Морской гидрофизический журнал. 2021; 37: 579-590
Вертикальное распределение форм фосфора в Черном море по экспедиционным данным 2016-2019 годов
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-5-579-590Аннотация
Цель. Целью данной работы является анализ особенностей вертикального распределения фосфатов и органического фосфора (Рорг) в Черном море в современный период.
Методы и результаты. Использованы данные экспедиционных исследований Морского гидрофизического института в Черном море в пределах экономической зоны России в 2016– 2019 гг. В этих экспедициях были выполнены более 200 глубоководных станций, на которых с помощью кассеты из 12 батометров прибора Seabird-Electronics проводили отбор гидрохимических проб на определенных изопикнических поверхностях, как правило, это был ряд изопикн 16,30; 16,25; 16,20; 16,15; 16,10; 16,05; 16,00; 15,95; 15,90; 15,80; 15,50; 14,0 кг/м3. На прибрежных мелководных станциях отбор проводили с интервалом 10 м. Такая схема позволяла выполнить отбор проб в верхнем квазиоднородном слое и в субкислородном слое с возможным минимумом концентрации фосфатов, определить глубины появления сероводорода и расположение максимума концентрации фосфатов в верхней части анаэробной зоны.
Выводы. Содержание фосфатов и Рорг от поверхности до изопикны 14,4 кг/м3 не превышало 0,1 мкМ, ниже по мере роста условной плотности концентрация фосфатов начинает увеличиваться, а Рорг – остается на том же уровне. На всех профилях вертикального распределения фосфатов был зафиксирован минимум возле изопикны 15,8 кг/м3 и максимум около изопикны 16,2 кг/м3. Минимальная концентрация фосфатов находилась в пределах 0–1,5 мкМ, максимальная в 2016–2017 гг. не достигала 8 мкМ, в 2018 г. во многих случаях превышала 12 мкМ, а в одном случае (возле Керченского пролива) была выше17 мкМ. Увеличение максимальной концентрации фосфатов (в исследованиях 1988–2013 гг. она не превышала 8 мкМ) связано, повидимому, с работами по возведению Керченского моста.
Список литературы
1. Are Iron-Phosphate Minerals a Sink for Phosphorus in Anoxic Black Sea Sediments? / N. Dijkstra [et al.] // PLoS ONE. 2014. Vol. 9, iss. 7. е101139. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0101139
2. Kraal Р., Yücelb М., Slompa С. Р. Turbidite deposition and diagenesis in the southwestern Black Sea: Implications for biogeochemical cycling in an anoxic basin // Marine Chemistry. 2019. Vol. 209. P. 48–61. doi:10.1016/j.marchem.2019.01.001
3. Гордей А. С., Чечуева Н. С. Гидрохимические условия в юго-восточной части Балтийского моря в 2018 году // Труды МФТИ. 2019. Т. 11, № 4. С. 68–81.
4. Interannual and Subdecadal Variability in the Nutrient Geochemistry of the Cariaco Basin / M. I. Scranton [et al.] // Oceanography. 2014. Vol. 27, iss. 1. P. 148–159. http://dx.doi.org/10.5670/oceanog.2014.18
5. Biogeochemical consequences of an oxygenated intrusion into an anoxic fjord / S. Pakhomova [et al.] // Geochemical Transactions. 2014. Vol. 15. 5. doi:10.1186/1467-4866-15-5
6. Black Sea Oceanography: Results from the 1988 Black Sea Expedition / Ed. J. W. Murray // Deep-Sea Research. 1991. Vol. 38. Suppl. 2. P. S655–S1266.
7. 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
8. Murray J. W. Special Issue on Black Sea Oceanography // Oceanography. 2005. Vol. 18, iss. 2. P. 14–15. https://doi.org/10.5670/oceanog.2005.37
9. Коновалов С. К., Еремеев В. Н. Региональные особенности, устойчивость и эволюция биогеохимической структуры вод Черного моря // Устойчивость и эволюция океанологических характеристик экосистемы Черного моря. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2012. С. 273–299.
10. Гидрохимические исследования в 33 рейсе научно-исследовательского судна «Профессор Колесников» / Л. В. Еремеева [и др.]. Севастополь, 1995. 42 с. (Препринт / МГИ).
11. Nutrients in the western Black Sea area. Spatial and vertical distribution / A. Krastev [et al.] // Proceedings of the 1st Biannual Scientific Conference: Black Sea Ecosystem 2005 and Beyond. Istanbul. Turkey. 8–10 May, 2006. P. 9–105.
12. 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.
13. 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. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2013.09.008
14. Effect of large magnetotactic bacteria with polyphosphate inclusions on the phosphate profile of the suboxic zone in the Black Sea / H. N. Schulz-Vogt [et al.] // The ISME Journal. 2019. Vol. 13. P. 1198–1208. https://doi.org/10.1038/s41396-018-0315-6
15. Шнюков Е. Ф., Горячкин Ю. Н., Кондратьев С. И. Содержание сероводорода, фосфатов и кремнекислоты в придонных водах Черного моря над грязевыми вулканами // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. 2006. № 1. С. 55–64.
16. Methods of seawater analysis / Eds. K. Grasshoff, M. Ehrhardt, K. Kremling. Weinheim : Verlag Chemie, 1983. 419 p.
17. Баскакова Т. Е., Косенко Ю. В., Бурдина Е. И. Пространственно-временная характеристика динамики биогенных веществ в северо-восточной акватории Черного моря // Водные биоресурсы и среда обитания. 2019. Т. 2, № 1. С. 7–19.
18. Shaffer G. Phosphate pumps and shuttles in the Black Sea // Nature. 1986. Vol. 321. P. 515–517. https://doi.org/10.1038/321515a0
19. A new particulate Mn-Fe-P-shuttle at the redoxcline of anoxic basins / O. Dellwig [et al.] // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2010. Vol. 74, iss. 24. P. 7100–7115. https://doi.org/10.1016/j.gca.2010.09.017
20. Jilbert T., Slomp C. P. Iron and manganese shuttles control the formation of authigenic phosphorus minerals in the euxinic basins of the Baltic Sea // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2013. Vol. 107. P. 155–169. https://doi.org/10.1016/j.gca.2013.01.005
21. Impact of natural re-oxygenation on the sediment dynamics of manganese, iron and phosphorus in a euxinic Baltic Sea basin / M. Hermans [et al.] // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2019. Vol. 246. P. 174–196. https://doi.org/10.1016/j.gca.2018.11.033
22. Controls on the shuttling of manganese over the northwestern Black Sea shelf and its fate in the euxinic deep basin / W. K. Lenstra [et al.] // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2020. Vol. 273. P. 177–204. https://doi.org/10.1016/j.gca.2020.01.031
23. Иванов В. А., Белокопытов В. Н. Океанография Черного моря. Севастополь, 2011. 212 с. URL: https://www.researchgate.net/publication/329587328_OKEANOGRAFIA_CERNOGO_MORA (дата обращения: 20.08.2021)
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2021; 37: 579-590
Vertical Distribution of Phosphates in the Black Sea Based on the Expeditionary Data, 2016–2019
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-5-579-590Abstract
Purpose. The purpose of the study is to analyze the features of vertical distribution of phosphates and dissolved organic phosphorus (Porg) in the Black Sea at the present period.
Methods and Results. The data obtained by the scientists of Marine Hydrophysical Institute in the Black Sea within the economic zone of Russia in 2016–2019 were used. At more than 200 deep-sea stations, a cassette of 12 bathometers (the Seabird-Electronics STD-instrument) was applied for taking hydrochemical samples at certain isopycnic surfaces, usually at σt = 16.30; 16.25; 16.20; 16.20; 16.15; 16.10; 16.05; 16.00; 15.95; 15.90; 15.80; 15.50, 14.0 kg/m3. At the coastal shallow-water stations, samples were taken at the 10 m intervals. Such a scheme permitted to carry out vertical sampling in the upper mixed layer and in the suboxic zone (including its upper boundary) with possible minimum of phosphates, to determine the depth of hydrogen sulfide formation and the location of the phosphates concentration maximum in the upper part of the anaerobic zone.
Conclusions. From the surface to isopycn σt = 14.4 kg/m3, the content of phosphates and Porg does not exceed 0.1 µM; below this isopycnic surface, the phosphates concentration begins to increase, whereas of Porg remains at the same level. At all the profiles of the phosphates vertical distribution, the phosphates concentration minimum was recorded near the isopycnic surface σt = 15.8 kg/m3, and its maximum – near the isopycnic surface σt = 16.2 kg/m3. The minimum content of phosphates varied within 0–1.5 µM; in 2016–2017 the phosphates concentration maximum did not exceed 8 µM; in 2018, in many cases, it was higher than 12 µM, and once, near the Kerch Strait, it exceeded 17 µM. Increase in the magnitude of the maximum phosphates concentration (in the previous studies in 1988– 2013, it did not exceed 8 µM) is assumed to be related to installation of the supports for constructing the Kerch Bridge.
References
1. Are Iron-Phosphate Minerals a Sink for Phosphorus in Anoxic Black Sea Sediments? / N. Dijkstra [et al.] // PLoS ONE. 2014. Vol. 9, iss. 7. e101139. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0101139
2. Kraal R., Yücelb M., Slompa S. R. Turbidite deposition and diagenesis in the southwestern Black Sea: Implications for biogeochemical cycling in an anoxic basin // Marine Chemistry. 2019. Vol. 209. P. 48–61. doi:10.1016/j.marchem.2019.01.001
3. Gordei A. S., Chechueva N. S. Gidrokhimicheskie usloviya v yugo-vostochnoi chasti Baltiiskogo morya v 2018 godu // Trudy MFTI. 2019. T. 11, № 4. S. 68–81.
4. Interannual and Subdecadal Variability in the Nutrient Geochemistry of the Cariaco Basin / M. I. Scranton [et al.] // Oceanography. 2014. Vol. 27, iss. 1. P. 148–159. http://dx.doi.org/10.5670/oceanog.2014.18
5. Biogeochemical consequences of an oxygenated intrusion into an anoxic fjord / S. Pakhomova [et al.] // Geochemical Transactions. 2014. Vol. 15. 5. doi:10.1186/1467-4866-15-5
6. Black Sea Oceanography: Results from the 1988 Black Sea Expedition / Ed. J. W. Murray // Deep-Sea Research. 1991. Vol. 38. Suppl. 2. P. S655–S1266.
7. 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
8. Murray J. W. Special Issue on Black Sea Oceanography // Oceanography. 2005. Vol. 18, iss. 2. P. 14–15. https://doi.org/10.5670/oceanog.2005.37
9. 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. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2012. S. 273–299.
10. Gidrokhimicheskie issledovaniya v 33 reise nauchno-issledovatel'skogo sudna «Professor Kolesnikov» / L. V. Eremeeva [i dr.]. Sevastopol', 1995. 42 s. (Preprint / MGI).
11. Nutrients in the western Black Sea area. Spatial and vertical distribution / A. Krastev [et al.] // Proceedings of the 1st Biannual Scientific Conference: Black Sea Ecosystem 2005 and Beyond. Istanbul. Turkey. 8–10 May, 2006. P. 9–105.
12. 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.
13. 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. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2013.09.008
14. Effect of large magnetotactic bacteria with polyphosphate inclusions on the phosphate profile of the suboxic zone in the Black Sea / H. N. Schulz-Vogt [et al.] // The ISME Journal. 2019. Vol. 13. P. 1198–1208. https://doi.org/10.1038/s41396-018-0315-6
15. Shnyukov E. F., Goryachkin Yu. N., Kondrat'ev S. I. Soderzhanie serovodoroda, fosfatov i kremnekisloty v pridonnykh vodakh Chernogo morya nad gryazevymi vulkanami // Geologiya i poleznye iskopaemye Mirovogo okeana. 2006. № 1. S. 55–64.
16. Methods of seawater analysis / Eds. K. Grasshoff, M. Ehrhardt, K. Kremling. Weinheim : Verlag Chemie, 1983. 419 p.
17. Baskakova T. E., Kosenko Yu. V., Burdina E. I. Prostranstvenno-vremennaya kharakteristika dinamiki biogennykh veshchestv v severo-vostochnoi akvatorii Chernogo morya // Vodnye bioresursy i sreda obitaniya. 2019. T. 2, № 1. S. 7–19.
18. Shaffer G. Phosphate pumps and shuttles in the Black Sea // Nature. 1986. Vol. 321. P. 515–517. https://doi.org/10.1038/321515a0
19. A new particulate Mn-Fe-P-shuttle at the redoxcline of anoxic basins / O. Dellwig [et al.] // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2010. Vol. 74, iss. 24. P. 7100–7115. https://doi.org/10.1016/j.gca.2010.09.017
20. Jilbert T., Slomp C. P. Iron and manganese shuttles control the formation of authigenic phosphorus minerals in the euxinic basins of the Baltic Sea // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2013. Vol. 107. P. 155–169. https://doi.org/10.1016/j.gca.2013.01.005
21. Impact of natural re-oxygenation on the sediment dynamics of manganese, iron and phosphorus in a euxinic Baltic Sea basin / M. Hermans [et al.] // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2019. Vol. 246. P. 174–196. https://doi.org/10.1016/j.gca.2018.11.033
22. Controls on the shuttling of manganese over the northwestern Black Sea shelf and its fate in the euxinic deep basin / W. K. Lenstra [et al.] // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2020. Vol. 273. P. 177–204. https://doi.org/10.1016/j.gca.2020.01.031
23. Ivanov V. A., Belokopytov V. N. Okeanografiya Chernogo morya. Sevastopol', 2011. 212 s. URL: https://www.researchgate.net/publication/329587328_OKEANOGRAFIA_CERNOGO_MORA (data obrashcheniya: 20.08.2021)
