Речной сток и потоки органического углерода в ХХ – начале ХХI вв.
Оценка величины стока углерода, как, впрочем, и других биогенных веществ и тем более их средних годовых значений является весьма сложной задачей [Романкевич, Ветров, 2001].
Для получения годовых величин стока растворенного органического углерода (РОУ) использовали данные Росгидромета и работ [Никаноров, Смирнов, Клименко, 2010; Смирнов 2009], Гидрохимические материалы за разные годы (Гидрометиздат), изданные Гидрохимическим институтом (г. Новочеркасск) и др. В указанных источниках приведены концентрации и вынос органических веществ (ОВ) по значениям пермангонатной (1936-1975 гг.) и бихроматной (1976-2000 гг.) окисляемости.
В среднем на углерод органических веществ природных вод приходится 50% веса с отклонением в пределах от одного до нескольких процентов [Скопинцев, 1950], так как он входит в структуру всех органических соединений. Таким образом, зная концентрации и сток органических веществ за период с 1936 по 2000 гг. рассчитали, соответственно, концентрации и сток РОУ.
Использую оценки взвешенного органического углерода (ВОУ) из разных литературных источников [Дацко 1952; Артемьев, 1993; Савенко, 2006], а также результаты полевых исследований ЮНЦ РАН и ИАЗ ЮНЦ РАН на приустьевом участке реки Дон в 2007–2014 гг. определили с некоторой долей условности динамику содержание ВОУ в стоке наносов (взвесей) рек Дон и Кубань. Для р. Дон процентное содержание ВОУ во взвесях изменяется от 2,3% до 4%, для р. Кубань – от 1,5% до 2%.
Потоки органического углерода в Азовское море с реками рассчитаны с использованием данных Росгидромета о водном и твердом стоке рек Дон и Кубань в замыкающих створах.
Водный сток рек в Азовское море за период 1936-2000 гг. в среднем составил: 22,6 км куб. в год (р. Дон) и 11,9 км куб. в год (р. Кубань). Средняя концентрация РОУ в стоке Дона составила 9,8 мг/л, в стоке Кубани - 7,3 мг/л. Поток РОУ с водами Дона оценен в 220 тыс. т, Кубани – в 86 тыс. т.
Твердый сток Дона (ст. Раздорская) за исследуемый период в среднем за год составил 2,16 млн. т, Кубани (хут. Тиховский) – 4,8 млн. т, (с. Слободка, хут. Зайцево Колено) – 4,2 млн. т. Поток ВОУ в море с водами Дона оценен в среднем как 55 тыс. т, Кубани – как 70 тыс. т в год. Полученные оценки уточнены по сравнению с более ранними результатами, опубликованными в [Сорокина, 2011].
Таким образом, среднемноголетний (1936-2000 гг.) сток органического углерода (РОУ + ВОУ) Дона составляет – 275 тыс. т в год, а Кубани – 156 тыс. т в год,суммарный поток речного органического углерода в Азовское море – 431 тыс. тонн в год (уточнен по сравнению с работой [Сорокина, Бердников, 2014]). Для сравнения, по оценкам, выполненным в работе В.Г. Дацко (1959) [Дацко 1952], объемы сброса органического вещества Доном могут составлять 300 – 700 тыс. т в год.
В период 2000–2015 гг. водный сток р.Дон в среднем составил 18,8 км куб. в год, твердый сток – порядка 350 – 400 тыс. т. в год. С учетом средней концентрации РОУ в стоке Дона – 11,6 мг/л в данный период, и содержания ВОУ – 3-4% во взвесях, можно рассчитать средний сток РОУ – 218 тыс. тонн и средний сток ВОУ – 12 тыс. тонн, а общий поток органического углерода с водами Дона – 230 тыс. т в год.
Данные о концентрациях растворенного органического углерода (DOC) и общего растворенного азота (TDN) в речной воде устьевого участка и дельты Дона (г. Аксай – устье Дона) (Рисунок 1) получены в период с ноября 2006 г. по март 2013 г., о содержании общей взвеси (TSS) и взвешенного органического углерода (POC) – в период с ноября 2007 г. по февраль 2014 г., о биогенных элементах – в период с июля 2011 г. по июнь 2015 г. Общее количество определений рассматриваемых веществ представлено в таблице 1.
Оценить поток углерода с водами Кубани в последний период (2000-2015 гг.) можно весьма условно из-за недостатка данных. Ориентировочно средний сток РОУ может составлять порядка 90 тыс. т в год, а сток ВОУ – 22 тыс. т в год (при значении твердого стока – 1,1 млн. тонн), общий поток органического углерода – 110 тыс. тонн.
Среднемноголетний (2000-2015 гг.) суммарный поток органического углерода с реками в Азовское море может быть оценен в 340 тыс. т/год.
Полученные результаты позволяют сделать ряд выводов:
1) В водах р. Дон преобладает растворенный органический углерод, сток которого практически не меняется на протяжении ХХ – начала ХХI вв. В р. Кубань в ХХ веке РОУ и ВОУ соотносятся почти поровну, причем в период до зарегулирования реки сток ВОУ превышает сток РОУ. Этот факт согласуется с известными представлениями о соотношении растворенных и взвешенных форм в зависимости от преобладания либо химической, либо механической денудации на водосборе [Страхов, 1962].
2) Межгодовая динамика стока РОУ находится в прямой зависимости от водного стока рек; стока ВОУ – от твердого стока. Твердый сток существенно сократился после строительства гидротехнических сооружений на реках: в р. Дон – в 10 раз, в р. Кубань – в 4 раза по сравнению с условно естественным режимом [Сорокина и др., 2006], что отразилось, главным образом, на стоке ВОУ (в условно естественный период среднегодовой сток Дона составлял ориентировочно 100 тыс. т, Кубани 105 тыс. т, после зарегулирования до 2000 гг. – 38 тыс. т и 20 тыс. т соответственно).
3) Среди не изученных вопросов остается потери и насыщение органическим углеродом речных вод в дельтах рек. Учитывая, что в дельтах аккумулируется от 10% до 50% [Симов, 1989; Сорокина и др., 2006] речных наносов, сток ВОУ, рассчитанный с учетом данных по твердому стоку для замыкающих гидрологических створов (151 км от устья – для Дона, 120 км – для Кубани) и поступающий непосредственно в море, может быть уменьшен. И напротив, уменьшение скорости течения реки, наличие большого количества высший водной растительности, существование заводей, а также антропогенный фактор может являться дополнительным источником органического углерода в приустьевых областях рек. Исследование трансформации стока органических веществ в дельтах указанных рек является актуальной фундаментальной задачей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Романкевич Е.А. Ветров А.А. Цикл углерода в Арктических морях. – М.: Наука, 2001. – 302 с.
- Никаноров А.М., Смирнов М.П., Клименко О.А. Многолетние тенденции общего и антропогенного выноса органических и биогенных веществ реками России в Балтийское, Черное, Азовское, Каспийское моря и в озеро Байкал // Водные ресурсы. – 2010. – Т.37, №2. – С. 209–217.
- Смирнов М.П. Оценка общего и техногенного речного стока органического вещества с территории СНГ // Водные ресурсы. – 2009. – Т. 36, № 6. – С. 683-693.
- Скопницев Б.А. Органическое вещество в природных водах (водный гумус). Тр. Гос. океаногр. ин-та. – Л.: Гидрометеоиздат. Вып. 17 (29). – 1950. – 290 с.
- Дацко В.Г. Органическое вещество в водах южных морей СССР. – М.: Изд-во АН СССР. 1959. – 273 с.
- Артемьев В.Е. Геохимия органического вещества в системе река–море. – М.: Наука, 1993. – 204 с.
- Савенко В.С. Химический состав взвешенных наносов рек мира. – М.: ГЕОС, 2006. – 175 с.
- Сорокина В.В. Оценка латеральных потоков органического углерода в Азовское море. Материалы Междунар. науч. конф. «Изучение и освоение морских и наземных экосистем в условиях арктического и аридного климата» (Ростов-на-Дону, 6-11 июня 2011 г.). Ростов-на-Дону: Изд-во ЮНЦ РАН, 2011. С. 92-97.
- Сорокина В.В., Бердников С.В. К оценке баланса органического вещества в Азовском море // Экология. Экономика. Информатика (7-12 сентября 2014) Сборник статей. Т.1: Системный анализ и моделирование экономических и экологических систем. Изд-во Южного федерального университета. – Ростов-на-Дону, 2014. С. 236-242.
- Страхов Н.М. Основы теории литогенеза. Т.1. – М. Изд-во: АН СССР, 1962. – 212 с.
- Сорокина В.В., Ивлиева О.В., Лурье П.М. Динамика стока на устьевых участках рек дон и Кубань во второй половине XX века. // Вестник Южного научного центра РАН – 2006. – Т.2, №2. – С. 58-67.
- Симов В.Г. Гидрология устьев рек Азовского моря. – М.: Моск. отделение Гидрометеоиздата, 1989. – 327 с.