Субкиснева зона Чорного моря: генезис і роль в формуванні просторово-часової мінливості біогеохімічної структури вод основного пікноклину

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

МОРСЬКИЙ ГІДРОФІЗИЧНИЙ ІНСТИТУТ

УДК 543.43 (546.22)

Субкиснева зона Чорного моря: генезис і роль в формуванні просторово-часової мінливості біогеохімічної структури вод основного пікноклину

11.00.08 океанологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора географічних наук

Коновалов Сергій Карпович

Севастополь 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Морському гідрофізичному інституті Національної академії наук України.

Захист відбудеться “25” грудня 2001 року о 13-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 50.158.01 Морського гідрофізичного інституту НАН України за адресою: 99011, Україна, м. Севастополь, Капітанська 2, малий конференц-зал.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Морського гідрофізичного інституту НАН України.

Автореферат розісланий 20 листопада 2001 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 50.158.01 доктор географ. наук Ломакін П.Д.

біогеохімічний море сірководень

АНОТАЦІЯ

Коновалов С.К. Субкиснева зона Чорного моря: генезис і роль в формуванні просторово-часової мінливості біогеохімічної структури вод основного пікноклину. - Рукопис

Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора географічних наук за спеціальністю 11.00.08 - океанологія. - Морський гідрофізичний інститут НАН України, м.Севастополь, 2001.

Чорне море, і насамперед зона взаємодії його аеробних і анаеробних вод, є об'єктом дослідження даної роботи. У роботі аналізувалися просторові та вертикальні розподіли як окремих характеристик, так і більш складних показників, що являють собою функції, які залежать від декількох з початкових характеристик. Важливим елементом даної роботи було використання методу аналізу розподілу характеристик, які вивчаються в ізопікнічній системі координат. Крім традиційних методів аналізу вертикальних і просторових розподілів, а також порівняльного аналізу розподілів різних показників, в роботі використовувалися результати математичного моделювання, які засновувалися на використанні одновимірної моделі еволюції мраморноморських вод в Чорному морі.

У роботі показано, що особливості, які спостерігаються і уявні протиріччя біогеохімічної структури вод моря стають елементами єдиної картини, в якій субкиснева зона розглядається як результат двох слабозв'язаних між собою процесів: витрати вертикального потоку кисню на окиснення переважно завислої органічної речовини - експортної продукції верхнього діяльного шару і окиснення сірководню переважно киснем, який поступає з водами суміші мраморноморських вод з чорноморськими водами холодного проміжного шару.

Результати, отримані при виконанні даної дисертаційної роботи, дозволили досягнути принципових змін в теоретичних уявленнях про будову і функціонування екосистеми Чорного моря і практично оцінити результати природних і антропогенних змін в структурі вод Чорного моря, а також запропонувати можливі сценарії еволюції його аеробної і анаеробної зон.

Ключові слова: Чорне море, субкиснева зона, біогеохімічна структура, природні та антропогенні процеси формування.

АННОТАЦИЯ

Коновалов С.К. Субкислородная зона черного моря: генезис и роль в формировании пространственно-временной изменчивости биогеохимической структуры вод основного пикноклина. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора географических наук по специальности 11.00.08 - океанология. - Морской гидрофизический институт НАН Украины, г.Севастополь, 2001.

Черное море, и в первую очередь зона взаимодействия его аэробных и анаэробных вод, составляют объект исследования данной работы. Переходная зона от аэробных к анаэробным условиям характеризуется не только взаимодействием кислорода и сероводорода с исчезновением одного и появлением другого, но и протеканием разнообразных окислительно-восстановительных и адсорбционно-десорбционных процессов с участием взвешенного органического вещества, соединений азота и серы, переходных металлов и фосфатов. Согласно современным представлениям, основным структурным элементом субкислородной зоны является слой вод, в котором сероводород отсутствует, концентрация кислорода не превышает 10 мольл-1 и вертикальный градиент кислорода близок к 0,21,0 мольм-1л-1. Наиболее существенно то, что наблюдаемые вертикальные градиенты кислорода и сероводорода не могут обеспечить эквивалентных встречных потоков этих веществ в переходную зону, сколько-нибудь устойчивого положения границы анаэробной зоны и баланса аэробных и анаэробных вод Черного моря. Кроме того, отказ от гипотезы слоя сосуществования и переход к субкислородной зоне привел к тому, что ранее предлагаемые методы расчеты бюджета и баланса сероводорода, также как и возможных вариантов эволюции положения верхней границы и структуры анаэробной зоны оказались лишенными основополагающих представлений о процессах и взаимосвязях наблюдаемых явлений в переходном слое от кислород - к сероводородсодержащим водам Черного моря.

Основные вопросы, не имевшие до настоящего времени ответа и составившие предмет настоящей диссертационной работы, могут быть сформулированы в следующем виде:

Каковы морфологические характеристики и биогеохимическая структура субкислородной зоны и каково распределение биогеохимических характеристик в прилегающих водах основного пикноклина?

Каковы изменения пространственно-временной структуры субкислородной зоны на внутри- и межгодовых масштабах?

Какова природа субкислородной зоны? Каким образом осуществляется перенос кислорода в количестве достаточном для окисления сероводорода на верхней границе анаэробной зоны и поддержания баланса кислорода и сероводорода в Черном море, если таковой существует?

Какие процессы определяют формирование и эволюцию субкислородной зоны, окислительно-восстановительный бюджет на границах и внутри субкислородной зоны?

Какова роль естественных и антропогенных процессов в формировании структуры субкислородной зоны и прилегающих водах основного пикноклина Черного моря?

В работе анализировались пространственные и вертикальные распределения как отдельных из перечисленных выше характеристик, так и более сложных показателей, представляющих собой функции, зависящие от нескольких из исходных характеристик. Важным элементом настоящей работы было использование метода анализа распределения изучаемых характеристик в изопикнической системе координат. Кроме традиционных методов анализа вертикальных и пространственных распределений, а также сравнительного анализа распределений различных показателей, в работе использовались результаты математического моделирования, которые основывалась на использовании одномерной модели эволюции мраморноморских вод в Черном море.

В работе показано, что существовавшая в течение долгого периода времени гипотеза прямого взаимодействия кислорода и сероводорода в слое их сосуществования не может объяснить ряд наблюдаемых явлений и изменений в биогеохимической структуре вод основного пикноклина: несоответствие вертикальных потоков кислорода и сероводорода, как на границе анаэробной зоны, так и на верхней границе субкислородной зоны; существенное уменьшение вертикального потока сероводорода и существенное отличие отношения сероводород/аммоний от теоретического значения в верхней части анаэробной зоны; значительное изменение вертикального распределения и запаса кислорода в слое основного пикноклина в последние десятилетия; взаимосвязь изменений в запасе кислорода, нитратов и термохалинных характеристик вод основного пикноклина. Эти и многие другие наблюдаемые особенности становятся элементами единой картины, в которой субкислородная зона рассматривается в качестве результата двух слабосвязанных между собой процессов: расхода вертикального потока кислорода на окисление преимущественно взвешенного органического вещества - экспортной продукции верхнего деятельного слоя и окисления сероводорода преимущественно кислородом, поступающим с водами смеси мраморноморских вод с черноморскими водами холодного промежуточного слоя.

Модельные расчеты и оценки бюджета кислорода и сероводорода, основанные на предложенной гипотезе о природе субкислородной зоны, позволили уточнить характерные особенности потребления и продукции этих веществ, а также азота в форме нитратов и аммония, в различных слоях вод, оценить их общую продукцию и потребление, а также показать, что баланс продукции и потребления сероводорода является скорее исключением, чем правилом для Черного моря. Результаты, полученные при выполнении данной диссертационной работы, позволили достигнуть принципиальных изменений в теоретических представлениях о строении и функционировании экосистемы Черного моря и практически оценить результаты естественных и антропогенных изменений в структуре вод Черного моря, а также предложить возможные сценарии эволюции его аэробной и анаэробной зоны.

Ключевые слова: Черное море, субкислородная зона, биогеохимическая структура, природные и антропогенные процессы формирования.

SUMMARY

Konovalov S.K. The Black Sea suboxic zone: the origin and role in the evolution of the biogeochemical structure of the main pycnocline layer. - Manuscript.

The Thesis to claim the academic degree of doctor of geographic sciences on the specialty 11.00.08 - oceanology. - Marine Hydrophysical institute of the National Academy of Sciences of Ukraine, Sevastopol, 2001.

The Black Sea and, in particular, the oxic/anoxic transition layer is the object of this work. We analyze the spatial and vertical distribution of individual properties (oxygen, sulfide, particulate organic matter, nutrients, pH, etc.) and derivatives of several individual properties. Isopycnal analysis is an essential method applied in this work to investigate the biogeochemical structure of the Black Sea water column. We also applied analytical 1-D modeling of the evolution of the Mediterranean waters in the Black Sea interior.

We hypothesize and prove that the suboxic zone is the result of two rather independent processes at its upper and lower boundary. While the downward flux of oxygen is exhausted at the depth of the upper boundary of the suboxic layer and the position of the lower boundary is mainly controlled by the lateral flux of oxygen. The suboxic zone can exist when the flux of organic matter is enough to deplete the downward flux of oxygen and the lateral flux of oxygen is enough to compensate the upward flux of sulfide and other reduced substances.

The obtained results have allowed to get a better understanding of the basic processes governing the Black Sea ecosystem. This has resulted in substitution of one of the principle hypotheses and made possible to separate, estimate and predict the result of climate and anthropogenic impact for the Black Sea ecosystem, to make forecast on the evolution of the oxic, anoxic and suboxic zone of the Black Sea.

Key words: The Black Sea, suboxic zone, biogeochemical structure, climate and anthropogenic processes.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми Значення Чорного моря для світової наукової спільноти, для науки і економіки України переоцінити неможливо. З одного боку, це один з небагатьох природних морських басейнів, в яких співіснують аеробні і анаеробні умови, а, отже, і дві істотно різні морські екосистеми. У той час як перша (аеробна) екосистема визначає весь корисний біопродукційний і рекреаційний потенціал Чорного моря, друга анаеробна частина моря несе в собі потенційну загрозу, як аеробній екосистемі моря, так і людям, що проживають на його берегах. Сучасна тенденція виникнення субкисневих і анаеробних умов в прибережних водах різних районів Світового океану і його окраїнних морів, пов'язана зі скиданням величезної кількості біогенних речовин антропогенного і техногенного походження, визначає міжнародну актуальність даних досліджень. З іншого боку, Чорне море - це акваторія основної морської ексклюзивної економічної зони України, через яку проходить значний потік вантажів, і на якій зосереджена значна частина курортно-рекреаційного потенціалу країни. На шельфі моря залягають різноманітні мінеральні ресурси і акумульовано до 60% всіх рибних і інших біологічних ресурсів басейну. По цих причинах дослідження процесів, що визначають стійкість і еволюцію еэкосистем Чорного моря, є актуальним як з теоретичної, так і з практичної точок зору.

Однією з умов існування Чорного моря в динамічно рівноважному стані є баланс його аеробної і анаеробної екосистем. Донедавна вважалося, що рівновага аеробної і анаеробної зон моря забезпечується зустрічними вертикальними потоками кисню і сірководню, які формують шар співіснування і взаємодії цих речовин. На такому уявленні були побудовані практично всі розрахунки балансу і бюджету сірководню в Чорному морі, виконані експерименти по математичному моделюванню динаміки анаеробної зони моря, зроблені прогнози можливих змін в положенні верхньої межі анаеробної зони в залежності від інтенсивності несприятливих кліматичних і антропогенних процесів.

Таке уявлення про природу перехідної зони Чорного моря було безповоротно зруйноване в той момент, коли методами сучасної аналітичної хімії і порівняльного аналізу гідрохімічної структури вод моря було показано, що шар співіснування кисню і сірководню, на якому засновувалися всі колишні уявлення, розрахунки і прогнози, відсутній. Було показано, що замість шару співіснування спостерігається перехідний шар, названий “субкисневою зоною”, в якому вертикальний потік кисню через низькі величини концентрації і вертикального градієнта кисню малий настільки, що не може компенсувати існуючий потік сірководню. Відкриття субкисневої зони зробило особливо актуальним питання про природу цього явища і основні процеси, що визначають або впливають на баланс кисню і сірководню, тобто про базисні фундаментальні біогеохімічні процеси, які можуть порушити існуюче співвідношення аеробних і анаеробних вод, спричинити підйом межі анаеробної зони і призвести до катастрофічних трансформацій екосистеми Чорного моря.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася відповідно до планів основних наукових досліджень Морського гідрофізичного інституту НАН України в рамках таких проектів та тем:

Проекти “Геохімічні потоки і процеси переносу і трансформації речовини в океані та на його межах” (шифр “Потоки", номер державної реєстрації 0197U012829), “Міждисциплінарні дослідження фундаментальних процесів формування і еволюції екосистеми глибоководної частини Чорного моря в умовах інтенсивного антропогенного навантаження, регіональних варіацій і глобальних змін клімату” (шифр “Екосистема", ДР 0101U001020), “Розробка теоретичних і технологічних основ діагностування і прогнозування стану складних морських систем, управління їх ресурсним потенціалом, забезпечення еколого-техногенної безпеки і рекультивації водного середовища на прикладі Азово-Чорноморського басейну” (шифр “Регіон", ДР 0196U017322) Програми фундаментальних досліджень НАН України - відповідальний виконавець,

Проект “Вплив сірководневого зараження Чорного моря на еволюцію рекреаційного і біопродуктивного потенціалу Азово-Чорноморського басейну” (шифр М 18/180, ДР 0193U024767) ДНТП “Охорона навколишнього середовища" - відповідальний виконавець,

Проекти “Створення і впровадження в експлуатацію національної автоматизованої комп'ютерної системи збору, передачі, зберігання і аналізу океанологічної інформації” (шифр “Національний банк океанологічних даних", ДР 0196U017322) і “Створення комплексного цифрового Атласу-довідника Азово-Чорноморського басейну і інших районів Світового океану з використанням баз океанологічних даних і знань” (шифр “Комп'ютерний морський атлас", ДР 0194U022918) Національної програми досліджень і використання ресурсів Азово-Чорноморського басейну, інших районів Світового океану на період до 2000 року - виконавець,

Міжнародні проекти “Екосистемне моделювання, що є засобом управління Чорним морем: регіональна програма міжінститутської кооперації” (TU-Black Sea) Програми НАТО “Наука задля стабільності” і “Процеси і прогноз в екосистемі Чорного моря / Операційна система управління базою даних” (ДР 0100U002352) Програми НАТО “Наука задля миру” - відповідальний виконавець,

Міжнародні проекти “Полярографічне визначення сульфідів та інших відновлених сполук сірки і Чорному морі” (ДР 0100U001833) Програми CRDF -виконавець, “Цикл азоту в аеробно-анаеробних умовах Чорного моря” (ДР 0100U001881) Програми INTAS 99-01710 - відповідальний виконавець.

Мета і задачі дослідження можуть бути представлена в такому вигляді:

дослідити біогеохімічну структуру субкисневої зони Чорного моря і основні відмінності субкисневої зони від шару співіснування кисню і сірководню;

описати просторово-часову динаміку субкисневої зони як на основі прецизійних сучасних даних про розподіл кисню і сірководню та інших біогеохімічних показників у водах основного пікноклину Чорного моря, так і на основі порівняльного аналізу всього масиву історичних даних, отриманих до 90-х років;

вивчити природу основних процесів, що визначають формування та існування субкисневої зони, а також її просторово-часову структуру;

оцінити роль і вплив природних і антропогенних чинників на еволюцію стану і структуру субкисневої зони Чорного моря.

Об'єкт дослідження. Біогеохімічна система Чорного моря, і насамперед зона взаємодії його аеробних і анаеробних вод, є об'єктом дослідження даної роботи.

Перехідна зона від аеробних до анаеробних умов характеризується не тільки взаємодією кисню і сірководню із зникненням одного і появою іншого, але і протіканням різноманітних окисно-відновних і адсорбційно-десорбційних процесів за участю завислої органічної речовини, сполук азоту і сірки, перехідних металів і фосфатів. Останні, хоч і не схильні до окисно-відновних процесів, можуть змінювати фізико-хімічний стан, переходячи з розчиненої форми у завислу, що істотно впливає на величини їх вертикальних потоків і розподіл у водах Чорного моря. Протікання окисно-відновних процесів безпосередньо впливає також і на стан карбонатної системи, що найбільш наочно виражається в формуванні складного вертикального профілю показника активності іонів водню (рН) в шарі основного пікноклину. Проте, найбільш важливі для екосистеми Чорного моря і найбільший науковий інтерес мають процеси взаємодії кисню і сірководню, оскільки саме ці процеси визначають основні властивості перехідної зони і саме по них (по вертикальному розподілу кисню і сірководню) проводиться виділення субкисневої зони.

Основним структурним елементом субкисневої зони є шар вод, в якому сірководень відсутній, концентрація кисню не перевищує 10 мольл-1 і вертикальний градієнт кисню близький до 0,21,0 мольм-1л-1. Згідно з сучасними уявленнями, заснованими на даних експедиційних досліджень, шар вод, в якому можлива спільна присутність кисню і сірководню, не перевищує кількох метрів по товщині, а концентрації кисню і сірководню в такому шарі не перевищують мінімальних величин, що достовірно визначаються аналітично - 13 мольл-1. Ця картина корінним чином відрізняється від уявлень, що раніше існували про шар співіснування, про можливі концентрації кисню і сірководню, а також просторову динаміку морфологічних характеристик цього шару. Проте не абсолютні величини концентрацій і морфологічні характеристики шару співіснування визначають основні відмінності понять шар співіснування і субкиснева зона. Найбільш істотно те, що вертикальні градієнти кисню і сірководню, що спостерігаються, не можуть забезпечити еквівалентних зустрічних потоків цих речовин в перехідну зону, більш-менш стійкого положення межі анаеробної зони і балансу аеробних і анаеробних вод Чорного моря.

Предмет дослідження. Основні питання, які не мали до цього часу відповіді і що склали предмет досліджень в даній дисертаційній роботі, можуть бути сформульовані в такому вигляді:

Які морфологічні характеристики і біогеохімічна структура субкисневої зони і який розподіл біогеохімічних характеристик в прилеглих водах основного пікноклину?

Які зміни просторово-часової структури субкисневої зони на внутрішньорічних і міжрічних масштабах?

Яка природа біогеохімічного феномена існування субкисневої зони? Яким чином здійснюється перенесення кисню в кількості достатній для окиснення сірководню на верхній межі анаеробної зони?

Які процеси визначають формування і еволюцію субкисневої зони, окисно-відновний бюджет на межах і всередині субкисневої зони?

Яка роль природних і антропогенних процесів в формуванні структури субкисневої зони і прилеглих водах основного пікноклину Чорного моря?

Методи дослідження і матеріали. Для рішення задач, що становлять предмет даної дисертаційної роботи, використовувалися дані за період 1960 - 95 р.р. по розподілу температури, солоності, концентрації кисню, сірководню, нітратів, силікатів, фосфатів, розчиненої і завислої форм заліза і марганцю, зібрані в 50 експедиціях співробітниками МГІ НАН України і в 2 експедиціях WHOI USA, а також дані по розподілу завислої органічної речовини і первинної продукції, отримані в 1984 - 1995 роках спільно співробітниками МГІ і ІнБПМ НАН України.

У роботі аналізувалися просторові та вертикальні розподіли як окремих з перелічених вище характеристик, так і більш складних показників, що являють собою функції, які залежать від декількох з початкових характеристик. До останніх можуть бути віднесені уявне споживання кисню (УСК), ступінь насичення вод киснем (СНК), а також різноманітні відношення як окремих показників (УСК/нітрати, нітрати/фосфати, фосфати/амоній, сірководень/амоній і т.п.), так і відношення, наприклад, вуглець/азот у завислій речовині.

Аналіз даних по розподілу і характеристиках завислої органічної речовини виконувався в рамках спільних робіт з З.П.Бурлаковою (ІнБПМ НАНУ) і Л.В.Єремеєвою (МГІ НАНУ). Дослідження багаторічних змін розподілу і глибини появи сірководню, а також статистичний аналіз взаємозв'язків розподілу сірководню і термохалінної структури вод моря проводилися спільно з В.М.Єремеєвим і О.М.Суворовим.

Важливим елементом даної роботи було використання методу аналізу розподілу характеристик, що вивчаються в ізопікнічній системі координат. Переваги такого методу аналізу неодноразово обговорювалися автором в публікаціях останніх років. Хоч даний метод, з використанням шкали солоності, зокрема, епізодично використовувався і раніше, його успішне використання як стандартного методу в гідрохімічних дослідженнях стало можливе завдяки наявності великого обсягу гідрологічних і гідрохімічних даних високої якості, що отримуються синхронно в експедиційних дослідженнях, а також наявності сучасних, розроблених в МГІ НАН України, систем автоматичної обробки масивів даних великого обсягу.

Крім традиційних методів аналізу вертикальних і просторових розподілів, а також порівняльного аналізу розподілів різних показників, в роботі використовувалися результати математичного моделювання. Ця частина роботи виконувалася спільно з Л.І. Івановим і А.С. Самодуровим і засновувалася на використанні одновимірної моделі еволюції мраморноморських вод в Чорному морі, що запропонована і розвивається спільно з цими авторами.

Наукова новизна отриманих результатів. Дана робота відкриває новий напрям в гідрохімічних дослідженнях Чорного моря, оскільки змінює одну з фундаментальних гіпотез про взаємодію аеробної і анаеробної екосистем цього басейну, а також в дослідженні процесів, що визначають еволюцію екосистеми Чорного моря як єдиного цілого. Мова йде не про уточнення уявлень, що існували про вертикальний розподіл кисню і сірководню, а про зміну основних уявлень про процеси, що визначають взаємодію і бюджет цих речовин, умови і можливість балансу аеробних і анаеробних вод моря. У роботі показано, що гіпотеза прямої взаємодії кисню і сірководню в шарі їх співіснування, що існувала протягом довгого періоду часу, не може пояснити ряд явищ і змін в біогеохімічній структурі вод основного пікноклину, що спостерігаються: невідповідність вертикальних потоків кисню і сірководню, як на межі анаеробної зони, так і на верхній межі субкисневої зони; істотне зменшення вертикального потоку сірководню і істотна відмінність відношення сірководень/амоній від теоретичного значення у верхній частині анаеробної зони; значна зміна вертикального розподілу і запасу кисню в шарі основного пікноклину в останні десятиріччя; взаємозв'язок змін в запасі кисню, нітратів і термохалінних характеристик вод основного пікноклину. Ці та інші особливості, що спостерігаються стають елементами єдиної картини, в якій субкиснева зона розглядається як результат двох слабозв'язаних між собою процесів: витрати вертикального потоку кисню на окиснення переважно завислої органічної речовини - експортної продукції верхнього діяльного шару і окислення сірководню переважно киснем, що поступає з водами суміші мраморноморських вод з чорноморськими водами холодного проміжного шару.

Прикладна значущість отриманих результатів. Модельні розрахунки, виконані за особистою участю автора, і оцінки бюджету кисню і сірководню, засновані на запропонованій гіпотезі про природу субкисневої зони, дозволили уточнити характерні особливості споживання і продукції цих речовин, а також азоту в формі нітратів і амонію, в різних шарах вод, оцінити їх загальну продукцію і споживання, а також показати, що баланс продукції і споживання сірководню є швидше винятком, ніж правилом для Чорного моря. У той час як в 60-і роки спостерігалася ситуація близька до рівноважної продукції і споживання сірководню, в 80-і роки продукція істотно перевищувала споживання, що призвело до зростання запасу сірководню та біогенних елементів в анаеробній зоні Чорного моря. Виконані розрахунки дозволили показати, що для повернення екосистеми Чорного моря в стан близький до рівноважного необхідно зменшити надходження біогенних елементів, насамперед сполук азоту, приблизно в 2-3 рази. З іншого боку, збільшення надходження біогенних елементів в кілька разів, в порівнянні з сучасним рівнем, призведе до вичерпання компенсаційних можливостей горизонтального потоку кисню, що надходить з водами суміші середземноморських і чорноморських вод, і різкого підйому межі анаеробної зони. Не менш істотні зміни в структурі аеробної зони Чорного моря можуть відбутися і при наявному рівні евтрофікації внаслідок змін погодних умов - підвищення температур в зимовий період. Останнє призведе до ослаблення конвективного перемішування поверхневих вод, зменшення потоку кисню в шар основного пікноклину, зменшення запасу кисню в цьому шарі та підйому верхньої межі субкисневого шару.

Була виконана за особистою участю автора інвентаризація всіх доступних даних, порівняльна оцінка аналітичних методів визначення, приведення даних для індивідуальних показників до єдиного формату, створення об'єднаних масивів даних, а також комплексна оцінка якості і точності даних. Остання включала в себе експертні оцінки, засновані на спільному аналізі фізичних і гідрохімічних характеристик. Внаслідок виконання цих робіт підготовлений звіт, що узагальнив за якістю гідрохімічні дані МГІ НАН України (додається до дисертаційної роботи), всі дані з вказівкою оцінки якості увійшли в об'єднаний банк океанографічних даних (доступний для учасників проекту TU - Black Sea і розповсюджуватися без обмежень починаючи з 2001 року), дані використовувалися при підготовці електронного атласу основних термохалінних характеристик і розподілу сірководню за період з 1910 по 1995 р.р. (додається до дисертаційної роботи), представлені в CD-версії “Black Sea Geographic Information System", що випущена в рамках GEF Black Sea Environmental Program, UNOPS/ENVP і визнана найкращою науковою публікацією (Choice Outstanding Book Award) 1998 року Асоціацією наукових і дослідницьких бібліотек Американського бібліографічного товариства (додається до дисертаційної роботи), а також CD-версії “Seasonal Variability of Thermohaline Structure and of Some Chemical properties in the North-Western Black Sea: а Tool for Tuning General Circulation and Ecosystem Models" (додається до дисертаційної роботи).

Виконана за особистою участю автора методична робота забезпечила можливість спільного аналізу даних, отриманих в різні періоди досліджень Чорного моря, привела до істотного підвищення якості даних, які отримуються в цей час, що підтверджено розробкою уніфікованих методик і результатами міжнародних інтеркалбрацій (розділи 5.1 - 5.3), дозволила підвищити точність при аналізі “історичних” даних.

Результати, отримані при виконанні даної дисертаційної роботи, дозволили досягнути принципових змін в теоретичних уявленнях про будову і функціонування екосистеми Чорного моря і практично оцінити результати природних і антропогенних змін в структурі вод Чорного моря, запропонувати можливі сценарії еволюції його аеробної і анаеробної зон.

Особистий внесок здобувача. Здобувачем особисто запропонована і підтверджена результатами експедиційних досліджень основоположна гіпотеза про механізми взаємодії аеробний і анаеробної екосистем Чорного моря, механізмах формування і еволюції структури субкисневої зони, ролі субкисневої зони в формуванні біогеохімічної структури вод Чорного моря, яка спостерігається.

Особисто здобувачем виконані якісні та кількісні оцінки, запропонована інтерпретація і докази кліматичних і антропогенних змін у біогеохімічній структурі вод Чорного моря.

Здобувачем особисто виконана експертна оцінка якості гідрохімічних даних і підготовлений узагальнюючий звіт.

За особистою участю здобувача виконані роботи по моделюванню процесів циркуляції і трансформації сполук азоту в аеробних і анаеробних умовах Чорного моря, оцінці вертикальних і горизонтальних потоків для формування і еволюції субкисневої зони. При цьому особисто автором запропоновані апроксимації і середні профілі розподілу гідрохімічних параметрів, що розглядаються, розраховані потоки, виконаний аналіз потоків і побудовані схеми циркуляції азоту і формування окисно-відновного бюджету.

Апробація результатів дисертації та публікації. Результати та матеріали дисертації неодноразово доповідалися на національних і міжнародних наукових конференціях і симпозіумах. Серед них: the American Chemical Society 214th National Meeting, September 7-11, 1997, Las Vegas, USA; "Ocean fronts and related phenomena" Konstantin Fedorov Memorial Symposium, 18-22 May 1998, St.-Petersburg, Russia; NATO SfP Workshop "Physical and Ecological Data and Models of the Black Sea", Istanbul, Turkey, October 11-13, 1998; World Federation of Scientists Working Group on Water and Pollution: Monitoring Black Sea Environmental Conditions, Erice, Italy, 27 February - 4 March 1999; Oceanography of the Eastern Mediterranean and Black Sea: Similarities and differences of two interconnected basins, 23-26 February 1999, Athens, Greece; Gordon Research Conference - frontiers of science, 12-17August 2001, Tilton School, New Hampshire, USA.

Публікації. Наукові результати дисертації опубліковані в 13 статтях в наукових журналах, в 14 статтях в збірниках наукових праць, в 3 препринтах МГІ НАНУ і 4 міжнародних препринтах.

Структура дисертації. Дисертація складається з ВСТУПУ, чотирьох ОСНОВНИХ РОЗДІЛІВ, ЗАГАЛЬНИХ ВИСНОВКІВ, ЛІТЕРАТУРИ і двох розділів ДОДАТКІВ. У ВСТУПІ обгрунтовується актуальність роботи, визначаються мета, зміст, об'єкт і предмет дослідження, обгрунтовується теоретична і прикладна значущість роботи, а також приводяться положення, що виносяться на захист. У ОСНОВНИХ РОЗДІЛАХ наводиться характеристика даних і методів їх обробки і аналізу (розділ 2.1.1), наводиться методика розрахунку потоків і швидкості споживання речовин (розділ 2.1.2), розглядаються, обгрунтовуються результатами аналізу і зіставляються сучасні уявлення про розподіл основних біогеохімічних характеристик в шарі основного пікноклину (розділ 2.2), обгрунтовується феномен “субкисневої зони” і розглядаються процеси її формування (розділ 2.3), розглядається роль субкисневої зони в формуванні біогеохімічної структури вод основного пікноклину Чорного моря (розділ 2.4), особлива увага приділяється розгляду природних і антропогенних чинників в еволюції субкисневої зони (розділ 2.4.3). У ДОДАТКАХ приводяться уніфіковані методики визначення гідрохімічних параметрів у водах Чорного моря і результати їх міжнародної інтеркалібрації (розділ 5.1) і рекомендації по проведенню експедиційних досліджень субкисневої зони і прилеглих шарів вод основного пікноклину Чорного моря (розділ 5.2). Повний обсяг дисертації 258 сторінок, рисунків 67, таблиць 9, список використаних публікацій з 133 найменувань, 2 додатки.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Викладається відповідно до переліку основних положень, які є предметом захисту.

1. Концептуальне і термінологічне обгрунтування феномена “субкиснева зона”: еволюція уявлень. Початі в 1890 році роботами Андрусова, гідрохімічні дослідження Чорного моря за більш ніж сторічний період їх проведення принесли чимало значних результатів, наукових відкриттів і узагальнень, що представляють в своїй сукупності певну систему знань, що постійно розвивається про хімічну структуру і еволюцію цього унікального басейну (Виноградов, 1991; Безбородов и Еремеев, 1993; Рябинин и Кравец, 1991; Скопинцев, 1975; Сорокин, 1982; Филиппов, 1968; Izdar and Murray, 1991; Ozsoy and Mikaelyan, 1997; Ivanov and Oguz, 1998; Besiktepe et al., 1999). Віковий інтервал наукових досліджень включає декілька етапів, на стику яких істотно змінювалися методи і методологія проведення досліджень, а отримані дані дозволяли вийти на новий рівень уявлень про хімічну структуру вод Чорного моря або процеси, які визначають її мінливість на різних просторово-часових масштабах.

Питання про можливість істотних змін в гідрохімічній структурі вод Чорного моря, насамперед в розподілі кисню і сірководню, за час, що не перевищує 10-20 років, і про процеси формування цієї структури залишаються вельми актуальними і значною мірою відкритими для обговорення, незважаючи на багаторічну історію досліджень. Внаслідок узагальнення експедиційних даних нами та іншими дослідниками була показана відносна стійкість положення межі розповсюдження сірководню в полі умовної густини при наявних синхронних квазіперіодичних коливаннях глибини появи сірководню і положення основного пікноклину. Однак питання про причини стійкості положення межі анаеробної зони відносно основного пікноклину залишалося відкритим для обговорення.

Донедавна вважалося, що бюджет кисню складається з його надходження з атмосфери і продукції в фотичному шарі та витрати на окиснення органічної речовини і сірководню. Аналогічно з киснем бюджет сірководню складається з його продукції в анаеробній зоні і окиснення киснем на верхній межі анаеробної зони. При цьому зустрічні потоки кисню і сірководню формують шар їх спільного існування, т.з. “С-шар”, всередині якого відбувається взаємодія цих речовин, що визначає споживання основної кількості кисню і сірководню у водах Чорного моря (рис. 1). Оцінок відношення кількостей кисню, що витрачається на окиснення органічної речовини і сірководню, не проводилося. Дані експедиційних спостережень, що виконувалися до кінця 80-х років (рис. 1) підтверджували наявність “С-шару” товщиною до 150 метрів (при середніх значеннях 20-40 метрів) з концентраціями кисню і сірководню на межах цього шару до 60 мкмоль/л (при середніх величинах 10- 25 мкмоль/л).

Згідно з сучасними уявленнями про біогеохімічну структуру вод основного пікноклину Чорного моря, під шаром оксиклину розташований шар малих значень і низьких величин вертикального градієнта концентрації кисню (рис. 1), де його зміст не перевищує 10 мкМ/л і, як правило, знаходиться в діапазоні 3-5 мкМ/л. Глибина, де концентрація кисню меншає до 1-2 мкМ/л, тобто межі його визначення модифікованим методом Вінклера, як правило, менше або рівна глибині аналітично значущої появи сірководню (2-3 мкМ/л по прийнятому в МГІ НАН України методу йодометричного титрування, див. розділ 5.1.). Згідно з роботами Murray глибина аналітичного зникнення кисню завжди менше глибини аналітичної появи сірководню. Цей шар був названий ним “субкисневим".

Багаторічні зміни в середньому вертикальному розподілі кисню виявилися істотними для шару вод середньої і верхньої частини основного пікноклину (рис. 2). Нами було показано, що середні концентрації кисню послідовно зменшувалися, починаючи з середини 70-х до середини 80-х років. Найменші величини концентрацій кисню спостерігалися з середини 80-х до початку 90-х років. При цьому як величини концентрацій, так і значення насичення вод киснем, вказують на істотне зменшення запасу кисню у водах Чорного моря.

На основі нових уявлень про вертикальний розподіл кисню і сірководню в перехідному шарі від аеробних до анаеробних вод було показано, що вертикальний градієнт концентрації кисню недостатній, щоб компенсувати вертикальний потік сірководню. Отримані дані визначають необхідність перегляду уявлень про процеси, що визначають взаємодію кисню і сірководню в Чорному морі, а також про природу і інтенсивність процесів формування вертикальної гідрохімічної структури вод Чорного моря, насамперед на межі аеробної і анаеробної зон.

2. Сучасні уявлення про розподіл основних біогеохімічних характеристик в шарі основного пікноклину, їх взаємозв'язок: а) Кисень. Внаслідок виконання даної дисертаційної роботи було встановлено, що як сезонні, так і міжрічні і багаторічні зміни у вертикальному розподілі кисню виражені досить чітко.

Сумісний аналіз даних дозволив показати, що ці зміни формуються під впливом різних процесів:

Сезонні зміни у вертикальному розподілі кисню в шарі вод вище за ядро ХПШ визначаються в основному фізичними процесами газообміну між атмосферою і поверхневим шаром вод, інтенсивністю процесів зимового конвективного вентилювання і сезонним ходом температури в цьому шарі вод, який значною мірою визначає розчинність кисню в морській воді. Біологічні процеси фотосинтезу носять підпорядкований характер.

Сезонні зміни у вертикальному розподілі кисню в шарі оксиклину виражені слабо. При цьому сезонні коливання у верхній частині оксиклину більш чітко виражені в центральній частині циклонічного кругообігу і пов'язані з більш інтенсивним конвективним вентилюванням вод верхнього пікноклину в цих районах в зимовий період, тоді як для нижньої частини шару оксиклину більш істотне значення мають процеси ізопікнічного вентилювання вод, що пов'язані з еволюцією вод Босфорської суміші та виявляються в більшій мірі на периферії глибоководної частини моря.

Багаторічні зміни в розподілі кисню в шарі основного пікноклину раніше не обговорювалися, хоч мають чітко виражений характер і проявляються не тільки в перехідній зоні і шарі оксиклину, але і в ХПШ. При цьому зменшення концентрацій і загального запасу кисню в шарі основного пікноклину відбувається поступово за декілька років, тоді як збільшення у верхньому пікноклині відбувається на внутрішньорічному масштабі часу в роки найбільш сприятливі для вентилювання верхнього шару вод переважно в районах з циклонічною циркуляцією вод, тоді як вентиляція середнього і нижнього пікноклину, яка відбувається за участю вод Босфорської суміші носить постійний характер. При цьому потік кисню з водами Босфорської суміші залежить від його концентрації в ХПШ і таким чином інтенсивність вентиляції верхнього пікноклину надає опосередкований вплив на вентиляцію нижнього пікноклину.

б) Зависла органічна речовина. Нами проведені регулярні дослідження розподілу завислої органічної речовини в діяльному шарі моря з 1985 по 1994 рік, що дозволило дати більш точну кількісну оцінку вертикального розподілу ЗОР на шельфі і в глибоководній частині моря з урахуванням впливу різних біотичних і абіотичних чинників.

Основні специфічні риси сезонної мінливості ЗОР і його елементного складу в глибоководній частині моря є такими:

У той час як структура і розподіл ЗОР на північно-західному шельфі залежить від стоку рік, температури води, освітленості, прозорості і домінуючого напряму вітру, що визначають локальну динаміку вод, загальна динаміка вод, інтенсивність вертикального перемішування, освітленість і температура є основними чинниками, що визначають сезонну і просторову мінливість, структуру ЗОР в глибоководній частині моря.

У всі сезони в діяльному шарі моря найбільш високі концентрації завислого органічного вуглецю і азоту характерні для поверхневого шару товщиною 30-40 метрів в центральних районах моря і 60-80 метрів - на периферії і в антициклонічних утвореннях. Майже у всі сезони, крім зими і березня, в цьому шарі відмічаються один-два максимуми ЗОР, пов'язані з наявністю сезонного стрибка густини або з активним розвитком фітопланктону. Під поверхневим шаром концентрації ЗОР різко меншають і досягають фонових величин. Проте саме тут на фоні загального зменшення концентрації ЗОР поблизу верхньої межі анаеробної зони (75-100 метрів) виявлені вузькі шари вод з підвищеним її вмістом.

Зимовий період в річному циклі характеризується найбільш низькими концентраціями завислої органічної речовини. У умовах низької освітленості практично вся первинна продукція створюється у верхньому 5-метровому шарі.

Збільшений вміст біогенних елементів в зоні фотосинтезу в березні, нарівні із збільшенням освітленості в 3-4 рази в порівнянні із зимовим періодом призводить до масового "цвітіння" фітопланктону в центральній частині моря.

Навесні відбувається посилення динамічної стійкості і починається формування сезонного термоклину. Збільшення стоку рік і зміна домінуючого напряму вітрів (з північно-східного взимку на північно-західний навесні) приводить до збільшення площі, що перебуває під впливом поверхневих розпріснених вод. У порівнянні із зимою спостерігається збільшення концентрацій Сзор і Nзор на всьому північно-західному і західному шельфі моря. Максимальні концентрації обох компонентів зависі (100-180 мг-атCм-3 і 15-25 мг-атNм-3) характерні для передгирлових дільниць, і їх абсолютні величини майже на порядок вищі, ніж в зимовий період. Весна є найбільш продуктивним сезоном для західної половини Північно-західної частини (ПЗЧ), схильної до впливу стоку рік. Східна половина ПЗЧ менш продуктивна.

Основними гідрофізичними чинниками, що визначають розподіл і динаміку завислої органічної речовини в літній період в Чорному морі, є наявність сезонного термоклину. У північно-західній частині моря важливим чинником, що впливає на розподіл органічної зависі, залишається стік річок, хоч обсяг його в цей період істотно меншає.

Осінній період є типовим перехідним і характер просторового і вертикального розподілу завислої органічної речовини поступово наближається до зимового типу.

в) Сірководень. Можливі зміни в положенні межі анаеробних вод інтенсивно обговорювалися в 80-і роки в роботах Фащука, Рябініна, Мюррея, Безбородова, Виноградова, Тугрула і інших дослідників. Виконаний аналіз усього доступного масиву даних, що складається з 4301 вертикальних профілів сірководню і 22587 профілів температури і солоності за період з 1910 по 1995 рр. привів до створення електронного атласу термохалінних і гідрохімічних характеристик Чорного моря (див. також додатки до дисертації). При цьому була показана наявність сильної кореляції між глибиною появи сірководню і положенням основного пікноклину.

Разом з тим, аналіз трендів в розподілі сірководню всередині анаеробної зони (рис. 3) показує наявність істотних змін для всіх шарів вод (як на окремих ізопікнічних поверхнях, так і на різних горизонтах).

Отримані в роботі дані про розподіл і зміни в розподілі сірководню у водах Чорного моря можна підсумовувати в наступному вигляді:

Глибина появи сірководню, нарівні з відомими особливостями просторових і сезонних змін, схильна до коливань природного характеру з віковим періодом, які співпадають з аналогічними змінами в глибині залягання основного пікноклину. При цьому амплітуда цих коливань може досягати 24 м.

Середнє за весь період спостережень значення умовної густини на межі анаеробної зони становить 16.17. Коефіцієнт кореляції між глибиною появи сірководню і положенням основного пікноклину становить 0.7 - 0.9. Можливі зміни в положенні межі анаеробної зони в полі густини становлять 0.15.

Характер змін в розподілі сірководню в анаеробній зоні Чорного моря з 1960 по 1995 роки розрізнений до і після середини 70-х років. У той час як більш ранній етап характеризується рівновагою продукції і споживання сірководню, а можливо і перевищенням споживання над продукцією, сучасний етап відбиває істотне перевищення продукції сірководню над його споживанням, що веде до драматичного зростання запасу сульфідів в анаеробній зоні Чорного моря. Останнє узгоджується з аналогічним зростанням запасу біогенних елементів, як в аеробній, так і в анаеробній зоні моря і вказує на антропогенний характер змін, що спостерігаються в біогеохімічній структурі вод моря.

г) Неорганічні сполуки азоту (Нітрати і амоній). Інтерес до досліджень вертикального розподілу нітратів у водах Чорного моря визначається, передусім, значенням цього біогенного елемента в первинно-продукційних процесах, що визначають швидкість утворення і потік завислої речовини, який в свою чергу визначає рівень споживання кисню і продукцію нітратів в аеробній зоні моря (рівняння 1 і 2), споживання нітратів в субкисневій зоні (рівняння 3) і продукцію сірководню в анаеробній зоні (рівняння 4).

C106(NH3)16(H3PO4) + 106O2 = 106CO2 + 16NH3 + H3PO4 (1)

16NH3 + 32O2 = 16NO3- + 16H2O + 16H+ (2)

C106(NH3)16(H3PO4) + 84.8HNO3 =

= 106CO2 + 42.4N2 + 148.2H2O + 16NH3 + H3PO4 (3)

C106(NH3)16(H3PO4) + 53SO42- = 106CO2 + 53S2- + 16NH3 + H3PO4(4)

Відповідно до наших даних процес зимового конвективного вентилювання приводить до надходження нітратів у верхній діяльний шар моря з шару його максимальних концентрацій. Ізопікнічний характер вертикального розподілу нітратів в глибоководній частині Чорного моря проявляється в найбільшій мірі в осінній період року (рис.4). Для весняного періоду спостерігається максимальний розкид величин концентрацій при вибраних значеннях умовної густини, особливо в інтервалі 14.0-15.6, тобто верхньої частини шару нітратного максимуму. Такий характер внутрішньорічної мінливості вертикального розподілу нітратів пояснюється впливом процесу зимового вентилювання вод над куполами циклонічних кругообігів. Міра впливу процесів вентилювання на розподіл нітратів і кількість даного біогенного елемента, що надходить у верхній шар моря, визначається їх інтенсивністю, тобто погодними умовами в зимовий період року над акваторією Чорного моря.

У даній роботі було показано, що існує досить стійка кореляція між розподілом нітратів і кисню. Збільшення концентрацій нітратів спостерігається при зменшенні концентрацій кисню, що відповідає загальним уявленням про споживання кисню на окиснення завислої органічної речовини і продукцію нітратів. На рис. 5 видно, що відношення уявного споживання кисню до концентрації нітратів відрізняється від теоретичного значення, рівного 138/16 відповідно до рівнянь 1 і 2, не більш ніж на 6%.

Вертикальний розподіл амонію у водах основного пікноклину і анаеробній зоні Чорного моря відповідає відомим уявленням, згідно з якими концентрації амонію в аеробній зоні моря малі і рідко досягають 1 мкмоль/л, істотно збільшуються при переході від аеробної до анаеробної зони моря, досягаючи 100 мкмоль/л в придонному шарі вод. Однак, як і у випадку з сірководнем, розподіл амонію припускався стабільним і будь-які зміни в цьому розподілі на шкалі в декілька десятиріч ніколи не обговорювалися. Нами було встановлено, що за останні 30 - 35 років середні концентрації амонію в аеробній зоні поменшали з 0.5 до 0.2 мкмоль/л і істотно збільшилися в анаеробній зоні, досягаючи 2-кратного збільшення у верхній частині анаеробної зони.

д) Водневий показник (рН), залізо(II) і марганець(II). Розподіл величин водневого показника (рН) за даними вимірювань на стандартних горизонтах детально описаний в роботах Скопінцева і Безбородова, а особливості розподілу цього показника на горизонтах з поменшеними інтервалами відбору проб поблизу межі анаеробних вод обговорювалися нами в раніше опублікованих роботах. При цьому показана наявність локального мінімуму, розташованого над межею анаеробних вод, і максимуму у верхній частині сірководневої зони (рис. 6).

У даній роботі нами запропоноване пояснення природи локального мінімуму величини рН, як результату послідовного протікання процесів, що описуються рівняннями (5-8). При окисненні відновлених форм заліза і марганцю в нижній частині аеробної зони повинно відбуватися утворення завислих гідроксидів заліза(III) і марганцю(IV) і зменшення величини рН, тоді як при відновленні цих гідроксидів у верхній частині анаеробної зони повинно спостерігатися збільшення рН води, що і спостерігається насправді (рис. 6).

2Mn2+ + 4H2O + O2 = 2MnO(OH)2 + 4H+ (5)

MnO(OH)2 + 2Fe2+ + 3H2O = 2Fe(OH)3 + Mn2+ + 2H+ (6)

8Fe(OH)3 + H2S = SO42- + 8Fe2+ + 6H2O + 14OH- (7)

4MnO(OH)2 + H2S = SO42- + 4Mn2+ + 2H2O + 6OH- (8)

При сумісному розгляді даних, що є в літературі та результатів наших досліджень механізм окиснення сірководню за участю гідроксидів металів представляється єдиним, для якого вся достовірна інформація має логічне пояснення:

окиснення марганцю (II) забезпечує активне перенесення кисню у вигляді завислого, а тому швидко осідаючого MnO(OH)2 , і формування мінімуму рН (рис. 6);

верхня межа, починаючи з якої спостерігається зростання концентрації заліза(II), розташована завжди глибше, ніж для марганцю(II) через більшу електронегативністіь першого елементу і визначає глибину, де формується мінімум фосфатів (рис. 7), оскільки Fe(OH)3 має більш виражену здатність до адсорбції фосфатів в порівнянні з MnO(OH)2 ;

при протіканні процесу, що описується рівнянням (6), також як і рівнянням (5), повинно спостерігатися зменшення величини рН, хоч і в меншій мірі. Результатом цього є значно більша ширина мінімуму рН, в порівнянні з мінімумом фосфатів (рис. 6 і рис. 7);

надходження завислих форм гідроксидів заліза(III) і марганцю(III, IV) і окиснення ними сірководню забезпечує додатковий потік окисників, а також формування фосфатного максимуму при розчиненні гідроксидів в процесі їх відновлення і десорбції фосфатів. При цьому відповідно до реакцій 6 і 7 відбувається збільшення рН, тобто формується максимум у вертикальному розподілі цього показника;

протікання процесів окиснення сірководню відповідно до схеми, що розглядається пояснює наявний при спостереженні збіг районів загострення фосфатного мінімуму і максимуму при t~15.95 і ~16.2, відповідно.

3. Процеси формування субкисневої зони і прилеглих шарів вод основного пікноклину. Парадокс субкисневої зони полягає не тільки в тому, що її присутність виключає можливість прямої взаємодії кисню і сірководню, що забезпечується зустрічними вертикальними потоками цих речовин, але і в тому, що існування самої субкисневої зони не може бути пояснене в рамках “класичних” уявлень про формування біогеохімічної структури вод Чорного моря за рахунок вертикальних потоків речовин і змішення поверхневих вод з глибинними водами моря.