Морской гидрофизический журнал. 2021; 37: 195-206
Изменение кислородного режима глубоководной части Черного моря за период 1980–2019 годы
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-2-195-206Аннотация
Цель. Оценка изменений кислородного режима глубоководной части Черного моря под действием климатических и антропогенных факторов за последние 40 лет – цель данной работы.
Методы и результаты. Для анализа были использованы экспедиционные данные (за период 2015–2019 гг.), а также массив данных из Банка данных Морского гидрофизического института РАН (за период 1980–2013 гг.). Из массива были отобраны данные для глубоководной части Черного моря (глубины более 200 м). Гидрофизические и гидрохимические параметры подвергались экспертной оценке, из массива были отбракованы данные, включающие случайные ошибки значений. Далее были построены средние профили температуры, солености, концентрации кислорода, процента насыщения вод кислородом, концентрации нитратов в шкале условной плотности (σt). Осреднение проводилось методом обратных расстояний с последующим дополнительным сглаживанием методом низкочастотной фильтрации.
Выводы. На фоне тенденции увеличения температуры верхних слоев водной толщи и снижения интенсивности зимнего конвективного перемешивания наблюдается снижение запаса кислорода во всех слоях аэробной зоны Черного моря. Проведенный анализ данных за период 1980– 2019 гг. показал, что на современном этапе в экосистеме глубоководной части Черноморского бассейна произошел «системный» сдвиг, обусловленный совместным действием климатических изменений и антропогенной нагрузки. Снижение степени насыщения вод кислородом по всей толще аэробной зоны показывает, что влияние процесса эвтрофирования Черноморского бассейна является значительным фактором, определяющим динамику кислорода в водах Черного моря.
Список литературы
1. Иванов В. А., Белокопытов В. Н. Океанография Черного моря. Севастополь : МГИ НАН Украины, 2011. 209 с.
2. О переносе стока малых рек вдольбереговым бароклинным морским течением / В. М. Журбас [и др.] // Океанология. 2011. Т. 51, № 3. С. 440–449.
3. Eutrophication: A Plausible Cause for Changes in Hydrochemical Structure of the Black Sea Anoxic Layer / S. K. Konovalov [et al.] // Environmental Degradation of the Black Sea: Challenges and Remedies / Eds. S. T. Beşiktepe, Ü. Ünlüata, A. S. Bologa. Dordrecht : Springer, 1999. P. 61–74. (NATO Science Series (2. Environmental Security), Vol. 56)). https://doi.org/10.1007/978-94-011-4568-8_5
4. 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. https://doi.org/10.1016/S0924-7963(01)00054-9
5. Yunev O. A., Moncheva S., Carstensen J. Long-term variability of vertical chlorophyll a and nitrate profiles in the open Black Sea: Eutrophication and climate change // Marine Ecology Progress Series. 2005. Vol. 294. P. 95–107. doi:10.3354/meps294095
6. Юнев О. А. Эвтрофикация и годовая первичная продукция фитопланктона глубоководной части Черного моря // Океанология. 2011. Т. 51, № 4. С. 658–668.
7. Mikaelyan A. S., Zatsepin A. G., Chasovnikov V. K. Long-term changes in nutrient supply of phytoplankton growth in the Black Sea // Journal of Marine Systems. 2013. Vol. 117–118. P. 53–64. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2013.02.012
8. Юнев О. А., Коновалов С. К., Великова В. Антропогенная эвтрофикация в пелагической зоне Черного моря: долговременные тренды, механизмы, последствия. М. : ГЕОС, 2019. 164 с. doi:10.34756/GEOS.2019.16.37827
9. Полонский А. Б., Котолупова А. А. Долгопериодная изменчивость растворенного кисло- рода и температуры верхнего слоя вод Черного моря // Океанология. 2019. Т. 59, № 1. С. 22–32. https://doi.org/10.31857/S0030-15745922-32
10. Банк океанографических данных Морского гидрофизического института: информационные ресурсы для поддержки исследований прибрежной зоны Черного моря / А. Х. Халиулин [и др.] // Экологическая безопасность прибрежных и шельфовых зон моря. 2016. Вып. 1. С. 90‒96.
11. Eremeev V. N., Konovalov S. K., Romanov A. S. The distribution of oxygen and hydrogen sulfide in Black Sea waters during winter-spring period // Physical Oceanography. 1998. Vol. 9. P. 259–272. https://doi.org/10.1007/BF02522712
12. Eremeev V. N., Konovalov S. K., Romanov A. S. Investigation of the formation of vertical structure of biogenic elements fields in the Black Sea, using the method of spatial isopycnic analysis // Physical Oceanography. 1997. Vol. 8. P. 389–402. https://doi.org/10.1007/BF02523811
13. Демьянов В. В., Савельева Е. А. Геостатистика: теория и практика / Под ред. Р. В. Арутюняна. М. : Наука, 2010. 327 с.
14. Безбородов А. А. Связь границы сероводородной зоны с плотностной структурой вод в Черном море // Доклады Академии наук Украинской ССР. Серия Б. 1990. № 12. С. 3–6.
15. Виноградов М. Е., Налбандов Ю. Р. Влияние изменений плотности воды на распределение физических, химических и биологических характеристик экосистемы пелагиали Черного моря // Океанология. 1990. Т. 30, вып. 5. С. 769–777.
16. Chemical variability in the Black Sea: implications of continuous vertical profiles that penetrated the oxic/anoxic interface / L. A. Codispoti [et al.] // Deep Sea Research Part A. Oceanographic Research Papers. 1991. Vol. 38, suppl. 2. P. S691–S710. https://doi.org/10.1016/S0198-0149(10)80004-4
17. Еремеев В. Н., Коновалов С. К., Романов А. С. Исследование формирования вертикаль- ной структуры полей биогенных элементов в водах Черного моря методом пространственного изопикнического анализа // Морской гидрофизический журнал. 1996. № 6. C. 23–38.
18. Современное представление о вертикальной гидрохимической структуре редокс-зоны Черного моря / Е. В. Якушев [и др.] // Комплексные исследования северо-восточной части Черного моря / Отв. ред. А. Г. Зацепин, М. В. Флинт. М. : Наука, 2002. C. 119–133.
19. Сапожников В. В., Сапожников М. В. Вертикальное распределение и оценка максимальных концентраций основных биогенных элементов в Черном море // Океанология. 2002. Т. 42, № 6. C. 831–837.
20. Regime shifts in marine ecosystems: detection, prediction and management / B. deYoung [et al.] // Trends in Ecology and Evolution. 2008. Vol. 23, iss. 7. P. 402–409. https://doi.org/10.1016/ j.tree.2008.03.008
21. Белокопытов В. Н. Межгодовая изменчивость обновления вод холодного промежуточного слоя Черного моря в последние десятилетия // Морской гидрофизический журнал. 2010. № 5. С. 33–41.
22. Konovalov S., Belokopytov V., Vidnichuk A. Oxygen regime shifts in the Black Sea: climate and/or human effects // Marine Science and Technology for Sustainable Development. The 26th International Conference of Pacific Congress on Marine Science and Technology (PACON- 2019), July 16–19, 2019, Vladivostok, Russia. Vladivostok : POI FEB RAS, 2019. P. 23.
23. Кривенко О. В., Пархоменко А. В. Восходящий и регенерационный потоки неорганических соединений азота и фосфора в глубоководной области Черного моря // Журнал об- щей биологии. 2014. Т. 75, № 5. С. 394–408.
24. Oguz T., Gilbert D. Abrupt transitions of the top-down controlled Black Sea pelagic ecosystem during 1960–2000: Evidence for regime-shifts under strong fishery exploitation and nutrient enrichment modulated by climate-induced variations // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2007. Vol. 54, iss. 2. P. 220–242. doi: 10.1016/j.dsr.2006.09.010
25. 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. 106–119. doi:10.29006/978-5-91522-473-4.2018.106
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2021; 37: 195-206
Changes in the Oxygen Regime in the Deep Part of the Black Sea in 1980–2019
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-2-195-206Abstract
Purpose. Assessing changes in the oxygen regime of the deep-water part of the Black Sea under the influence of climatic and anthropogenic factors over the past 40 years is the goal of the work.
Methods and Results. For the analysis, the expedition data (2015–2019) and those from the Databank of the Marine Hydrophysical Institute, Russian Academy of Sciences, (1980–2013) were used. The data for the deep-water part of the Black Sea (the depths exceeding 200 m) were selected from the array. The data on hydrophysical and hydrochemical parameters were subjected to expert assessment, and those including random errors in the values were excluded from the array. Then the average profiles of temperature, salinity, oxygen concentration, oxygen saturation, and nitrates concentration were plotted in the density scale (σt). Averaging was carried out by the inverse distance method followed by additional smoothing by the low-frequency filtering method.
Conclusions. Against the background of the tendency of temperature increase in the upper layers of the water column and decrease of winter convective mixing intensity, the oxygen supply diminishes in all the layers of the Black Sea aerobic zone. Having been analyzed, the data for the 1980–2019 period showed that at the present stage, a “regime shift” resulting from the joint effect of climate changes and anthropogenic load took place in the ecosystem of the deep-water part of the Black Sea. Decrease in the oxygen saturation of water throughout the entire thickness of the aerobic zone shows that the process of the Black Sea basin eutrophication constitutes a significant factor affecting oxygen dynamics in the Black Sea waters.
References
1. Ivanov V. A., Belokopytov V. N. Okeanografiya Chernogo morya. Sevastopol' : MGI NAN Ukrainy, 2011. 209 s.
2. O perenose stoka malykh rek vdol'beregovym baroklinnym morskim techeniem / V. M. Zhurbas [i dr.] // Okeanologiya. 2011. T. 51, № 3. S. 440–449.
3. Eutrophication: A Plausible Cause for Changes in Hydrochemical Structure of the Black Sea Anoxic Layer / S. K. Konovalov [et al.] // Environmental Degradation of the Black Sea: Challenges and Remedies / Eds. S. T. Beşiktepe, Ü. Ünlüata, A. S. Bologa. Dordrecht : Springer, 1999. P. 61–74. (NATO Science Series (2. Environmental Security), Vol. 56)). https://doi.org/10.1007/978-94-011-4568-8_5
4. 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. https://doi.org/10.1016/S0924-7963(01)00054-9
5. Yunev O. A., Moncheva S., Carstensen J. Long-term variability of vertical chlorophyll a and nitrate profiles in the open Black Sea: Eutrophication and climate change // Marine Ecology Progress Series. 2005. Vol. 294. P. 95–107. doi:10.3354/meps294095
6. Yunev O. A. Evtrofikatsiya i godovaya pervichnaya produktsiya fitoplanktona glubokovodnoi chasti Chernogo morya // Okeanologiya. 2011. T. 51, № 4. S. 658–668.
7. Mikaelyan A. S., Zatsepin A. G., Chasovnikov V. K. Long-term changes in nutrient supply of phytoplankton growth in the Black Sea // Journal of Marine Systems. 2013. Vol. 117–118. P. 53–64. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2013.02.012
8. Yunev O. A., Konovalov S. K., Velikova V. Antropogennaya evtrofikatsiya v pelagicheskoi zone Chernogo morya: dolgovremennye trendy, mekhanizmy, posledstviya. M. : GEOS, 2019. 164 s. doi:10.34756/GEOS.2019.16.37827
9. Polonskii A. B., Kotolupova A. A. Dolgoperiodnaya izmenchivost' rastvorennogo kislo- roda i temperatury verkhnego sloya vod Chernogo morya // Okeanologiya. 2019. T. 59, № 1. S. 22–32. https://doi.org/10.31857/S0030-15745922-32
10. Bank okeanograficheskikh dannykh Morskogo gidrofizicheskogo instituta: informatsionnye resursy dlya podderzhki issledovanii pribrezhnoi zony Chernogo morya / A. Kh. Khaliulin [i dr.] // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnykh i shel'fovykh zon morya. 2016. Vyp. 1. S. 90‒96.
11. Eremeev V. N., Konovalov S. K., Romanov A. S. The distribution of oxygen and hydrogen sulfide in Black Sea waters during winter-spring period // Physical Oceanography. 1998. Vol. 9. P. 259–272. https://doi.org/10.1007/BF02522712
12. Eremeev V. N., Konovalov S. K., Romanov A. S. Investigation of the formation of vertical structure of biogenic elements fields in the Black Sea, using the method of spatial isopycnic analysis // Physical Oceanography. 1997. Vol. 8. P. 389–402. https://doi.org/10.1007/BF02523811
13. Dem'yanov V. V., Savel'eva E. A. Geostatistika: teoriya i praktika / Pod red. R. V. Arutyunyana. M. : Nauka, 2010. 327 s.
14. Bezborodov A. A. Svyaz' granitsy serovodorodnoi zony s plotnostnoi strukturoi vod v Chernom more // Doklady Akademii nauk Ukrainskoi SSR. Seriya B. 1990. № 12. S. 3–6.
15. Vinogradov M. E., Nalbandov Yu. R. Vliyanie izmenenii plotnosti vody na raspredelenie fizicheskikh, khimicheskikh i biologicheskikh kharakteristik ekosistemy pelagiali Chernogo morya // Okeanologiya. 1990. T. 30, vyp. 5. S. 769–777.
16. Chemical variability in the Black Sea: implications of continuous vertical profiles that penetrated the oxic/anoxic interface / L. A. Codispoti [et al.] // Deep Sea Research Part A. Oceanographic Research Papers. 1991. Vol. 38, suppl. 2. P. S691–S710. https://doi.org/10.1016/S0198-0149(10)80004-4
17. Eremeev V. N., Konovalov S. K., Romanov A. S. Issledovanie formirovaniya vertikal'- noi struktury polei biogennykh elementov v vodakh Chernogo morya metodom prostranstvennogo izopiknicheskogo analiza // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 1996. № 6. C. 23–38.
18. Sovremennoe predstavlenie o vertikal'noi gidrokhimicheskoi strukture redoks-zony Chernogo morya / E. V. Yakushev [i dr.] // Kompleksnye issledovaniya severo-vostochnoi chasti Chernogo morya / Otv. red. A. G. Zatsepin, M. V. Flint. M. : Nauka, 2002. C. 119–133.
19. Sapozhnikov V. V., Sapozhnikov M. V. Vertikal'noe raspredelenie i otsenka maksimal'nykh kontsentratsii osnovnykh biogennykh elementov v Chernom more // Okeanologiya. 2002. T. 42, № 6. C. 831–837.
20. Regime shifts in marine ecosystems: detection, prediction and management / B. deYoung [et al.] // Trends in Ecology and Evolution. 2008. Vol. 23, iss. 7. P. 402–409. https://doi.org/10.1016/ j.tree.2008.03.008
21. Belokopytov V. N. Mezhgodovaya izmenchivost' obnovleniya vod kholodnogo promezhutochnogo sloya Chernogo morya v poslednie desyatiletiya // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2010. № 5. S. 33–41.
22. Konovalov S., Belokopytov V., Vidnichuk A. Oxygen regime shifts in the Black Sea: climate and/or human effects // Marine Science and Technology for Sustainable Development. The 26th International Conference of Pacific Congress on Marine Science and Technology (PACON- 2019), July 16–19, 2019, Vladivostok, Russia. Vladivostok : POI FEB RAS, 2019. P. 23.
23. Krivenko O. V., Parkhomenko A. V. Voskhodyashchii i regeneratsionnyi potoki neorganicheskikh soedinenii azota i fosfora v glubokovodnoi oblasti Chernogo morya // Zhurnal ob- shchei biologii. 2014. T. 75, № 5. S. 394–408.
24. Oguz T., Gilbert D. Abrupt transitions of the top-down controlled Black Sea pelagic ecosystem during 1960–2000: Evidence for regime-shifts under strong fishery exploitation and nutrient enrichment modulated by climate-induced variations // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2007. Vol. 54, iss. 2. P. 220–242. doi: 10.1016/j.dsr.2006.09.010
25. 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. 106–119. doi:10.29006/978-5-91522-473-4.2018.106
