Морской гидрофизический журнал. 2019; 35: 367-383
Три характерные гидролого-гидрохимические ситуации возле устья Дуная по данным экспедиционных исследований Морского гидрофизического института в 1997–2013 годах
https://doi.org/0.22449/0233-7584-2019-4-367-383Аннотация
Цель. Целью данной работы является исследование современной экологической обстановки в акватории северо-западного шельфа (СЗШ) Черного моря. Экология этого района в начале 60-х годов прошлого века серьезно ухудшилась вследствие интенсивной антропогенной нагрузки, что привело к эвтрофированию вод и регулярным заморам рыбы в теплый период года.
Методы и результаты. Морской гидрофизический институт в 1997–2013 гг. провел 7 гидролого-гидрохимических экспедиций в приустьевом взморье Дуная. В пробах воды, отобранных на придонном (0,5–1 м от дна) и поверхностном (0–1 м) горизонтах, было определено содержание растворенного кислорода и биогенных элементов (нитраты, нитриты, фосфаты, кремнекислота).
Выводы. Анализ результатов позволил выделить три характерные гидролого-гидрохимические ситуации для данного района: распространение трансформированного стока Дуная далеко на восток; прижимание стока Дуная к западному берегу Черного моря; вдольбереговой апвеллинг. В поверхностных водах СЗШ во время фотосинтеза происходит быстрое и почти полное извлечение кремнекислоты и нитратов, последнее наблюдается даже ранней зимой. Можно предполагать, что процессы минерализации взвешенного органического вещества в придонных водах СЗШ являются дополнительным источником кремнекислоты и нитратов. Для кремнекислоты это происходит в теплый период года, для нитратов – даже ранней зимой. Вдольбереговой апвеллинг летом может привести к дефициту кислорода в прибрежных водах и вызвать замор рыбы на СЗШ. Воды открытой части СЗШ, прижавшие в осенний период 2010 г. трансформированный пресноводный сток к западному берегу, содержали очень малые концентрации биогенных элементов, особо следует отметить низкое содержание кремнекислоты. Это указывает на продолжение опасного процесса изменения видового состава фитопланктона и далее – всей трофической цепи в Черном море.
Список литературы
1. Берлинский Н. А., Гаркавая Г. П., Богатова Ю. И. Проблемы антропогенного эвтрофирования и развития гипоксии в северо-западной части Черного моря // Экология моря. 2003. Т. 63. С. 17–22.
2. Kubryakov A. A., Stanichny S. V., Zatsepin A. G. Interannual variability of Danube waters propagation in summer period of 1992–2015 and its influence on the Black Sea ecosystem // Journal of Marine Systems. 2018. Vol. 179. Р. 10–30. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2017.11.001
3. Финенко З. З., Суслин В. В., Ковалева И. В. Сезонные и многолетние изменения концентрации хлорофилла в Черном море по спутниковым наблюдениям // Океанология. 2014. Т. 54, № 5. С. 635–645. doi:10.7868/S0030157414050062
4. Кубрякова Е. А., Кубряков A. A., Станичный С. В. Влияние зимнего выхолаживания на вертикальное вовлечение вод и интенсивность цветения фитопланктона в Черном море // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 3. С. 206–222. doi:10.22449/0233-7584-2018-3-206-222
5. Ильин Ю. П. Гидрологический режим распространения речных вод в северо-западной части Черного моря // Науковi праці УкрНДГМІ. 2006. Вип. 255. С. 242–251. URL: uhmi.org.ua›pub/np/255/4_Ilyin.pdf (дата обращения: 04.10.2018).
6. Украинский В. В., Попов Ю. И. Климатические и гидрофизические условия развития гипоксии на северо-западном шельфе Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2009. № 3. С. 19–29.
7. Tolmazin D. Changing Сoastal oceanography of the Black Sea. I: Northwestern Shelf // Progress in Oceanography. 1985. Vol. 15, iss 4. Р. 217–276. https://doi.org/10.1016/0079-6611(85)90038-2
8. Зайцев Ю. П. Экологическое состояние шельфовой зоны Черного моря у побережья Украины (обзор) // Гидробиологический журнал. 1992. Т. 28, № 4. С. 3–18.
9. Environmental changes in the western Black Sea related to anthropogenic and natural conditions / D. Aubrey [et al.] // Journal of Marine Systems. 1996. Vol. 7, iss. 2–4. Р. 411–425.
10. Effect of Danube River dam on Black Sea biogeochemistry and ecosystem structure / C. Humborg [et al.] // Nature. 1997. Vol. 386. P. 385–388.
11. Zaitsev Yu., Mamaev V. Marine biological diversity in the Black Sea: a study of change and decline. New York : United Nations Publications, 1997. 208 p.
12. Гаркавая Г. П., Богатова Ю. И., Берлинский Н. А. Формирование гидрохимических условий на устьевом взморье Дуная // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2000. С. 133–141.
13. Benthic Nutrient Cycling and Diagenetic Pathways in the North-western Black Sea / J. Friedrich [et al.] // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2002. Vol. 54, iss. 3. Р. 369–383. https://doi.org/10.1006/ecss.2000.0653
14. Зайцев Ю. П., Поликарпов Г. Г. Экологические процессы в критических зонах Черного моря: синтез результатов двух направлений исследований с середины XX до начала XXI веков // Морской экологический журнал. 2002. Т. 1, № 1. С. 33–55.
15. Biogeochemical Transformations of Inorganic Nutrients in the Mixing Zone between the Danube River and the North-western Black Sea / O. Ragueneau [et al.] // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2002. Vol. 54, iss. 3. P. 321–336. https://doi.org/10.1006/ecss.2000.0650
16. Grégoire M., Lacroix G. Exchange processes and nitrogen cycling on the shelf and continental slope of the Black Sea basin // Global Biogeochemical Cycles. 2003. Vol. 17, no. 2. Article No. 1073. 17 p. doi:10.1029/2002GB001882
17. Влияние стока Дуная на экологические условия северо-западной части Черного моря / Н. А. Берлинский [и др.] // Вестник Московского университета. Серия. 5. География. 2004. № 5. С. 17–21.
18. Северо-западная часть Черного моря: биология и экология / Отв. ред. Ю. П. Зайцев, Б. Г. Александров, Г. Г. Миничева. Киев : Наукова думка, 2006. 701 с. URL: http://agris.fao.org/agris-search/search.do?recordID=AV20120134877 (дата обращения: 04.10.2018).
19. Shapiro G. I., Wobus F., Aleynik D. L. Seasonal and inter-annual temperature variability in the bottom waters over the western Black Sea shelf // Ocean Science. 2011. Vol. 7, iss. 5. P. 585– 596. https://doi.org/10.5194/os-7-585-2011
20. Кондратьев С. И. Особенности пространственного распределения кислорода в водах приустьевого взморья Дуная в 1997–2010 годах // Морской гидрофизический журнал. 2014. № 3. С. 60–76.
21. Кондратьев С. И. Особенности пространственного распределения элементов главного биогенного цикла в водах приустьевого взморья Дуная в 1997–2013 годах // Морской гидрофизический журнал. 2015. № 5. С. 35–52. doi:10.22449/0233-7584-2015-5-35-52
22. Oguz T., Velikova V. Abrupt transition of the northwestern Black Sea shelf ecosystem from a eutrophic to an alternative pristine state // Marine Ecology Progress Series. 2010. Vol. 405. Р. 231–242. doi:10.3354/meps08538
23. Bologa А. S., Sava D. Present state and evolution trends of biodiversity in the Black Sea: decline and restoration // Journal of the Black Sea/Mediterranean Environment. 2012. Vol. 18, no. 2. P 144–154. URL: http://blackmeditjournal.org/volumes-archive/vol18-2012/vol-18-2012-no-2 (дата обращения: 04.10.2018).
24. Capet A., Beckers J.-M., Grégoire M. Drivers, mechanisms and long-term variability of seasonal hypoxia on the Black Sea northwestern shelf – is there any recovery after eutrophication? // Biogeosciences. 2013. Vol. 10, iss. 6. P. 3943–3962. doi:10.5194/bg-10-3943-2013
25. Современное экологическое состояние северо-западной части Черного моря / И. Д. Лоева [и др.] // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2013. Вип. 27. С. 237–242. URL: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/56945 (дата обращения: 04.10.2018).
26. Влияние изменчивости условий морской среды на динамику филлофорного поля Зернова / Н. А. Берлинский [и др.] // Вісник Одеського національного університету. Серия: Географічні та геологічні науки. 2014. Т. 19, вип. 2. С. 40–57. URL: http://eprints.library.odeku.edu.ua/id/eprint/2243 (дата обращения: 04.10.2018).
27. Ткаченко Ф. П., Третьяк И. П. Макрофитобентос ботанического заказника общегосударственного значения «Филлофорное поле Зернова» (Украина) // Альгология. 2015. Т. 25, № 3. С. 238–246. http://dx.doi.org/10.15407/alg25.03.238
28. URL: https://mk.mk.ua/rubric/crime/2018/08/27/57927/ (дата обращения: 04.10.2018).
29. Современные методы гидрохимических исследований океана / Отв. ред. О. К. Бордовский, А. М. Чернякова. М. : Институт океанологии им. П. П. Ширшова АН СССР, 1992. 201 с.
30. Большаков В. С. Трансформация речных вод в Черном море. Киев : Наукова думка, 1970. 328 с . URL: http://library.univer.kharkov.ua/OpacUnicode/index.php?url=/notices/index/IdNotice:817963/ Source:default (дата обращения : 04.10.2018).
31. Кривенко О. В. Содержание и потребление неорганических соединений азота в Черном море // Морской экологический журнал. 2008. Т. 7, № 4. С. 13–26. URL: https://repository.marine-research.org/handle/299011/981 (дата обращения: 04.10.2018).
32. 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
33. Egge J. K., Aksnes D. L. Silicate as regulating nutrient in phytoplankton competition // Marine Ecology Progress Series. 1992. Vol. 83. P. 281–289. https://doi.org/10.3354/meps083281
34. Стельмах Л. В., Мансурова И. М. Эколого-физиологические основы биоразнообразия фитопланктона Черного моря // Экосистемы, их оптимизация и охрана. 2012. Вып. 7. С. 149–158.
35. Cokacar T., Oguz T., Kubilay N. Satellite-detected early summer coccolithophore blooms and their interannual variability in the Black Sea // Deep-Sea Research Part I. 2004. Vol. 51, iss. 8. P. 1017–1031. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2004.03.007
36. Микаэлян А. С., Силкин В. А., Паутова Л. А. Развитие кокколитофорид в Черном море: межгодовые и многолетние изменения // Океанология. 2011. Т. 51, № 1. С. 45–53.
37. Alternation of diatoms and coccolithophores in the northeastern Black Sea: a response to nutrient changes / А. S. Mikaelyan [et al.] // Hydrobiologia. 2015. Vol. 755, iss. 1. P. 89−105. doi:10.1007/s10750-015-2219-z
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2019; 35: 367-383
Three Typical Hydrological-Hydrochemical Situations Near the Danube River Mouth Based on the Marine Hydrophysical Institute Research Expeditions in 1997-2013
https://doi.org/0.22449/0233-7584-2019-4-367-383Abstract
Purpose. The paper is aimed at studying the present state of water ecology of the Black Sea northwestern shelf (NWS). Since the early 60-ies of the last century, ecology in this region deteriorated seriously due to intensive anthropogenic load that resulted in eutrophication of waters and regular fish mortality in the warm period of a year.
Methods and Results. In 1997–2013 Marine Hydrophysical Institute realized 7 hydrological and hydrochemical expeditions near the Danube mouth. The dissolved oxygen and nutrients (nitrate, nitrite, phosphate and silicic acid) contents were defined in the water samples collected at the bottom (0.5– 1 m above the bottom) and surface (0–1 m) horizons.
Conclusions. Revealed are three hydrological-hydrochemical situations typical of the region: distribution of the transformed Danube flow far to the east, pressing of the Danube flow to the west coast of the Black Sea and alongshore upwelling. Silica and nitrate are rapidly and almost completely extrac ted from the seawater (the latter one – even in early winter) during photosynthesis in the surface waters on the northwestern shelf. The processes of suspended organic matter mineralization in the bo ttom waters of the northwestern shelf are assumed to be an additio nal source of silicic acid and nitrates. As for silicic acid, the process takes place during a warm season, and for nitrates – even in early winter. The alongshore upwelling in summer can lead to oxygen deficiency in the coastal waters and that, in its turn, can result in fish mortality on the shelf. The waters of the northwestern shelf open part which, in autumn 2010, pressed the Danube transformed freshwater flow to the Black Sea west coast, contained very small concentrations of biogenic elements (low content of silicic acid should be particularly noted). The study confirms the fact that the hazardous process of change in the phytoplankton species composition still continues, thus, altering the whole food chain in the Black Sea.
References
1. Berlinskii N. A., Garkavaya G. P., Bogatova Yu. I. Problemy antropogennogo evtrofirovaniya i razvitiya gipoksii v severo-zapadnoi chasti Chernogo morya // Ekologiya morya. 2003. T. 63. S. 17–22.
2. Kubryakov A. A., Stanichny S. V., Zatsepin A. G. Interannual variability of Danube waters propagation in summer period of 1992–2015 and its influence on the Black Sea ecosystem // Journal of Marine Systems. 2018. Vol. 179. R. 10–30. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2017.11.001
3. Finenko Z. Z., Suslin V. V., Kovaleva I. V. Sezonnye i mnogoletnie izmeneniya kontsentratsii khlorofilla v Chernom more po sputnikovym nablyudeniyam // Okeanologiya. 2014. T. 54, № 5. S. 635–645. doi:10.7868/S0030157414050062
4. Kubryakova E. A., Kubryakov A. A., Stanichnyi S. V. Vliyanie zimnego vykholazhivaniya na vertikal'noe vovlechenie vod i intensivnost' tsveteniya fitoplanktona v Chernom more // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2018. T. 34, № 3. S. 206–222. doi:10.22449/0233-7584-2018-3-206-222
5. Il'in Yu. P. Gidrologicheskii rezhim rasprostraneniya rechnykh vod v severo-zapadnoi chasti Chernogo morya // Naukovi pratsі UkrNDGMІ. 2006. Vip. 255. S. 242–251. URL: uhmi.org.ua›pub/np/255/4_Ilyin.pdf (data obrashcheniya: 04.10.2018).
6. Ukrainskii V. V., Popov Yu. I. Klimaticheskie i gidrofizicheskie usloviya razvitiya gipoksii na severo-zapadnom shel'fe Chernogo morya // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2009. № 3. S. 19–29.
7. Tolmazin D. Changing Soastal oceanography of the Black Sea. I: Northwestern Shelf // Progress in Oceanography. 1985. Vol. 15, iss 4. R. 217–276. https://doi.org/10.1016/0079-6611(85)90038-2
8. Zaitsev Yu. P. Ekologicheskoe sostoyanie shel'fovoi zony Chernogo morya u poberezh'ya Ukrainy (obzor) // Gidrobiologicheskii zhurnal. 1992. T. 28, № 4. S. 3–18.
9. Environmental changes in the western Black Sea related to anthropogenic and natural conditions / D. Aubrey [et al.] // Journal of Marine Systems. 1996. Vol. 7, iss. 2–4. R. 411–425.
10. Effect of Danube River dam on Black Sea biogeochemistry and ecosystem structure / C. Humborg [et al.] // Nature. 1997. Vol. 386. P. 385–388.
11. Zaitsev Yu., Mamaev V. Marine biological diversity in the Black Sea: a study of change and decline. New York : United Nations Publications, 1997. 208 p.
12. Garkavaya G. P., Bogatova Yu. I., Berlinskii N. A. Formirovanie gidrokhimicheskikh uslovii na ust'evom vzmor'e Dunaya // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon i kompleksnoe ispol'zovanie resursov shel'fa. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2000. S. 133–141.
13. Benthic Nutrient Cycling and Diagenetic Pathways in the North-western Black Sea / J. Friedrich [et al.] // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2002. Vol. 54, iss. 3. R. 369–383. https://doi.org/10.1006/ecss.2000.0653
14. Zaitsev Yu. P., Polikarpov G. G. Ekologicheskie protsessy v kriticheskikh zonakh Chernogo morya: sintez rezul'tatov dvukh napravlenii issledovanii s serediny XX do nachala XXI vekov // Morskoi ekologicheskii zhurnal. 2002. T. 1, № 1. S. 33–55.
15. Biogeochemical Transformations of Inorganic Nutrients in the Mixing Zone between the Danube River and the North-western Black Sea / O. Ragueneau [et al.] // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2002. Vol. 54, iss. 3. P. 321–336. https://doi.org/10.1006/ecss.2000.0650
16. Grégoire M., Lacroix G. Exchange processes and nitrogen cycling on the shelf and continental slope of the Black Sea basin // Global Biogeochemical Cycles. 2003. Vol. 17, no. 2. Article No. 1073. 17 p. doi:10.1029/2002GB001882
17. Vliyanie stoka Dunaya na ekologicheskie usloviya severo-zapadnoi chasti Chernogo morya / N. A. Berlinskii [i dr.] // Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya. 5. Geografiya. 2004. № 5. S. 17–21.
18. Severo-zapadnaya chast' Chernogo morya: biologiya i ekologiya / Otv. red. Yu. P. Zaitsev, B. G. Aleksandrov, G. G. Minicheva. Kiev : Naukova dumka, 2006. 701 s. URL: http://agris.fao.org/agris-search/search.do?recordID=AV20120134877 (data obrashcheniya: 04.10.2018).
19. Shapiro G. I., Wobus F., Aleynik D. L. Seasonal and inter-annual temperature variability in the bottom waters over the western Black Sea shelf // Ocean Science. 2011. Vol. 7, iss. 5. P. 585– 596. https://doi.org/10.5194/os-7-585-2011
20. Kondrat'ev S. I. Osobennosti prostranstvennogo raspredeleniya kisloroda v vodakh priust'evogo vzmor'ya Dunaya v 1997–2010 godakh // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2014. № 3. S. 60–76.
21. Kondrat'ev S. I. Osobennosti prostranstvennogo raspredeleniya elementov glavnogo biogennogo tsikla v vodakh priust'evogo vzmor'ya Dunaya v 1997–2013 godakh // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2015. № 5. S. 35–52. doi:10.22449/0233-7584-2015-5-35-52
22. Oguz T., Velikova V. Abrupt transition of the northwestern Black Sea shelf ecosystem from a eutrophic to an alternative pristine state // Marine Ecology Progress Series. 2010. Vol. 405. R. 231–242. doi:10.3354/meps08538
23. Bologa A. S., Sava D. Present state and evolution trends of biodiversity in the Black Sea: decline and restoration // Journal of the Black Sea/Mediterranean Environment. 2012. Vol. 18, no. 2. P 144–154. URL: http://blackmeditjournal.org/volumes-archive/vol18-2012/vol-18-2012-no-2 (data obrashcheniya: 04.10.2018).
24. Capet A., Beckers J.-M., Grégoire M. Drivers, mechanisms and long-term variability of seasonal hypoxia on the Black Sea northwestern shelf – is there any recovery after eutrophication? // Biogeosciences. 2013. Vol. 10, iss. 6. P. 3943–3962. doi:10.5194/bg-10-3943-2013
25. Sovremennoe ekologicheskoe sostoyanie severo-zapadnoi chasti Chernogo morya / I. D. Loeva [i dr.] // Ekologіchna bezpeka priberezhnoї ta shel'fovoї zon ta kompleksne vikoristannya resursіv shel'fu. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2013. Vip. 27. S. 237–242. URL: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/56945 (data obrashcheniya: 04.10.2018).
26. Vliyanie izmenchivosti uslovii morskoi sredy na dinamiku fillofornogo polya Zernova / N. A. Berlinskii [i dr.] // Vіsnik Odes'kogo natsіonal'nogo unіversitetu. Seriya: Geografіchnі ta geologіchnі nauki. 2014. T. 19, vip. 2. S. 40–57. URL: http://eprints.library.odeku.edu.ua/id/eprint/2243 (data obrashcheniya: 04.10.2018).
27. Tkachenko F. P., Tret'yak I. P. Makrofitobentos botanicheskogo zakaznika obshchegosudarstvennogo znacheniya «Fillofornoe pole Zernova» (Ukraina) // Al'gologiya. 2015. T. 25, № 3. S. 238–246. http://dx.doi.org/10.15407/alg25.03.238
28. URL: https://mk.mk.ua/rubric/crime/2018/08/27/57927/ (data obrashcheniya: 04.10.2018).
29. Sovremennye metody gidrokhimicheskikh issledovanii okeana / Otv. red. O. K. Bordovskii, A. M. Chernyakova. M. : Institut okeanologii im. P. P. Shirshova AN SSSR, 1992. 201 s.
30. Bol'shakov V. S. Transformatsiya rechnykh vod v Chernom more. Kiev : Naukova dumka, 1970. 328 s . URL: http://library.univer.kharkov.ua/OpacUnicode/index.php?url=/notices/index/IdNotice:817963/ Source:default (data obrashcheniya : 04.10.2018).
31. Krivenko O. V. Soderzhanie i potreblenie neorganicheskikh soedinenii azota v Chernom more // Morskoi ekologicheskii zhurnal. 2008. T. 7, № 4. S. 13–26. URL: https://repository.marine-research.org/handle/299011/981 (data obrashcheniya: 04.10.2018).
32. 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
33. Egge J. K., Aksnes D. L. Silicate as regulating nutrient in phytoplankton competition // Marine Ecology Progress Series. 1992. Vol. 83. P. 281–289. https://doi.org/10.3354/meps083281
34. Stel'makh L. V., Mansurova I. M. Ekologo-fiziologicheskie osnovy bioraznoobraziya fitoplanktona Chernogo morya // Ekosistemy, ikh optimizatsiya i okhrana. 2012. Vyp. 7. S. 149–158.
35. Cokacar T., Oguz T., Kubilay N. Satellite-detected early summer coccolithophore blooms and their interannual variability in the Black Sea // Deep-Sea Research Part I. 2004. Vol. 51, iss. 8. P. 1017–1031. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2004.03.007
36. Mikaelyan A. S., Silkin V. A., Pautova L. A. Razvitie kokkolitoforid v Chernom more: mezhgodovye i mnogoletnie izmeneniya // Okeanologiya. 2011. T. 51, № 1. S. 45–53.
37. Alternation of diatoms and coccolithophores in the northeastern Black Sea: a response to nutrient changes / A. S. Mikaelyan [et al.] // Hydrobiologia. 2015. Vol. 755, iss. 1. P. 89−105. doi:10.1007/s10750-015-2219-z
