Атмосферные осадки и потоки биогенных элементов
Поступление биогенных веществ с атмосферными осадкам в современный период можно ориентировочно оценить, используя литературные источники и данные Росгидромета о среднегодовом количестве атмосферных осадков, выпадающих на поверхность Азовского моря, и результаты определений содержания азота и фосфора в дождевой воде. Следует отметить, что такие сведения о концентрациях различных форм биогенных элементов в атмосферных осадках в литературе редки, особенно для южного региона.
Одна из первых оценок поступление азота с атмосферными осадками в Азовское море (9,3 тыс. т в год) приведена в работе [Дацко, 1959], в ориентировочном балансе азота. В дальнейшем эту же оценку использовали в своей работе А.П. Цурикова, Е.Ф. Шульгина (1964) [Цурикова А.П., Шульгина, 1964].
М.К. Спичак (1964) [Спичак, 1964], основываясь на проведенных исследованиях, сделал другую оценку поступления общего азота и фосфора в Азовское море с атмосферными осадками – 19,0 и 0,6 тыс. т в год соответственно.
В работе [Бронфман и др., 1979] суммарная концентрация минеральных и органических соединений азота в атмосферных осадках, выпадающих на поверхность моря, принята равной 1400 мг/м³ и соединений фосфора – 45 мг/м³ [Гиренко, 1959]. Исходя из среднего за многолетний период количества атмосферных осадков (14,2 км³), поступление азота и фосфора с этим элементом авторы оценили в 19,9 и 0,6 тыс. т в год соответственно.
В последующей работе [Бронфман, Хлебников, 1985] для расчета поступления азота с атмосферными осадками также использованы данные работы [Гиренко, 1959], где сообщается, что суммарное содержание минерального азота в пробах атмосферных осадков составило 581 мг/м³ (NH4 – 360, NO3 – 220, NO2 – 1 мг/м³). Исходя из среднего многолетнего за период 1923–1976 гг. значения атмосферных осадков 14,3 км³, выпадающих на площадь Азовского моря, авторы работы [Бронфман, Хлебников, 1985] оценили сток азота в Азовское море в 8,3 тыс. т.
В 1998–1999 гг. были выполнены аналогичные наблюдения за содержанием азота и фосфора в дождевой воде в бассейне Азовского моря [Александрова и др., 2000]. Обнаружено, что содержание биогенных веществ в атмосферных осадках изменяется в широком диапазоне в зависимости от предшествующей метеорологической ситуации, от происхождения воздушных масс, их переноса и др. Содержание фосфатов варьировало от 60 до 360 мг/м³, ионов аммония – от 100 до 870 мг/м³, нитратов – в пределах 200 мг/м³. Содержание валовых форм азота в ливневом дожде (июль 1999 г.) составило 1,8 г/м³, а при небольшом дожде после длительной засухи (август 1999 г.) оно достигло 3,2 г/м³ [Александрова и др., 2000]. Диапазоны содержания минеральных форм азота и фосфора в осадках, полученные авторами работы [Александрова и др., 2000], соизмеримы с данными, которые использовали в расчетах А.М Бронфман и Е.П Хлебников (1985) [Бронфман, Хлебников, 1985]. Обнаруженные высокие концентрации валовых форм биогенных элементов в дождевой воде дали основание авторам статьи [Александрова и др., 2000] считать, что ежегодное поступление азота и фосфора с атмосферными осадками (среднемноголетнее значение – 14,3 км³) ближе к оценкам, приведенным ранее в работе [Бронфман и др., 1979], и составляет 19,9 тыс. т азота и 0,6 тыс. т фосфора.
Авторы работы [Селютин, Бердников, 2002], анализируя баланс биогенных элементов Азовского моря за период (1991–2000 гг.), приводят следующие величины поступление азота и фосфора с атмосферными осадками – 8,1 тыс. т и 0,03 тыс. т, соответственно. Объем атмосферных осадков, выпадающих на поверхность Азовского моря, принят равным среднемноголетнему за период 1952–1985 гг. – 16,1 км³.
По результатам исследований атмосферных осадков, выполненных в ЮНЦ РАН и ИАЗ ЮНЦ РАН в 2006–2009 гг. (аналитик В.Г. Сойер) с использованием анализатора углерода и общего азота multi N/C 3 100 фирмы Аналитик Йена диапазон концентраций общего азота в дождевой воде составил 0,5÷1,3 мгN/л, Сорг – 2,1÷4,3 мгС/л. Пробы, отобранные в городской черте, имеют повышенные концентрации. В пробе из района промышленной зоны г. Таганрога содержание общего азота сопоставимо с концентрацией в Таганрогском заливе (1,2 мгN/л), тогда как органического углерода превышает 35 мгС/л – исключительно высокий результат.
Минимальные концентрации общего азота обнаружены в снеге за городом (в р-не экспериментальной базы ЮНЦ РАН в пос. Кагальник) – 0,5÷0,6 мгN/л, содержание Сорг здесь – 1,31 мгС/л. Накопление органических веществ во льду в районе экспериментальной базы ЮНЦ РАН в пос. Кагальнике по общему азоту составляет 0,22 мгN/л, по органическому углероду – 1,95 мгС/л. Для континентальных условий это невысокие концентрации.
По результатам определений в 2009 г., наряду с низкими концентрациями в дождевой воде зарегистрировано довольно значительное накопление органических веществ – до 16,3 мгС/л и 3,97 мгN/л (отношение углерод/азот = 4.1). Эти данные, полученные в промышленном районе в осенний период после длительной серии атмосферных осадков, свидетельствуют о возможности локального весьма интенсивного выноса биогенных и органических веществ с дождевыми водами, заметно превосходящими морские по концентрации Сорг и Nобщ.
Качественный состав органических соединений, обнаруженных в пробах дождевой воды, в снеге и во льду, судя по соотношениям Сорг/Nобщ, существенно неоднороден (вариации от 2 до 30) и отличен от состава морских вод. Известно также, что высокие концентрации биогенных и органических веществ в атмосферных осадках формируются за счет накопления в них загрязняющих веществ.
Для расчетов поступления валового азота с атмосферными осадками в Азовское море рассматривали наиболее часто встречающуюся концентрацию – 0,6 г/м³ в характерном диапазоне 0,5÷1,3 г/м³. Учитывая тенденцию увеличения количества атмосферных осадков в Азовском регионе за последние двадцать лет (среднегодовое их количество оценивается в 505,8 мм, т.е. 19,2 км³ на площадь Азовского моря) можно оценить современное поступление валового азота с атмосферными осадками в Азовское море как 11,5 тыс. т [Отчет о научно-исследовательской работе…, 2012].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Дацко В.Г. Органическое вещество в водах южных морей СССР. – М.: Изд. АН СССР, 1959. – 271 с.
- Цурикова А.П., Шульгина Е.Ф. Гидрохимия Азовского моря. – Л.: Гидрометеоиздат, 1964. – 258 с.
- Спичак М.К. Современный и будущий режим и продуктивность Азовского моря: автореф. дисс. на соискание учен. степени канд. географ. наук. – Ростов-на-Дону, 1964. – 20 с.
- Бронфман А.М., Дубинина В.Г., Макарова Г.Д. Гидрологические и гидрохимические основы продуктивности Азовского моря. – М.: Пищевая промышленность, 1979. – 288 с.
- Гиренко А.Н. Некоторые закономерности химии вод атмосферы // Гидрохимические материалы / гл. ред. Г.С. Коновалов. – Т.28: Ленинград: Гидрометеоиздат. – 1959, – С.101-111.
- Бронфман А.М., Хлебников Е.П. Азовское море. Основы реконструкции. – Ленинград: Гидрометеоиздат, 1985. – 269 с.
- Александрова З.В., Баскакова Т.Г., Ромова М.Г. Особенности гидрохимического режима и продуцирования первичного органического вещества в экосистеме в современный период // Гребневик Mnemiopsis leidyi (A. Agassiz) в Азовском и Черном морях: биология и последствия вселения / Под науч. ред. д.б.н., проф. С.П. Воловика. – Ростов-на-Дону: БКИ, 2000. – С. 145 – 172.
- Селютин В.В., Бердников С.В Анализ биогенного баланса Азовского моря. // Экосистемные исследования азовского моря и побережья. // Экосистемные исследования Азовского моря и побережья/ гл. ред. акад. Г.Г. Матишов Т. IV. – Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2002. – С.192-210.
- Отчет о научно-исследовательской работе по Программе фундаментальных исследований Президиума РАН №23 «Фундаментальные проблемы океанологии: физика, геология, биология, экология». «Взаимосвязь циклов углерода, азота и фосфора в Азовском море в современный период». Ростов-на-Дону 2012. - 53 с.