Особливості механізмів функціонування чорноморських екосистем шельфу та пелагіалі - Автореферат

Отримання інформації про механізми функціонування екосистеми глибинної сірководневої зони є особливо актуальним в нинішній час, коли широко починають розроблятися технології використання природних ресурсів цієї зони і реалізуються проекти прокладання глибинних газопроводів по дну моря. Такий підхід дозволяє оцінити, виходячи з рівня евтрофікації північно-західної частини моря, ступінь впливу її на відкриті райони моря. · Проект “Вивчити просторово-часову мінливість океанологічних полів Чорного моря, розробити математичні моделі складних систем на основі комплексних досліджень басейну з метою розробки довгострокового прогнозу океанологічних умов і раціонального використання ресурсів”, шифр “Чорне море”, ДР № 01.9. 10. 043826. Оцінений стан екосистеми північно-західної частини Чорного моря на основі аналізу та обробки архівних і сучасних експедиційних даних по багатолітній мінливості основних океанологічних параметрів, які визначають механізми функціонування екосистеми (біогенні фосфор та азот, органічна речовина, розчинений кисень, елементи карбонатної системи РСО2 і a CO2). Обєктами дослідження в даній роботі були екосистеми північно-західної частини моря, включаючи зони контакту море-суша, та глибоководної сірководневої зони Чорного моря.У вступі обговорюються актуальність теми, обґрунтовується вибір обєкту дослідження: екосистеми глибинної сірководневої зони і екосистеми північно-західної мілководної частини моря. До нинішнього часу є науково доведеним фактом, що причиною утворення сірководневої зони Чорного моря є стратифікація водних мас по густині, що ускладнює вертикальний водообмін, при значних обсягах біогенного стоку з узбережжя в розрахунку на одиницю площі моря. Були отримані експериментальні дані по вертикальному і горизонтальному розподілу в Чорному морі мало вивчених неорганічних форм сірки (сульфатів, тіосульфатів, молекулярної сірки зваженої і полі сульфідної), як основних проміжних продуктів протилежно спрямованих процесів сульфат редукції та окислення відновлених форм сірки (розділи 1.4.,1.6). Сульфати - основний компонент соляного фону, їхня концентрація в море, окрім процесів сульфат редукції (утилізація сульфатів) і процесів окислення сірководню і інших відновних форм сірки, звязаних з приростом сульфатів, контролюється обсягами солоної води Мармурового моря, що надходить в Чорне море з високим вмістом сульфатів і прісної річкової води з низьким їхнім вмістом. В роботі екологічна ситуація в північно-західній частині моря розглядається при врахуванні щорічних обсягів забруднюючих речовин, що скидаються по узбережжю, гідродинамічних умов, синоптичної обстановки в регіоні, та з урахуванням сезонної мінливості водообміну між північно-західною частиною моря та його глибоководною зоною.Встановлено, що сучасний екологічний стан північно-західної частини моря, і ступінь його впливу на функціонування екосистем відкритого моря, визначаються як рівнем антропогенних навантажень, так і низкою природнокліматичних чинників, що можуть або посилювати цей вплив, або його послаблювати. На основі порівняння потоків азоту з північно-західної частини моря в відкрите море з аналогічними потоками фосфору, робиться висновок про роль процесів бактеріальної денітрифікації в зменшенні азотної евтрофікації моря. Оцінені додаткові кількості органічної речовини, які можуть утворитися в екосистемі відкритої частини моря в результаті надходжень біогенних азоту і фосфору з північно-західної його частини та за рахунок біогенного азоту, що поступає з атмосферними опадами над відкритим морем. 9.Показано, що для екосистеми північно-західної частини моря дія природнокліматичних чинників: періодичні прориви опріснених забруднених вод через фронтальну зону, інтенсифікація антициклонічних вихрових утворень на спаді глибини, які сприяють винесенню на мілководдя глибинної без кисневої води і додаткової кількості біогенних елементів, веде до підсилення антропогенного тиску на екосистему північно-західної частини моря. З іншого боку, такі природнокліматичні чинники як зимове вихолоджування вод в Каркінітській затоці, стійкість фронтальної зони сприяють винесенню забруднюючих речовин за межі акваторії північно-західної частини моря і завдяки цьому можуть зменшувати антропогенний тиск на її екосистему.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. В роботі вивчені механізми функціонування двох чорноморських екосистем - екосистеми глибинної сірководневої зони та екосистеми північно-західної частини моря та на конкретних океанологічних параметрах показаний їх взаємний вплив при врахуванні мінливості антропогенних і природнокліматичних чинників.

Встановлено, що сучасний екологічний стан північно-західної частини моря, і ступінь його впливу на функціонування екосистем відкритого моря, визначаються як рівнем антропогенних навантажень, так і низкою природнокліматичних чинників, що можуть або посилювати цей вплив, або його послаблювати. Здійснені прогнозні оцінки еволюції досліджуваних екосистем на основі застосування сучасних засобів математичного моделювання.

Наведені в роботі результати дозволяють встановити залежності механізмів функціонування морських екосистем від мінливості природнокліматичних і антропогенних чинників. Виявлення таких залежностей є необхідним при вирішенні однієї з проблем сучасної регіональної океанології - встановлення причин деградації шельфових екосистем.

2. Показано, що особливості функціонування екосистеми глибинної сірководневої зони визначаються інтенсивністю протилежно спрямованих процесів сульфат редукції та окислення H2S, кінцевими і проміжними продуктами яких є мало вивчені неорганічні форми сірки (SO42-, S2O32-, S0зваж.S0полісульф.). Закономірності вертикального і просторового їх розподілу встановлені на отриманому вперше значному експериментальному матеріалі.

3. На основі вивчення гідрохімічної структури зони контакту аеробних і анаеробних вод, при докладній (через 5 метрів по вертикалі) зйомці цієї зони по розподілу неорганічних форм сірки, що досліджуються, отримане підтвердження одночасності протікання в цій зоні протилежно спрямованих процесів: сульфат редукції і окислення відновлених форм сірки.

4. Запропонована та експериментально підтверджена .гіпотеза про мікробіологічну природу глибинного каламутного шару вод в Чорному морі. Встановлено, що утворення на межі аеробних і анаеробних вод глибинного каламутного шару вод (ГКШ), є специфічною особливістю екосистеми сірководневої зони Чорного моря. Експедиційними дослідженнями автора встановлено, що ГКШ містить, окрім бактеріальної біомаси, неорганічні продукти життєдіяльності бактерій (MNO2, So). Показано, що структура ГКШ, його географічне положення можуть служити індикатором знаходження верхньої межі сірководневої зони і дослідження цього шару повинні стати необхідною складовою екологічного моніторингу глибинної частини моря.

5. Вперше для глибоководної частини Чорного моря оцінені потоки мінеральних форм азоту (NH4 ,NO3-,NO2-) з урахуванням надходжень від зовнішніх джерел і процесів обміну між шарами вод (поверхневий, глибинний і придонний) в морі. Показано, що серед зовнішніх джерел цих форм азоту на атмосферні опади припадає 26.5%, переважною формою в них є амонійна.

6. Розроблена математична модель екосистеми сірководневої зони, в основу якої покладене поняття про зону як бактеріальну екосистему, яка функціонує на основі біогеохімічних циклів сірки та азоту. Здійснена параметризація процесів, що протікають в екосистемі сірководневої зони і звязані з трансформацією неорганічних форм сірки та включені в її математичну модель. Розроблена модель дозволяє здійснювати прогноз стану екосистеми зони як при зміні антропогенних навантажень ( збільшення потоку С орг з фотичної зони, залпові викиди метану при можливих аваріях, на глибинному газопроводі) так і при зміні природних факторів( слабке ендогенне джерело метану на дні моря). Показана можливість використання розробленої моделі для вивчення динаміки явищ гіпоксії та заморів, що періодично виникають в північно-західній частині моря.

7. Екологічний стан екосистеми північно-західного району Чорного моря оцінений при врахуванні щорічних обсягів антропогенних забруднюючих речовин, що надходять з узбережжя, гідродинамічної ситуації та синоптичної обстановки в регіоні, що дозволило врахувати мінливість антропогенних і природнокліматичних чинників. Дослідження механізмів функціонування екосистеми північно-західної частини Чорного моря показало, що посилення антропогенних навантажень в останні десятиріччя істотно відбилося на мінливості основних параметрів екосистеми (кисневий режим, сезонна мінливість РСО2, потоки біогенних елементів, особливості деструкції органічної зваженої і розчиненої речовини).

8. Вперше для екосистеми північно-західної частини моря розроблені схеми кругообігів двох важливих біогенних елементів (азоту і фосфору) і на їхньому прикладі показана багатолітня мінливість потоків цих елементів на всіх поверхнях поділу. При врахуванні сезонної мінливості водообміну між північно-західною частиною моря і відкритим морем розраховані потоки азоту і фосфору в відкриту частину моря. На основі порівняння потоків азоту з північно-західної частини моря в відкрите море з аналогічними потоками фосфору, робиться висновок про роль процесів бактеріальної денітрифікації в зменшенні азотної евтрофікації моря. Оцінені додаткові кількості органічної речовини, які можуть утворитися в екосистемі відкритої частини моря в результаті надходжень біогенних азоту і фосфору з північно-західної його частини та за рахунок біогенного азоту, що поступає з атмосферними опадами над відкритим морем.

9.Показано, що для екосистеми північно-західної частини моря дія природнокліматичних чинників: періодичні прориви опріснених забруднених вод через фронтальну зону, інтенсифікація антициклонічних вихрових утворень на спаді глибини, які сприяють винесенню на мілководдя глибинної без кисневої води і додаткової кількості біогенних елементів, веде до підсилення антропогенного тиску на екосистему північно-західної частини моря. З іншого боку, такі природнокліматичні чинники як зимове вихолоджування вод в Каркінітській затоці, стійкість фронтальної зони сприяють винесенню забруднюючих речовин за межі акваторії північно-західної частини моря і завдяки цьому можуть зменшувати антропогенний тиск на її екосистему.

10. Показано, що механізми функціонування екосистем мілководної північно-західної частини моря та сучасний критичний екологічний стан її визначаються комплексним впливом антропогенних і природнокліматичних чинників. Механізми функціонування екосистеми глибинної сірководневої зони, в більшій мірі, визначаються мінливістю природнокліматичних чинників.

11. Проведено районування чорноморського узбережжя України в залежності від виду господарської діяльності (комунально-промислові агломерації, включаючи великі міста і морські порти, райони сільськогосподарського засвоєння і курортно-рекреаційні зони) з урахуванням конкретних величин рівнів антропогенних навантажень на зони контакту море-суша.

12. Вивчені механізми функціонування екосистем зони стику море - суша (прибережні морські екотони) та сформульовані вимоги, яким повинні відповідати моніторингові системи для контролю якості водного середовища морських прибережних екотонів. Для акваторії гирло р. Дунай - о. Зміїний розроблені методичні рекомендації по створенню спостережного екологічного полігону.

СПИСОК ОСНОВНИХ РОБІТ , ЩО ОПУБЛІКУВАЛИСЯ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Моделирование геохимических процессов в морском прибрежном экотоне /Беляев В.И., Совга Е.Е., Худошина М.Ю., Соловьева Н.В., Березовский А.А., Богуславский С.Г., Любарцев В.Г., Терещенко В.А.,Афонин Е.И.,Крашенинников Б.Н. / Под редакцией В.И. Беляева и Е.Е. Совга. -Киев: Наукова думка, 1993.- 239 с.

2. Совга Е.Е., Маньковский В.И., , Прохоренко Ю.А., Чепурнова Э.А. Природа глубинного мутного слоя вод в Черном море// ДАН УССР, сер.Б. -1987.- № 6.- С.32-35.

3. Новоселов А.А., Совга Е.Е., Фащук Д.Я., Хомутов С.М., Шереметьева А.И.Сравнительная оценка йодометрического и фотометрического методов определения сероводорода в слое его сосуществования с кислородом в Черном море//Океанология. -1987.- Т.27, вып.3.- С. 414-417.

4. Совга Е.Е., Соловьева Л.В. Тиосульфаты в водах Черного моря// ДАН СССР.- 1987.- Т.297, № 4.- С. 969-972.

5. Беляєв В.І., Єремеєв В.М., Богуславський С.Г., Совга О.Є. Дослідження динаміки сірководневої зони Чорного моря в 37-му рейсі НДС “Акад. Вернадський”// Вісник АН УРСР.- 1989.- № 4.- С. 53-57.

6.Совга Е.Е., Еремеева Л.В., Соловьева Л.В. Геохимические особенности трансформации неорганических форм серы в толще вод Черного моря // Геохимия.- 1989.- № 11.- С.1648-1655.

7. Беляев В.И., Совга Е.Е. Сероводород в Черном море не взорвется //Вестник АН СССР.- 1991.- № 10.- С. 47-57.

8. Беляев В.И., Совга Е.Е. Математическая модель экосистемы сероводородной зоны Черного моря // Морской гидрофизический журнал - 1991.- № 6.- С. 42-54.

9. Совга Е.Е., Еремеева Л.В., Соловьева Л.В. Новые данные по вертикальному распределению тиосульфатов и молекулярной серы в водах Черного моря // ДАН Украины, сер. Б.- 1992.- № 3.- С. 86-88.

10. Беляев В.И., Совга Е.Е., Любарцева С.П. Модельная оценка распределения сульфатов в экосистеме сероводородной зоны Черного моря //Доклады АН Украины,- 1994.- № 7.- С. 117-119.

11. Belyaev V.I., Sovga E.E., Ljubartseva S.P. Modelling the hydrogen sulphide zone of the Black Sea // Ecological modelling, -1997.-96,- Р. 51-56.

12. Богуславский С.Г., Жоров В.А., Совга Е.Е., Иващенко И.К. Особенности океанологических процессов северо-западной части Черного моря// Морской гидрофизический журнал.- 1997.- № 5.- С. 35-41.

13. Беляев В.И., Совга Е.Е., Любарцева С.П. Моделирование придонной гипоксии и возникновения сероводородных линз на северо-западном шельфе Черного моря // Доповіді НАН України, - 1997.- № 4.- С.117-121.

14.Совга Е.Е. Жоров В.А. Анализ основных классов соединений растворенного органического вещества морской воды и их поведение в эстуариях рек и прибрежных зонах моря// Морской гидрофизический журнал.- 1998.- № 2.- С. 56-61.

15. Совга Е.Е., Жоров В.А., Богуславский С.Г. Основные закономерности процессов седиментации взвешенного органического вещества в мелководных зонах морей умеренных широт// Морской гидрофизический журнал.- 1998.- №6.- С. 60-64.

16. Совга Е.Е., Жоров В.А., Богуславский С.Г. Многолетняя изменчивость потоков фосфора в северо-западной части Черного моря//Морской гидрофизический журнал.- 2000.- № 4.- С. 69-79.

17. Беляев В.И., Дорогунцов С.И., Совга Е.Е., Николаенко Т.С. Оценка уровня антропогенных нагрузок на прибрежные зоны и экотоны Черноморского побережья Украины// Морской гидрофизический журнал.- 2001.- № 1. -С. 55-63.

18. Еремеев В.Н., Латун В.С, Совга Е.Е. Влияние антропогенных загрязнителей и путей их переноса на экологическую обстановку в северо-западном районе Черного моря //Морской гидрофизический журнал. -2001. -№ 5.- С. 41-55.

19.Беляев В.И., Давыдова Е.П., Совга Е.Е., Оценка вклада различных факторов в кислородный баланс северо-западного шельфа Черного моря по результатам моделирования // Комплексные исследования Черного моря. -Севастополь: МГИ АН УССР, 1984.- С. 26-31.

20.Беляев В.И., Совга Е.Е. Геохимическая модель сероводородной зоны Черного моря и ее математическое представление// Процессы формирования и внутригодовой изменчивости гидрофизических и гидрохимических полей Черного моря.- Севастополь: МГИ АН УССР,1988.- С.75-83.

21. Совга Е.Е., Еремеева Л.В., Соловьева Л.В. Геохимия неорганических форм серы в толще вод Черного моря // Комплексные океанографические исследования Черного моря. -Севастополь: МГИ АН УССР, 1990.- С. 138-147.

22. Совга Е.Е., Жоров В.А. Особенности деструкции органического вещества естественного происхождения в шельфовых районах моря и эстуариях рек // Комплексные экологические исследования Черного моря.-Севастополь: МГИ НАН Украины,1995.-С.104-110.

23.Еремеев В.Н.,Совга Е.Е. Методологические аспекты проведения экологических исследований в зоне сопряжения "суша-море"// Системы контроля окружающей среды.- Севастополь: МГИ НАН Украины, 1999.- С. 198-204.

24. Еремеев В.Н., Совга Е.Е. Черноморский сероводород: геохимические особенности поведения, источники, формы нахождения, динамика и тенденции изменчивости// Геология и полезные ископаемые Черного моря.-Киев.: Ин-т прикладных проблем экологии, геофизики и геохимии,1999.-С.54-60.

25.Совга Е.Е., Любарцева С.П. Использование математического моделирования для прогноза состояния экосистемы сероводородной зоны Черного моря при реализации технических проектов // Системы контроля окружающей среды.- Севастополь.: МГИ НАН Украины, 2000.- С. 363-368.

26. Совга Е.Е., Богуславский С.Г., Жоров В.А. Потоки азота в северо-западной части Черного моря//Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа (Памяти акад. В.И.Беляева посвящается).- Севастополь.: МГИ НАН Украины,2001.-С.88-97.

27. Совга Е.Е., Жоров В.А., Богуславский С.Г., Сидень В.П. Потоки минеральных форм азота в Черном море // Экологическая безопасность прибрежных и шельфовых зон и комплексное использование ресурсов шельфа (Памяти Л.А. Ковешникова )- Севастополь.: МГИ НАН Украины,2001.- С.112-123.

28. Совга Е.Е., Любарцева С.П. Модельная оценка экологических последствий аварийных ситуаций на глубинном газопроводе в восточной части Черного моря // Системы контроля окружающей среды. -Севастополь, МГИ НАН Украины, 2002.- С.339-344.

29. Выполнение эколого-геологических, гидрогеохимических и гидробиологических исследований на наблюдательном полигоне устье р. Дунай - о. Змеиный (временные методические рекомендации)/Юровский Ю.Г., Совга Е.Е., Латун В.С., Резник В.А., А.Ю. Митропольский, В.А.Жоров, Чухчин В.Д. Симферополь.: УКРГИМР, 1997.- 112с.

30. Belyaev V.I., Sovga E.E. Mathematical model for the ecosystem of the Black Sea hydrogen sulphide zone.// Sov. J. Phys. Oceanogr. - 1992.- v.3, N 6.- Р. 455-470.

31. Boguslavsky S.G., Zhorov V.A., Sovga E.E., Ivashchenko I.K. Paculiariation of oceanographic processes in the northwestern Black Sea.//J. Physical Oceanogr. - 1998.- v.9, No 5.- Р. 347-352.

Размещено на .ru