ИЗУЧЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КИСЛОРОДА И КРЕМНИЯ В ВОДАХ БАРЕНЦЕВА И ГРЕНЛ

ИЗУЧЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КИСЛОРОДА И КРЕМНИЯ В ВОДАХ
БАРЕНЦЕВА И ГРЕНЛАНДСКОГО МОРЕЙ
Николайчик А.Е.
Северный (Арктический) Федеральный Университет имени М.В. Ломоносова
Архангельск, Россия
STUDY OF THE ALLOCATION OF OXYGEN AND SILICON IN THE
BARENTS AND GREENLAND SEAS
Nikolaichik A.E.
Nothern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov
Arkhangelsk, Russia
Баренцево море среди арктических морей России занимает самое
западное положение, находится между северным берегом Европы и островами
Вайгач, Новая Земля, Земля Франца-Иосифа, Шпицберген и Медвежий и входит
в бассейн Северного Ледовитого океана. Расположенное в основном на СевероЕвропейском шельфе, открытое к центральному Арктическому бассейну и к
морям Норвежскому и Гренландскому, Баренцево море относится к типу
материковых окраинных морей. Его площадь равна 1 млн. 424 тыс. км 2, средняя
глубина 222 м, максимальная глубина 600 м. Гренландское море - окраинное
море Северного Ледовитого океана, которое расположено между островами
Гренландия, Исландия, Ян-Майен, Медвежий и Шпицберген, также входит в
бассейн Северного Ледовитого океана. Площадь 1205 тыс. км2, средняя глубина
1444 м, наибольшая 4846 м (Добровольский А.Д., Залогин Б.С, 1982).
Биогенные элементы, которые представлены фосфором (фосфатным),
азотом (нитратным, нитритным и аммонийным), являются химической основой
биологической продуктивности океана. При этом они часто являются хорошим
индикатором вод различного происхождения.
Кремний - один из самых широко распространенных элементов земной
коры. Кремний попадает в гидросферу из-за эрозии пород на суше. Реки несут
его к морю и в растворимой форме, и в виде взвешенных в воде минеральных
частиц. Однако по большей части в океанской воде концентрация силикатов
очень мала. Биологические процессы удерживают концентрацию кремния на
низком уровне. Диатомовые водоросли и другие группы морских организмов
поглощают силикаты из воды и преобразуют большую их часть в скелетные
материалы. Диатомовые водоросли - главные потребители силикатов в океане,
вслед за ними идут губки и различные представители простейших. Скелеты
мертвых диатомовых водорослей погружаются с поверхности на глубину
океана, где постепенно распадаются. Силикаты, растворенные в океанских
глубинах, возвращаются к поверхности в областях с восходящими течениями.
Сведения о содержании кремния позволяют судить об изменениях в
режиме вод морей и океанов, особенно в акваториях, обогащенных речным
стоком, так как в речных водах концентрация кремния выше, чем в морских. В
морских водах содержание кремния колеблется обычно от 0,5 до 3,0 мг/л. В
водах соединения кремния находятся в растворѐнном, взвешенном и
коллоидном состояниях, соотношения между которыми определяются составом
вод, температурой, рН и другими факторами. Растворѐнные формы кремния
представлены, главным образом, кремниевой кислотой, продуктами еѐ
диссоциации и ассоциации, а также кремнийорганическими соединениями (РД
52.10.744-2010).
Растворенный кислород является одной из важнейших гидрохимических
характеристик и от его количества непосредственно зависят как биологические,
так и химические процессы в природных водах. Как правило, в поверхностные
воды кислород поступает из атмосферы. Его содержание в водах зависит от
физических характеристик среды, таких как температура и соленость воды,
которые влияют на растворимость кислорода. О насыщенности вод кислородом
судят по отношению фактической концентрации in situ к величине его
растворимости при данных температуре и давлении, выраженному в процентах.
Насыщение вод кислородом нередко превышает 100% в случаях интенсивного
перемешивания вод, например из-за волнения, или при конвекции, когда
насыщенные
кислородом
поверхностные
воды
быстро
опускаются
на
значительные глубины. Кроме того, кислород является продуктом фотосинтеза
и его содержание в поверхностных водах бывает повышено в период
активности фотосинтезирующих организмов. В зоне интенсивного фотосинтеза
(в фотическом слое) часто наблюдается значительное пересыщение морской
воды кислородом (выше 120-125%) (РД 52.10.243-92).
Изучение вод Баренцева и Гренландского морей проводилось в рамках
комплексной научно-образовательной экспедиции «Арктический плавучий
университет» на НИС «Профессор Молчанов» в период с 1 июня по 25 июня
2013 г. Всего за рейс на борту судна было выполнено:
- в Гренландском море – 1 разрез, включающий 8 океанографических
станций
с
гидрохимическими
определениями,
общее
количество
проанализированных проб воды – 512, в том числе на определение О2 - 29; Р
(РО4) - 75; Si (Si2O3) - 65; NO2 - 65; NO3 - 65; NH4 – 65; Pваловый – 74 и Nваловый 74.
- в Баренцевом море - 4 разреза, включающих 60 океанографических
станций
с
гидрохимическими
определениями,
общее
количество
проанализированных проб воды – 3428, в том числе на определение О2 - 180;
Р (РО4) - 468; Si (Si2O3) - 463; NO2 - 468; NO3 - 467; NH4 – 468; Pваловый – 457 и
Nваловый – 457.
Для определения концентрации растворенного кислорода использовался
объемный
метод
Винклера,
основанный
на
окислении
кислородом
двухвалентного марганца, который, взаимодействуя в кислой среде с ионами
йода, окисляет их до свободного йода, количественно определяемого
титрованным раствором тиосульфата натрия. Проба отбиралась первой из
батометра в кислородную склянку откалиброванную и пронумерованную.
Погрешность определения растворенного кислорода составляет 3,4%. (РД
52.10.243-92). При определении растворенного кислорода использовался
цифровой дозатор-титратор Biohit Biotrate с объѐмом дозирования 30 мл
производства BIOHIT PLC., Helsinki, Finland. Дискретность отбора 10 мкл;
воспроизводимость ± 1 %; точность 1%.
Определение растворенной кремнекислоты проводили на проточном
автоанализаторе фирмы «Bran+Luebbe» (Германия). В работе использовались
методика согласно РД 52.10.744-2010 «Массовая концентрация кремния в
морской воде. Методика измерений фотометрическим методом в виде синей
формы
молибдокремневой
кислоты».
М.,
2010.
В
основе
работы
автоанализатора лежит метод инжекционно-проточного анализа. Конструкция
системы включает самплер, перистальтический насос, химический модуль,
фотоколориметр и компьютер с программным обеспечением, управляющий
сбором и анализом данных. Прибор обладает высокой скоростью обработки (60
проб в час).
Для изучения особенностей распределения кислорода и кремния в
водах Баренцева и Гренладского морей были построены профили разрезов.
В результате работ на разрезе в Гренландском море (разрез №6 по
сквозной нумерации разрезов в 2013 году) получены следующие данные о
распределении в толще вод растворенного кислорода и кремния.
Рис. 1 – Распределение растворѐнного кислорода (%) в Гренландском море
(июнь 2013 г.)
Рис. 2 – Распределение растворѐнного кремния (мкг/л) на разрезе в
Гренландском море (июнь 2013 г.)
На разрезе, выполненном в Гренландском море, в распределении
кислорода наблюдается пересыщение поверхностных вод (рис. 1). Также в
шельфовой
зоне
в
поверхностном
слое
наблюдаются
минимальные
концентрации биогенных элементов, что хорошо согласуется с данными по
кислороду.
Кремний
в
поверхностных
водах
выеден
фитопланктоном
практически до нуля (рис.2). Отсюда можно сделать вывод, что фитопланктон
активно растѐт, развивается, потребляет биогенные элементы, т.е. идѐт
активный фотосинтез. С увеличением глубины наблюдается увеличение
концентрации кремния до 200 мкг/л и уменьшение растворѐнного кислорода до
82%. Это объясняется тем, что данная водная масса характеризуется низким
содержанием биогенных элементов (глубинная водная масса). Кремний
является лимитирующим элементом для развития фитопланктона.
В результате работ на Кольском разрезе в Баренцевом море (разрез №5 по
сквозной нумерации разрезов в 2013 году) получены данные о распределении в
толще вод растворенного кислорода и биогенных элементов.
Рис. 3. Распределение растворенного кислорода (%) Кольском разрезе
(Кольский меридиан) Баренцева моря (июнь 2013 г.)
Рис. 4. Распределение растворенного кремния (мкг/л) на 5-м разрезе (Кольский
меридиан) Баренцева моря (июнь 2013 г.)
На разрезе Кольский меридиан Баренцева моря зоны пересыщения
кислородом
более
100%
свидетельствуют
об
активном
фотосинтезе
фитопланктона. С увеличением глубины концентрации кислорода уменьшаются
до 9 мг/л (рис.3).
Концентрации кремния характеризуются минимальными значениями изза потребления их фитопланктоном (рис.4). Наблюдается резкое увеличение
содержания кремния до 84 мкг/л. С увеличением глубины концентрация
кремния увеличивается до 224 мкг/л и уменьшение растворѐнного кислорода до
88%. Также как и в Гренландском море это объясняется тем, что данный
обследованный участок акватории характеризуется низким содержанием
биогенных элементов (глубинная водная масса).
На Кольском меридиане кремний является лимитирующим элементом для
развития фитопланктона, который выеден им в верхнем слое практически
полностью.
Используемая литература
1. Добровольский А.Д., Залогин Б.С. Моря СССР. М., Изд-во МГУ, 1982 г.,
192 с.
2. Руководящий документ РД 52.10.744-2010 Массовая концентрация
кремния в морской воде. Методика измерений фотометрическим методом в виде
синей формы молибдокремневой кислоты. М., 2010. - 14 с.
3. Руководящий документ РД 52.10.243-92 "Руководство по химическому
анализу морских вод", СПб: Гидрометеоиздат 1993 г.