Гідролого-гідрохімічний режим водозбору Каспійського моря

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Гідролого-гідрохімічний режим водозбору каспійського моря

Вступ

Своєрідність Каспійського моря - замкнутість, розташування у внутрішній області Євразії - зумовлюють високу залежність режиму водойми від впливу зовнішніх факторів, насамперед від річкового стоку ї випаровування. Вплив стоку прямо або побічно позначається на всіх Компонентах екосистем моря.

Господарська діяльність у басейні Волги, а також у басейнах інших річок призводить до зменшення кількості і погіршення якості води. Негативні наслідки спостерігався до середини 70-х років зменшення стоку Волги - це зниження рівня моря і зміна його морфо метричних характеристик, підвищення солоності Північного Каспію, зменшення його біогенного харчування, погіршення природних умов в гирлових областях річок. В результаті постраждала бита моря, погіршилися умови життя і відтворення морських організмів, особливо в високопродуктивному Північному Каспії.

Велика мінливість гідрологічних та гідрохімічних умов Каспійського моря вимагає постійної пильного стеження за станом його природного режиму, оцінки змін, що відбуваються. Без такого контролю і оцінок неможливо довгострокове прогнозування змін стану моря і пов'язаних з ним перспектив господарського використання. Дослідження різних років, узагальнені в літературі, відображають характерні етапи життя водойми.

Також з єдиних позицій проаналізовано сучасні гідрологічні та гідрохімічні процеси в море і показана їх взаємозв'язок. Так, особливості розподілу розчиненого кисню доповнюють уявлення про характер конвективного перемішування вод, сезонної і міжрічної мінливості гідрологічних умов. Гідрохімічний розділ включає великий довідковий матеріал про сучасні показниках хімічних параметрів, що зіставляються з даними за попередні роки.

1. Гідрологічні особливості

1.1 Загальні положення

Каспій має характеристики, загальні як для морів так і для озер. Хоча він часто згадуються в якості найбільшого в світі озера, але фактично це не прісноводна водойма, що й підтверджує історія його формування та процеси які відбуваються в ньому. Волга (близько 80% від припливу) і Урал скидають свої води в Каспійське море, але в нього немає природного відтоку крім випаровування. Таким чином, Каспій ще й має ознаки екосистеми з закритим басейном, зі своїм власним рівнем моря, історією, й вони тепер (десятки мільйонів років) незалежні від процесів та рівня світового океану. Рівень Каспію падає і піднімається, часто й швидко, багато разів протягом століть. Весь цей час, рівень моря мінявся синхронно з гідрологічними особливостями ріки Волга, яка, в свою чергу, залежить від кількості опадів у своїх багато-чисельних водозбірних басейнів. А там кількість опадів пов'язані з коливаннями в розмірі Північноатлантичної депресії, які приходять ззовні та доволі віддалені, а вони в свою чергу, страждають від циклів у Північноатлантична.

Таким чином, рівень в Каспійському морі відносяться до впливу атмосферних умов, в Північній Атлантиці за тисячі миль на північ і захід від цієї території. Ці фактори роблять Каспійське море цінним місцем для вивчення причин та наслідків глобальної зміни клімату. Каспій має характеристики, загальні як для морів так і для озер. Хоча він часто згадуються в якості найбільшого в світі озера, але фактично це не прісноводна водойма, що й підтверджує історія його формування та процеси які відбуваються в ньому. Волга (близько 80% від припливу) і Урал скидають свої води в Каспійське море, але в нього немає природного відтоку крім випаровування. Таким чином, Каспій ще й має ознаки екосистеми з закритим басейном, зі своїм власним рівнем моря, історією, й вони тепер (десятки мільйонів років) незалежні від процесів та рівня світового океану. Рівень Каспію падає і піднімається, часто й швидко, багато разів протягом століть. Весь цей час, рівень моря мінявся синхронно з гідрологічними особливостями ріки Волга, яка, в свою чергу, залежить від кількості опадів у своїх багаточисельних водозбірних басейнів. А там кількість опадів пов'язані з коливаннями в розмірі Північноатлантичної депресії, які приходять ззовні та доволі віддалені, а вони в свою чергу, страждають від циклів у Північноатлантична осцілляції. Таким чином, рівень в Каспійському морі відносяться до впливу атмосферних умов, в Північній Атлантиці за тисячі миль на північ і захід від цієї території. Ці фактори роблять Каспійське море цінним місцем для вивчення причин та наслідків глобальної зміни клімату.

Площа і об'єм води Каспійського моря значно змінюється в залежності від коливань рівня води. При рівні води -26,75 м - площа складає приблизно 371 000 км квадратних кілометрів, обсяг води - 78648 кубічних кілометрів, що становить приблизно 44 відсотка світових запасів озерних вод. Максимальна глибина Каспійського моря - в Південно-Каспійській западині, близько 1025 метрів від рівня його поверхні. За величиною максимальної глибини Каспійське море поступається лише Байкалу (1620 м) і Танганьїці (1435 м). Середня глибина Каспійського моря, розрахована за багатографічною кривою, становить 208 метрів. У той же час північна частина Каспію - мілководна, її максимальна глибина не перевищує 25 метрів, а середня глибина - 4 метри.

1.2 Гідрологічний режим

Площа басейну Каспійського моря складає приблизно 371 000 квадратних кілометрів, що становить приблизно 10 відсотків від світової території закритих водних об'єктів. Довжина басейну Каспійського моря з півночі на південь - близько 2500 кілометрів, із заходу на схід - близько 1000 кілометрів. Басейн Каспійського моря охоплює 9 держав - Азербайджан, Вірменію, Грузію, Іран, Казахстан, Росію, Туркменістан, Туреччину, Узбекистан.

У Каспійське море впадає 130 річок, з них 9 річок мають гирло у формі дельти. Великі річки, що впадають в Каспійське море - Волга, Терек (Росія), Урал, Емба (Казахстан), Кура (Азербайджан), Самур (кордон Росії з Азербайджаном), Атрек (Туркменістан) та інші. Найбільша річка, що впадає в Каспійське море - Волга, її середньорічний водостік становить 215-224 кубічних кілометра. Волга, Урал, Терек і Емба дають до 88 - 90% річного водостоку Каспійського моря.

На Каспії панує циклональна циркуляція вод, обумовлена головним чином річковим стоком і пануючими вітрами. Маси води рухаються із півночі на південь уздовж західного берега моря до Апшеронського півострова, де течія розділяється: одна гілка продовжується уздовж західного берега, інша перетинає Каспій в області Апшеронського порогу і біля східного берега з'єднується з водами, рухомими на північ уздовж східного берега з Південного Каспія. У Південному Каспії також спостерігається циклональна циркуляція, але менш чітко виражена, а між Баку і гирлом річки Кури ускладнена місцевою антіциклональною циркуляцією. У Північному Каспії переважає нестійкий вітровий перебіг різних напрямів. Швидкість їх зазвичай 10--15 см/сек, при сильних вітрах, співпадаючих з напрямом течій, швидкість може сягати 30--40 і навіть 100 см/сек. Часта повторюваність помірних і сильних вітрів обумовлює велике число днів із значним хвилюванням.

Найбільша висота хвиль до 11 м, що спостерігається, -- в районі Апшеронського порогу. Північна частина моря замерзає зазвичай на 2--3 міс., товщина льоду сягає 2 м. У Середньому Каспії під час суворих зим замерзають окремі мілководні затоки. Нерідкі випадки інтенсивного злому льодів вітром і їх дрейфу з Північного Каспія на південь уздовж західного берега.

1.3 Властивості водних мас

Середня солоність води 12,7--12,8 ‰, найбільша (не рахуючи затоки Кара-Богаз-гол) у східних берегів -- до 13,2 ‰, найменша на північному заході -- 1--2 ‰. Коливання солоності за площею моря, по вертикалі і в часі незначні, і лише на півночі вони помітніші у зв'язку з коливаннями стоку Волги. Вертикальне перемішування вод в зимовий час охоплює всю товщу води в Північному Каспії і шар 200--300 м в глибоководних районах, влітку і осінню обмежується верхнім шаром 15--30 м. У ці сезони на нижній межі верхнього добре прогрітого і перемішаного шару (15--30 м) утворюється інтенсивний шар стрибтемператури (декілька градусів на метр), що перешкоджає розповсюдженню тепла в глибинні шари моря.

Сольовий склад води замкнутого Каспійського моря відрізняється від океанського. Існують значні відмінності в співвідношеннях концентрацій солеутворюючих іонів, особливо для води районів, що знаходяться під безпосереднім впливом материкового стоку. Процес метаморфізаціі води моря під впливом материкового стоку призводить до зменшення відносного вмісту хлоридів у загальній сумі солей морської води, збільшення відносної кількості карбонатів, сульфатів, кальцію, які є основними компонентами в хімічному складі річкових вод. Найбільш консервативними іонами є калій, натрій, хлор і магній. Найменш консервативні кальцій і гідрокарбонат-іон. В Каспії вміст катіонів кальцію і магнію майже в два рази вище, ніж в Азовському морі, а сульфат-аніонів - у три рази.

Солоність води особливо різко змінюється в північній частині моря: від 0.1 од. psu в поблизу устя Волги і Уралу і до 10 - 11 од. psu кордоні з Середнім Каспію. Мінералізація в мілководні солоних заток-култуках може досягати 60 - 100 г / кг. У Північному Каспії протягом усього без льодовикового періоду з квітня по листопад спостерігається соленосний фронт квазішіротного розташування. Найбільше опріснення, пов'язане з розповсюдженням річкового стоку по акваторії моря, яке спостерігається в червні. На формування поля солоності в Північному Каспії великий вплив надає поле вітру. В середній та південній частинах моря коливання солоності невеликі. В основному вона складає 11.2 - 12.8 од. psu, збільшуючись в південному і східному напрямках. З глибиною солоність зростає незначно (на 0.1 - 0.2 од. Psu).

У глибоководній частині Каспійського моря в вертикальному профілі солоності спостерігаються характерні прогинання ізогалін та локальні екстреними в районі східного материкового схилу, які свідчать про процеси придонного сповзання вод, заслонених на східному мілководді Південного Каспію. Величина солоності також сильно залежить від рівня моря і (що взаємопов'язано) від обсягу материкового стоку.

Температура води піддається значним широтному змін, найбільш чітко вираженим в зимовий період, коли температура змінюється від 0 - 0,5 °C у кромки льоду на півночі моря до 10 - 11 °C на півдні, тобто різниця температури води становить близько 10 °C . Для мілководних районів з глибинами менше 25 м річна амплітуда може досягати 25 - 26 °C. В середньому температура води біля західного узбережжя на 1 - 2 °C вище, ніж у східного, а у відкритому морі температура води вище, ніж поблизу узбережжя на 2 - 4 °C. За характером горизонтальної структури поля температури в річному циклі мінливості можна виділити три тимчасових відрізка у верхньому 2-метровому шарі.

З жовтня по березень температура води збільшується у південному і східному напрямках, що особливо добре простежується у Середньому Каспії. Можна виділити дві стійкі квазішіротні зони, де градієнти температури підвищені. Це, по-перше, кордон між Північним і Середнім Каспію, і, по-друге, між Середнім і Південним. У кромки льоду, на північній фронтальній зоні, температура в лютому-березні збільшується з 0 до 5 °C, на південній фронтальній зоні, в районі Апшеронського порога, з 7 до 10 °C. В даний період найменш охолоджуються води в центрі Південного Каспію, які утворюють квазістаціонарне ядро.

В квітні-травні область мінімальних температур переміщується в Середній Каспій, що пов'язано з більш швидким прогрівом води в мілководній північній частині моря. Щоправда, на початку сезону в північній частині моря велика кількість тепла витрачається на танення льоду, але вже в травні температура підвищується тут до 16 - 17 °C. У середній частині температура в цей час становить 13 - 15 °C, а на півдні збільшується до 17 - 18 °C. Весняний прогрів води вирівнює горизонтальні градієнти, і різниця температур між прибережними районами і відкритим морем не перевищує 0,5 °C. Прогрів поверхневого шару, що починається в березні, порушує однорідність у розподілі температури з глибиною.

У червні-вересні спостерігається горизонтальна однорідність у розподілі температури в поверхневому шарі. В серпні, який є місяцем найбільшого прогріву, температура води по всьому морю складає 24 - 26 °C, а в південних районах зростає до 28 °C. У серпні температура води в мілководні затоках, приміром, у Красноводській, може досягати 32 °C. Основною особливістю поля температури води в цей час є апвеллінг. Він спостерігається щорічно вздовж усього східного узбережжя Середнього Каспію і частково проникає навіть у Південний Каспій. Підйом холодних глибинних вод відбувається з різною інтенсивністю в результаті впливу переважаючих в літній сезон північно-західних вітрів. Вітер даного напрямку викликає відтік теплих поверхневих вод від берега і підйом більш холодних вод з проміжних шарів. Початок апвеллінга припадає на червень, однак найбільшої інтенсивності він досягає в липні-серпні. Як наслідок, на поверхні води спостерігається зниження температури (7 - 15 °C). Горизонтальні градієнти температури досягають 2,3 °C на поверхні і 4,2 °C на глибині 20 м. Ореол апвеллінга поступово зміщується з 41 - 42 °пн.ш. у червні до 43 - 45 °пд.ш. в вересні. Літній апвеллінг має велике значення для Каспійського моря, докорінно змінюючи динамічні процеси на глибоководної акваторії. У відкритих районах моря в кінці травня - початку червня починається формування шар стрибка температури, який найбільш чітко виражений в серпні. Частіше за все він розташовується між горизонтами 20 і 30 м в середній частині моря і 30 і 40 м в південній. Вертикальні градієнти температури в шарі скачка дуже значні і можуть досягати декількох градусів на метр. У середній частині моря внаслідок згону у східного узбережжя шар стрибка піднімається близько до поверхні. Оскільки в Каспійському морі відсутній стабільний бароклінний шар з великим запасом потенційної енергії подібний головному термокліну Світового океану, то з припиненням дії переважаючих вітрів, що викликають апвелінг, і з початком осінньо-зимової конвекції в жовтні-листопаді відбувається швидка перебудова полів температури до зимового режиму. У відкритому морі температура води в поверхневому шарі знижується в середній частині до 12 - 13 °C, на півдні до 16 - 17 °C. У вертикальній структурі шар стрибка розмивається за рахунок конвективного перемішування і до кінця листопада зникає.

1.4 Коливання рівня води

Короткочасні неперіодичні коливання рівня Каспія обумовлені явищами наганянь зганяння, які на півночі можуть викликати короткочасне підвищення рівня на 2,5-2 м або пониження до 2 м. Спостерігаються сейши з періодом від 10 хвилин до 12 годин з амплітудою до 0,7 м. Є невеликі сезонні коливання рівня (близько 30 см).

Однією з цікавих особливостей Каспійського моря є зміна його рівня з різкими падіннями та підйомами різної тривалості. Причини коливань до сих пір точно не встановлені, хоча передбачається, що це може бути пов'язано з коливанням стоку річок, деформацією дна, з надходженням води з-під землі, змінами клімату. Геологічні та палеогеографіческіе дослідження дозволяють зазирнути у віддалене минуле регіону. За останні десять тисяч років рівень Каспію, розташованого нижче рівня світового океану, змінювався в межах від мінус 20 до мінус 40 метрів. Достатньо зазначити, що рівень моря в IV-II століттях до н.е. не вище мінус 36 м, в VI столітті стояв на абсолютної позначки мінус 34 м, в X столітті - мінус 29 м, на початку XIV століття - мінус 19 м, а зараз - близько мінус 27 м. Відомо також, що в 7--11 ст. н.е. був низький рівень (можливо, на 2-4 м нижче сучасного). Останнє значне зниження рівня відбувалося починаючи з 1929 року (коли рівень був на відмітці близько 26 м) до 1956--57. Нині рівень коливається в межах декількох см біля відмітки 28,5 м. Причинами останнього падіння рівня, окрім кліматичних змін, що зумовили зменшення стоку річок до Каспію і збільшення випаровування з його поверхні, були також гідротехнічне будівництво на Волзі (створення крупних штучних водосховищ) і витрата річкових вод на зрошування посушливих земель і на виробничі потреби.

Наглядним прикладом змін стала розбудова й існування на узбережжі міста Баку. У перші століття нашої ери і аж до VII століття Бакинська бухта була сухою, а прибакинскі острова поєднувалися з сушею. Не випадково на карті Птоломея (II століття н.е.) Баку показаний далеко від моря. Потім з VII століття починається сильне підвищення Каспію аж до IX століття - тоді й утворилася Бакинська бухта. Потужні зміни відбулися в кінці XIII століття, коли Каспій піднявся більш ніж на десять метрів. Італійський географ XIV століття Марина Сануто з гіркотою зазначала: "Каспійське море щороку прибуває на одну долоню, і багато гарних міст вже затоплено", а за словами географа Абд ар-Рашид ал-Баку, в 1403 році Каспійське море затопило частину Баку і вода стояла біля мечеті. У цей час море плескалося у підніжжя Дівочої вежі, що побічно підтверджує легенду про дівчину, який кинувся в Каспій з вершини вежі. У цей же період повністю під водою виявився Сабаїловскій замок, побудований на скелі в бакинської бухти. Наступні 600 років рівень моря, коливаючись, залишався високим аж до початку XX століття, коли він став падати.

Систематичні спостереження над рівнем води в Каспійському морі були розпочаті в 1837 році. Як показали вимірювання, за перше століття (до 1930 року) рівень моря майже не змінювався, коливаючись між відмітками мінус 25 і мінус 26 метрів. У період з 1929 по 1941 рік відбулося різке зниження майже на два метри (від мінус 25,88 до мінус 27,84 м). Надалі, за наступні тридцять сім років море, то зростаючи, то опускаючи в своєму рівні, повільно падало, досягши найнижчої за час вимірювань позначки в 1977 році - мінус 29,01 м. У зв'язку з відступом моря в ці роки було розширено Бакинську набережну-бульвар і облаштована нижня тераса. Потім море почало швидко зростати і, піднявшись до 1995 року на 2,35 м, досягла позначки мінус 26,66 м. Якби води що впадають в Каспій з річок не використовувалися в обсязі близько сорока кубічних кілометрів на рік на господарські потреби і зрошення (це відповідає десяти сантиметрів в рівні моря), то цей рівень був би на півтора метра вище, наближаючись до рекордно-високої за сто шістдесят років відмітки минулого століття. В наступні роки середній рівень моря знизився майже на 50 см, досягнувши позначки мінус 27,17 м в 2001 році. З 2001 року і по теперішній час рівень знову став підвищуватися: у 2002 році на 2 см, у 2003 році на 4 см, у 2004 році на 8 см, в 2005 році 12 см. В даний момент рівень Каспію досяг -27,0 м . Результати вивчення атмосферних процесів і глобальні кліматичні зміни дають можливість припускати, що до 2015 року рівень моря зросте на 1 м від нинішньої абсолютної позначки. Зміна рівня моря впливає на господарську діяльність людей і на природу. При зниженні моря відбувається обміління підходів до портів, ускладнюються умови судноплавства, змінюється режим заповідників і запаси риби. Підвищення рівня призводить до затоплення прибережних територій, на яких знаходяться поселення людей, сільськогосподарських угідь і промислові об'єкти.

2. Гідрохічімний режим водозбору каспійського моря

2.1 Гідрохімічний режим Північного Каспію

Гідрохімічні умови Північного Каспію відрізняються значною сезонної і міжрічної мінливістю, яка визначається в основному впливом стоку Волги і водообміном з середньою частиною моря.

У квітні як в мілини, так і в приглибні районах Північного Каспію відзначаються максимальні значення змісту і насичення кисню на поверхневому і придонному горизонтах. При цьому найбільш активно продукування органічної речовини протікає в західній частині, що можна пояснити зрослим зимовим стоком Волги після її зарегулювання.

Влітку кисневий режим формується в умовах активного фотосинтезу і максимального прогріву води. У цей сезон спостерігаються мінімальні значення вмісту кисню. У червні, під час вступу в море стоку водопілля, в зонах, різнорідних за сольовим і термічному режимам, спостерігаються різні концентрації кисню.

Концентрація водневих іонів (рН) - Показник інтенсивності процесів утворення і руйнування органічної речовини, а також ступеня мінералізації вод. Після зарегулювання Волги середні багаторічні значення рН в поверхневому і придонному шарах північно-каспійской вод коливалися в межах 8,37-8,74.

Мілинах район Північного Каспію характеризується більш високими середніми величинами рН (8,37-8,74), ніж при голубіні (8,38-8,47), що свідчить про більш активне освіту органічної речовини на мілководді. У східній частині моря значення рН нижче, ніж у західній.

Зі стоком Волги і Уралу в Північний Каспій постійно надходить велика кількість біогенних речовин.

Багаторічні зміни запасів біогенних речовин в чому визначаються коливаннями волзького стоку, оскільки обсяг Північного Каспію порівняно невеликий і зіставимо (особливо в багатоводні роки) з об'ємом материкового стоку.

Важливе значення в біогенному харчуванні моря має мінеральний розчинений фосфор, який безпосередньо залучається до біопродукційні процеси. Середні багаторічні концентрації мінерального розчиненого фосфору в Північному Каспії невеликі і незначно змінюються по сезонах.

Мінімальний вміст фосфору наголошується в квітні, під час весняної спалаху розвитку фітопланктону і до початку надходження в море волзьких вод під час повені, коли концентрація фосфатів зростає і досягає максимальних сезонних значень. При цьому найбільше збагачення Північного Каспію відбувається в червні, тобто приблизно через два-три тижні після проходження максимальних витрат води.

У приглибному районі водойми сезонні зміни амонійного азоту характеризуються його поступовим накопиченням від квітня до жовтня. Тут процеси продукування органічної речовини фітопланктону проходять менш інтенсивно, ніж у мілководній зоні. Внаслідок цього аммоніфікація відбувається більш інтенсивно, ніж процес споживання іона амонію фітопланктоном.

Найбільші сезонні коливання амонійного азоту характерні для західній частині Північного Каспію, що знаходиться під безпосереднім впливом волзького стоку. Сезонні зміни змісту нітритів у Північному Каспії визначаються головним чином величиною їх надходження з волзьких стоком. Максимальні концентрації нітритів у волзької воді спостерігаються зазвичай в кінці водопілля (червень), тобто після того як починається спад води з тимчасово затоплюваних водойм дельти (поло). В цей час відбувається збагачення волзьких вод в дельті сполуками азоту як в органічній, так і в мінеральній формі, в тому числі нітритами. Вступники в море в червні волзькі води значно збагачують нітритами західну частину Північного Каспію.

Вміст органічних форм фосфору в Північному Каспії за величиною близько до його кількості, що надходить в море з волзьких стоком. Таке співвідношення показує, що екосистема Північного Каспію вельми швидко реагує на зміни надходження фосфору з волзьких стоком. У Північному Каспії органічний фосфор становить переважну частину загального фосфору (90-93%). Найбільше надходження органічного фосфору на добичі узмор'ї Волги відбувається у весняно-літній період, що обумовлено змивом органіки в басейні Волги, зокрема в Волго-Ахтубінськ заплаві, а влітку - переважанням процесів споживання мінерального фосфору фітопланктоном і макрофітами літоралі і виділенням фосфору органічних сполук у складі метаболітів. Таким чином, в цей час року відбувається збагачення моря органічними формами фосфору.

З середини 60-х грдов запаси загального азоту у водоймі різко зросли, в першу чергу за рахунок збільшення органічних азотовмісних сполук. Частка органічного азоту в складі загального азоту становить 93-95%. Підвищена концентрація органічного азоту в Північному Каспії не тільки характеризує цю водойму як високотрофну, але і свідчить про високий вміст у складі органічної речовини стійкого водного гумусу. Підтвердженням служить те, що значне збільшення вмісту загального азоту, починаючи з середини 60-х років (пристійкої величиною багаторічного надходження азоту з річковим стоком), сприяло в першу чергу різкого зростання запасів органічних сполук азоту (на 193%).

2.2 Гідрохімічний режим Середнього і Південного Каспію

Взимку просторовий розподіл розчиненого кисню добре відповідає особливостям розподілу температури води. Найбільші концентрації кисню (8,5-9,0 мл / л) приурочені до прибережних мілинах і прикордонній зоні між Північним і Середнім Каспієм. На розрізі о-в Чечень-п-ів Мангишлак в під поверхневому шарі відзначається кисневий максимум, пов'язаний з інтенсивним розвитком фітопланктону поблизу кромки льоду.

У західній частині Середнього Каспію вміст кисню трохи вище, ніж у східній, у зв'язку з перенесенням холодних вод уздовж західного узбережжя на південь і відносно теплих, трансформованих уздовж східного узбережжя на північ. У Південному Каспії взимку спостерігається деяке пересичення киснем поверхневого шару води, що спостерігалось і раніше. Основні фактори, різноспрямована впливають на формування кисневого режиму моря навесні, - це активно протікають процеси фотосинтезу і прогріву вод у верхніх шарах.

Активна реакція рН. Каспійське море виділяється серед інших морських водойм підвищеними величинами рН. Це пов'язано з вельми високим лужним резервом, обумовленим впливом річкового стоку на хімічний склад каспійської води. Просторово-часова неоднорідність розподілу рН визначається сукупністю біохімічних, фізико-хімічних (фотосинтез, розкладання органічної речовини, дихання організмів, стан карбонатної системи і ін.) і гідрологічних (Річковий стік, динаміка вод, температура води і т.д.) факторів. Залежно від цих факторів концентрація водневих іонів 221 в різних частинах Середнього і Південного Каспію змінюється від 8,3-8,6 в поверхневому шарі води до 7,8-8,0 в придонному.

Взимку рН зростає із заходу на схід і з півночі на південь як в Середньому, так і в Південному Каспії. Влітку найбільші значення рН спостерігаються в західних районах моря і особливо в прикордонній зоні між Північним і Середнім Каспієм. Ці основні риси розподілу рН пов'язані зі наступними гідрологічними особливостями. Взимку температура зростає з півночі на південь і в східній частині Середнього Каспію вона вища, ніж у західній, під впливом сюди теплих вод.

З глибиною величина рН зменшувалася і в придонному шарі Середнього Каспію досягала мінімальних величин - 8,06, Південного Каспію - 7,98. Навесні різниця в величинах рН між Середнім і Південним Каспієм кілька згладжується. Через швидке збагачення вод киснем в процесі фотосинтезу в мілководній північній частині Середнього Каспію величина рН зростала до 8,45-8,48. Мінімальні значення зберігаються в центральній частині Середнього Каспію, що обумовлено підйомом глибинних вод в поверхневий шар в центрі циклонічного кругообігу.

Сезонні зміни рН на різних глибинах Середнього і Південного Каспію неоднозначні за величиною. У Середньому Каспії в евфотіческой шарі вони вкрай незначні (0,01-0,04), в глибинних шарах величина сезонних змін рН зростає в кілька разів (0,06-0,10). У Південному Каспії максимальні зміни рН також відбуваються в глибинних шарах води (600-800 м), в шарі 0-500 м їх величина мала (0,04-0,10.) Максимальні величини рН в евфотіческой шарі спостерігаються в періоди, коли фотосинтез щодо інтенсивний, - а окислювальні процеси пригнічені внаслідок зниженої температури води (осінь, весна). Мінімальні величини водневого показника відзначаються влітку. В цей час процеси переважають над продукція ними, що призводить до накопичення вуглекислоти.

Біогенні речовини. Вивчення біогенних речовин, їх просторового розподілу, сезонної і між річної мінливості являє значну складність у зв'язку з серйозними змінами, які відбулися в гідрологічному і гідрохімічних режимі Каспійського моря. Кількісні та якісні зміни біогенного стоку Волги відбилися на складі і кількості біогенних речовин в Північному Каспії,

порушення характеру їх просторового розподілу. Це не могло не позначитися на балансі біогенних речовин у глибоководних частинах моря. Спостерігається в останні десятиліття посилення вертикального обміну в море і аерації його глибинних шарів сприяє залученню до процеси великої кількості біогенних речовин із зони акумуляції і, можливо, з донних відкладень.

З'єднання фосфору. Один з найважливіших компонентів мінерального харчування, лімітуючи первинну продукцію, являє собою мінеральний фосфор (Рмін.) * Взимку розподіл мінерального фосфору в Середньому та Південному Каспії досить однорідне. Зимова конвекція згладжує його вертикальні градієнти в Середньому Каспії до горизонтів 100-200 м (залежно від суворості зими), у Південному - до 80-100 м. У верхньому шарі підвищені концентрації мінерального фосфору відзначаються вздовж західного узбережжя Середнього Каспію (до 20 мкг / л). Це пов'язано з вступником сюди стоком річок Волги, Терека і Сулака. Збільшення зимових попусків Волгоградської ГЕС відповідно збільшило і винесення біогенних речовин з волзьких стоком в Середній Каспій. Переорієнтація Терека з Північного в Середній Каспій привела до різкого збільшення стоку наносів в цей район. Мінералізація величезної кількості органіки також збагачує прибережні води біогенними речовинами.

Сполуки азоту. Розподіл нітратної форм азоту у водах Середнього і Південного Каспію вивчено досить добре. В Південному Каспії основні райони підвищених і знижених концентрацій нітратного азоту залишаються тими ж, що і взимку, але зони з нульовими концентраціями нітратів майже відсутні. Зміст нітратів у евфотіческой шарі в Південному Каспії і на Апшеронському порозі в цілому вище, ніж взимку. Дані по. сезонному розподілу органічного азоту також виявляють цю закономірність. Можливо це пов'язано з тим, що спостереження проводилися в теплу зиму 1980, коли, при слабкому збагаченні евфотіческой шару біогенними речовинами, переважало їх споживання. Влітку запас нітратів у шарі 100-600 м зменшується в 5-6 разів по порівняно із зимою.

Нітратний азот - нестійка перехідна форма в процесі окислення амонію до нітратів - служить гарним показником зон з інтенсивною деструкцією органічної речовини, а також забруднення вод. У Середньому і Південному Каспії нітрити зустрічаються в усі сезони, в районах, схильних до впливу річкового стоку - біля узбережжя Дагестану і в західному районі південної частини моря. Максимальні концентрації нітритів змінюються від 2-3 взимку до 6-8 мкг / л влітку.

Таким чином, незважаючи на значні кількості азоту і фосфору, вилучаються щорічно з круговороту біогенних, основною причиною збіднення Каспію їх мінеральними формами слід вважати збільшується продуктивність моря.

гідрохімічний водозбір органічний

Висновок

Стан гідрологічного і гідрохімічного режиму Каспійського моря пов'язано в першу чергу зі змінами стоку річок, що викликають коливання його рівня. Аналіз наявних матеріалів не дозволяє очікувати збільшення обсягу надходить в море річкового стоку більше того, який спостерігався за останні 150 років. Це тим більше ймовірно, що безповоротне водоспоживання в басейні Каспію буде зростати (хоча і необхідні суворі заходи щодо його обмеження). Приймаючи до уваги, що подальші зміни річкового стоку залишаться в тих же межах і з тією ж багаторічної періодичністю, як це мало місце до сих пір, слід очікувати, що і коливання рівня матимуть забезпеченість, відповідну величині стоку.

За даними інструментальних спостережень за останні 150 років становище середньорічного рівня змінювалося від -26 до - 29 м БС, тобто його розмах був 3 м. річні коливання рівня, залежні від сезонних змін стоку, становили 25-50 см.

Антропогенні перетворення річкового стоку і пов'язане з ними тривалий пониження рівня моря найсильніше позначилися на природних умовах Північного Каспію і гирлових областей впадають у нього річок. Тут істотно порушилася екологічна рівновага, погіршилися умови формування біологічної продуктивності. При зменшенні водності Волги і зниженні рівня моря стався перерозподіл стоку по рукавах і морському краю дельти, обміління і відмирання водотоків, заростання дельти, зменшення її заливання під час повені, осушення мілинах нерестових і нагульних акваторій. У гирлової області ослабли динамічні процеси (хвилювання, течії, нагону) і в той же час спостерігалося осолонення вод гирлового узмор'я. В умовах за регульованого стоку сильно змінився режим водопілля на Волзі: його тривалість зменшилася в два-три рази, а пік змістився з червня на травень. Сток в повінь зменшився, а в межень, навпаки, збільшився. Розподіл стоку по рукавах дельти стало вкрай нерівномірним: по системі Бахтемір і Волго-Каспійському каналу проходить близько 60% стоку, який в основному надходить в західну частина Північного Каспію і транзитом іде в Середній Каспій. Зменшення обсягу стоку в повінь і скорочення заливання нерестових площ в дельті негативно вплинуло на відтворення риб, їх нагул, формування кормової бази молоді риб.

Екосистема Північного Каспію вельми швидко реагує на зміни в постачанні біогенними речовинами, особливо на надходження мінерального фосфору з волзьких стоком. Тому зазначені зміни негайно позначаються на умовах формування біологічної продуктивності. При зниженні рівня моря, зменшенні обсягу водопілля, небажані тенденції в змінах характеру біогенного харчування Північного Каспію будуть прогресувати.

Каспійському морі і надалі будуть відбуватися складні зміни природних умов під впливом як природних, так і антропогенних факторів. Тому важливе значення має проведення комплексних спостережень за основними гідрологічними та гідрохімічними характеристиками моря як в певних його районах на спеціально обраних полігонах, так і по всій акваторії. Особливу увагу слід приділяти спостереженнями в районах, що відрізняються найбільшою мінливістю, таких, як Північний Каспій і гирлові області річок. Першорядну важливість має вивчення водного, сольового і хімічного балансу окремих частин моря і водойми в цілому. На цій основі може бути створений прогноз стану екосистем Каспію під впливом очікуваних змін його режиму. Для успішного вирішення зазначених наукових завдань необхідне вдосконалення методів та шляхів отримання та використання інформації про природні умови водойми, включаючи дистанційні та супутникові спостереження. Результати всіх досліджень і прогнозів повинні бути спрямовані на рішення головних проблем Каспійського моря: оптимізації водного режиму і рівня, захисту вод від забруднення та підвищення біологічної продуктивності.

Перелік посилань

гідрохімічний водозбір органічний

1. Каспійське море: Гідрологія і гідрохімія. - М .: Наука, 1986. - 261 с.

2. Вплив волзького стоку на гідрохімічний режим Каспійського моря / Д. Н. Катунін, І. А. Хрипунов, Н. П. Беспарточний та ін. // Касп. плавучий ун-т. - Наук. бюл. № 1. - 2000. - С. 111-117.

3. Винецкая Н. І. Про річних і сезонних коливаннях фосфору і кремнію в Північному Каспії // Тр. КаспВНІРО. - Т. XI. - Астрахань, 1950. - С. 287-310.

4. Молошнікова В. Н. Особливості сучасного режиму біогенних речовин в Північному Каспії // Тр.ГОІН. - 1975. - Вип. 125. - С. 145-152.

5. Барсукова Л. А. Волзький біогенний стік в Каспійське море до гидростроительства // Тр. КаспНІРХ. -1957. - Т. 13. - С. 353-373.

6. Основні особливості гидролого-гідрохімічного режиму Каспійського моря в 2004 р / Д. Н. Катунін, С. Н. Єгоров, Д. В. Кашин та ін. / Рибогосподарські дослідження на Каспії: Результати НДР за 2004 р -Астрахань: Вид-во КаспНІРХ, 2005. - С. 15-24.

7. Боровиков В. STATISTICA. Мистецтво аналізу даних на комп'ютері: Для професіоналів. - СПб.: Питер, 2003. - 688 с.

8. Катунін Д. Н., Нікотину Л. Н., Кашин Д. В. Багаторічні зміни вмісту біогенних речовин у Північному Каспії // Актуальні проблеми сучасної науки: тр. 3-й Міжнар. конф. молодих чених і студ. Природні науки. Ч. 8: Екологія. - Самара: Изд-во СамГТУ, 2002. - С. 17-18.

9. Гідрохімічні показники стану навколишнього середовища. Довідкові матеріали / Т. В. Гусєва, Я. П. Молчанова, Е. А. Заїка та ін. - М .: Соціально-екологічний союз, 2000. - 148 с.

10. Гідролого-гідрохімічні основи формування біологічної продуктивності Каспійського моря в 2007 р / Д. Н. Катунін, С. Н. Єгоров, Д. В. Кашин та ін. // Питання промисловий океанології. - № 2 (5). - М .: Изд-во ВНІРО, 2008.

11. Біологічне обгрунтування по вселення Beroe ovata в Каспійське море. Астрахань. 2003. 29 с.

12. Блінов Л.К. Про надходження морських солей в атмосферу і про значення вітру в сольовому балансі Каспійського моря // Праці ГОІН. 1950. Вип. 12. С. 67-112.

13. Бондаренко А.Л. Водо-солеобмен між західною і східною частинами Північного Каспію // Каспійське море. Структура і динаміка вод. М .: Наука, 1990а. С. 27-29.

14. Бондаренко А.Л., Жмур В.В. Механізм формування гідрофронта в Північному Каспії // Каспійське море. Структура і динаміка вод. М .: Наука, 19906. С. 74-78.

15. Бондаренко А.Л., Ведев Д.Л., Комков І.А., Щевьев В.А. Експериментальні дослідження хвильових течій в Середньому Каспії // Водні ресурси. 1993. Т.20. №1. С.128-131.

16. Бруєвич C.B. Гідрохімія Середнього і Південного Каспію. M-JI .: Изд. АН СРСР, 1937. 329 с.

17. Бруєвич C.B. Розподіл речовини серед окремих груп організмів Каспійського моря // Праці з комплексного вивчення Каспійського моря. 1941. Вип. 14. С. 77-86.

18. Бруєвич C.B. Про баланс біогенних елементів в Каспійському морі // Праці з комплексного вивчення Каспійського моря. 1941а. Вип.14. С. 66-75.

19. Бруєвич C.B. Хімія волзького стоку в Каспійське море // Гідрохімічні матеріали. 1949. Т. 16. С. 72-87.

20. Васильєв А.С., Бєлов А.Б., Коновалов M.JI. Про сезонної мінливості термохалінних і динамічних процесів Каспійського моря // М .: ГОІН, 2002. 32 с.

Размещено на Allbest.ru