде, по высокой первичной продукции и носят название фронта таяния льдов [Quadfasel et al., 1987; Ramseier et al., 1999]. Таким образом, моря Арктики, а также Центральная Арктика - области глобального дефицита осадочного вещества в водной толще [Левитан и др., 2012], которые окружены областями высоких потоков в маргинальных фильтрах и областях таяния льдов [Lisitzin, 2010].

Цели и задачи исследования. Целью работы является исследование пространственно-временной изменчивости распределения и состава потоков осадочного вещества в водной толще для установления закономерностей современного осадконакопления в Белом море.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. оценить вертикальные потоки осадочного вещества, используя метод седиментационных ловушек и седиментационных обсерваторий;

2. выявить закономерности пространственно-временной изменчивости (среднегодовой и среднемесячной) величины и состава осаждающегося осадочного вещества;

3. сопоставить состав осаждающегося осадочного вещества с составом водной взвеси и с поверхностным слоем донных осадков;

Научная новизна работы. Впервые рассмотрен осадочный процесс как единая система трех частей: 1) рассеянное осадочное вещество (фильтрационная и сепарационная взвесь), 2) осаждающееся в толще вод осадочное вещество (материал из седиментационных ловушек) и 3) поверхностный слой донных осадков на одном природном объекте - Белом море.

Впервые количественно и качественно изучены вертикальные потоки осадочного вещества во всей акватории Белого моря методом автоматических глубинных седиментационных обсерваторий (АГОС).

Получены новые данные о ходе осадочного процесса, начиная от поверхности моря до верхнего слоя донных осадков.

Впервые в Белом море применен системный подход к исследованию процессов распределения и состава осадочного материала вертикальных потоков в разные сезоны непрерывно на протяжении двенадцати лет.

Проведенные в ходе работ месячные, сезонные, годовые, многолетние количественные оценки вертикальных потоков осадочного вещества Белого моря являются основой для прямых расчетов поступления химических компонентов и минералов, а также разнообразных загрязнений в поверхностный слой донных осадков. Белое море, одно из шести морей Российской Арктики, может рассматриваться как мегаполигон для развертывания дальнейших современных исследований с использованием открытых новых закономерностей арктического седиментогенеза.

Работа направлена на разработку новых технологий комплексного изучения морских акваторий с помощью подводных седиментационных обсерваторий, регулярных судовых наблюдений в сочетании с использованием спутниковой информации. Эти технологии могут быть использованы в целях улучшения экологической обстановки за счет более рационального природопользования, основанного на оперативном экомониторинге морской среды. Первоочередной задачей является круглогодичный мониторинг на трассе Севморпути.

ГЛАВА 1. ПОТОКИ ОСАДОЧНОГО ВЕЩЕСТВА В АРКТИКЕ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР) 1.1. Основные потоки осадочного вещества в морях Арктики.

Изучение потоков осадочного вещества в целом, отдельных его, минералов, химических элементов, а также разнообразных загрязнений - это новый количественный метод седиментологии и геохимии, имеющий исключительно важное значение для понимания процессов в Арктике в их динамике (а не в статике, что обычно делается на основании определения содержаний компонентов). Поток определяется количеством компонента, переходящего через единицу площади в единицу времени (мг/см2/сут, г/м2/год) и соответствует абсолютной массе осадконакопления [Лисицын, 2004].

Удаётся разделить и области преобладания горизонтальных потоков, и области преобладания вертикальных, а также места с наклонными траекториями потоков и с траекториями, меняющимися по сезонам и от года к году [Fahl et al, 2007]. Сочетание данных по потокам в море с данными о поступлении главных масс осадочного материала с суши (терригенный, речной, абразионный материал), а также из верхних слоев водной толщи (биогенный материал) с вертикальными потоками, определенными в водной толще, и с данными по скоростям седиментации открывает огромные перспективы для нового понимания геохимических процессов, седиментации, скоростей удаления загрязнений из водной толщи, о годовом и многолетнем режиме потоков загрязнений и др. [Лисицын, 2001а; Honjo et al., 2008; Романкевич и др., 2009; Ветров, Романкевич, 2011].

Главные из горизонтальных потоков осадочного вещества - это потоки вещества с суши при горизонтальном его перемещении из обширных водосборов водами рек (таб. 1.1.1) [Gordeev, 2006].

Таблица 1.1.1.

Характеристики водосборных бассейнов и твердого стока рек Евразии - горизонтальные _потоки вещества (взвеси) с континента в океан [Оогёееу, 2006].

Водосборные бассейны Площадь 103 км2 Твердый сток 10б т/год Средняя мутность рек Модуль твердого стока т/ км2/год'

Баренцева и Белого морей 1386 22 47 15,9

Карского моря 6589 33,2 22 5

Моря Лаптевых 3643 25,1 34 6,9

Восточно-Сибирского моря 11342 33,6 134 25

Чукотского моря 94,2 0,7 34 7,4

Всего для Евразийского бассейна 13054* 115 40 8,8

На азиатскую часть водосбора приходится 11.2 млн. км2. Европейскую -1,5 млн. км2. Из ежегодного твердого стока Евразийского сектора Арктики (115 млн. т) 107 млн.т осаждается в маргинальных фильтрах (93%).

Энергия этого потока по сезонам меняется в разы Этот перенос далее дополняется в море вдольбереговым потоком наносов, который направлен горизонтально вдоль берегов Арктики с запада на восток (против часовой стрелки) и зависит от силы и направления ветра, а также силы Кориолиса Это также и горизонтальный поток осадочного вещества зимой, т е большую часть года, когда ледовый покров почти прекращает или резко сокращает вдольбереговое (и волновое) перемещение вещества в море Третий, главный вид горизонтальных потоков, уникальных для ледовых зон - по самой поверхности арктических морей и Центральной Арктики - связан с переносом осадочного материала морскими льдами В области паковых льдов этот поток идет круглогодично, в области однолетних льдов прерывается на два-три месяца [Тлвкгш, 2010]

Потоки эолового материала также разделяются на горизонтальные и вертикальные Эоловый материал (главным образом со снегом) выпадает на поверхность льда Летом снег тает и превращается в воду снежниц, скапливается в понижениях их дна, а осенью вмерзает в лед Дальнейшая судьба эолового материала связана с дрейфующим льдом, т е с горизонтальным потоком Этот цикл повторяется ежегодно и приводит к концентрации вещества на поверхности Разгрузка льда при таянии (и для однолетних, и для многолетних льдов) придает осадочному материалу новое изменение вектора потока с горизонтального (в ходе дрейфа льда) на вертикальное при попадании в морскую воду после таяния [Ногуо, 1990,1лзкгт, 2002]

Таким образом, показаны главные горизонтальные потоки осадочного вещества для поверхностных слоев морей Арктики

1.2. Изученность вертикальных потоков осадочного вещества в морях Арктики с помощью седиментационных ловушек

На глубинах главное значение вектора потока определяется равнодействующей скорости осаждения частиц - (вертикальный поток) и течений на данной глубине (горизонтальный поток) При изменении направления и скорости течений в разных слоях водной толщи (по вертикали) может быть построен интегральный вектор потока, который соответствует результативному перемещению осадочного вещества в ходе его осаждения с поверхности до дна Такие же интегральные значения потоков удается построить и для координаты времени - (для сезона, года, нескольких лет) - по данным наблюдений седиментационными ловушками с отбором проб на одних и тех же горизонтах, но в разное время года и при многолетних наблюдениях [Лисицын, 2004]

Учение о потоках вещества и загрязнений в океане пока только начинает развиваться Седиментологи, геохимики, а так же биологи и экологи все еще недостаточно

оценивают значение этого количественного метода, огромных возможностей его использования для понимания природы океана, построения количественных моделей, методов прогноза [Лисицын, 20016, Лисицын, 20106]

Первые данные по потокам в Российской Арктике, полученные за последние годы не на отдельных станциях, а по единой программе на системе разрезов, уходящих от устьев великих рек Сибири на север, представляются исключительно важными [Лисицын и др , 1994, Лисицын, 1994, Лисицын и др , 2010а], особенно в сопоставлении с данными из других районов Северного Ледовитого океана

Количество надежных наблюдений за потоками осадочного вещества на вертикальных разрезах водной толщи Арктики пока не велико и исчисляется несколькими десятками станций, при этом большая их часть относится к районам освобождающимся летом от льдов (таб 12 1) Данных для Центральной Арк�