Вертикальное распределение кислорода и сероводорода в глубоководной части Черного моря по экспедиционным данным 2017–2019 годов

Статья в Elpub

Морской гидрофизический журнал. 2024; 40: 284-297

Вертикальное распределение кислорода и сероводорода в глубоководной части Черного моря по экспедиционным данным 2017–2019 годов

Аннотация

Цель. Целью данной работы является анализ особенностей вертикального распределения растворенного кислорода и сероводорода в глубоководной части Черного моря в современный период.

Методы и результаты. Использованы данные 11 экспедиционных исследований Морского гидрофизического института (МГИ) РАН в Черном море в пределах экономической зоны России в 2017–2019 гг. В этих съемках были выполнены более 200 глубоководных станций, на которых с помощью кассеты из 12 батометров прибора Sea-Bird 911 plus CTD Seabird-Electronics INC проводили отбор гидрохимических проб на определенных изопикнических поверхностях. Как правило, это был ряд значений σt, равных 16,30; 16,20; 16,10; 16,00; 15,95; 15,90; 15,80; 15,60; 15,40; 15,20; 15,00; 14,60 кг/м³. Такая схема позволила определить общее вертикальное распределение кислорода в оксиклине и с точностью до 0,05 кг/м³ в шкале условной плотности – глубины появления сероводорода.

Выводы. Во всех съемках уменьшение содержания кислорода с глубиной (и, соответственно, возникновение оксиклина) начиналось ниже изопикнической поверхности σt = 14,5 кг/м³. Положение верхней границы субкислородной зоны, определяемое по изооксигене 10 мкМ, не было строго изопикнично, а находилось в интервале изопикн σt = 15,7–15,85 кг/м³, при этом связать изменение положения верхней границы с определенным гидрологическим сезоном не удалось. Например, наиболее глубокое залегание верхней границы ниже σt = 15,8 кг/м³ наблюдалось как в ноябре и декабре 2017 г., так и в августе 2018 г. Опускание изооксигены 10 мкМ до σt = 15,9 кг/м³ в районе керченского шельфа связано, видимо, с существованием более объемного и более холодного промежуточного слоя над шельфом в декабре 2017 г. Положение верхней границы сероводорода, определяемой по изосульфиде 3 мкМ, только в одной из 11 съемок, в апреле 2017 г., было приподнято почти до изопикнической поверхности, равной 16,0 кг/м³, а во всех остальных случаях (в том числе и в августе 2017 г., через полгода после поднятия) неизменно находилось в интервале изопикн σt = 16,10–16,15 кг/м³. Концентрация сероводорода на глубинах 1750–2000 м остается в течение последних 25 лет неизменной и находится на уровне 383 ± 2 мкМ.

Список литературы

1. Murray J. W., Izdar E. The 1988 Black Sea Oceanographic Expedition: Overview and New Discoveries // Oceanography. 1989. Vol. 2, iss. 1. P. 15–21. doi: 10.5670/oceanog.1989.25

2. Murray J. W. The 1988 Black Sea Oceanographic Expedition: introduction and summary // Deep Sea Research Part A. Oceanographic Research Papers. 1991. Vol. 38, Suppl. 2. P. S655–S661. doi: 10.1016/S0198-0149(10)80002-0

3. 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, iss. 1–3. P. 217–243. doi: 10.1016/S0924-7963(01)00054-9

4. Коновалов С. К., Еремеев В. Н. Региональные особенности, устойчивость и эволюция биогеохимической структуры вод Черного моря // Устойчивость и эволюция океанологических характеристик экосистемы Черного моря / Под ред. В. Н. Еремеева, С. К. Коновалова. Севастополь, 2012. С. 273–299. EDN: ISCAYC.

5. Akpinar A., Fach B. A., Oguz T. Observing the subsurface thermal signature of the Black Sea cold intermediate layer with Argo profiling floats // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2017. Vol. 124. P. 140–152. doi: 10.1016/j.dsr.2017.04.002.

6. Black Sea thermohaline properties: Long-term trends and variations / S. Miladinova [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2017. Vol. 122, iss. 7. P. 5624–5644. doi: 10.1002/2016JC012644

7. Formation and changes of the Black Sea cold intermediate layer / S. Miladinova [et al.] // Progress in Oceanography. 2018. Vol. 167. P. 11–23. doi: 10.1016/j.pocean.2018.07.002

8. Титов В. Б. Межгодовое обновление холодного промежуточного слоя в Черном море за последние 130 лет // Метеорология и гидрология. 2003. № 10. С. 68–75. EDN: PVMAJH.

9. Spatial and temporal variability in the chemical properties of the oxic and suboxic layers of the Black Sea / S. Tuğrul [et al.] // Journal of Marine Systems. 2014. Vol. 135. P. 29–43. doi: 10.1016/j.jmarsys.2013.09.008

10. 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. EDN: VLBKME. doi: 10.22449/0233-7584-2018-5-422-433

11. Кондратьев С. И., Видничук А. В. Вертикальное распределение кислорода и сероводорода в Черном море в 2016 г. // Вестник Московского университета. Серия 5. География. 2020. № 3. С. 91–99. EDN: HACWMH.

12. Кондратьев С. И., Масевич А. В., Белокопытов В. Н. Положение верхней границы сероводородной зоны над бровкой шельфа Крыма // Вестник Московского университета. Серия 5. География. 2022. № 3. С.97–107. EDN: MKWBYC.

13. Carpenter J. H. The accuracy of the Winkler method for dissolved oxygen analysis // Limnology and Oceanography. 1965. Vol. 10, iss. 1. P. 135–140. doi: 10.4319/lo.1965.10.1.0135

14. Carpenter J. H. The Chesapeake Bay Institute technique for the Winkler dissolved oxygen method // Limnology and Oceanography. 1965. Vol. 10, iss. 1. P. 141–143. doi: 10.4319/lo.1965.10.1.0141

15. Capet A., Vandenbulcke L., Grégoire M. A new intermittent regime of convective ventilation threatens the Black Sea oxygenation status // Biogeosciences. 2020. Vol. 17, iss. 24. P. 6507–6525. doi: 10.5194/bg-17-6507-2020

16. Видничук А. В., Коновалов С. К. Изменение кислородного режима глубоководной части Черного моря за период 1980–2019 годы // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 2. С. 195–206. EDN: UMVMXM. doi: 10.22449/0233-7584-2021-2-195-206

17. Кривошея В. Г., Овчинников И. М., Скирта А. Ю. Межгодовая изменчивость обновления холодного промежуточного слоя Черного моря // Комплексные исследования северо-восточной части Черного моря / Отв. ред. А. Г. Зацепин, М. В. Флинт. М. : Наука, 2002. С. 27–39.

18. Белокопытов В. Н. Межгодовая изменчивость обновления вод холодного промежуточного слоя Черного моря в последние десятилетия // Морской гидрофизический журнал. 2010. № 5. С. 33–41. EDN: TOERWX.

19. Иванов В. А., Белокопытов В. Н. Океанография Черного моря. Севастополь, 2011. 212 с. EDN: XPERZR.

Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2024; 40: 284-297

Vertical Distribution of Oxygen and Hydrogen Sulfide in the Deep Part of the Black Sea Based on the 2017–2019 Expedition Data

Kondratev S. I., Masevich A. V.

Abstract

Purpose. The purpose of the work is to analyze the features of vertical distribution of the dissolved oxygen and hydrogen sulfide in the deep part of the Black Sea in the modern period.

Methods and Results. The data obtained in 11 expeditions of Marine Hydrophysical Institute (MHI) RAS in the Black Sea within the economic zone of Russia in 2017–2019 were used. These surveys included more than 200 deep-sea stations at which by means of a cassette of 12 bathometers of the Sea-Bird 911 plus CTD Seabird-Electronics INC device the hydrochemical samples were taken at specific isopycnal surfaces; as a rule, it was σt = 16.30; 16.20; 16.10; 16.00; 15.95; 15.90; 15.80; 15.60; 15.40; 15.20; 15.00 and 14.60 kg/m3. Such a scheme made it possible to determine both the general vertical distribution of oxygen in the oxycline and the depth of hydrogen sulfide occurrence with the accuracy 0.05 kg/m3 in the conditional density scale.

Conclusions. In all the surveys, a decrease in oxygen content with depth (and occurrence of oxycline, respectively) began below the isopycnal surface σt = 14.5 kg/m3. The position of the sub-oxygen zone upper boundary defined by the isooxygen 10 µmol/l was not strictly isopycnal, but fell on the range of isopycns – σt = 15.7 – 15.85 kg/m3. However, it was not possible to identify a relation between the change in the position of the upper boundary and a certain hydrological season. For example, the deepest occurrence of the upper boundary below σt = 15.8 kg/m3 was observed both in November and December 2017, and August 2018. The lowering of isooxygen 10 µmol/l to σt = 15.9 kg/m3 in the Kerch shelf area is related to a more voluminous and colder intermediate layer over the shelf in December 2017. The position of hydrogen sulfide upper boundary determined by isosulfide 3 µmol/l was found raised almost to σt = 16.0 kg/m3 in only one of 11 surveys in April 2017. And in all other cases (including the one in August 2017, i. e. six months after it was raised) it was invariably within the range σt = 16.10–16.15 kg/m3. Over the past 25 years, the concentration of hydrogen sulfide at the depths 1750–2000 m has remained unchanged at the level 383 ± 2 µmol/l.

References

1. Murray J. W., Izdar E. The 1988 Black Sea Oceanographic Expedition: Overview and New Discoveries // Oceanography. 1989. Vol. 2, iss. 1. P. 15–21. doi: 10.5670/oceanog.1989.25

4. Konovalov S. K., Eremeev V. N. Regional'nye osobennosti, ustoichivost' i evolyutsiya biogeokhimicheskoi struktury vod Chernogo morya // Ustoichivost' i evolyutsiya okeanologicheskikh kharakteristik ekosistemy Chernogo morya / Pod red. V. N. Eremeeva, S. K. Konovalova. Sevastopol', 2012. S. 273–299. EDN: ISCAYC.

7. Formation and changes of the Black Sea cold intermediate layer / S. Miladinova [et al.] // Progress in Oceanography. 2018. Vol. 167. P. 11–23. doi: 10.1016/j.pocean.2018.07.002

8. Titov V. B. Mezhgodovoe obnovlenie kholodnogo promezhutochnogo sloya v Chernom more za poslednie 130 let // Meteorologiya i gidrologiya. 2003. № 10. S. 68–75. EDN: PVMAJH.

10. Kondrat'ev S. I., Vidnichuk A. V. Osobennosti vertikal'nogo raspredeleniya kisloroda i serovodoroda v Chernom more po ekspeditsionnym dannym Morskogo gidrofizicheskogo instituta v 1995–2015 godakh // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2018. T. 34, № 5. S. 422–433. EDN: VLBKME. doi: 10.22449/0233-7584-2018-5-422-433

11. Kondrat'ev S. I., Vidnichuk A. V. Vertikal'noe raspredelenie kisloroda i serovodoroda v Chernom more v 2016 g. // Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 5. Geografiya. 2020. № 3. S. 91–99. EDN: HACWMH.

12. Kondrat'ev S. I., Masevich A. V., Belokopytov V. N. Polozhenie verkhnei granitsy serovodorodnoi zony nad brovkoi shel'fa Kryma // Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 5. Geografiya. 2022. № 3. S.97–107. EDN: MKWBYC.

13. Carpenter J. H. The accuracy of the Winkler method for dissolved oxygen analysis // Limnology and Oceanography. 1965. Vol. 10, iss. 1. P. 135–140. doi: 10.4319/lo.1965.10.1.0135

14. Carpenter J. H. The Chesapeake Bay Institute technique for the Winkler dissolved oxygen method // Limnology and Oceanography. 1965. Vol. 10, iss. 1. P. 141–143. doi: 10.4319/lo.1965.10.1.0141

16. Vidnichuk A. V., Konovalov S. K. Izmenenie kislorodnogo rezhima glubokovodnoi chasti Chernogo morya za period 1980–2019 gody // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2021. T. 37, № 2. S. 195–206. EDN: UMVMXM. doi: 10.22449/0233-7584-2021-2-195-206

17. Krivosheya V. G., Ovchinnikov I. M., Skirta A. Yu. Mezhgodovaya izmenchivost' obnovleniya kholodnogo promezhutochnogo sloya Chernogo morya // Kompleksnye issledovaniya severo-vostochnoi chasti Chernogo morya / Otv. red. A. G. Zatsepin, M. V. Flint. M. : Nauka, 2002. S. 27–39.

18. Belokopytov V. N. Mezhgodovaya izmenchivost' obnovleniya vod kholodnogo promezhutochnogo sloya Chernogo morya v poslednie desyatiletiya // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2010. № 5. S. 33–41. EDN: TOERWX.

19. Ivanov V. A., Belokopytov V. N. Okeanografiya Chernogo morya. Sevastopol', 2011. 212 s. EDN: XPERZR.