Морской гидрофизический журнал. 2021; 37: 57-72
Изучение субмаринной разгрузки подземных вод у мыса Айя: мультитрассерный подход
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-1-57-72Аннотация
Цель. Изучение субмаринной разгрузки подземных вод является одним из актуальных вопросов современной гидрогеологии и океанологии. Цель исследования – комплексное изучение очага субмаринной разгрузки подземных вод у мыса Айя с использованием гидрологических, гидро-химических и радиохимических методов, определение потока субмаринных подземных вод и биогенных элементов с ними.
Методы и результаты. Экспедиционные работы выполнялись в ходе прибрежной экспедиции на м. Айя 24 марта 2019 г., а также 22–24 апреля 2019 г. в ходе 106-го рейса НИС «Профессор Водяницкий» (18 апреля – 13 мая 2019 г.). Извлечение изотопов 226Ra, 228Ra проводили с ис-пользованием волокна собственного изготовления на основе MnO2. После концентрирования сорбент отжимали для удаления избытка воды, просушивали и озоляли. Далее золу помещали в чашки Петри, заливали эпоксидной смолой. Измерение активности радионуклидов проводили на низкофоновом полупроводниковом γ-спектрометре с детектором из высокочистого германия (GC3020) через три недели после заливки смолой. Активность 226Ra определяли по дочернему радионуклиду 214Pb с энергией 351,9 кэВ (qγ = 37,2%), 228Ra – по дочернему 228Ac с энергией 911,6 кэВ (T1/2 = 6,1 ч, qγ = 27,7%). Основные элементы главного биогенного цикла определяли фотоколориметрически: минеральный фосфор – по молибденовой сини, кремний – по кремнемолибденовому комплексу, нитраты (восстановленные до нитритов) и нитриты – по азокрасителю, аммоний – по индофенольному синему также фотоколориметрически.
Выводы. Изучено распределение гидрофизических, гидрохимических и радиохимических параметров в акватории, сопряженной с известными очагами субмаринной разгрузки подземных вод. Впервые изучено распределение изотопов 226Ra, 228Ra. С использованием данных по солености, объемной активности изотопов 226Ra, 228Ra и концентрации биогенных элементов определены потоки субмаринных подземных вод в районе м. Айя, которые составили 8220 ± 1200 м3/сут.
Список литературы
1. Submarine groundwater discharge: Management implications, meas-urements and effects. IOC Manuals and Guides 44, Paris : UNESCO, 2004. 35 р. URL: https://wedocs.unep.org/handle/20.500.11822/854?show=full (date of access: 18.01.2021).
2. Nuclear and Isotopic Techniques for the Characterization of Submarine Groundwater Discharge in Coastal Zones. Results of a coordinat-ed research project, 2001–2006. Vienna : IAEA, 2008. 192 р. URL: https://www.iaea.org/publications/7925/nuclear-and-isotopic-techniques-for-the-characterization-of-submarine-groundwater-discharge-in-coastal-zones (date of access: 18.01.2021).
3. Fleury P. Sources sous-marines et aquiferes karstiques côtiers mediter-raneens. Fonctionnement et caracterisation. Sciences de l’environnement. Université Pierre et Marie Curie – Paris VI. 2005. 26 p. URL: https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00789234/document (date of access: 18.01.2021).
4. Rodellas i Vila V. Evaluating Submarine Groundwater Discharge to the Mediterranean Sea by using radium isotopes. PhD thesis. Barcelona: Universitat Autònoma de Barcelona, 2014. 190 p. URL: https://www.tdx.cat/bitstream/handle/10803/285061/vrv1de1.pdf;jsessionid=528EC090F3C974CAE6F0FD4018EE5784?sequence=1 (date of access: 18.01.2021).
5. Зекцер И. С. Подземные воды как компонент окружающей среды. М. : Научный мир, 2001. 328 с. URL: https://www.rfbr.ru/rffi/ru/books/o_27088 (дата обращения: 18.01.2021).
6. Zektser I. S., Lorne G. Everett, Dzhamalov R. G. Submarine Ground-water / New York : CRC Press, 2006. 466 p. URL: https://www.routledge.com/Submarine-Groundwater/Zektser-Everett-Dzhamalov/p/book/9780367390266 (date of access: 18.01.2021).
7. Evidence for Submarine Groundwater Discharge into the Black Sea – Investigation of Two Dissimilar Geographical Settings / M. Schubert [et al.] // Water. 2017. Vol. 9, iss. 7. 10.3390/w9070468. https://doi.org/10.3390/w9070468
8. Klimchouk A. Krubera (Voronja) Cave // Encyclopedia of caves / Eds. W. B. White, D. C. Culver. New York : Academic Press, 2005. P. 443–450. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-383832-2.00063-3
9. Лялько В. И., Шнюков Е. Ф. О субмаринной разгрузке подземных вод на шельфе украинского Причерноморья // Геологический журнал. 1980. Т. 40, № 3. С. 48–54. URL: http://www.pseudology.org/science/lyalko_shnyukov1980.pdf (дата обращения: 18.01.2021).
10. О выявлении зон субмаринной разгрузки подземных вод с помощью радоновой съемки / П. А. Кирьяков [и др.] // Водные ре-сурсы. 1982. № 5. С. 153–157.
11. Поиски субмаринных источников в каньонах материковой окраины Южного берега Крыма / Е. Ф. Шнюков [и др.]. Киев, 1989. 39 с. (Препринт/ ИГН НАН Украины).
12. Юровский Ю. Г. Подземные воды шельфа. Задачи и методы изучения. Симферополь : Диайпи, 2013. 260 с. URL: https://ru.b-ok.africa/book/3032030/d47bca (дата обращения: 18.01.2021).
13. Гидрохимические и гидрологические характеристики одного из источников субмаринной разгрузки пресных вод у мыса Айя / С. И. Кондратьев [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 1997. № 3. С. 66–73.
14. Субмаринные источники пресных вод в районе мыс Фиолент – мыс Сарыч / С. И. Кондратьев [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 1998. № 3. С. 57–69.
15. Кондратьев С. И., Прусов А. В., Юровский Ю. Г. Наблюдения субмаринной разгрузки подземных вод (Южный берег Крыма) // Морской гидрофизический журнал. 2010. № 1. С. 32–45.
16. Methodological study of submarine groundwater discharge from a karstic aquifer in the Western Mediterranean Sea / M. Mejías [et al.] // Journal of Hydrology. 2012. Vol. 464–465. P. 27–40. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2012.06.020
17. Юровский Ю. Г. Оценка величины субмаринной разгрузки карстовых вод в районе мыса Айя // Морской гидрофизический журнал. 1998. № 3. С. 78–80.
18. Каюкова Е. П., Юровский Ю. Г. Водные ресурсы Крыма // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2016. № 1. С. 25–32. URL: https://www.researchgate.net/project/Kaukova-EP-Urovskij-UG-Vodnye-resursy-Kryma-Geoekolgia-Inze-nernaa-geologia-Gidrogeologia-Geokriologia-2016-No1-S-25-32 (дата обращения: 18.01.2021).
19. MnO2 fiber as a sorbent in radionuclides in oceanographic investigations / I. I. Dovhyi [et al.] // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 2020. Vol. 323, iss. 1. P. 539–547. https://doi.org/10.1007/s10967-019-06940-9
20. Methods of Seawater Analysis / Eds. K. Grasshoff, K. Kremling, M. Ehrhardt, Weinheim : WILEY-VCH Verlag, 1999. 600 p. https://doi.org/10.1002/9783527613984
21. Practical Guidelines for the Analysis of Seawater / Ed. O. Wurl, Lon-don, New York : CRC Press, 2009. 408 p. https://doi.org/10.1201/9781420073072
22. Moore W. S. Sources and fluxes of submarine groundwater discharge delineated by radium isotopes // Biogeochemistry. 2003. Vol. 66. P. 75–93. https://doi.org/10.1023/B:BIOG.0000006065.77764.a0
23. Факторы формирования и отличительные особенности физико-химических характеристик донных отложений Балаклавской бухты (Черное море) / К. И. Гуров [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2015. № 4. С. 51–58. doi:10.22449/0233-7584-2015-4-51-58
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2021; 37: 57-72
Studying Submarine Groundwater Discharge at the Cape Ayia: a Multi-Tracer Approach
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-1-57-72Abstract
Pupose. The study of submarine groundwater discharge is one of the most pressing issues of modern hydrogeology and oceanography. The purpose of the paper is to represent a comprehensive study of the submarine groundwater discharge focus at the Cape Ayia using the hydrological, hydrochemical and radiochemical methods, as well as to determine the flux of submarine groundwater including the nutrients.
Methods and Results. The scientific investigations were carried out during the coastal expeditions nearby the Cape Ayia on March 24, 2019, and also on April 22–24, 2019 during the 106th cruise of the R/V “Professor Vodyanitsky” (April 18–May 13, 2019). The isotopes 226Ra, 228Ra were extracted using the proprietary MnO2-based fibers. After concentration, the sorbent was squeezed to remove excess water, dried and ashed. Then the ash was placed in the Petri dishes and poured with epoxy resin. Activity of the radionuclides was measured on a low-background semiconductor γ-spectrometer with a detector of high-purity germanium (GC3020) in 3 weeks after the resin casting. The activity of 226Ra was determined by the daughter radionuclide 214Pb with the energy 351.9 keV (qγ = 37.2%), and that of 228Ra – by the daughter 228Ac (T1/2 = 6.1 h, qγ = 27.7%) with the energy 911.6 keV. The basic elements of the main biogenic cycle were determined using the photo-colorimetric means: mineral phosphorus – by molybdenum blue, silicon – by silicon-molybdenum complex. Nitrates (reduced to nitrites) and nitrites were determined by azo dye; ammonium – by indophenol blue also by the photo-colorimetric method.
Conclusions. Distribution of hydrophysical, hydrochemical and radiochemical parameters in the water area connected with the known focuses of the groundwater submarine discharge was studied. For the first time, the distribution of the 226Ra, 228Ra isotopes was studied. The data on salinity, volumetric activity of the 226Ra, 228Ra isotopes and the nutrients concentration permitted to determine the flows of submarine underground waters in the Cape Ayia area, which amounted to 8220 ± 1200 m3/day. The anthropogenic contribution to pollution of the groundwater forming the submarine sources is shown.
References
1. Submarine groundwater discharge: Management implications, meas-urements and effects. IOC Manuals and Guides 44, Paris : UNESCO, 2004. 35 r. URL: https://wedocs.unep.org/handle/20.500.11822/854?show=full (date of access: 18.01.2021).
2. Nuclear and Isotopic Techniques for the Characterization of Submarine Groundwater Discharge in Coastal Zones. Results of a coordinat-ed research project, 2001–2006. Vienna : IAEA, 2008. 192 r. URL: https://www.iaea.org/publications/7925/nuclear-and-isotopic-techniques-for-the-characterization-of-submarine-groundwater-discharge-in-coastal-zones (date of access: 18.01.2021).
3. Fleury P. Sources sous-marines et aquiferes karstiques côtiers mediter-raneens. Fonctionnement et caracterisation. Sciences de l’environnement. Université Pierre et Marie Curie – Paris VI. 2005. 26 p. URL: https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00789234/document (date of access: 18.01.2021).
4. Rodellas i Vila V. Evaluating Submarine Groundwater Discharge to the Mediterranean Sea by using radium isotopes. PhD thesis. Barcelona: Universitat Autònoma de Barcelona, 2014. 190 p. URL: https://www.tdx.cat/bitstream/handle/10803/285061/vrv1de1.pdf;jsessionid=528EC090F3C974CAE6F0FD4018EE5784?sequence=1 (date of access: 18.01.2021).
5. Zektser I. S. Podzemnye vody kak komponent okruzhayushchei sredy. M. : Nauchnyi mir, 2001. 328 s. URL: https://www.rfbr.ru/rffi/ru/books/o_27088 (data obrashcheniya: 18.01.2021).
6. Zektser I. S., Lorne G. Everett, Dzhamalov R. G. Submarine Ground-water / New York : CRC Press, 2006. 466 p. URL: https://www.routledge.com/Submarine-Groundwater/Zektser-Everett-Dzhamalov/p/book/9780367390266 (date of access: 18.01.2021).
7. Evidence for Submarine Groundwater Discharge into the Black Sea – Investigation of Two Dissimilar Geographical Settings / M. Schubert [et al.] // Water. 2017. Vol. 9, iss. 7. 10.3390/w9070468. https://doi.org/10.3390/w9070468
8. Klimchouk A. Krubera (Voronja) Cave // Encyclopedia of caves / Eds. W. B. White, D. C. Culver. New York : Academic Press, 2005. P. 443–450. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-383832-2.00063-3
9. Lyal'ko V. I., Shnyukov E. F. O submarinnoi razgruzke podzemnykh vod na shel'fe ukrainskogo Prichernomor'ya // Geologicheskii zhurnal. 1980. T. 40, № 3. S. 48–54. URL: http://www.pseudology.org/science/lyalko_shnyukov1980.pdf (data obrashcheniya: 18.01.2021).
10. O vyyavlenii zon submarinnoi razgruzki podzemnykh vod s pomoshch'yu radonovoi s\"emki / P. A. Kir'yakov [i dr.] // Vodnye re-sursy. 1982. № 5. S. 153–157.
11. Poiski submarinnykh istochnikov v kan'onakh materikovoi okrainy Yuzhnogo berega Kryma / E. F. Shnyukov [i dr.]. Kiev, 1989. 39 s. (Preprint/ IGN NAN Ukrainy).
12. Yurovskii Yu. G. Podzemnye vody shel'fa. Zadachi i metody izucheniya. Simferopol' : Diaipi, 2013. 260 s. URL: https://ru.b-ok.africa/book/3032030/d47bca (data obrashcheniya: 18.01.2021).
13. Gidrokhimicheskie i gidrologicheskie kharakteristiki odnogo iz istochnikov submarinnoi razgruzki presnykh vod u mysa Aiya / S. I. Kondrat'ev [i dr.] // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 1997. № 3. S. 66–73.
14. Submarinnye istochniki presnykh vod v raione mys Fiolent – mys Sarych / S. I. Kondrat'ev [i dr.] // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 1998. № 3. S. 57–69.
15. Kondrat'ev S. I., Prusov A. V., Yurovskii Yu. G. Nablyudeniya submarinnoi razgruzki podzemnykh vod (Yuzhnyi bereg Kryma) // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2010. № 1. S. 32–45.
16. Methodological study of submarine groundwater discharge from a karstic aquifer in the Western Mediterranean Sea / M. Mejías [et al.] // Journal of Hydrology. 2012. Vol. 464–465. P. 27–40. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2012.06.020
17. Yurovskii Yu. G. Otsenka velichiny submarinnoi razgruzki karstovykh vod v raione mysa Aiya // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 1998. № 3. S. 78–80.
18. Kayukova E. P., Yurovskii Yu. G. Vodnye resursy Kryma // Geoekologiya. Inzhenernaya geologiya. Gidrogeologiya. Geokriologiya. 2016. № 1. S. 25–32. URL: https://www.researchgate.net/project/Kaukova-EP-Urovskij-UG-Vodnye-resursy-Kryma-Geoekolgia-Inze-nernaa-geologia-Gidrogeologia-Geokriologia-2016-No1-S-25-32 (data obrashcheniya: 18.01.2021).
19. MnO2 fiber as a sorbent in radionuclides in oceanographic investigations / I. I. Dovhyi [et al.] // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 2020. Vol. 323, iss. 1. P. 539–547. https://doi.org/10.1007/s10967-019-06940-9
20. Methods of Seawater Analysis / Eds. K. Grasshoff, K. Kremling, M. Ehrhardt, Weinheim : WILEY-VCH Verlag, 1999. 600 p. https://doi.org/10.1002/9783527613984
21. Practical Guidelines for the Analysis of Seawater / Ed. O. Wurl, Lon-don, New York : CRC Press, 2009. 408 p. https://doi.org/10.1201/9781420073072
22. Moore W. S. Sources and fluxes of submarine groundwater discharge delineated by radium isotopes // Biogeochemistry. 2003. Vol. 66. P. 75–93. https://doi.org/10.1023/B:BIOG.0000006065.77764.a0
23. Faktory formirovaniya i otlichitel'nye osobennosti fiziko-khimicheskikh kharakteristik donnykh otlozhenii Balaklavskoi bukhty (Chernoe more) / K. I. Gurov [i dr.] // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2015. № 4. S. 51–58. doi:10.22449/0233-7584-2015-4-51-58
