Введение ВВЕДЕНИЕ Актуальность работы

Введение
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
В последние десятилетия научная общественность активно ведет дискуссию о так
называемом «парниковом эффекте» и связанных с ним климатических изменениях. Среди
«парниковых газов» (двуокись углерода, водяной пар, метан, оксид азота, озон),
поглощающих инфракрасную часть солнечной радиации и играющих определяющую роль
в формировании климата Земли, углекислый газ является важнейшим. При отсутствии
этих газов в атмосфере температура земной поверхности могла бы быть на ЗО°С ниже
(Graedel and Crutzen, 1993).
Изменения концентрации СОг в атмосфере определяются естественной природной
цикличностью. Но в последние столетия наблюдается ее резкое увеличение (Keeling and
Whorf, 2004), обусловленное деятельностью человека. Эмиссия антропогенного СОг,
вызванная сжиганием ископаемого топлива и уничтожением лесов, увеличила
«прединдустриальную» концентрацию СОг в атмосфере от 280 мкатм до 370 мкатм.
Ежегодное поступление антропогенного СОг в атмосферу составляет 7 Рг (1 Рг = 1015 г)
С; из них приблизительно 3 Рг С накапливается в атмосфере, а оставшиеся 4 Рг
абсорбируются наземными экосистемами и океаном (Feely et al., 2001). Антропогенная
составляющая роста СОг в атмосфере накладывается на естественную климатическую
изменчивость в содержании этого газа, характерную для межледниковых эпох, что
приводит к нарушению природного цикла углерода и проявляется в виде глобального
потепления климата. В связи с этим особую актуальность приобретает вопрос о
механизме формирования планетарного максимума СОг в атмосфере, который находится
не над средними широтами Северного полушария, где наблюдается максимальная
антропогенная активность, а смещен в зону Арктики/Субарктики (Prinn, 1994).
Наибольшие сезонные амплитуды концентраций углекислого газа обнаружены в
атмосфере Арктики (Keeling and Whorf, 2004,), что показывает важную роль
функционирования северных экосистем в региональном балансе углерода (рис. 1).
И если роль наземных экосистем высоких широт как значимых поставщиков СОг в
атмосферу достоверно установлена (Zimov et al., 1993), то вклад арктических морей и
Северного Ледовитого океана в целом остается неисследованным.
Как известно, существуют только три резервуара со скоростями обмена, достаточно
высокими для обнаружения изменчивости в шкале от десятилетий до веков - атмосфера
(730 Рг С), наземная биосфера (2000 Рг С) и океан (38000 Рг С) (Prentice et al. 2001).
Приблизительно 93% углерода находится в океане, который способен содержать в себе
в» и и и
а) мыс Барроу, Аляска; б) мыс Кумукаши, Гавайи; в) Южный полюс
Рисунок 1 - Сезонные амплитуды концентраций атмосферного СОг (по данным Keeling
and
Whorf, 2004)
значительно больше углерода, чем любой другой резервуар. Это связано с тем, что
основная часть СОг, которая диффундирует в океан, реагирует с морской водой, образуя
угольную кислоту и продукты ее диссоциации - карбонат- и бикарбонат- ионы, что
составляет карбонатную систему морской воды. Принято считать, что Мировой океан основной потенциальный резервуар для стока «избыточного» СОг (Бородовский и
Маккавеев, 1991; Ляхин, 1982; Ляхин и Русанов, 1983; Feely et al., 2001). Средняя
величина парциального давления СОг в поверхностных водах приблизительно на 7 мкатм
ниже атмосферного, что является основной движущей силой поглощения океаном
углекислого газа (Feely et al., 2001).
В настоящее время ни у кого не вызывает сомнения тот факт, что арктический регион
наиболее чувствителен к глобальным изменениям, но в то же время стоки и источники
парниковых газов в морях Северного Ледовитого океана (СЛО) не изучены и обмен СОг
между океаном и атмосферой в Арктике практически игнорируется (Takahashi et al., 1997,
2002; Feely et al., 2001). Выполненные до настоящего времени оценки потоков СОг в
системе океан-атмосфера для Восточной Арктики основывались на расчетах, проведенных
с большой степенью осреднения (Ляхин и Русанов, 1983; Takahashi et al., 1997), что внесло
существенные погрешности в получаемые величины.
Шельфовые арктические моря, занимающие 70% акватории СЛО, в летний период
благодаря сезонной продуктивности и низкой температуре воды являются
потенциальными резервуарами для избыточного атмосферного СОг. В то же время
результаты наших исследований показывают значительное пересыщение поверхностных
вод углекислым газом относительно атмосферы в некоторых прибрежных районах СЛО.
Карбонатная система (растворенный в воде углекислый газ, находящийся в равновесии с
угольной кислотой и продуктами ее диссоциации) является основной буферной системой
океана. Отражая процессы, происходящие в живой и неживой части океана, она в то же
время влияет на многие химические равновесия, формы нахождения и миграцию
6
элементов, протекание геохимических и биологических процессов, а также направление и
величину потоков углекислого газа в системе океан-атмосфера. Детальное исследование
динамики параметров карбонатной системы морей Восточной Арктики и определяющих
ее процессов позволит выявить особенности регионального цикла углерода и понять
механизм формирования атмосферного максимума СОг и его сезонной изменчивости, а
также оценить морские акватории с точки зрения возможных источников или стоков для
атмосферного СОг.
Цель работы
Целью работы является исследование особенностей динамики карбонатной системы и
оценка потоков СОг между океаном и атмосферой в прибрежно-шельфовой зоне морей
Восточной Арктики в летне-осенний сезон.
Для достижения поставленной цели потребовалось решение следующих задач:
- исследование методических основ карбонатной системы;
- исследование региональных особенностей поведения карбонатной системы;
- выявление процессов, контролирующих изменчивость карбонатных параметров в морях
Восточной Арктики;
-исследование карбонатного равновесия в речных водах (на примере р. Лены);
- проведение количественной оценки потоков углекислого газа в системе океан-атмосфера
для исследуемых морей в летне-осенний сезон.
Изучались три района шельфа Северного Ледовитого океана: 1) юго-восточная часть моря
Лаптевых, гидрологический и гидрохимический режим которого определяется в большой
степени влиянием речного стока (главным образом, реки Лены), 2) шельф Чукотского
моря, чей режим определяется притоком тихоокеанских вод и 3) прибрежная часть
Восточно-Сибирского моря, занимающего «транзитное положение» между этими морями,
гидрологический режим которого определяется, главным образом, взаимодействием вод
морей Лаптевых и Чукотского.
Достоверность и обоснованность результатов
Достоверность результатов определяется современным уровнем применявшегося
аналитического оборудования и методов анализа, тщательным выбором используемых
констант диссоциации угольной кислоты и алгоритмов расчета. Полученные выводы не
противоречат результатам и выводам других авторов, сделанным на основе анализа
экспериментальных данных.
Научная новизна результатов
Динамика параметров карбонатной системы в морях Восточной Арктики ранее не
изучалась. Поэтому наши многолетние исследования динамики КС в морях Лаптевых
(1997,
7
1999, 2000 гг.), Чукотском (1996, 2000, 2002 гг.) и Восточно-Сибирском (2000, 2003, 2004
гг.) и определяющих ее процессов дают первое представление о миграции
неорганического углерода и обмене СОг с атмосферой в регионе Восточной Арктики. В
процессе работы были внедрены новые модификации методов исследования КС:
парофазный статический и динамический газохроматографический анализ с конверсией
углекислого газа до метана в потоке водорода на Ni-катализаторе (Витенберг и др, 1991;
Семилетов, 1992); измерение рН с использованием ячейки безжидкостного соединения
(метод разработан в ТОЙ ДВО РАН П.Я. Тищенко с коллегами (Тищенко и др., 2001));
мембранный сенсор SAMI-СОг для определения величины рСОг in situ (со
спектрофотометрическим аналитическим окончанием). Это позволило впервые на
современном уровне исследовать динамику КС в этом наименее изученном регионе, где
изменения природной среды под воздействием глобального потепления наиболее
значимы. Также нами впервые в регионе проводились прямые измерения СОг в воздухе,
что позволило более корректно оценивать обмен СОг между океаном и атмосферой. Нами
впервые выполнены количественные оценки потоков углекислого газа в системе океанатмосфера в Восточной Арктике на основе измерений параметров карбонатной системы
морской воды и содержания СОг в приводном слое атмосферы. Ранее расчеты потоков
углекислого газа для арктических морей выполнялись только на основе оценки
кислородного баланса (Иваненков, 1985; Ляхин, 1982) или исходя из математической
обработки данных, накопленных для акваторий, смежных с арктическими морями
(Takahashi et al., 1997).
Научная новизна подтверждена публикациями в рецензируемых научных изданиях и
представлением докладов на отечественных и международных конференциях, а также
положительной экспертной оценкой на конкурсах Российского Фонда Фундаментальных
Исследований (1999-2005 гг.).
Практическое значение работы
Результатом этой работы является выявление источников/стоков СОг в арктических
морях, исследование влияния мезомасштабной и межгодовой изменчивости параметров
КС на направление и интенсивность потоков углекислого газа между океаном и
атмосферой, миграции неорганического углерода в системе суша-шельф, что необходимо
для оценки роли морей Восточной Арктики в балансе атмосферного СОг и создания более
достоверного сценария изменения климата.
Защищаемые положения
- Воды реки Лены являются источником углекислого газа в атмосферу в летне-осенний
сезон.
8
Юго-восточная часть моря Лаптевых, подверженная влиянию речного стока и
термоабразии берегов, является источником СОг в атмосферу.
Шельфовые воды Чукотского моря, находящегося под влиянием
трансформированных тихоокеанских вод, поглощают атмосферный СОг.
Западная часть прибрежной зоны Восточно-Сибирского моря является источником в
атмосферу, а восточная - стоком для атмосферного ССЬ. Направление потока через
границу океан-атмосфера меняется в области наибольших градиентов
гидрологических и гидрохимических параметров между распресненной шельфовой и
трансформированной тихоокеанской водами.
Апробация работы
Основные результаты исследований, обобщенные в диссертации, доложены и обсуждены
на международных и российских конференциях, важнейшими из которых являются:
международная арктическая конференция «Научные мосты между Северной Америкой и
российским Дальним Востоком» (Владивосток, 1994); 21ая генеральная Ассамблея IAPSO
(США, 1995); конференции AGU (США, 1996; 1998; 2004); объединенная Ассамблея
IAMAS/IAPSO (Австралия, 1997); международные конференции PICES (США, 1998;
Владивосток, 1999; Канада, 2001); 5ое Рабочее совещание по российско-германскому
сотрудничеству по исследованию системы река Лена - море Лаптевых (Санкт-Петербург,
1999); 13ад Международная школа морской геологии (Москва, 1999); 2ое совещание
«Экология пойм сибирских рек и Арктики» (Томск, 2000); 2ад конференция Wadati по
изучению изменения полярного климата (Япония, 2001); международное Рабочее
совещание по изучению Глобальных изменений на Дальнем Востоке (Владивосток, 2002);
международная научная конференция по программе ACSYS (Санкт-Петербург, 2003); 406
международное заседание рабочей группы по программе исследования глобальных
изменений в Арктике - GCCA (Япония, 2003); 5ое рабочее совещание по проекту Arctic
Coastal Dynamics (ACD, Канада, 2004). По материалам диссертационной работы в декабре
2003 г. проведен семинар в Международном научном арктическом центре Университета
Аляска, Фэрбанкс.
Результаты исследований по теме диссертационной работы отражены в 47 печатных
работах.
Фактический материал
Данная работа выполнялась в рамках национальных проектов РФФИ, ФЦП «Мировой
океан» и «Интеграция», Программы фундаментальных исследований Президиума РАН
(программа № 13 «Изменение окружающей среды и климата: природные катастрофы»),
9
международных проектов Национального Научного Фонда США (NSF). В диссертации
использованы результаты научных экспедиций по р. Лене (сентябрь 1995, 1998, 1999 гг.),
в море Лаптевых (сентябрь 1997, 1999 и 2000 гг.); в Чукотское море (сентябрь 1996, 2000
гг.; конец августа - начало сентября 2002 г.), в Восточно-Сибирское море (сентябрь 2000,
2003 и 2004 гг.).
Содержание работы
Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы. Содержание
работы изложено на 142 страницах, включая список литературы из 192 наименований, 53
иллюстрации, 9 таблиц.
Во введении обоснована актуальность изучения карбонатного равновесия в морях
Восточной Арктики, определены цель и основные задачи исследований, раскрыта научная
новизна и практическая ценность полученных результатов, сформулированы положения,
выносимые на защиту.
В первой главе подробно рассмотрен район исследований, показаны общие
характеристики и выявлены региональные особенности морей Восточной Арктики.
Проведен анализ степени изученности карбонатной системы вод СЛО в целом, а также
морей Лаптевых (МЛ, юго-восточная часть), Восточно-Сибирского (ВСМ) и Чукотского
(ЧМ). Также была рассмотрена теория КС, приведены методы определения и расчета
карбонатных параметров, показана значимость правильного выбора констант
диссоциации угольной кислоты при расчетах.
Во второй главе приведено описание и обоснование используемых в работе материалов и
методов исследования.
В третьей главе представлен анализ пространствелно-временной изменчивости
параметров КС вод юго-восточной части моря Лаптевых. Показано, что основными
факторами, определяющими динамику КС юго-восточной части МЛ, является речной сток
и термоабразия берегов. Их комбинация определяла обнаруженное пересыщение
поверхностных вод углекислым газом относительно его концентрации в атмосфере в
летне-осенний сезон. На основе измеренных параметров КС были рассчитаны потоки ССЬ
в системе океан-атмосфера для юго-восточной части МЛ.
В четвертой главе изложены результаты изучения региональных особенностей динамики
КС на шельфе Чукотского моря и процессов, ее контролирующих. Выполнена оценка
пространственно-временной и межгодовой изменчивости параметров КС и потоков СОг в
системе океан-атмосфера для открытой акватории ЧМ на основе измерений
10
параметров карбонатной системы. Показано, что акватория ЧМ является значимым
региональным стоком для атмосферного СОг.
В пятой главе исследовалась динамика КС вод прибрежной части Восточно-Сибирского
моря, занимающего транзитное положение между морями Лаптевых и Чукотским.
Показано, что характерной особенностью распределения парциального давления двуокиси
углерода в поверхностных водах является снижение с запада на восток со значительными
пространственными флуктуациями, связанными с прямым влиянием речных вод и
эрозионным сигналом. Выявленная особенность распределения параметров КС
определялась смешением распресненных речным стоком и обогащенных эрозионным
материалом шельфовых вод западной части ВСМ и модифицированных вод
тихоокеанского происхождения, поступающих с востока. Оценены величины потоков СОг
в системе океан-атмосфера для прибрежной части ВСМ.
11
ГЛАВА 1
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ
1.1 Район исследований
Изучаемые моря (юго-восточная часть моря Лаптевых, Восточно-Сибирское и Чукотское)
являются шельфовыми морями Северного Ледовитого океана (рис. 1.1). Общие черты
гидрологии шельфовых арктических морей обусловлены широтным положением, которое
приводит к слабой инсоляции и существованию ледового покрова в большую часть года.
Открытые северные границы и проливы делают возможным свободный водо- и льдообмен
со смежными бассейнами и центральной частью арктического бассейна. Характер
атмосферной циркуляции определяет в среднем слабое ветровое волнение на акватории
морей Восточной Арктики летом (Суховей, 1986).
Соленость воды в арктических морях испытывает наибольшие сезонные колебания по
сравнению с другими районами Мирового океана (более 6%о при средних для океана
величинах 0,2-0,3%о). В местах наибольшего влияния речного стока они достигают 8%о, а
из-за таяния льда соленость поверхностного слоя арктических морей понижается на 1-3%о
(Северный Ледовитый и Южный океаны, 1985). Благодаря распреснению вод и слабому
ветровому перемешиванию толщина летнего прогретого слоя составляет в среднем 10-20
м, ниже располагается зона максимальной вертикальной устойчивости, глубже
сохраняется зимний режим.
Гидрохимический режим окраинных арктических морей имеет много общих черт,
определяемых их положением в арктической зоне. Главные же их различия связаны с
преимущественным влиянием на их режим холодных вод Арктического бассейна,
атлантических или тихоокеанских вод и значительным опреснением под влиянием стока
сибирских рек. В морях Восточной Арктики прямое влияние атлантических вод на
формирование шельфового режима минимально, так как промежуточные воды
атлантического происхождения залегают в этом секторе Арктики на глубинах ниже 150200 м (Никифоров и Шпайхер, 1980) и редко (только зимой) достигают изобаты 100 м.
Среди арктических морей солевой состав наиболее стабилен в Чукотском море,
океанологический режим которого определяется составом поступающих тихоокеанских
вод (Иваненков, 1964). В других арктических морях солевой состав непостоянен и
находится в прямой зависимости от степени влияния материковых вод. Наибольшие
изменения наблюдаются в содержании хлоридов, карбонатных и гидрокарбонатных
ионов, а также в содержании натрия и кальция.
Арктические моря характеризуются разной степенью продуктивности в зависимости от
региона. Она определяется такими параметрами, как продолжительность светового дня,
12
интенсивность солнечной радиации и ледового покрытия морской акватории,
стабильностью водного столба, доступностью биогенов и температурой воды. Снег,
покрывающий лед, также снижает интенсивность света, проникающего в воду.
fir:
Троих»***' HOfBEl
Рисунок 1.1- Карта Северного Ледовитого океана
13
Однако даже при минимальной её интенсивности, измеренной подо льдом (иногда даже
менее 1% от приходящего на поверхность льда света), на нижней поверхности льда были
обнаружены планктонные водоросли (Мельников, 1989).
Другой особенностью арктических морей является интенсивное развитие фитопланктона
на кромке тающего льда (Alexander and Niebauer, 1981). Три основных фактора действуют
в этой области одновременно: стабильность водного столба, фронтальная зона и, при
определенных условиях, прикромочный апвеллинг (Alexander and Niebauer, 1981).
Исследуемые нами моря - Лаптевых, Восточно-Сибирское и Чукотское (рис. 1.1) относятся к Евразийскому шельфу СЛО. Наряду с общими закономерностями, присущими
полярным морям, каждое из них имеет региональные особенности, существенным
образом влияющие на биогидрохимические и гидрологические характеристики этих
морей.
1.1.1 Система река Лена - море Лаптевых
Море Лаптевых - окраинное арктическое море Северного Ледовитого океана (рис. 1.1).
Объем материкового стока в море Лаптевых составляет свыше 30% от общего речного
стока во все российские арктические моря, причем на долю р. Лены приходится более
70% общего стока в море Лаптевых (Антонов, 1957). Все явления, происходящие в этом
море, в той или иной степени связаны с колебаниями объема стока Лены, крупнейшей
реки Восточной Сибири. Свыше 85% от его величины поступает в море через протоки
восточной части ее дельты, поэтому юго-восточная часть моря в наибольшей степени
подвержена речному влиянию.
Так как наши исследования были сфокусированы на изучении вод юго-восточной части
моря Лаптевых, то уместно начать анализ с характеристики бассейна реки Лены.
Река Лена - одна из крупнейших арктических рек по величине годового стока (527 км3).
Дельта р. Лены площадью 25 000 км2 является второй в мире по величине после дельты
Миссисипи и самой большой в России. В дельте р. Лены находится около 30 000 озер:
90% с типичным размером -0,25 км2 и только 100 озер площадью более 10 км2.
Лена берет свое начало около озера Байкал и пересекает Восточную Сибирь с юга на
север до моря Лаптевых (общая протяженность - 4400 км) (Антонов, 1967). Бассейн реки
Лены площадью 2,5 • 10б км2 занимает значительную часть Восточной Сибири (53-71°N;
105-141°Е). Большая часть водосбора Лены находится в зоне сибирской тайги, а самая
северная область (дельта реки) в зоне тундры. Почти весь бассейн реки расположен в зоне
постоянной мерзлоты глубиной от 50 до 1500 м, а русло реки подстилается сквозным
«таликом» - слоем протаявшей мерзлоты.
14
Верхний 100 м слой мерзлоты содержит не менее 9400 Гт органического углерода,
который может быть расконсервирован в процессе термокарста и развития
подозерных/речных таликов (Semiletov et al., 1996). Это в 12 раз больше количества
углерода, содержащегося в атмосфере в форме СОг. Оттаивающее органическое вещество
(ОВ) сезонно-талого слоя мерзлоты и таликов становится доступным для включения в
современный биогеохимический цикл и трансформируется в форму СОг (аэробная
биодеструкция) и/или СИ» (анаэробная биодеструкция).
Благодаря экстремальному климату сток реки Лены характеризуется высоким летним
паводком и очень низким уровнем воды в зимнее время. Это связано с изменением
питания речных вод: в низовьях Лены 50% воды образуется в результате таяния снега,
35% - за счет дождевых осадков и 15% - грунтовые подмерзлотные воды. От 75 до 95%
общего стока приходится на теплый сезон. Водный баланс сибирских рек, расположенных
в зоне мерзлоты, отличается от рек других регионов, так как поверхность мерзлоты под
сезонно-талым слоем служит водоупором, что влияет на гидрологию (и гидрохимию)
исследуемого района. Глубина залегания мерзлоты изменяется от юМО2 см севернее
полярного круга (и в гористой местности) до 103 - 104 см в южных областях прерывистой
(островной) мерзлоты, что также влияет на режим подземного питания, определяющего
зимний сток. В зимнее время водное питание реки Лены осуществляется через
подрусловые талики. Анализ речных вод показывает, что зимние концентрации всех
биогенных элементов увеличиваются в несколько раз в результате химического
выветривания пород благодаря смене режима питания (Зубакина, 1979). Поэтому зимний
транспорт растворенного материала с речным стоком в Арктический бассейн не так мал,
как может показаться из соотношения величины зимнего стока к летнему.
Общий годовой вынос минеральных солей в море Лаптевых водами р. Лены равен ~49,2 •
10б т, что составляет -1,3% от мирового речного стока, что оказывает существенное
влияние на гидрохимию вод юго-восточной части моря Лаптевых (Gordeev and Sidorov,
1993; Gordeev et al., 1996). Вынос взвешенного вещества равен 17,6 • 106 т в год (Сидоров,
1992), но основная часть взвеси осаждается в дельте и на мелководном взморье.
Море Лаптевых (рис. 1.1) простирается от полуострова Таймыр на западе до
Новосибирских островов на востоке и ограничивает Евразийский бассейн Арктического
океана с юга. На западе море Лаптевых соединяется с Карским морем проливами
Вилькитского, Шокальского и Красной Армии. На востоке оно сообщается с ВосточноСибирским морем проливами Дмитрия Лаптева, Этерикон и Санникова. К северу от о.
Котельного граница моря условная, и оно свободно сообщается с Восточно-Сибирским
морем и Центральным Арктическим бассейном (Суховей, 1986). Море площадью 672 тыс.
15
км расположено в основном на материковой отмели, в нем преобладают глубины 50-100
м. При средней глубине моря 540 м, 70% его площади занимают мелководные участки с
глубинами менее 100 м и только 18% площади приходится на долю глубин,
превышающих 1000 м (максимальная глубина - 2980 м).
Гидрохимическая и гидрологическая структуры моря Лаптевых формируются под
влиянием трех основных факторов: речного стока, крайне неравномерного в течение года,
ледяного покрова и водообмена с Арктическим бассейном. Кроме того, на
биогидрохимический режим шельфа моря Лаптевых оказывает влияние эрозионное
разрушение берегов (Семилетов, 1999; Киселев и др., 2000). По интенсивности
воздействия этих факторов мелководная южная часть моря Лаптевых может быть
разделена на две половины - юго-восточную и северо-западную, граница которых
проходит от бухты Марии Прончищевой на п-ове Таймыр примерно по диагонали до
границы моря Лаптевых с Восточно-Сибирским морем к северу от о-ва Котельный.
Большой объем берегового стока оказывает существенное влияние на распределение
солености в море Лаптевых. Поверхностная структурная зона в юго-восточной части моря
очень тонкая (5-10 м), но горизонтальные градиенты солености весьма значительны.
Только сильные шторма способны разрушить плотностную стратификацию и перемешать
воду до больших глубин. Однако сразу же после штормов стратификация
восстанавливается (Пивоваров, 2000). Более того, по результатам наших многолетних
всесезонных исследований в губе Буор-Хая (средняя глубина Юм) даже осенне-зимняя
конвекция не разрушает двухслойную структуру, а приводит только к заглублению
пикноклина (Семилетов и др., 1996).
Ленские воды в море Лаптевых распространяются над более солеными и плотными
морскими водами на север до острова Котельный и на восток до пролива Дм. Лаптева. По
данным Антонова и Морозовой (1957), на акватории моря Лаптевых в августе пресные
воды могут быть обнаружены в виде обширной области площадью 0,12-0,24 • 10б км2,
содержащей от 50 до 100% речных вод. Ленские воды являются важным компонентом
Трансарктического переноса (Semiletov et al., 2000). Выполненные для всей акватории
моря Лаптевых оценки содержания растворенного органического углерода показали, что
60% от этой величины приходится на долю терригенного растворенного органического
вещества (Kattner et al., 1999). Зимой пресные воды в незначительном количестве
продолжают поступать в море подо льдом, хотя происхождение и состав этих вод
(источник - подмерзлотные грунтовые воды) отличаются от летних (атмосферных по
происхождению).
Тепловой эффект от речного стока в юго-восточной части моря Лаптевых может
увеличить скорость донной эрозии субаквальной мерзлоты, приводя к дополнительной
расконсервации плейстоценовой органики (Semiletov, 1999). В юго-восточной части моря
16
Лаптевых наблюдаются самые высокие в мире скорости эрозии побережья, сложенного
ледовым комплексом и обогащенного древним органическим веществом. По имеющимся
сведениям средняя скорость разрушения о-ва Муостах составляет 6-12 м год"1
(Григорьев, 1993; Григорьев и Куницкий, 2000), а скорость разрушения северо-восточного
клифа залива Буорхая достигает первых десятков метров только за летний сезон
(Семилетов, 1999). Это значит, что в наше время огромное количество органического
вещества, законсервированного в холодные эпохи в верхнем слое мерзлоты, переносится в
море, где вовлекается в современный биогеохимический цикл. Для иллюстрации
значимости «мерзлотного» запаса органического вещества можно сказать, что только
поверхностный слой мерзлоты содержит ~ 450 Гт (1 Гт=109 т) органического углерода,
что соизмеримо с запасом общего растворенного углерода, содержащегося в Северном
Ледовитом океане (Semiletov, 1999).
1.1.2 Чукотское море
Чукотское море - это море материкового шельфа общей площадью 518 тыс. км2. На
акватории мелководного Чукотского моря происходит трансформация тихоокеанских/
беринговоморских вод, поступающих в Северный Ледовитый океан через Берингов
пролив. Объем этих вод в среднем за год составляет 30000 км3.
Богатые биогенами тихоокеанские воды (ТВ), трансформируясь в Чукотском море,
опускаются по склону шельфа и распространяются в арктический бассейн. Они играют
важную роль в биогидрохимическом режиме СЛО, который является важнейшим
компонентом арктической климатической системы. Формируя воды верхнего
(тихоокеанского) галоклина, который занимает промежуточный слой между относительно
пресными поверхностными арктическими водами (0-100 м) и теплыми и солеными водами
северо-атлантического происхождения (Jones et al., 1998; Cooper at al., 1997), ТВ
усиливают и поддерживают стратификацию вод в арктическом бассейне. Они являются
своего рода «изолирующей прослойкой», исключающей выход северо-атлантических вод
к нижней поверхности ледяного покрова. Именно этим обусловлена климатическая
значимость тихоокеанских вод верхнего галоклина в СЛО.
Несмотря на то, что тихоокеанские воды существенно модифицируются при прохождении
Берингова и Чукотского морей, они сохраняют химические характеристики, позволяющие
идентифицировать их происхождение.
Акватория Чукотского моря характеризуется сложной гидрологической ситуацией (рис.
1.2).
17
180
Чукотское море
i
х.ш.
61
Г75
170
165 °зл
I - Анадырская водная масса; II - водная масса Беринговоморского шельфа; III Аляскинская прибрежная водная масса; IV - Сибирская прибрежная вода
Рисунок 1.2 - Схема течений в Беринговом и Чукотском морях
Три водные массы поступают через Берингов пролив: анадырская, беринговоморского
шельфа и аляскинская прибрежная. При этом первые две имеют относительно близкие
химические и гидрологические характеристики и хорошо перемешаны вдоль своей
границы (Coachman and Aagaard, 1988). На небольшом отрезке к северу от пролива
происходит смешение этих водных масс, однако их отличие от малосоленой аляскинской
прибрежной водной массы сохраняется (Коучмен и др., 1979). Кроме того, вдоль
побережья возможно проникновение на юг моря сибирской прибрежной воды из
Восточно-Сибирского моря, которая характеризуется более низкими величинами
температуры и солености по сравнению с беринговоморской водой. На
океанографический режим Чукотского моря влияет также взаимодействие с холодными
поверхностными водами арктического бассейна и, в некоторой степени, с
промежуточными теплыми и солеными водами атлантического происхождения, которые
могут поступать в море через желоб Геральд и каньон Барроу (Коучмен и др., 1979).
Механизмы и процессы, определяющие динамику карбонатной системы в этом районе
Арктического бассейна мало изучены и представляют особый интерес. В процессе
формирования тихоокеанского галоклина (время жизни этих вод в СЛО около десяти лет
Список литературы