Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Эколого-географическая характеристика прибрежных акваторий Белого и Печорского морей 7
1.1.Краткая физико-географическая характеристика прибрежных и устьевых акваторий региона
1.2. Изученность гидрохимического состояния 11
1.3. Современное хозяйственное использование прибрежных акваторий и источники поступления загрязняющих веществ 15
Глава 2. Материалы и методика 25
Глава 3. Условия формирования гидрохимических характеристик в прибрежных акваториях морей Европейского Севера России и факторы их определяющие 26
3.1. Основные факторы и процессы 26
3.2. Роль геохимических барьеров и геохимических барьерных зон 41
3.3. Типизация прибрежных и устьевых акваторий морей региона с учетом факторов определяющих накопления и миграции загрязняющих веществ, выбор ключевых районов исследования 67
Глава 4. Региональные особенности гидрохимического состояния прибрежных акваторий различного морфометрического типа и специфика аккумуляции в них загрязняющих веществ 74
4.1 Проливы (на примере Горла Белого моря) 74
4.2. Приливные устья рек и эстуарии (на примерах рек Мезень и Несь)... 82
4.3. Крупные губы (заливы) морей (на примере Печорской губы) 95
4.4. Малые губы (заливы) региона и их разновидности 108
4.4.1. Лагуны (Унская губа) 125
4.4.2. Губы фиордового (фиардового) типа (устье реки Колвица) 113
4.4.3. Губы шхерного типа (Кемская иНикольская губы) 118
Глава 5. Оценка современного состояния прибрежных акваторий по уровню накопления загрязняющих веществ и методология оптимизации мониторинга прибрежных вод
5.1 Прикладные аспекты проведенных исследований и оценка современ- 125
ного гидрохимического состояния прибрежных вод региона
5.2. Аналитический обзор современного моделей качества вод используемых в прибрежных водах региона и возможность их использования для решения задач мониторинга
5.3. Предложения к методологии оптимизации мониторинга прибреж- 140
ных вод
Заключение 145
Список использованных источников
- Современное хозяйственное использование прибрежных акваторий и источники поступления загрязняющих веществ
- Типизация прибрежных и устьевых акваторий морей региона с учетом факторов определяющих накопления и миграции загрязняющих веществ, выбор ключевых районов исследования
- Крупные губы (заливы) морей (на примере Печорской губы)
- Аналитический обзор современного моделей качества вод используемых в прибрежных водах региона и возможность их использования для решения задач мониторинга
Введение к работе
Актуальность проблемы.
Исследование эколого-химического состояния морских экосистем представляет собой сложную комплексную задачу, включающую изучение уровней накопления, распространения и циркуляцию загрязняющих веществ (ЗВ) в биотических и абиотических компонентах морской среды. Динамичность среды распространения определяет значительную изменчивость концентраций химических показателей, включая ЗВ. В данной работе рассматриваются гидрохимические характеристики, уровень и механизмы загрязнения прибрежных и устьевых акваторий Белого и Печорского морей. Выбор для исследования вышеназванных морей определен с одной стороны их близким расположением, а с другой стороны их физико-географическими условиями. Белое море - единственное в Арктическом бассейне внутреннее море с ограниченным водообменном и сильным влиянием стока крупных и средних рек. Своеобразие Печорского моря определяется его более высокоширотным положением и глобальным влиянием стока реки Печора.
Устьевые области рек и примыкающие к ним прибрежные воды являются глобальным фильтром взвешенного и растворенного веществ. В зоне смешения речных и морских вод происходит перераспределение растворенных и взвешенных форм биогенных элементов и тяжелых металлов. Эколо-го-химические исследования вод в прибрежной зоне или не проводились, или велись узконаправленно на небольших участках, не носили системный характер, оставляя "белые пятна" в определении физико-химических характеристик вод на мелководье, недостаточно были исследованы мелкие и средние (малые) губы.
В современный период химико-экологические исследования приобретают особую актуальность в связи с освоением нефтяных, газовых и минеральных ресурсов в прибрежной зоне и на шельфе Печорского и Белого морей, а также проектом возобновления эксплуатации Северного морского пути. Особую угрозу техногенез несет именно арктическим морским акваториям, вследствие чрезвычайно замедленных, в условиях низких температур, процессов самоочищения.
Прибрежные акватории Белого и Печорского морей является местом зверобойного и рыбного промысла, нерестилищем и местом нагула промысловых рыб, через них проходят пути миграции лососевых рыб, которые заходят в реки и ручьи региона. Шхерные и фиордовые губы южной части Белого моря удобны для промышленного развития марикультуры. Интенсификация добычи органических и минеральных ресурсов, введение регулярных маршрутов танкерных перевозок, строительство терминалов, нефте- и газопроводов могут привести к резкому увеличению поступления ЗВ в воды морей, что скажется на биологических ресурсах.
Исследуемые акватории морей имеют приоритетное значение с точки зрения проблем геополитики, экономики и охраны природной среды. Вследствие этого необходимо выработать взвешенный научный подход к разработке природных ресурсов Белого и Печорского морей, основанный на реальной и комплексной информации.
Цель и задачи работы.
Основная цель заключалась в исследование современного гидрохимического состояния прибрежных и устьевых акваторий Белого и Печорского морей с учетом их морфологических, климатических, гидрологических и гидродинамических различий, а также разных уровней техногенной нагрузки.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
-
Рассмотреть основные источники поступления ЗВ в прибрежные и устьевые акватории и их современное хозяйственное использование;
-
Изучить влияние основных групп природных и антропогенных факторов на формирование химического состава вод;
-
Оценить роль геохимических барьеров (ЕБХЛЕЖде всего ГБ «река-море» на формирование
гидрохимических характеристик
с ЫШрежных акват#ЬИЛЯ
Ь Л, , r.f«A С. Нетгисург 20ОЗ"РК
4 Типизировать прибрежные и устьевые (краевые) акватории Белого и Печорского морей региона, на основе их климатических, морфологических, гидродинамических характеристик и уровня техногенной нагрузки (факторов определяющих накопление и миграцию ЗВ);
-
Оценить качество прибрежных вод, выявить региональные особенности гидрохимического состояния для прибрежных акваторий различного морфометрического типа и специфику аккумуляции в них, загрязняющих веществ;
-
Получить количественные статистически обоснованные оценки концентраций основных гидрохимических характеристик в водах изучаемых акваторий различного типа, статистические оценки сезонной изменчивости основных гидрохимических характеристик, включая тяжелые металлы (ТМ) и нефтяные углеводороды (НУ) для поверхностных и придонных вод;
-
Выполнить аналитический обзор современных моделей качества вод и рассмотреть их возможность для решения задач мониторинга прибрежных вод Разработать рекомендации по методологии оптимизации мониторинга прибрежных вод.
Научная новизна Впервые проведен комплексный анализ гидрохимических характеристик прибрежных вод Белого и Печорского морей, оценена роль факторов их определяющих Показано, что прибрежная зона моря - самостоятельная структурная единица ландшафтной оболочки ( ограниченная берегом и глубоководной частью моря). Получены статистически обоснованные фоновые гидрохимические характеристики для прибрежных вод исследуемых морей, включая концентрации тяжелых металлов (ТМ) в воде Произведена типизация прибрежных и устьевых (краевых) акваторий морей региона с учетом океанологических характеристик и факторов, определяющих накопление и миграцию ЗВ Исследованы основные закономерности формирования гидрохимического режима акваторий различного морфометрического типа. Рассмотрена связь сезонной изменчивости гидрохимических характеристик с периодами наибольшей уязвимости морской и связанной с морем биоты на примере Печорской губы
Практическая значимость Результаты работы могут быть использованы выполнения экологической экспертизы проектов на побережье и в прибрежных водах Белого и Печорского морей Комплексный анализ выявленных закономерностей позволяет более точно прогнозировать изменения качества воды при изменении антропогенной нагрузки, минимизировать влияние выбросов на биоту Из исследованных объектов, с точки зрения разведения марикультуры наиболее перспективны акватории' взморье р. Кереть; Никольская губа; кутовая часть губы Колвицы; северо-восточная и юго-западная части Унской губы. Разработаны рекомендации к методологии мониторинга с учетом современных требований и региональных особенностей.
Защищаемые положения
-
Эколого-химические характеристики прибрежных и устьевых акваторий отличаются значительной пространственно -временной изменчивостью Доминирующим фактором в формирование сезонной изменчивости химического состава прибрежных вод Белого и Печорского морей является изменчивость речного стока, в формирование короткопериодной изменчивости - приливо - отливные явления.
-
На настоящий момент эколого-химическое состояние прибрежных вод Белого и Печорского морей, согласно индекса загрязнения воды (ИЗВ), относятся к классу 2 (чистые воды). Исключением являются устья крупных рек и прилегающие к ним части заливов, с высоким уровнем антропогенной нагрузки, чьи воды относятся к классу 3 (условно чистые воды)
3. Водная система «Печора - Печорская губа» является основным путем транзита загрязняющих веществ, определяющих гидрохимическое состояние Печорского моря в современный период Эколого-химическое состояние прибрежных вод Белого моря определяется рядом факторов разномасштабных явлений Наибольший вклад вносят сток крупных рек Онега, Северная Двина, Мезень, а также природный барьер между Белым и Баренцевым морями - залив Горло Белого моря.
Апробация работы Основные результаты исследований и материалы докладывались и обсуждались на 14 региональных и международных симпозиумах и конференциях, в том числе: М.В Ломоносов и национальное наследие России (Архангельск 1996); Антропогенное воздействие на природу Севера и его экологические последствия (Апатиты 1998); Stochastic models of hydrological processes and their applications to problems of environmental preservation (Moscow 1998); Поморье в Баренц регионе: экономика, экология, культура. Международная конференция, посвященная 10-летию со дня образования ИЭПС УрО РАН (Архангельск 2000); XI съезда РГО (Архангельск 2000); Международное совещание. Взаимодействие суша-океан в Российской Арктике (ЛОИРА), (Москва 2002).
Фактический материал, личный вклад автора. В данной работе использованы материалы, полученные автором в рейсах научно-исследовательских судов Северного УГМС «Ромбак», «Уран», «Океанограф» (1978-1988 гг.), «Иван Петров» (1995-1997 гг., 2000 г.), Мурманского УГМС «Виктор Буйницкий» (1989 г.), ИВП РАН «Дельта» и «Водоем» (1989 по1994 гг), Сев. ПИНРО «Кварцит» (1995 г.), ИО РАН «Акванавт-2» (2001 г.). В зимний период со льда с участием автора, проведены исследования устьев рек: Северная Двина, Мезень, Онега, Несь, а также Печорской, Хайпудырской и Унской губ. Кроме экспериментальных данных полученных в вышеперечисленных экспедициях, были использованы результаты опубликованные в сборниках «Ежегодных гидрохимических данных о качестве вод Белого и юго-восточной части Баренцева морей»
Автор участвовал в разработке и организации экспериментов, в выполнении гидрофизических и метеорологических наблюдений, в постановке автономный буйковых станций, в определении химических характеристик, в статистической обработке и интерпретации полученных результатов
Публикации Публикации автора по теме исследований содержат в полной мере основные результаты, приведенные в диссертационной работе. Результаты работ опубликованы в 25 статьях и тезисах (12 в соавторстве), а также в главе «Экологическое состояние Печорского моря» в коллективной монографии «Печорское море. Опыт системных исследований».
Объем и структура. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, и списка литературы, общим объемом/64 стр В них входят V<5 таблиц нУОиллюстраций (картосхем, схем и графиков) Список литературы состоит из источников.
Благодарности Пользуясь возможностью, автор благодарит научного руководителя к.тн В.А. Матюшенко за руководство диссертационной работой. Автор признателен экипажам научно-исследовательских судов «Океанограф», «Ромбак», «Уран», «Иван Петров», «Водоем» и «Дельта» за помощь при выполнение работ. Автор особенно благодарен коллегам, принимавшим участие в совместных исследованиях: &.Н. Зеленскому^ к ф-м.н В.В.Елисову, к.х н И В. Мискевичу, к.г.н. Лукину Л Р , М.Ю. Таптыгину, В.А. Трошкову, к.х н В. А. Чугайновой, А.Л. Чульцовой и др.
Современное хозяйственное использование прибрежных акваторий и источники поступления загрязняющих веществ
Территория ЕСР составляет менее 13% Севера России. На ней проживает 2/3 населения и выпускается 3/5 валовой продукции промышленности Севера. В отраслевой структуре промышленности доля добывающих отраслей производства по валовой продукции оценивается около 70% [47]. В регионе сформирована мощная топливно-энергетическая база, значение которой, в перспективе, возрастет. В нее входят: Печорский угольный бассейн, Тимано-Печорская и Мезенская нефтегазоносные провинции, месторождения газа и нефти на шельфе Западной Арктики. Водные ресурсы прибрежных и устьевых экосистем используются на производственные, коммунально-хозяйственные и другие нужды. Развитие добывающей промышленности сопровождается увеличением выбросов и сбросов отходов производств в окружающую среду, в том числе в реки и моря. Это негативно отражается на экологическом состоянии морской среды. Необходимо учитывать воздействие антропогенного фактора на биологические ресурсы, которые играют важную роль в экономике регионов Европейского Севера. Основными объектами прибрежного морского промысла являются морские млекопитающие (гренландский тюлень, кольчатая нерпа, морской заяц, белуха) и рыба (навага, сельдь, камбала, корюшка и проходные виды: семга, горбуша, сиг). Важную роль также играют морские водоросли (макрофиты), широко используемые в пищевой и фармацевтической промышленности.
Экологическое состояние прибрежных акваторий складывается под воздействием широкого спектра техногенных загрязнений, источники которых находятся на территории ряда субъектов Российской федерации, таких как Мурманская и Архангельская области, Республика Корелия и НАО. Они совместно используют водные и биологические ресурсы рек и морей региона, которые находятся под воздействием техногенных загрязнений, участвуют в добыче углеводородных и минеральных ресурсов.
При чрезвычайно низкой плотности населения на Севере России - в среднем не более 1-5 человек на 1км [48], основное население сосредоточено в городах и поселках, находящихся на морском побережье или в устьях рек, непосредственно воздействующих на них. Самыми крупными из них являются Мурманск 468 (тыс. человек), Архангельск 407 (тыс. человек), Северодвинск 243 (тыс. человек), Новодвинск 50 (тыс. человек), Нарьян-Мар 48 (тыс. человек) и т.д. В пределах арктического побережья, наиболее развиты Мурманский и Архангельский промышленно-транспортные узлы, на которые приходится до 60% гр узооборота российского побережья Арктики. Интенсивно - развивающимся импактным районом является г. Нарьян-Мар, который расположен почти 100 км выше устья реки Печора. Необходимо отметить также урбанизированные прибрежные зоны гг. Кандалакша, Умба, Онега, Беломорск, Кемь-порт и др.
Более 60 % населения Архангельской области сосредоточено в 3х близко расположенных городах имеющих тенденцию, перерасти в агломерацию. Наибольший вклад в объем ЗВ, поступающих разными путями в моря дают следующие предприятия: АО "Котласский ЦБК", АО "Архангельский ЦБК", АО "Соломбальский ЦБК", ПО " Севмашпредприятие ", НПО "Звездочка", АО " Онежский гидролизный завод", АО " Архангельский гидролизный завод", космодром "Плесецк".
Загрязнение Кандалакшского и Онежского заливов Белого моря во многом определяется экологической ситуацией в Республике Карелия и в большой степени зависит от освоения минерально-сырьевых ресурсов в этой республике. В гидрографическом отношении территория Карелии относится к бассейну Белого моря, причем на беломорскую часть приходится 57 % её территории. В Белое море впадают такие крупные реки Республики Карелии как Кемь, Выг, Шуя. На прибрежные биотопы наибольшее влияние оказывают сток рек, хоз-бытовые сточные воды поселков, находящихся на побережье, а также сточные воды промышленных предприятий и, прежде всего, портов; Кемь- порт и Беломорск. Эпизодическое загрязнение нефтепродуктами характерно для Беломорско — Балтийского канала.Промышленность Кольского полуострова оказывает антропогенное воздействие на прибрежные акватории, как Белого, так и Баренцева морей. Кольский полуостров один из наиболее освоенных районов ЕСР, его промышленное освоение началось в 30-е годы вслед за открытием крупных месторождений полезных ископаемых. Промышленность Кольского полуострова сосредоточена в ряде довольно крупных для Севера городов, таких как гг. Мурманск, Печенга, Апатиты, Мончегорск, Никель, Кандалакша и др. В промышленности Мурманской области основную роль играют предприятия цветной металлургии, принадлежащие концерну "Норильский никель" и расположенные в гг. Печенга, Никель и Мончегорска. В г. Ковде работает предприятие по добыче железорудного сырья и апатито-нефелиновых руд (фосфор и алюминий содержащие)в г. Оленегорске железорудный комбинат, в г. Кандалакше - алюминиевый комбинат. Предприятия по добыче и переработке апатито-нефелино-вых руд находятся в гг. Кировске и Апатитах. В г. Мурманске находится крупнейший порт, машиностроительные, строительные и пищевые предприятия. Ядро энергетики составляют Кольская АЭС, ГЭС на реках Ниве и Туломе, Кировская ГРЭС. Печорское море - географически обособленная акватория, загрязнение которой характеризуется вкладом стока реки Печора, впадающей в Печорскую губу и транспортирующей ЗВ из промышленных районов Республики Коми и Ненецкого автономного округа. Побережье юго-востока Баренцева слабо заселено, из населенных пунктов в прибрежной зоне наиболее крупными являются город Нарьян-Мар, поселки Варандей, Вангурей, селения Вижас, Ома, Нижняя Пеша, Индига, Коротаиха. Печорская губа и дельта р. Печора являются важными рыбохозяйственными объектами, играющими значительную роль в экономике НАО.
Очевидно, что отличительной особенностью прибрежных районов Европейского Севера России является очаговый характер освоения, что связано со спецификой современного природопользования в Арктике. На побережье ЕСР в течение многих десятилетий происходило интенсивное развитие горнодобывающей, металлургической, целлюлозно-бумажной промышленности, а сейчас создается гигантский нефтегазовый комплекс. В бассейнах рек ЕСР возник ряд импактных районов, где сосредоточены промышленные, коммунально-бытовые и сельскохозяйственные предприятия, негативные последствия, деятельности которых отчетливо проявляются. Антропогенное воздействие на прибрежные и устьевые акватории носит сложный характер и представлено на рис. 1.
Развертывание работ по добыче, нефти, газа, алмазов, расширение транспортных перевозок, возобновление Севморпути и других видов хозяйственной деятельности значительно повышают антропогенные нагрузки на экосистемы Белого и Печорского морей.
Только пределах НАО открыто 76 углеводородных месторождений, в том числе: нефтяных - 64, нефтегазоконденсатных - 6, газоконденсатных -4, газонефтяное -1 [49]. Площадь перспективных территорий здесь составляет 126 тыс. км2, при этом по прогнозным оценкам здесь находится 2.4 млрд. т нефти и примерно 1 трлн. м газа [50]. В настоящее время на территории НАО разрабатываются Ардалинское, Песчаноозерское, Харьягинское и Восточно-харьягинское месторождения с общим объемом добычи нефти около 3.5 млн.т год. Только на шельфе Печорского моря разведан ряд перспективных углеводородных месторождений, таких как Варандей-Медынское, Поморское, Колокоморское, Матвеевское, Южно-Долгинское, Северо -Долгинское и др. С учетом добычи нефти из месторождений Приразломное и Варандей - Море объем общей добычи увеличиться до 15-20 млн.т год.
Типизация прибрежных и устьевых акваторий морей региона с учетом факторов определяющих накопления и миграции загрязняющих веществ, выбор ключевых районов исследования
В первой участка (иловой пробке) концентрация взвесей и скорость ее седиментации значительно превышают исходную речную и тем более величину седиментацию на морской границе. Второй участок (элементоорганическая пробка или органо-минеральная) локализуется между соленостью воды 1-27оо и 10-157оо Для нее характерно то, что основная органическая масса фульфо и гуминовых кислот, растворенных в речной воде на контакте с морской водой, флоккулирует и переходят во взвесь, забирая при этом с собой значительное количество металлов и др. веществ. В третьей участке (биологическая пробка) отмечается максимальное развитие фитопланктона, который служит кормовой базой зоопланктона (водных фильтраторов), а также зообентоса (донных фильтраторов) солоноватых вод. Биофильтр располагается между соленостью 10 7 х и 25 7оо.
Зона смешения характеризуется наибольшими горизонтальными и вертикальными градиентами солености воды. Протяженность ее меняется в зависимости от расхода реки (сезона), солености вод моря, гидродинамики и морфометрических характеристик прибрежных акваторий (табл.27). Пространственное положение внутренней и внешней границ зоны смешения речных и морских вод в устьях рек зависит от сезонной изменчивости объема стока пресных вод, сгонно-нагонных и приливо-отливных явлений. В исследуемых устьях рек наблюдаются ярко выраженные приливы, имеющие неправильный полусуточный характер. Под воздействием этих приливо-отливных явлений, границы зоны смешения речных и морских вод дважды в сутки меняют свое место положение. В этой связи, для выявления пространственной динамики этих границ наиболее репрезентативными являются данные, полученные в результате измерений на полусуточных станциях. Таблица 27 Основные гидрологические и морфометрические характеристики [31 ]
Наименование реки Са Н Площадьдельты,км2 Средний на РГ сток вод, м3/год Высший сизигийный прилив, м Максимальный нагон,м кСи .о О в" Зона смешения, км Проникновение морских вод, км
В ГБЗ резко меняется концентрация взвеси, четко проявляется биологический контур (фильтр). Специфика рассматриваемого ГБЗ, заключается в том, что в нем всегда действуют параллельно ряд других ГБ «берег-вода», «вода-биота», «вода-взвесь», «термодинамические барьеры» (термоклин, пикноклин), «вода-атмосфера», «вода -дно», «вода-лед». На дно в ГБЗ «река-море» осаждается максимальное количество взвеси с сорбированными на ней минеральными компонентами. Растворенные вещества коагулируют и выпадают в осадок. Эти процессы в сочетании с гидрологическими и морфометрическими факторами в основном и определяют концентрацию и распределение ЗВ в зонах смещения.
Поступление металлов в морские воды и их распределение в зоне смешения, накопление в донных отложениях эстуариев обусловлено рядом процессов: седиментацией в результате осаждения на взвеси; коагуляцией коллоидов; флокуляцией высокомолекулярных органических веществ гумусовой природы; аккумуляцией организмами; десорбцией металлов с поверхностей взвесей и донных осадков; диссоциацией комплексных соединений металлов с органическими лигандами [95]. Металлы занимают особое место в числе ЗВ, приносимыми реками. Ряд из них токсичен и они накапливаются в биоте и биотопах, не подвергаются биодеградации, что также свидетельствуют об уровне техногенного загрязнения.
Рассмотрения экспериментальных данных исследования Северной Двины позволяет выделить 3 участка зоны смешения, имеющих существенные различия [35,95,96]. Первый речной участок - это пресноводная или внутренняя (зона транзита), где соленость воды изменяется незначительно и близка на границе к 0,5-1 %о, а суммарное содержание в растворенной форме металлов резко уменьшается [35]. Размер второй зоны определяется морфологическими и гидролого-гидродинамическими факторами рассмотренными выше (табл. 22). В момент проведения исследований в июне 2002 г. она находилась между портом Экономия и траверзом центральной части острова Мудьюг. Такое положение характерно для перехода весна-лето. Зона делится на 3 части. В первой части зоны смешения (иловой пробке) концентрация взвесей и скорость ее седиментации, значительно превышает исходную речную и тем более прилегающую морскую. Здесь происходит максимальное накопление осадков (зона аккумуляции наносов) выносимых речным стоком.
Зона максимальной седиментации взвеси (50-60%) находится между поселком Лапо-минка и островами Кошка - Скандия. Здесь наблюдается резкое уменьшение ВВ, понижение содержания ТМ в воде и повышение их в донных осадках (рис. 11,12). Вторая зона (элемен-тоорганическая пробка или органо-минеральная) локализуется между соленостью 2%о и 10 %о .Для нее характерно то, что основная органическая масса фульфо и гуминовых кислот растворенных в речной воде на контакте с морской водой, флоккулируют и переходят во взвесь при этом забирая с собой значительное количество растворенных форм металлов и других ЗВ. Повышение содержания ТМ наблюдается в воде в районе сброса сточных вод реки Хатарицы.
Согласно расчетам, выполненным в ИВП РАН расчетам в процессе осаждения ГК и ФК в донные отложения зоны смешения Северной Двины переходит 34; 83; и 80 % растворенных форм соответственноАІ, Fe, Zn С другой стороны происходит устойчивая тенденция к увеличению содержания растворенных неорганических и ионных форм Mn, Си, Zn, и №. Несмотря на понижение интегрального содержания растворенных форм металлов, происходит увеличение концентрации указанных форм металлов с увеличением солености вод.
Разрез вдоль зоны смешения выполненный вдоль зоны смешения реки Северная Двина летом 2002 г. позволил уточнить распределения ТМ в воде и в донных осадках (глинистая фракция).
Соединения мышьяка в повышенных концентрациях являются токсичными для биоты: они тормозят окислительные процессы, угнетают снабжение кислородом органов и тканей. Довольно высокие значения (более ПДК) мышьяка определены в районе порта Экономия. ПДК для морских вод составляет 0,05 мкг/л (Рис. 16).
Крупные губы (заливы) морей (на примере Печорской губы)
Значительная мелководность мористой части эстуария обуславливает сильную трансформацию приливной волны. По сообщениям местных жителей, раньше здесь наблюдался, так называемый « бор», представляющий собой передний фронт приливной волны, двигающейся вверх по устьевому водотоку в виде вертикальной стены высотой около полуметра. Однако примерно лет двадцать назад, в результате сильного шторма, произошло переформирование русла эстуария, и это явление практически исчезло [131].
Средний уровень сизигийного прилива (мелководный полусуточный тип) на морской границе эстуария составляет 4,9 м, а квадратурного прилива - 2,6 м. Наблюдения автора показали, что в настоящий момент в эстуарии профиль волны имеет «борообразный» характер. Он проявляется в резком подъёме уровня после малой воды, когда 30 % величины прилива достигается за 20 минут при общей продолжительности приливной фазы в 3 часа (рис.34а.). Но визуально, в виде бора, это явление не фиксируется, так как пространственный уклон уровня ещё сравнительно мал. Его, на качественном уровне можно объяснить следующим образом. Гребень приливной волны при её транзите через обширное мелководье, примыкающее к эстуарию, за счет действия трения начинает догонять подошву волны. В мористой части водотока этот процесс усиливается, но при достижении уровня 2- 2,5 метров над отметкой наименьшей сизигийной малой воды его поперечное сечение становится дос-таточным, чтобы погасить большую нелинейность (в физическом смысле процесса) в наступательном распространении волны. Далее профиль волны приобретает более сглаженные черты, характерные для большинства устьев рек приливных морей.
В зимний период подъём уровня на приливе выражен слабее, так как припай в значительной мере снижает скорость продвижения гребня волны. В этот период дальность проникновения приливов вверх по реке составляет 24-27 км. В летний период приливная волна проникает в априори на 50 км.
В эстуарии Несь доминирует полусуточные приливные течения, скорость которых в фазу отлива достигает уровня 1,3- 1,5 м/с, скорости на « борообразном» подъёме уровня могут достигать величины 2 м/с и более. Смена знака направления течения около момента малой воды опережает смену знака изменений уровня на 50 минут, при полной воде они практически совпадают. Из наблюдений [131] видно, что в июне 1988 года поток воды в отлив доминировал над приливным течением. Последнее объясняется вкладом речного стока, так как в это время ещё наблюдалось весеннее половодье. Большая извилистость средней и верхней частей эстуария способствуют появлению на излучинах локальных эллипсоидальных циркулярных образований протяжённостью несколько десятков метров, которые ориентированы вдоль берега, хорошо прослеживаются по переносу пены и плавающего мусора и устойчивы только для определённой фазы приливного цикла.
Пространственная изменчивость температуры эстуарных вод выражена крайне слабо. Ориентация водосбора реки по широте и его небольшие размеры не способствуют образованию в рассматриваемом районе термического фронта между речными и морскими водами, как в эстуарии р. Мезень. Лишь в зимний период здесь существует устойчивый небольшой перепад между температурами воды на морской границе эстуария и в его вершине. В этот период года температура эстуарных сильно осолоннёных вод может уменьшаться до уровня - 1,5 и ниже. Вертикальные и поперечные различия в температуре вод района очень малы. Только при интенсивном летнем прогреве вблизи морской границы водотока над обширной осушкой, у берега могут появляться неустойчивые пятна более тёплых вод. Отсутствие здесь температурного фронта приводит к тому, что в короткопериодной изменчивости температу 93 ры доминируют суточные колебания, обусловленные соответствующим ходом температуры воздуха.
Солёность вод в эстуарии имеет хорошо выраженную сезонную изменчивость. Соленость на морской границе изменяется в пределах от 32- 33 %о в зимнюю межень до 2-5 /оо при прохождении пика весеннего паводка. Зимой в отдельных случаях солёность вод здесь может повышаться до уровня 35- 36,5 /оо, что связано с процессами стока рассолов льдов и верхнего слоя донных ледовых отложений на мелководных осушках. Это процесс наблюдался автором и в Чешской губе.
Дальность проникновения морских вод в устьевой водоток в полную воду сизигийного прилива составляет 15-16 км. По сообщениям местных жителей, в летнюю межень при нагонах солёные воды могут достигать села Несь, расположенного в 23 километрах от морской границы эстуария. При большом весеннем паводке морские воды, на отливе, иногда полностью вытесняются за пределы эстуария. Синхронные наблюдения, проведённые на 3-х створах в зимний период, показали, что, движения вод вдоль эстуарного профиля, солёность осреднённая за приливный цикл остаётся квазистационарной величиной.
В короткопериодной изменчивости солёности в эстуарии р. Несь доминируют полусуточные колебания, имеющие гармонический характер , при этом амплитуда солености зимой на морской границе может достигать очень больших значений - 25- 27 %о Устье р. Несь относится ктак называемым, хорошо перемешанным эстуариям, где разница между солёностью поверхностных и придонных слоев вод, как правило, не превышает 1 /оо. Несовпадение в отдельных случаях направления течений над осушкой и в желобах приводит к появлению на поверхности более солёных вод по сравнению с придонными водами, (разница достигает значений 0,2- 0,6 %о.) но такие различия неустойчивы во времени.
Воды эстуария очень мутные, что обусловлено наличием здесь сильных течений и приливных осушек, покрытых мелкодисперсными наносами. Концентрация ВВ в эстуарии обычно колеблется в пределах 50- 900 мг/ л. На «борообразном» подъёме уровня наблюдается максимум взвесей, когда их концентрация достигает уровня 700- 920 мг/ л (рис 346). Минимум взвесей (12-40 мг/ л ) отмечается при стоянии воды в полную воду. Кислородонасы-щение изменялось от 50-90% и как все остальные гидрохимические характеристики определялось ходом приливного уровня, а также биохимическими процессами (рис.34 в.). Ход ки-слородонасыщения находится в противофазе с ходом ВВ и определяется влиянием приливного уровня. Исключением является резкое уменьшение кислородонасыщения между 3 и 6 сериями измерений, по-видимому, носящим антропогенный характер.
Количество биогенных веществ низкое (полностью отсутствуют нитриты), за исключением кремния. Содержания тяжелых металлов в воде близки к средним значениям концентраций элементов в акватории Мезенского залива. 4.3. Крупные губы (заливы) морей (на примере Печорской губы)
Особенности эколого-химического состояния экосистемы Печорской губы большой степени определяются, кроме физико-географических параметров биотопа, также степенью антропогенной нагрузки. Очевидно, что эколого-химическое состояние Печорского моря в большой степени характеризуется стоком реки Печора, впадающей в Печорскую губу и транспортирующей ЗВ из промышленных районов Республики Коми и Ненецкого автономного округа (НАО). Основным путем ЗВ, определяющим загрязнение моря, является естественная географическая система Печора - Печорская губа - Печорская море.
Акватория Печорской губы становится объектом интенсивного хозяйственного освоения, связанного с открытием газовых и нефтяных месторождений непосредственно в устьевой области и прилегающих к ней районах Большеземельской и Малоземельской тундры. С другой стороны весь рассматриваемый район в целом относится к территориям, имеющим важное экологическое значение. В него входят следующие государственные природные заповедники: «Ненецкий» - территория нижнего течения р. Печора и о-в Сенгейский; «Морской заповедник»- Медынский заворот, Гуляевские кошки, Паханческая губа; « Большеземель-ский» - о-ва Большой и Малый Зеленец.
Акватория Печорской губы является полузамкнутой, водообмен ограничивается полуостровом Русский заворот, отмелями и Гуляевскими кошками, что связано с гидродинамикой губы приведшей ее к заметному отчленению от Печорского моря. Главное проявление эндогенных процессов - медленное опускание губы [112].
Аналитический обзор современного моделей качества вод используемых в прибрежных водах региона и возможность их использования для решения задач мониторинга
Хозяйственная деятельность ведет к интенсивному загрязнению прибрежных районов, к трансформации физико-химических и экологических характеристик морской среды, нарушению ее природных циклов, что в конечном итоге ведет к истощению морских ресурсов, накапливанию ЗВ в морепродуктах и приобретению ими токсичных свойств. В прибрежных водах находятся основные районы рыболовства и нереста рыб, что связано с кормовой базой, высокой плотностью зоо- и фито планктона, повышенным содержанием биогенных веществ. Очевидно, что добыча сырьевых ресурсов и другие формы деятельности в прибрежной зоне будут развиваться и интенсифицироваться в ближайшие десятилетия.
В настоящее время для прибрежной зоны морей ЕСР наиболее актуальными являются проблемы: загрязнение вод и защита биологических ресурсов, а также развитие марикульту-ры. Следует отметить что, несмотря на их относительную обособленность, эти вопросы взаимосвязаны и не могут быть решены в отрыве друг от друга.
В зоне потенциального строительства терминала и морских трубопроводов проходят пути миграции рыб и морских млекопитающих, гнездится большое количество птиц. Периоды и время наступления уязвимости морских и связанных с морем биоты различны. Полученные расчетные характеристики позволяют получить фоновые значения по основным гидрохимическим характеристикам и ЗВ, характер их изменчивости по сезонам, оценить степень возрастающей антропогенной нагрузки, а также их воздействие на различные виды и группы видов биоты.
Использование водорослей в фармакологии, пищевой промышленности повышают к ним требования на содержание в них ТМ, хлорорганики, фенолов и др. Это подтверждает необходимость информации по оценке концентраций ЗВ в зонах их добычи. Наибольшие скопления водорослей вдоль Карельского, Поморского, Онежского берега, в Лумбовском заливе, Соловецком архипелаге.
Разработка обоснований и документации для проектирования и создания научно -экспериментальных станции по развитию различных видов марикультуры в прибрежных акваториях морей региона является актуальной задачей [154].
Наиболее удобными объектами для разведения марикультуры являются малые губы. Они достаточно разнообразны по морфологии, гидрологическим и гидрохимическим уело 126 виям. Рассмотрим возможности развития марикультуры в прибрежных акваториях региона. Из них сразу следует исключить биотопы с большими скоростями течений и воды с большой мутностью. Наиболее благоприятными для развития марикультуры являются акватории западной и южной частей Белого моря. Одним из основных требований к продукции марикультуры является рентабельность её воспроизводства и экологическое состояние биотопов. Наиболее удобно расположить хозяйства марикультуры непосредственно в районах крупных прибрежных населённых пунктов и портов, где существует необходимая инфраструктура. В условиях Белого моря последние практически все располагаются в устьевых областях рек и малых губах. Однако при этом появляется серьёзная угроза антропогенного воздействия на культивируемые объекты из-за ухудшения качества водных биотопов в данных районах. Оно может выражаться в замедлении роста, повышении заболеваемости и даже гибели выраженных гидробионтов, накоплении в них токсических веществ и патогенных микроорганизмов. Кроме того, крупные аварийные сбросы ЗВ способны в кратчайшие сроки ликвидировать результаты нескольких лет напряжённого труда в хозяйствах марикультуры.
Найти разумный компромисс (между этими двумя сторонами этой проблемы) вполне возможно, если опираться на знание природных процессов, протекающих на конкретных водных объектах. Данная возможность опирается на наличие, при определённых условиях, значительной неоднородности распределения ЗВ, вблизи источников их сброса.
Выше упомянутые условия возникают при наличии плотностной стратификации, узкого фронтального раздела, выполняющего функцию биогеохимического барьера на пути транзита ЗВ. Необходимо отметить роль ГБ (своего рода защитных экранов, полностью задерживающие загрязняющие вещества, либо сильно ограничивают их доступ к гидробио-нтам). Использование защитного эффекта слоя скачка плотности (пикноклина), для развития марикультуры под ним, в шхерах и фиордах, вполне может быть успешным. Из исследованных объектов, с точки зрения разведения марикультуры наиболее перспективны биотопы: взморье р. Кереть; Никольская губа; кутовая часть губы Колвицы; северо-восточная и юго-западная части Унской губы.
Проблема недостатка кислорода для устьевых акваторий нашего региона особенно остро стоит в период ледостава, когда инвазия прекращается на значительный период. Кислородный дефицит в устьях рек может достигать 90 %. В отдельные годы с суровой зимой и повышенной концентрацией органических веществ возникают заморные явления, когда концентрация растворенного кислорода падает до 0,2 мг/л (около 1%) [155]. В зимний период наиболее напряжённый кислородный режим устьевых вод наблюдается в районах, куда поступают обеднённые кислородом речные воды (например, с сильно заболоченных водосборов), где отмечается небольшие величины приливов (меньше О,8-0,5м). В этом отношении показательным является устьевая область Северной Двины, в водах которой концентрация кислорода в зимнюю межень может снижаться до уровня 2- 3 мг/л и меньше.
Большое значение имеет аэрация устьевых вод через приливные трещины. Это характерно для устьев с высокими амплитудами приливов (более 2 м). Насыщение вод кислородом составляет в таких акваториях 50 - 70 %. В придонных слоях глубоких ям и желобов фиордовых и шхерных взморьев при наличии стратификации вод из-за затруднённого вертикального обмена вод значения кислорода также бывают несколько пониженными (губы Колвица, Никольская ), но они, как правило, не опускаются ниже 7-8 мг/л (68-80 %). Перенасыщение вод кислородом за счёт процессов фотосинтеза в прибрежных биотопах региона проявляется сравнительно слабо (обычно не превышает 103 - 108 %). В ряде случаев это связано со значительной мутностью вод (для районов с сильными приливными течениями), а в основном обусловлено тем обстоятельством, что большая доля биогенных веществ поступает в органических формах. Последние слабо используются фитопланктоном, и поэтому более высокое насыщение кислородом часто наблюдается на открытых акваториях Белого и Печорского морей, чему способствует частичная минерализация органических соединений азота и фосфора за время их транзита от устьевых рек и возможность подъёма глубинных вод, обогащенных биогенными солями. Однако в зоне смешения морских и речных вод на участках большого скопления прикреплённых водорослей, может отмечаться насыщение кислородом значительно превышающее вышеуказанные значения. Более низкие его концентрации могут отмечаться лишь в устьях рек с хорошо выраженным антропогенным воздействием. Эта ситуация встречается в устьях р. Северная Двина, Печора и изредка может отмечаться в других водотоках, частности в данной работе отмечаются подобные ситуации на взморье р. Кеми в летний и осенний период и устье р. Несь. Очевидно, что уровень концентрации растворенного кислорода в воде является важным индикатором состояния экосистемы.
Другим удобным и легко определяемым индикатором антропогенного влияния на качество устьевых вод является содержание в них нитритного азота. Внутригодовой изменчивости нитритов присуща квазистационарная стохастичность, что делает более корректным применение различных сравнительных оценок по малым выборкам. В прибрежных биотопах Белого и Печорского морей, где отсутствуют крупные источники загрязняющих веществ, содержание нитритного азота в основном не превышает 5-10 мкг/ л., медианное значение равное 10 мкг/л можно считать показателем устойчивого повышенного загрязнения вод.
