Положение верхней границы сероводородной зоны над бровкой шельфа Крыма

Целью данной работы является обсуждение и выявление причин, по которым над бровкой шельфа Черного моря происходило поднятие верхней границы сероводородной зоны, наблюдавшееся в 2015-2019 гг. Для гидрохимии Черного моря положение этой границы имеет важнейшее значение, поскольку в случае ее поднятия к поверхности морю грозит экологическая катастрофа. С учетом интенсивного межбассейнового водообмена это может повлиять на состояние экосистем Восточного Средиземноморья и Азовского моря.

В статье обсуждаются особенности положения верхней границы сероводорода, определяемой по изосульфиде 3 мкМ, над бровкой шельфа Крыма, полученные по данным экспедиционных исследований Морского гидрофизического института РАН в 2015-2019 гг. Применимо к западному шельфу Крыма, который является частью северо-западного шельфа Черного моря (СЗШ), положение границы сероводорода на бровке имеет особое значение. Возможное «затекание» сероводорода из глубоководной части моря на северо-западный шельф может еще более усугубить и без того не самое благоприятное экологическое состояние придонных вод шельфа, в которых в теплое время года регулярно возникает гипоксия, в некоторых случаях завершающаяся замором рыбы.

Сравнение осредненных профилей концентрации сероводорода в шкале условной плотности σ_t показало, что профили над южным шельфом Крыма (к востоку от м. Херсонес) незначительно отличаются от профилей для глубоководной части моря, сероводородная зона в этих районах появляется на изопикнической поверхности σ_t = 16,15 кг/м³. Тогда как на СЗШ Черного моря ее появление происходит несколько выше, на σ_t = 16,06-16,09 кг/м³. Среди профилей 21 станции, выполненных в 2015-2019 гг. на СЗШ, были выделены три станции, на которых сероводород появился неожиданно высоко на глубине 85-90 м. Причины такого подъема оказались связаны исключительно с динамикой вод в начале декабря 2017 г., поскольку в шкале плотностей эти три станции никак не выделялись. Их профили располагались рядом и пересекались со средним профилем по СЗШ, изосульфида 3 мкМ для них располагалась, как и на большинстве других шельфовых станций, на изопикне σ_t = 16,06-16,09 кг/м³. Были выделены также пять станций, располагающихся над бровкой шельфа, на которых появление сероводорода происходило выше изопикнической поверхности σ_t = 16,0 кг/м³. Анализ гидрологической обстановки показал, что эти станции находились на периферии антициклонических круговоротов, что во всех случаях способствовало выносу наверх по склону расположенных ниже сероводородсодержащих вод.

1. Андрусов Н.И. Предварительный отчет об участии в Черноморской глубокомерной экспедиции // Известия Русского географического общества. 1890. Т. 26. Вып. 2. С. 380-409.

2. Безбородов А.А. Связь границы сероводородной зоны с плотностной структурой вод в Черном море // Доклады АН УССР. Сер. Б. 1990. № 12. С. 3-7.

3. Безбородов А.А., Еремеев В.Н. Черное море. Зона взаимодействия аэробных и анаэробных вод. Севастополь: МГИ АНУ, 1993. 299 с.

4. Елкин Д.Н., Зацепин А.Г., Подымов О.И., Островский А.Г. Опускание вод в Экмановском слое, образованном прибрежным даунвеллинговым течением над наклонным дном // Океанология. 2017. Т. 57. № 4. С. 531-537. DOI: 10.7868/S0030157417040025.

5. Кондратьев С.И., Видничук А.В. Вертикальное распределение кислорода и сероводорода в Черном море в 2016 г. // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2020. № 3. С. 91-99.

6. Кондратьев С.И., Видничук А.В. Особенности вертикального распределения кислорода и сероводорода в Черном море по экспедиционным данным Морского гидрофизического института в 1995-2015 годах // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34. № 5. С. 422-433. DOI: 10.22449/0233-7584-2018-5-422-433.

7. Кондратьев С.И., Романов А.С., Внуков Ю.Л. Особенности распределения гидрохимических характеристик в районе материкового склона северо-западной части Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2007. № 5. С. 96-106.

8. Орехова Н.А., Коновалов С.К. Кислород и сероводород в верхнем слое донных отложений Черного моря // Система Черного моря. М.: Научный мир, 2018. С. 542559. DOI: 10.29006/978-5-91522-473-4.2018.119.

9. Попов Ю.И., Матыгин А.С., Украинский В.В., Ломакин Е.П., Малахов И.В. Особенности гидрологической структуры склоновых вод северо-западного шельфа Черного моря в сентябре 2008 г. // Украинский гидрометеорологический журнал. 2010. № 6. С. 217-224.

10. Самодуров А.С., Чухарев А.М. Экспериментальная оценка коэффициента вертикального турбулентного обмена в стратифицированном слое Черного моря в окрестности свала глубин // Морской гидрофизический журнал. 2008. № 6. С. 14-24.

11. Самодуров А.С., Чухарев А.М., Носова А.В., Глобина Л.В. Интенсификация внутренних волн в зоне сопряжения шельфа и континентального склона как фактор интенсификации вертикального обмена // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2013. Т. 6. № 2. С. 12-24.

12. Современные методы гидрохимических исследований океана / отв. ред. О.К. Бордовский, А.М. Чернякова. М.: Ин-т океанологии им. П.П. Ширшова АН СССР, 1992. 201 с.

13. Black Sea Oceanography. Results from the 1988 Black Sea expedition, J.W. Murray (ed.), Deep-Sea Research, 1991, vol. 38, Supplement 2, p. S655-S1266.

14. Codispoti L.A., Friederich G.E., Murray J.W., Sakamoto C.M. Chemical variability in the Black Sea: implications of continuous vertical profiles that penetrated the oxic/an-oxic interface, Deep-Sea Research, 1991, vol. 38, no. 2a, p. S691-S710, DOI: 10.1016/S0198-0149(10)80004-4.

15. Gulin M.B., Stokozov N.A. Variability of oxic/anoxic conditions over the fields of methane seeps at the NW Black Sea shelf slope, Marine Ecological Journal, 2010, vol. 9, no. 2, p. 51-57.

16. Konovalov S.K., Murray J.W. Variations in the chemistry of the Black Sea on a time scale of decades (1960-1995), Journal of Marine Systems, 2001, vol. 31(1-3), p. 217243, DOI: 10.1016/S0924-7963(01)00054-9.

17. Kubryakov A.A., Stanichny S.V., Zatsepin A.G. Interannual variability of Danube waters propagation in summer period of 1992-2015 and its influence on the Black Sea ecosystem, Journal of Marine Systems, 2018, vol. 179, p. 10-30, DOI: 10.1016/j.jmarsys.2017.11.001.

18. Luth U., Luth C., Stokozov N.A., Gulin M.B. The chemocline rise effect on the North-Western slope of the Black Sea, MEGASEEBS - Methane Gas Seeps Exploration in the Black Sea, U. Luth, C. Luth, H. Thiel (eds.), Hamburg, Berichte aus dem Zentrum fuer Meeres- und Klimatoforsch, 1998, p. 59-77.

19. Murray J.W., Jannasch H.W., Honjo S., Anderson R.F., Reeburgh W.S., Top Z., Izdar E. Unexpected changes in the oxic/anoxic interface in the Black Sea, Nature, 1989, vol. 38(6214), p. 411-413, DOI: 10.1038/338411a0.

20. Murray J.W., Codispoti L.A., Friederich G.E. Oxidationreduction environments: The suboxic zone in the Black Sea. Aquatic chemistry: Interfacial and Interspecies Processes, C.P. Huang, C.R. O'Melia, J.J. Morgan (eds.), Washington, DC, American Chemical Society, 1995, vol. 224, p. 157-176, DOI: 10.1021/ba-1995-0244.ch007.

21. Samodurov A.S., Chukharev A.M. Intensity of vertical turbulent exchange in the Black Sea summer pycnocline around the Crimean peninsula, Journal of Physics: Conference Series, 2017, vol. 899 022015, p. 1-4, DOI: 10.1088/1742-6596/899/2/022015.

22. Stanev E.V., He Y., Grayek S., Boetius A. Oxygen dynamics in the Black Sea as seen by Argo profiling floats, Geophysical Research Letters, 2013, vol. 40, p. 3085-3090, DOI: 10.1002/grl.50606.

23. Stanev E.V., Poulain P.-M., Grayek S., Johnson K.S., Claustre H., Murray J.W. Understanding the dynamics of the oxic-anoxic interface in the Black Sea, Geophysical Research Letters, 2018, vol. 45, p. 1-8, DOI: 10.1002/2017GL076206.

24. Yakushev E.V., Besedin D.E., Lukashev Yu.F., Chasovnikov V.K. On the rise of the upper boundary of the anoxic zone in the density field of the Black Sea in 1989-2000, Oceanology, 2001, vol. 4, no. 5, p. 654-659.

25. Bathymetry. Understanding the topography of the European seas, EMODnet, URL: http://portal.emodnet-bathymetry.eu/ (дата обращения 30.08.2019).