Морской гидрофизический журнал. 2024; 40: 87-107
Основной ионный состав вод Керченского пролива и прилегающих акваторий
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2024-1-87-107Аннотация
Цель. Изучение влияния процессов обмена вод между Черным и Азовским морями на характеристики основного ионного состава (ОИС) и другие гидрохимические показатели вод Керченского пролива, а также влияния изменений относительного содержания главных ионов солевого состава вод на точность определения значения солености – цель настоящей работы. Проведены исследования трансформации ОИС при смешении морских поверхностных вод и вод Таманского залива в Керченском проливе. Сделана оценка ошибок при расчете солености с использованием стандартных методов для вод Керченского пролива, северо-восточной части Черного моря и Таманского залива.
Методы и результаты. Концентрации главных ионов, определяющих ОИС, в поверхностных водах Керченского пролива, Черного моря и Таманского залива в 2019–2023 гг. определены методом потенциометрического титрования. Значения солености вод были получены четырьмя различными способами.
Выводы. Установлено, что поверхностным водам из северо-восточной части Черного моря соответствует соленость ~ 18,66, расcчитанная суммой главных ионов, что соответствует значению практической солености ~ 18,10, рассчитанной по данным CTD-зонда. Основной ионный состав этих вод характеризуется в среднем следующим относительным содержанием главных ионов: Сlˉ = 54,1 %, SO-24 = 8,2 %, HCO3- = 1 %, Na+ = 30,8 %, K+ = 1,3 %, Ca2+ = 1,3 %, Mg2+ = 3,4 %.
Показано, что воды Керченского пролива даже при одинаковой солености могут иметь различное соотношение главных ионов, имеющее большую пространственную и временную изменчивость, значительную роль в которой играет поступление вод из мелководного Таманского залива. Наибольшие различия наблюдались между суммой главных ионов и практической соленостью, для вод Керченского пролива они составили ~ 2,5 %. Ионные вариации способствовали занижению значений при расчете практической солености во всех исследуемых водах. При расчете солености с использованием хлорного коэффициента отклонения от суммы ионов составили ~ 2 %, при использовании уравнения TEOS-10 ~ 1 %.
Список литературы
1. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Том 4 : Черное море. Вып. 2 : Гидрохимические условия и океанологические основы формирования биологической продуктивности. Санкт-Петербург : Гидрометеоиздат, 1992. 220 с.
2. Комплексные экосистемные исследования в российской части Азовского моря (18–25 июля 2006 г.) / Ю. А. Федоров [и др.] // Океанология. 2007. Т. 47, № 2. С. 316–319.
3. Андрулионис Н. Ю., Завьялов П. О., Ижицкий А. С. Влияние вариаций ионно-солевого состава вод на точность измерений солености // Морской гидрофизический журнал. 2022. Т. 38, № 5. С. 481–498. URL: https://mhiras.elpub.ru/jour/article/view/764
4. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. 5 : Азовское море. Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат, 1991. 235 с.
5. Изотопы серы в верхней части анаэробной зоны Черного моря / А. В. Дубинин [и др.] // Океанология. 2017. Т. 57, № 6. С. 885–893. doi: 10.7868/S0030157417060041
6. Kremling K. Relation Between Chlorinity and Conductometric Salinity in Black Sea Water // The Black Sea – Geology, Chemistry, and Biology / E. T. Degens, D. A. Ross. American Association of Petroleum Geologists, 1974. P. 151–154. doi: 10.1306/M20377C44
7. Коновалов С. К., Рябинин А. И. Водородный показатель (рН) вод Черного моря // Метеорология и гидрология. 1987. № 10. С. 75–81.
8. Маккавеев П. Н., Бубнов П. В. Особенности вертикального распределения компонентов карбонатной системы в аэробной зоне Черного моря // Океанология. 1993. Т. 33, № 3. С. 354–359.
9. Makkaveev P. N., Nalbandov Yu. R., Vlasova E. S. The Distribution of Dissolved Inorganic Carbon in the Zone of Contact of Aerobic and Anaerobic Waters of the Black Sea // Oceanology. 2005. Vol. 45, Suppl. 1. Р. S85–S92.
10. Hiscock W. T., Millero F. J. Alkalinity of the anoxic waters in the Western Black Sea // Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography. 2006. Vol. 53, iss. 17–19. Р. 1787–1801. doi: 10.1016/j.dsr2.2006.05.020
11. Хоружий Д. С., Овсяный Е. И., Коновалов С. К. Сопоставление результатов определения карбонатной системы и общей щелочности морской воды по данным различных аналитических методов // Морской гидрофизический журнал. 2011. № 3. С. 33–47.
12. Косенко Ю. В., Барабашин Т. О., Баскакова Т. Е. Динамика гидрохимических характеристик Азовского моря в современный период осолонения // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2017. № 3–1. С. 76–82. doi: 10.23683/0321-3005-2017-3-1-76-82
13. Dashkevich L. V., Berdnikov S. V., Kulygin V. V. Many-year variations of the average salinity of the Sea of Azov // Water Resources. 2017. Vol. 44, iss. 5. P. 749–757. doi: 10.1134/S0097807817040042
14. Результаты морских научных исследований Южного научного центра Российской академии наук (ЮНЦ РАН) в Азовском море в 2003–2018 гг. Часть 1 : Гидрология и гидрохимия / С. В. Бердников [и др.] // Водные биоресурсы и среда обитания. 2019. Т. 2, № 3. С. 7–19.
15. Решетняк О. С., Комаров Р. С. Межгодовая и сезонная изменчивость стока растворенных веществ в дельтовых рукавах реки Кубани // Вестник Московского университета. Серия 5. География. 2023. Т. 78, № 1. С. 95–105. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/mezhgodovaya-i-sezonnaya-izmenchivost-stoka-rastvorennyh-veschestv-v-deltovyh-rukavah-reki-kubani?ysclid=lto6a6j6pk954315675
16. Комплексные экологические исследования Керченского пролива и Таманского залива после катастрофы танкера с мазутом (2007–2010 гг.) / В. В. Сапожников [и др.] // Труды ВНИРО. 2013. Т. 150. С. 65–77.
17. Климатические изменения гидрометеорологических параметров Черного и Азовского морей (1980–2020 гг.) / А. И. Гинзбург [и др.] // Океанология. 2021. Т. 61, № 6. С. 900–912. doi: 10.31857/S003015742106006X
18. Демченко В. А. Особенности влияния изменяющегося климата на сообщества рыб Азовского бассейна // Вестник Запорожского национального университета. Биологические науки. 2010. № 1. С. 22–32.
19. Оценка загрязнения Керченского пролива и прилегающей акватории Черного моря по данным натурных измерений 2019–2020 гг. / П. О. Завьялов [и др.] // Океанология. 2022. Т. 62, № 2. С. 194–203. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=48340777&ysclid=lto6co58o3772334153
20. Radulescu V. Environmental Conditions and the Fish Stocks Situation in the Black Sea, between Climate Change, War, and Pollution // Water. 2023. Vol. 15, iss. 6. 1012. doi: 10.3390/w15061012
21. Гидрометеорологические условия морей Украины. Т. 1 : Азовское море / Ю. П. Ильин [и др.]. Севастополь, 2009. 400 с.
22. Иванов В. А., Белокопытов В. Н. Океанография Черного моря. Севастополь, 2011. 212 с.
23. Study of Water Exchange in the Kerch Strait Based on Historical Data and Contact Measurements in 2019 / I. B. Zavialov [et al.] // Oceanology. 2021. Vol. 61, iss. 3. P. 329–337. doi: 10.1134/S0001437021030176
24. Матишов Г. Г., Дашкевич Л. В., Кириллова Е. Э. Цикличность климата в Приазовье: голоцен и современный период (XIX–XXI вв.) // Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. 2021. Т. 498, № 1. С. 96–100. EDN VHUREG. doi: 10.31857/S2686739721050091
25. Бердников С. В., Дашкевич Л. В., Кулыгин В. В. Новое состояние гидрологического режима Азовского моря в ХХI веке // Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. 2022. Т. 503, № 1. С. 65–70. doi: 10.31857/S2686739722030057
26. Коновалов С. К., Видничук А. В., Орехова Н. А. Пространственно-временные характеристики гидрохимической структуры вод глубоководной части Черного моря // Система Черного моря. М. : Научный мир, 2018. С. 106–118.
27. 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. 69–79.
28. Millero F. J. History of the Equation of State of Seawater // Oceanography. 2010. Vol. 23, iss. 3. P. 18–33. doi: 10.5670/oceanog.2010.21
29. Pawlowicz R. Key Physical Variables in the Ocean: Temperature, Salinity, and Density // Nature Education Knowledge. 2013. Vol. 4, iss. 4. 13.
30. Андрулионис Н. Ю., Завьялов П. О. Лабораторные исследования основного компонентного состава гипергалинных озер // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 1. С. 16–36. doi: 10.22449/0233-7584-2019-1-16-36
31. The composition of Standard Seawater and the definition of the Reference-Composition Salinity Scale / F. J. Millero [et al.] // Deep Sea Research. Part I: Oceanographic Research Papers. 2008. Vol. 55, iss. 1. P. 50–72. doi: 10.1016/j.dsr.2007.10.001
32. Water exchange between the Sea of Azov and the Black Sea through the Kerch Strait / I. Zavialov [et al.] // Ocean Science. 2020. Vol. 16, iss. 1. P. 15–30. doi: 10.5194/os-16-15-2020
33. Zavialov P. O., Izhitskiy A. S., Sedakov R. O. Sea of Azov waters in the Black Sea: Do they enhance wind-driven flows on the shelf? // The Ocean in Motion: Circulation, waves, polar oceanography / Eds. M. G. Velarde, R. Yu. Tarakanov, A. V. Marchenko. Cham : Springer, 2018. P. 461–474. (Springer Oceanography). doi: 10.1007/978-3-319-71934-4_28
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2024; 40: 87-107
Major Ion Composition of Waters in the Kerch Strait and the Adjacent Areas
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2024-1-87-107Abstract
Purpose. The work is purposed at studying the influence of water exchange processes between the Black and Azov seas upon the characteristics of major ion composition (MIC) and other hydrochemical indicators of the Kerch Strait waters, as well as the impact of changes in the relative content of major ions of water salt composition upon the accuracy in determining salinity values. The MIC transformation during mixing of the sea surface waters and the Taman Bay ones in the Kerch Strait is investigated. The errors in calculating salinity by the standard methods are assessed for the Kerch Strait, the northeastern Black Sea and the Taman Bay waters.
Methods and Results. The concentrations of major ions determining MIC in the Kerch Strait, Black Sea and Taman Bay surface waters in 2019–2023 were defined by the potentiometric titration method. The water salinity values were obtained in four different ways.
Conclusions. It was established that the salinity value ~18.66 calculated by a sum of the major ions corresponds to the surface waters in the northeastern part of the Black Sea, that conforms to the practical salinity value ~18.10 calculated using the CTD probe data. On the average, MIC of these waters is characterized by the following relative content of major ions: Clˉ = 54.1 %, SO-24= 8.2%, HCO3− = 1 %, Na+ = 30.8 %, K+ = 1.3 %, Ca2+ = 1.3 % and Mg2+ = 3.4 %. It is shown that the Kerch Strait waters, even in case of their similar salinity, can have different ratios of the major ions characterized by high spatial and temporal variability which, in its turn, is subjected to a significant impact of the waters inflowing from the shallow Taman Bay. The largest differences were between the sum of major ions and the practical salinity. For the Kerch Strait waters, the differences averaged ~2.5 %. The ionic variations contributed to underestimating the practical salinity values calculated for all the waters under study. In calculating salinity using the chlorine coefficient, the deviations from the sum of ions constituted ~2 %, whereas those obtained using the TEOS-10 equations – ~1 %.
References
1. Gidrometeorologiya i gidrokhimiya morei SSSR. Tom 4 : Chernoe more. Vyp. 2 : Gidrokhimicheskie usloviya i okeanologicheskie osnovy formirovaniya biologicheskoi produktivnosti. Sankt-Peterburg : Gidrometeoizdat, 1992. 220 s.
2. Kompleksnye ekosistemnye issledovaniya v rossiiskoi chasti Azovskogo morya (18–25 iyulya 2006 g.) / Yu. A. Fedorov [i dr.] // Okeanologiya. 2007. T. 47, № 2. S. 316–319.
3. Andrulionis N. Yu., Zav'yalov P. O., Izhitskii A. S. Vliyanie variatsii ionno-solevogo sostava vod na tochnost' izmerenii solenosti // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2022. T. 38, № 5. S. 481–498. URL: https://mhiras.elpub.ru/jour/article/view/764
4. Gidrometeorologiya i gidrokhimiya morei SSSR. T. 5 : Azovskoe more. Sankt-Peterburg: Gidrometeoizdat, 1991. 235 s.
5. Izotopy sery v verkhnei chasti anaerobnoi zony Chernogo morya / A. V. Dubinin [i dr.] // Okeanologiya. 2017. T. 57, № 6. S. 885–893. doi: 10.7868/S0030157417060041
6. Kremling K. Relation Between Chlorinity and Conductometric Salinity in Black Sea Water // The Black Sea – Geology, Chemistry, and Biology / E. T. Degens, D. A. Ross. American Association of Petroleum Geologists, 1974. P. 151–154. doi: 10.1306/M20377C44
7. Konovalov S. K., Ryabinin A. I. Vodorodnyi pokazatel' (rN) vod Chernogo morya // Meteorologiya i gidrologiya. 1987. № 10. S. 75–81.
8. Makkaveev P. N., Bubnov P. V. Osobennosti vertikal'nogo raspredeleniya komponentov karbonatnoi sistemy v aerobnoi zone Chernogo morya // Okeanologiya. 1993. T. 33, № 3. S. 354–359.
9. Makkaveev P. N., Nalbandov Yu. R., Vlasova E. S. The Distribution of Dissolved Inorganic Carbon in the Zone of Contact of Aerobic and Anaerobic Waters of the Black Sea // Oceanology. 2005. Vol. 45, Suppl. 1. R. S85–S92.
10. Hiscock W. T., Millero F. J. Alkalinity of the anoxic waters in the Western Black Sea // Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography. 2006. Vol. 53, iss. 17–19. R. 1787–1801. doi: 10.1016/j.dsr2.2006.05.020
11. Khoruzhii D. S., Ovsyanyi E. I., Konovalov S. K. Sopostavlenie rezul'tatov opredeleniya karbonatnoi sistemy i obshchei shchelochnosti morskoi vody po dannym razlichnykh analiticheskikh metodov // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2011. № 3. S. 33–47.
12. Kosenko Yu. V., Barabashin T. O., Baskakova T. E. Dinamika gidrokhimicheskikh kharakteristik Azovskogo morya v sovremennyi period osoloneniya // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Severo-Kavkazskii region. Estestvennye nauki. 2017. № 3–1. S. 76–82. doi: 10.23683/0321-3005-2017-3-1-76-82
13. Dashkevich L. V., Berdnikov S. V., Kulygin V. V. Many-year variations of the average salinity of the Sea of Azov // Water Resources. 2017. Vol. 44, iss. 5. P. 749–757. doi: 10.1134/S0097807817040042
14. Rezul'taty morskikh nauchnykh issledovanii Yuzhnogo nauchnogo tsentra Rossiiskoi akademii nauk (YuNTs RAN) v Azovskom more v 2003–2018 gg. Chast' 1 : Gidrologiya i gidrokhimiya / S. V. Berdnikov [i dr.] // Vodnye bioresursy i sreda obitaniya. 2019. T. 2, № 3. S. 7–19.
15. Reshetnyak O. S., Komarov R. S. Mezhgodovaya i sezonnaya izmenchivost' stoka rastvorennykh veshchestv v del'tovykh rukavakh reki Kubani // Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 5. Geografiya. 2023. T. 78, № 1. S. 95–105. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/mezhgodovaya-i-sezonnaya-izmenchivost-stoka-rastvorennyh-veschestv-v-deltovyh-rukavah-reki-kubani?ysclid=lto6a6j6pk954315675
16. Kompleksnye ekologicheskie issledovaniya Kerchenskogo proliva i Tamanskogo zaliva posle katastrofy tankera s mazutom (2007–2010 gg.) / V. V. Sapozhnikov [i dr.] // Trudy VNIRO. 2013. T. 150. S. 65–77.
17. Klimaticheskie izmeneniya gidrometeorologicheskikh parametrov Chernogo i Azovskogo morei (1980–2020 gg.) / A. I. Ginzburg [i dr.] // Okeanologiya. 2021. T. 61, № 6. S. 900–912. doi: 10.31857/S003015742106006X
18. Demchenko V. A. Osobennosti vliyaniya izmenyayushchegosya klimata na soobshchestva ryb Azovskogo basseina // Vestnik Zaporozhskogo natsional'nogo universiteta. Biologicheskie nauki. 2010. № 1. S. 22–32.
19. Otsenka zagryazneniya Kerchenskogo proliva i prilegayushchei akvatorii Chernogo morya po dannym naturnykh izmerenii 2019–2020 gg. / P. O. Zav'yalov [i dr.] // Okeanologiya. 2022. T. 62, № 2. S. 194–203. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=48340777&ysclid=lto6co58o3772334153
20. Radulescu V. Environmental Conditions and the Fish Stocks Situation in the Black Sea, between Climate Change, War, and Pollution // Water. 2023. Vol. 15, iss. 6. 1012. doi: 10.3390/w15061012
21. Gidrometeorologicheskie usloviya morei Ukrainy. T. 1 : Azovskoe more / Yu. P. Il'in [i dr.]. Sevastopol', 2009. 400 s.
22. Ivanov V. A., Belokopytov V. N. Okeanografiya Chernogo morya. Sevastopol', 2011. 212 s.
23. Study of Water Exchange in the Kerch Strait Based on Historical Data and Contact Measurements in 2019 / I. B. Zavialov [et al.] // Oceanology. 2021. Vol. 61, iss. 3. P. 329–337. doi: 10.1134/S0001437021030176
24. Matishov G. G., Dashkevich L. V., Kirillova E. E. Tsiklichnost' klimata v Priazov'e: golotsen i sovremennyi period (XIX–XXI vv.) // Doklady Rossiiskoi akademii nauk. Nauki o Zemle. 2021. T. 498, № 1. S. 96–100. EDN VHUREG. doi: 10.31857/S2686739721050091
25. Berdnikov S. V., Dashkevich L. V., Kulygin V. V. Novoe sostoyanie gidrologicheskogo rezhima Azovskogo morya v KhKhI veke // Doklady Rossiiskoi akademii nauk. Nauki o Zemle. 2022. T. 503, № 1. S. 65–70. doi: 10.31857/S2686739722030057
26. Konovalov S. K., Vidnichuk A. V., Orekhova N. A. Prostranstvenno-vremennye kharakteristiki gidrokhimicheskoi struktury vod glubokovodnoi chasti Chernogo morya // Sistema Chernogo morya. M. : Nauchnyi mir, 2018. S. 106–118.
27. Kondrat'ev S. I., Romanov A. S., Vnukov Yu. L. Osobennosti raspredeleniya gidrokhimicheskikh kharakteristik v raione materikovogo sklona severo-zapadnoi chasti Chernogo morya // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2007. № 5. S. 69–79.
28. Millero F. J. History of the Equation of State of Seawater // Oceanography. 2010. Vol. 23, iss. 3. P. 18–33. doi: 10.5670/oceanog.2010.21
29. Pawlowicz R. Key Physical Variables in the Ocean: Temperature, Salinity, and Density // Nature Education Knowledge. 2013. Vol. 4, iss. 4. 13.
30. Andrulionis N. Yu., Zav'yalov P. O. Laboratornye issledovaniya osnovnogo komponentnogo sostava gipergalinnykh ozer // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2019. T. 35, № 1. S. 16–36. doi: 10.22449/0233-7584-2019-1-16-36
31. The composition of Standard Seawater and the definition of the Reference-Composition Salinity Scale / F. J. Millero [et al.] // Deep Sea Research. Part I: Oceanographic Research Papers. 2008. Vol. 55, iss. 1. P. 50–72. doi: 10.1016/j.dsr.2007.10.001
32. Water exchange between the Sea of Azov and the Black Sea through the Kerch Strait / I. Zavialov [et al.] // Ocean Science. 2020. Vol. 16, iss. 1. P. 15–30. doi: 10.5194/os-16-15-2020
33. Zavialov P. O., Izhitskiy A. S., Sedakov R. O. Sea of Azov waters in the Black Sea: Do they enhance wind-driven flows on the shelf? // The Ocean in Motion: Circulation, waves, polar oceanography / Eds. M. G. Velarde, R. Yu. Tarakanov, A. V. Marchenko. Cham : Springer, 2018. P. 461–474. (Springer Oceanography). doi: 10.1007/978-3-319-71934-4_28
