Введение v Актуальность темы. В последние годы большой интерес вызывает
экологическое состояние вод прибрежных морских зон, испытывающих все возрастающую антропогенную нагрузку.
В исследованиях Научно-исследовательского центра экологической безопасности Российской академии наук (НИЦЭБ РАН), Зоологического института РАН (ЗИН РАН), Института озероведения РАН (ИНОЗ РАН), Института водных проблем Севера Карельского научного центра (ИВПС КарНЦ РАН) и других показано, что в эстуарии реки Невы существуют зоны, в которых происходят интенсивные преобразования веществ-загрязнителей. Это так называемые барьерные зоны или маргинальные фильтры, которые удаляют
более 90% загрязнения во взвеси и около 40% в растворах (Лисицын, 1994). Эти г'
фильтры многоступенчатые с последовательной сменой гравитационной,
,**
физико-химической и биологической частей. Наличие таких зон, в которых
*" проявляются барьерные эффекты, существенно меняет представление о вкладе
региона Санкт-Петербурга в загрязнение Балтийского моря. Поэтому исследования барьерных эффектов становятся одной из наиболее актуальных проблем экологической безопасности.
В силу значительной пространственной протяженности водных объектов судовые (контактные) измерения не могут обеспечить необходимое пространственно-временное разрешение и повторяемость для мониторинга и оценки экологического состояния этих объектов. Наиболее эффективными в этом случае являются системы дистанционного зондирования. В то же время, данные дистанционного зондирования предоставляют, как правило, косвенную информацию о параметрах состояния водных объектов, не позволяя непосредственно контролировать многие важные параметры и процессы, происходящие в барьерных зонах. Поэтому всесторонние исследования
, барьерных зон и происходящих в них процессов возможны только при
реализации комплексного подхода, основанного на контактных и
4
дистанционных измерениях, с использованием математического
моделирования.
Цель работы разработка и апробирование дистанционного метода индикации барьерных зон и создание на этой основе экоинформационной системы, исследуемых водных объектов.
Задачи работы. Для достижения поставленной цели в работе необходимо было решить следующие задачи:
- провести совместный анализ данных дистанционного зондирования, результатов математического моделирования и контактных экспедиционных исследований восточной части Финского залива Балтийского моря и заливов Белого моря с использованием геоинформационных технологий для выявления барьерных зон;
- исследовать возможности дистанционной индикации барьерных зон и обосновать индикаторы, позволяющие выявлять такие зоны и изучать их динамику;
- обосновать структуру экоинформационной системы (ЭИС), ориентированной на комплексный анализ данных дистанционного зондирования и подспутниковых экспериментов, а также на поддержку принятия решений на основе результатов математического моделирования;
- разработать рабочие версии экоинформационных систем для исследования барьерных зон Финского залива Балтийского моря и заливов Белого моря.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- разработан новый метод индикации барьерных зон в эстуариях рек, включающий процедуры дистанционной индикации, основанные на применении модулей кластерного анализа ГИС IDRISI к данным дистанционного зондирования приборами AVHRR, SeaWiFS, МСУ-Э и других;
- впервые проведено сопоставление данных дистанционного зондирования, ориентированных на контроль барьерных зон, с результатами специально спланированных и проведенных судовых наблюдений;
4
5
- предложена система дистанционных индикаторов, позволяющая осуществлять контроль барьерных зон;
- обоснована структура и разработаны рабочие версии экоинформационных систем, ориентированные на комплексный анализ данных дистанционного зондирования и подспутниковых экспериментов, относящихся к барьерным зонам Финского залива и заливов Белого моря.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
Основные результаты и отдельные выводы, полученные автором, использовались при реализации международных проектов:
- ИНТАС 99-00674 "The Water Quality In The Coastal Zone Of The Gulf Of Finland: Remote Sensing, Computer Modeling, Diagnostics, Development Of Strategic Tools For Sustainable Management" 1999-2001.
- ИНКО-Коперникус № ICA2-CT-2000-10014, «Sustainable management of the marine ecosystem and living resources of the White Sea" 2000-2002,
а также при разработке геоэкологического атласа восточной части Финского
залива.
Кроме того, они могут быть использованы при планировании мест размещения
сбросов сточных вод в заливы, строительстве гидротехнических сооружений,
оценке нагрузки на водоем и его отдельные части, разработке рекомендаций по
рациональному использованию и охране водных объектов и в особенности
таких важных их частей как эстуарии.
Объектом исследования настоящей диссертационной работы является метод
дистанционного обнаружения, контроля барьерных зон в эстуариях важных
для Северо-Запада России водных объектов Белого и Балтийского морей.
Методы исследования:
- дистанционные и контактные методы экологического мониторинга, наблюдений, в особенности для изучения особенностей полей температуры воды, концентрации хлорофилла-а, растворенных веществ;
- методы анализа пространственных данных, реализованные в геоинформационных системах, таких как ГИС Arc View, IDRISI, ERDAS;
6
- методы обработки данных дистанционного зондирования, реализованные в программных средствах, разработанных в Институте космических исследований РАН (в частности, XV_HRPT систем и др.);
- методы интеграции полученных данных в экоинформационные системы.
Основные научные результаты, выносимые на защиту:
- дистанционные индикаторы барьерных зон;
- методы и приемы дистанционной индикации барьерных зон;
- разработанные экоинформационные системы, ориентированные на комплексный анализ данных о состоянии окружающей среды.
Апробация работы.
Результаты исследований использовались при выполнении международных
проектов:
ИНТАС 99-00674 "The Water Quality In The Coastal Zone Of The Gulf Of Finland: Remote Sensing, Computer Modeling, Diagnostics, Development Of Strategic Tools For Sustainable Management".
ИНКО-Коперникус № ICA2-CT-2000-10014, «Sustainable management of the marine ecosystem and living resources of the White Sea".
При составлении геоэкологического атласа восточной части Финского залива, а также работах НИ1ДЭБ РАН.
Основные результаты диссертационной работы докладывались на:
Санкт-Петербургской международной конференции "Региональная
информатика-2000", 05-08 декабря 2000 г.;
всероссийской научной конференции «Дистанционное зондирование
земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами» - Муром
20-22.06 2001 г.;
всероссийской объединенной конференции "Технологии
информационного общества - Интернет и современное общество"
(ISTAMS-2001) - Санкт-Петербург, 20.11 - 23.11.2001;
7
5 5-ой научно-технической конференции профессорско-преподавательского
состава Санкт-Петербургского государственного электротехнического
университета "ЛЭТИ", 22.01-2.02.2002;
международной конференции «Экология северных территорий России.
Проблемы, прогноз ситуации, пути развития, решения». ИЭПС.
Архангельск 2002;
конференции "Акватерра", Санкт-Петербург 12-15.11.2002;
Международном совещании, посвященном памяти академика Гранберга,
Москва, Институт океанологии РАН, декабрь 2002.
Отдельные положения диссертации докладывались на семинарах НИЦЭБ РАН, в Международном центре по окружающей среде и дистанционному зондированию им. Нансена (Нансен центр) и в ИВПС КарНЦ РАН. Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, список которых приведен в конце автореферата.
Личный вклад автора. Автор работы обобщил и проанализировал основные публикации о состоянии Финского залива и Белого моря, разработал электронный архив данных, представив имеющиеся литературные данные в табличной и графической форме, которые были использованы в базе данных, экоинформационных системах; участвовал в планировании и проведении экспериментов на водных объектах; собрал архив спутниковых данных по Белому морю за последние 20 лет и по Финскому заливу - за последние 10 лет, обработал и проанализировал эти данные, выполнил сравнение результатов численного моделирования, контактных и дистанционных наблюдений для обоснования и получения индикаторов барьерных зон дистанционными методами, участвовал в разработке архитектуры, содержания и наполнении экоинформационных систем. Результаты исследований диссертационной работы были получены автором при участии в разработке ряда проектов.
Автор выражает глубокую признательность и искреннюю благодарность за помощь в проведении исследований, обсуждении и анализе их результатов члену-корреспонденту РАН Ю.С.Долотову, научному руководителю д.э.н.,
проф. В.К.Донченко, научным консультантам д.ф.-м.н. проф. Д. В. Позднякову, д.т.н., проф. В.В.Растоскуеву, директору Нансен центра к.ф.-м.н. Л. П. Бобылеву, директору Центра по окружающей среде и дистанционному зондированию им. Нансена проф. О. М. Йоханнессену (Норвегия), к.ф-м.н. В.А.Неелову (Институт Арктики и Антарктики), к.т.н. В.Х.Лифшицу (ИВПС КарНЦ РАН), к.ф.н. Г.М.Воропаевой (СПбГУ), к.ф-м.н. А.П.Лупяну (Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН)), С.Кайтала (Финский институт морских исследований), а также Санкт-Петербургскому Электротехническому университету, ИВПС КарНЦ РАН и ЗИН РАН за предоставленные экспериментальные сведения, оборудование и возможность участия в экспедиции; фонду ИНТАС, предоставившему грант № YSF01/2-120 для завершения работы, а также всем участникам экспедиции на НИС «Эколог».
Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 120 наименований и приложения на компакт-диске, содержащего экоинформационные системы для эстуариев Белого и Балтийского морей.
Глава 1. Современные представления о барьерных зонах заливов
Балтийского и Белого морей
В барьерных геохимических зонах "река-море" происходит естественная биологическая и биогеохимическая переработка основного потока загрязняющих веществ, поступающих с речным стоком (Отчет «Экодинамика барьерного эффекта...», 1997). Особое значение это обстоятельство играет для Восточной части Финского залива, резко снижая вклад Северо-Запада России в загрязнение Балтики. Поэтому организация экологического мониторинга барьерных зон и разработка новых методов контроля происходящих в них процессов имеет первостепенное значение.
1.1. Классификация барьерных зон
«Эстуарий - полузамкнутый прибрежный водоем, который имеет свободное сообщение с морем и в пределах которого морская вода в известной степени разбавляется пресной водой, поступающей вследствие дренажа суши» - это одно из наиболее распространенных определений эстуария, данное Д. Притчардом (Сафьянов, 1987). Скорости осадконакопления в пределах эстуария в 1000-10000 раз выше, чем по океану в среднем. Для поступающего с суши материала эстуарии предстает непреодолимым барьером, причем вода и осадки эстуариев - одни из самых активных зон химических превращений (Сафьянов, 1987).
Множество факторов, такие как, морское волнение, приливные колебания, сток рек, плотностная стратификация, рельеф дна и другие, оказывают влияние на гидродинамический режим в эстуариях.
Согласно Е.М.Емельянову (Емельянов, 1998) геохимические барьеры представляют собой участки или слои водной или осадочной толщи морей, где на коротком расстоянии происходит резкое уменьшение интенсивности миграции одних химических элементов и их концентраций и увеличение других. Часто на небольшом участке или в тонком слое вод моря одновременно проявляется не один, а несколько барьеров, так называемые, "геохимические
9
10
барьерные зоны" (ГБЗ). Геохимическая барьерная зона в море - это естественная граница, по разные стороны которой существуют различные условия осадконакопления, приводящие к резкому изменению форм и интенсивности миграции определенной группы химических элементов и, как следствие, их концентрации. Геохимические барьерные зоны можно рассматривать как зоны разрыва непрерывности свойств среды (в горизонтальном и вертикальном направлениях).
«Река-море» - наиболее яркая барьерная зона. При поступлении частиц с речными водами, частица (или осадочный материал) проходят через различные барьеры, в том числе термоклин, галоклин, слой кислородного минимума и т.д., и только после этого она попадает на дно.
Далее приведем классификацию БЗ по Е.Емельянову (Емельянов, 1998). По характеру форм миграции химических элементов и преобладающим процессам седиментогенеза ГБЗ были подразделены на механические (гидродинамические), физико-химические и биогеохимические. Несколько подробнее рассмотрим те барьерные зоны, которые могут проявляться в эстуарии, заливе, а не в открытом океане, т.е. представляющие наибольший интерес для настоящей диссертационной работы.
1.1.1 Гидродинамические барьеры
• Прибрежная зона (литораль) [ 1 -ый механический барьер].
• Зона резкого уменьшения повторяемости явления асимметрии волновых придонных скоростей [2-ой механический барьер].
• Зона действия сильных придонных течений основного потока бассейна [3-ий механический барьер] (Айбулатов, 1990).
Механическо-физические барьеры проявляются на границе двух разных гидродинамических сред. Суть барьера заключается в том, определенного рода частицы не могут проникать в ту среду, где динамического воздействия не хватает для поддержания их во взвешенном состоянии и перемещения в водной среде тяжелых или крупных частиц, а с ними - и определенной группы химических элементов. В целом, гидродинамический барьер есть функция
ю
11
четырех переменных: атмосферных процессов, рельефа и шероховатости дна, конфигурации береговой линии, внутреннего взаимодействия полей масс. По условиям возникновения гидродинамические барьеры можно разделить на следующие основные группы: 1) геоморфологические, связанные с взаимодействием литосферы и гидросферы; 2) гидрологические, образуемые на контактах водных масс с различными параметрами, например, река-море; и 3) аэрологические (синоптические), генерируемые воздействием атмосферы на гидросферу.
Внешняя граница барьера определяется энергетическими характеристиками солнечного излучения, мутностью воды, или самим процессом фотосинтеза. Одну из разновидностей механических барьеров составляет зона смешения речных вод с морскими.
Главным в зоне "берег-море" является механическая работа, связанная с разрушением берега и дна гидродинамическими процессами и с сортировкой и выносом за пределы литорали примерно 60% всего твердого материала, поступающего в прибрежную зону моря. Выпадение частиц из водного потока зависит от его скорости и глубины. Поток вещества на барьере "берег-море" перпендикулярно береговой линии направлен в противоположные стороны: в море и на берег, а вдоль берега - в одну или другую сторону вдоль изобат. Направленность этого потока зависит от многих факторов, в первую очередь, от 1) формы и глубины подводного склона, 2) состава пород, 3) климатических факторов, 4) направленности и силы морских течений, в том числе приливо-отливных течений, 5) наличия определенных форм жизни в зоне "берег-море" и многих других факторов. В зависимости от того, куда направлен поток вещества, зона "берег-море" может быть абразионной или аккумулятивной.
1.1.2. Физико-химические и биогеохимические барьеры Щелочно-кислотные барьеры. Такие элементы как, Са, Sr, Ba, Ra, Cu, Zn,
Cd, Fe2+, Mn, Ni и др. интенсивно мигрируют в кислых и слабо кислых водах. Другая группа элементов (Cr6+, Se6+, Mo6+, V5+, As5+ и т.д.) - в щелочных водах.
12
Выпадение из раствора элементов зависит как от величины рН, так и от температуры.
Окислительно-востановительные барьеры. Выделяются 2 основных разновидности: а) в воде, б) в донных осадках. В воде такой барьер проявляется при смешении термальных вод с морскими, бытовых (загрязненных) вод с речными (озерными), при разделении воды на аэрированную и стагнированную (граница "O2-H2S"), окисленные воды и восстановленные осадки (редокс-барьер Eh) и т.д.
Барьер Eh и слой "O2-H2S" в воде возникает в условиях резкого расслоения водной толщи на гидродинамически активный и малоактивный (чаще более соленый) слои. На границе этих двух слоев вертикальное перемешивание практически не происходит. В малоподвижном слое исчезает О2 и появляется H2S. Органическое вещество донных осадков - источник сероводорода. Разложение фитопланктона происходит под действием бактерий, которые восстанавливают сульфаты (SO42") накапливающиеся в илах. При этом образуется свободный сероводород. Чем больше органики, тем вероятнее образование H2S. После насыщения H2S сероводород начинает диффундировать в придонные воды. При наличии течений у дна, H2S окисляется и не сохраняется. Наиболее активно сероводород скапливается, когда толща резко стратифицирована по солености. Плотностная граница (пикноклин) препятствует перемешиванию вод. На границе редокс-барьера в воде величина Eh резко изменяется от положительных до отрицательных значений. Граница "O2-H2S" присутствует во впадинах Балтийского моря на глубинах 80-200 м и, вероятно, отсутствует в Финском заливе. На границе "O2-H2S" происходит диффузионный обмен реакционными формами Fe и Мп, в меньшей степени -Ni, Co, Cu, Zn и др. (Емельянов, Кравцов, 1991).
Органическое вещество является главным двигателем окислительно-востановительного процесса. Максимальное значение Сорг обнаружены в морях, заливах и шельфовых зонах и апвеллингов, где отмечены максимальные значения первичной продукции. В Балтийском море в голоценовых илах
12
13
найдено до 13.08% Сорг (Емельянов, 1998). Существует прямая связь между положением барьера Eh и содержанием Сорг: чем меньше Сорг, тем глубже в осадке барьер Eh.
1.1.3. Солевые барьеры
Выделяются несколько видов солевого барьера: 1) барьер "река-море", 2) "морская вода - рассолы", 3) солевой барьер в ледовой обстановке, когда талые пресные воды попадают в море, 4) в барьерной зоне "гидротерма - морская вода", 5) "очаги глубоководной разгрузки".
Обычно выделяют три зоны в системе "река-море": I - пресноводная, II -солоноватоводная и III - соленая. В пресноводной зоне наблюдаются высокие концентрации водной взвеси, и обычно - большие скорости потока. В ГБЗ "река-море" соленость чаще всего изменяется от 1°/00 до 34°/ОО , на границе "рассолы - морская вода" - от 30°/оо до 260°/О0. В некоторых впадинах с рассолами происходит изменение температуры (с 20-25 до 40-60°С). В ГБЗ '"река-море" главными являются соленостные фронты.
В эстуариях, а также в морях вблизи устьев рек наблюдается большое разнообразие схем накопления осадков, но для всех случаев характерны повышенные скорости осадконакопления, формирование огромных по мощности и площадям конусов выносов, лавинное накопление терригенных илов. Лишь у рек, впадающих непосредственно в мелкое море (например, у устья реки Нева) конус выносов либо не образуется, либо - он имеет незначительные размеры.
Как правило, основной путь проникновения речной взвеси за барьер "река-море" - придонный слой вод. Помимо терригенного и биогенного материалов, а также антропогенных веществ, речные воды поставляют большие количества рудных элементов.
Важную роль в перераспределении осадочного материала в море играют сильные придонные течения - своеобразные "подводные реки". В местах затухания скоростей течений этих "рек" образуются осадочные поля -"авандельты" большой мощности.
13
14
На границе река-море могут образовываться, так называемые, «пробки», т.е. места накопления осадков. Они могут быть: I - иловая; 2 - органо-минеральная; 3 - биологическая пробка - максимальное развитие фито- и зоопланктона солоноватых вод. Концентрация взвеси в иловой пробке значительно выше, чем в самой реке. В органоминеральной пробке происходит флоккуляция органических кислот, растворенных форм железа и других компонентов и соосаждение с ними многих микроэлементов.
Фронты эстуариев зачастую выделяются визуально по полосам пены, скоплениям мусора, цвету и прозрачности воды. Полоса пены - это признак конвергенции течений на фронте. Этот фронт ограничивает на поверхности моря крайний предел положения распресненных вод. Ближе к устью располагается полоса мусора, а еще ближе - цветовая граница. В эстуариях имеются чрезвычайно резкие продольные и поперечные градиенты скорости и плотности. Они связаны с фронтальными системами и играют важную роль в динамике эстуарной циркуляции. Именно эти факторы позволяют их исследовать дистанционными аэрокосмическими методами.
В эстуариях в форме канала обычно наблюдается "соленостный клин". В таких случаях соленые воды в нижнем слое проникают далеко вверх по течению реки, образуя придонный "клин", заканчивающийся придонным фронтом.
Соленостные фронты существуют не только вблизи устьев рек, но и далеко от них - в открытом море. ГБЗ "река-море" не является одинаковой во всех районах Мирового океана. Главный ее показатель - расстояние между изолинией солености 2°/00 и 15°/00 - меняется в зависимости от величины реки расхода реки, солености моря, особенностей гидродинамики прибрежных вод, приливо-отливных течений, гидрометеорологических условий и других факторов. Протяженность самой активной зоны солевого барьера по горизонтали колеблется в пределах сотен метров или первых километров, а по вертикали (по глубине) - нескольких десятков метров.
14
15
В ГБЗ "река-море" резко меняется не только соленость, но и рН, количество питательных солей, гидродинамической обстановки и т.д. Кроме того, здесь резко уменьшаются скорость водного потока и концентрация взвеси. На границе "река-море" четко проявляется так называемый "биологический контур" или "фильтр". Помимо этого в ГБЗ "река-море" сходятся и другие геохимические барьеры: "берег-море", "воздух-вода", "вода-дно", "вода-живое вещество", "вода-взвесь", кислотно-щелочные барьеры и т.д. Благодаря этим обстоятельствам, ГБЗ "река-море" становится одной из наиболее важных функционировании экосистемы эстуария.
1.1.4 Температурный, плотностной и динамический барьеры
Температурный и динамический барьеры тесно связаны между собой и
образуют термодинамические барьеры. Они возникают при изменении температуры (Т) и давления (Р). Термодинамические барьеры играют важнейшую роль, так как они определяют образование или, наоборот, растворение многих минералов.
Одной из наиболее важных физических характеристик является плотность морской воды. Она зависит от температуры Т, солености S и давления Р. Плотность морской воды изменяется приблизительно от 1 для пресной воды на поверхности до 1,076 для вод на больших глубинах океана. Пикноклин разделяет относительно легкие поверхностные воды и тяжелые глубинные. В морях типа Балтийского и Белого, которые сообщаются с океаном через мелководные проливы, пикноклин плотно изолирует глубинные воды, составляющие 80-90% всего объема моря и обогащенные питательными веществами. Однако и это не является непроходимым барьером для обмена энергией и веществом. В зимние сезоны всегда происходит выхолаживание верхних слоев воды или сильное их перемешивание во время сильной ветровой конвекции, в результате чего пикноклин может либо исчезать, либо сильно подниматься.
15
16
В океане галоклин и пикноклин нередко по глубине расположения совпадают, а в некоторых случаях совпадают даже все три показателя -термоклин, галоклин и пикноклин.
1.1.5. Геохимические барьерные зоны
На границе "море-атмосфера" часто появляется поверхностная пленка воды
(поверхностный микрослой - ПМС), который обладает удивительными физическими, химическими и биохимическими свойствами (Хорн, 1972). Одно из таких свойств - высокое поверхностное натяжение по сравнению с другими жидкостями. Толщина ПМС - десятые доли миллиметра. На границе раздела наблюдается резкое изменение физико-химических характеристик термической структуры, микростуктуры, и многие другие явления, происходит активный обмен энергии и веществом между воздухом и водой. В пленке на поверхности скапливаются плейстон и бактериопланктон, играющие заметную роль в химическом обмене между атмосферой и гидросферой. Именно из-за наличия тонкой поверхностной пленки возникают трудности в использовании дистанционных методов изучения морей и океанов.
Слой фотосинтеза. Фотосинтез наиболее активно происходит в верхнем слое 0-50 м, в меньшей степени - в слое до 100-175 м и более. Нижней границей слоя фотосинтеза обычно считается глубина, на которой сохраняется 0,1% от освещенности на поверхности моря. Для "слоя фотосинтеза" характерно: интенсивное горизонтальное и вертикальное перемешивание вод, нормальные содержания кислорода (3-8 мл/л), пониженное - фосфатов и нитритов. Наиболее активно процессы фотосинтеза протекают в зонах: река-море, берег-море и т.д.
Барьер "вода-взвесь". Каждая взвешенная твердая частица так или иначе взаимодействует с водой. На барьере "вода-взвесь" происходят; 1) активный обмен Са , Mo J Na 2) адсорбция твердыми частицами из морской воды микроэлементов (Zn, Си, Pb, Cd, Mg, Mo, Ag, Co, Nc, V, Sr, Y), а также Fe, Mn и других элементов. Во многих случаях происходит также десорбция элементов и
16
17
их переход с частицы в воду. В результате сорбционных процессов из морской воды извлекаются многие химические элементы.
Электрохимические барьеры. Этот класс барьеров возникает под воздействием естественных электрических полей. Заряженные частицы в водной среде под воздействием естественного электрического тока перемещаются к полюсам электрического тока, где они и накапливаются. На электрохимических барьерах могут возникать рудные концентрации элементов.
Физико-химические и биогеохимические барьеры, действующие в глубинных водах. К таким барьерам отнесены ГБЗ "слой скачка", "слой кислородного минимума", "критическая глубина карбонатонакопления". В каждой из этих геохимических барьерных зон действует несколько барьеров: температурный, динамический, окислительно-восстановительный, плотностной и другие.
Слой кислородного минимума. С увеличением глубины поступление и потребление СЬ выравниваются. Глубина, на которой это происходит, называется глубиной кислородной компенсации (ГКК). Слой кислородного минимума (СКМ) в водной толще Мирового океана хорошо обнаруживается в вертикальном разрезе по резкому уменьшению растворенного кислорода: от 6-8 мл/л в верхнем перемешанном слое вод до 0,5-0,2 мл/л О2 или даже до полного его исчезновения. Минимальное содержание кислорода (<0,5-0,0 мл/л) обнаруживаются в областях апвеллингов, т.е. там, где отмечаются чрезвычайно высокие значения первичной продукции и резкая стратификация вод.
Граница "вода-дно". Площадь данной пограничной зоны - максимальна для Земного шара. Важную роль в геохимических процессах играют биофильтраторы, илоеды и роющие организмы. Они перемешивают осадок и, таким образом, расширяют зоны действия ГБЗ "вода-дно" в осадок до 10-20 и более сантиметров. На ГБЗ "вода-дно" происходит разрушение основной массы фекальных комков и деструкция остатков биоса и дальнейшая регенерация биогенных элементов.
17

Получить работу