НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ГЕОЛОГІЧНИХ НАУК

СТЕПАНЯК Юрій Деонизійович

УДК 504.42.06:(551.351+551.462.32)

ЕКОЛОГО-ГЕОХІМІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА

СТАНУ СУЧАСНОГО ОСАДКОНАКОПИЧЕННЯ

В РАЙОНІ ПРИДУНАЙСЬКОГО ШЕЛЬФУ

ЧОРНОГО МОРЯ

04.00.10. Геологія океанів і морів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата геологічних наук

Київ – 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у відділі сучасного морського седиментогенезу

Інституту геологічних наук НАН України

Науковий керівник:

доктор геолого-мінералогічних наук,

професор, завідувач відділу сучасного

морського седиментогенезу ІГН НАНУ

Митропольський Олексій Юрійович

Офіційні опоненти:

доктор геолого-мінералогічних наук,

перший заступник головного ученого

секретаря НАН України

Ємельянов Володимир Олександрович

кандидат геолого-мінералогічних наук,

старший науковий співробітник ВМГОР ННПМ НАНУ

Орловський Георгій Миколайович

Провідна установа:

Одеський національний університет ім І.І. Мечнікова

Захист дисертації відбудеться 24.04. 2003 р. о 10-30 годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д.26.162.04 Інституту геологічних наук НАН України за адресою: 01054, м. Київ, вул. О.Гончара, 55-б.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту геологічних наук НАНУ

Автореферат розісланий 23.03. 2003 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д.26.162.04

канд. геол.-мін. наук Г.С. Компанець

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми визначається необхідністю наукового обгрунтування методики державного моніторингу геологічного середовища в районі о. Зміїний. Відправною точкою для обгрунтування є встановлення сучасного еколого-геохімічного стану осадків, а також чинників, що формують процеси седиментації в межах придунайського шельфу. Придунайська акваторія Чорного моря належить до найбільш забруднених районів внутрішніх морів. В авандельті Дунаю, де знаходиться геохімічний бар’єр ріка – море, відбувається розвантаження твердої фази, розчинених та завислих речовин річкового стоку, серед котрих значна частка забруднюючих. Це викликає істотне погіршення якості геологічного середовища регіону. В свою чергу, якість геологічного середовища - одного з компонентів екосистеми - суттєво впливає на умови існування біоти. Тому важливим є виявлення причинно-наслідкових зв’язків негативних геохімічних та біотичних процесів і явищ для аргументації розрахунку збитків за забруднення морського довкілля, в тому числі внаслідок трансграничних переносів.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась відповідно до планів основних наукових досліджень відділу сучасного морського седиментогенезу Інституту геологічних наук НАН України в межах програм “Комплексне дослідження стану та взаємодії гідросфери, літосфери та атмосфери в зоні стику суша-море Азово-Чорноморського басейну”, № ДР 0199U002200; “Дослідження процесів сучасного седиментогенезу природних систем “річка - море” (еколого-геофізичний аспект)” № ДР 019U042354; “Вивчення геологічної будови та особливостей літогенезу в окремих районах Світового океану” № ДР 0193U030892; “Геологічна будова, вулканізм та літологічні особливості осадових товщ Азовського та Чорного морів” № ДР 0193U030897.

Мета дисертаційної роботи: детальна геохімічна оцінка стану сучасного осадконакопичення з точки зору екології морського довкілля в найбільш напруженому регіоні Чорного моря – придунайському шельфі; наукове обгрунтування та визначення вихідних параметрів для постановки моніторингу геологічного середовища цієї частини акваторії. Об’єкт дослідження – геологічне середовище, як складова морського довкілля північно-західного шельфу Чорного моря; предмет дослідження – екологічна геохімія сучасного осадконакопичення придунайського шельфу.

Для досягнення поставленої мети вирішено наступні задачі:

1)

2)

3)

4)

5)

Наукова новизна одержаних результатів:

-

-

-

-

Наукові положення, що виносяться на захист:

1.

2.

3.

Практичне та теоретичне значення роботи полягає у використанні результатів дисертаційних досліджень регіональними виробничими геологічними підприємствами при виконанні моніторингу геологічного середовища як в придунайській акваторії, так і на північно-західному шельфі загалом (в рамках державної Програми моніторингу довкілля), а також Державною інспекцією охорони Чорного моря.

Особистий внесок здобувача. Усі основні результати та висновки, які наведені в дисертаційній роботі, одержані здобувачем самостійно.

Фактичний матеріал, що покладено в основу дисертаційних досліджень, зібраний особисто автором в ході комплексних експедицій на НДС “Трепанг” і “Діорит” в район придунайського шельфу та острова Зміїний. Для досліджень використано результати геохімічних, гідрохімічних, гідрологічних, гідрофізичних, гідробіологічних робіт, що виконувались прямими методами вивчення і лабораторним аналізом проб.

Апробація роботи і публікації. Основні положення дисертаційної роботи і результати досліджень доповідались та отримали позитивні відгуки на науковій конференції “Проблеми формування екологічного світогляду” (Сімферополь, ТЕІ, 1998р.), на II міжнародній нараді “Геохімія біосфери”, (Новоросійськ, 1999р.), науковій конференції “Діагноз стану середовища прибережних і шельфових зон Чорного моря” (Севастополь, МГІ НАНУ, 1999р.). За результатами досліджень опубліковано 13 статей в наукових журналах, збірниках наукових праць і матеріалах конференцій (у тому числі 4 праці – без співавторів).

Обсяг і структура роботи. Дисертація складається з вступу, п’яти розділів, висновків і списку використаних джерел. Повний обсяг роботи –244 сторінки друкованого тексту, включаючи 50 таблиць і 50 рисунків на 63 сторінках, 126 найменувань використаних джерел на 13 сторінках.

Робота виконувалась у відділі сучасного морського седиментогенезу Інституту геологічних наук НАН України. Автор висловлює глибоку вдячність доктору геолого-мінералогічних наук, професору Митропольському О.Ю. під науковим керівництвом якого виконана дисертаційна робота. Автор вдячний колегам Південного відділу та відділу регіональної геофізики УкрДГРІ за надання технічної допомоги.

ЗМІСТ РОБОТИ

У в с т у п і розкрито актуальність дослідження, визначені мета і задачі дисертації, показана її наукова новизна і практична цінність. Наведені результати апробації основних положень, особистий внесок автора дисертаційного дослідження.

У п е р ш о м у р о з д і л і “Стан вивчення еколого-геохімічних характеристик осадконакопичення в північно-західному шельфі Чорного моря та в придунайському шельфі” наведено аналіз літературних даних щодо тематики дисертації. Зазначено, що початок формування напряму геохімії океану закладено А.П. Виноградовим, М.М. Страховим. В подальшому фундаментальні геохімічні дослідження північно-західного шельфу Чорного моря виконували О.О. Безбородов, І.І. Волков, В.Х. Геворк’ян, Є.М. Ємельянов, Є.І. Овсяний, Е.О. Остроумов, Є.О. Романкевич, О.П. Лісіцин, О.Ю. Митропольський, В.П. Усенко, О.Д. Хованський, Ю.П. Хрустальов, С.Я. Черноусов, О.В. Шишкіна, Є.Ф. Шнюков, котрі внесли значний вклад в становлення та розвиток морської геохімії. Зокрема, геохімію осадків та окремих елементів досліджували Є.Ф. Шнюков, О.Ю. Митропольський, В.П. Усенко, І.І. Волков, В.М. Сорокін, Л.І. Щербаков, В.О. Ємельянов, Є.В. Соботович; роль геохімічних бар’єрів Чорного моря вивчали О.Ю. Митропольський, Л.В. Єремеєва; геохімію порових розчинів осадків вивчали А.Є. Бабинець, О.Ю. Митропольський, С.П. Ольштинський, роль завису в седиментаційних процесах встановили Ю.О. Горбенко, О.Ю. Митропольський, Ю.В. Подвінцев; аквальні морські ландшафти досліджували О.Д. Хованський, В.Х. Геворк’ян, В.П. Усенко, Ю.Г. Юровський.

З середини 80х років розпочались активні дослідження екологічного аспекту геохімії моря. Поведінку пестицидів у морському довкіллі вивчали Н.П. Осокіна, О.Ю. Митропольський, Г.Г. Полікарпов, В.Н. Єгоров, І.Г. Орлова. Значний вклад у вивчення екологічного аспекту геохімії нафтових вуглеводнів зробив О.Г. Миронов. Широкі дослідження радіоактивного забруднення виконували В.Н. Єгоров, Г.Г. Полікарпов, В.М. Єремеєв, В.І. Медінець. Геотоксикологія морського середовища, методи біотестування та біоіндикації активно розвивались вченими Одеського університету та УкрДІМРу. Значний масив даних щодо концентрацій забруднюючих речовин, як невід’ємного компоненту седиментаційного процесу в сучасних умовах зібраний МВ УкрНДГМІ. В зв’язку з прогресуючим забрудненням, необхідність розроблення та постановки геоекологічного моніторингу Чорного моря обґрунтована О.Ю. Митропольським з співавторами. В.О.Ємельяновим запропоновані основні концепції і положення методології організації морських геоекологічних досліджень на сучасному етапі.

Загалом щодо північно-західного шельфу Чорного моря роботами перелічених науковців детально висвітлені питання рівня накопичення, сезонної та міжрічної динаміки, просторового розповсюдження полютантів, вивчені умови і механізми їх міграції та акумуляції. Разом з тим, для придунайського шельфу такі характеристики наводяться за результатами обмеженої кількості спостережень при їх широкій інтерполяції та екстраполяції. Необхідність вивчення і оцінки седиментаційного процесу цієї частини шельфу з еколого-геохімічних позицій зумовлена відсутністю детальної інформації щодо трансформації, розподілу і еволюції тут забруднюючих речовин, що приносяться водами Дунаю – найбільшого їх постачальника в акваторію Чорного моря. Враховуючи складність та високу динамічність природних процесів на бар’єрі ріка–море при взаємозалежності біотичних і абіотичних чинників седиментогенезу, показана необхідність володіння повноцінною інформацією про стан та тенденції розвитку геоекологічної ситуації в найбільш напруженій ділянці Чорного моря для підтримки управлінських рішень в області охорони довкілля, наукового обґрунтування системи геоекологічного моніторингу, розвитку фундаментальних досліджень і підвищення рівня знань в галузі екологічної геохімії моря.

У д р у г о м у р о з д і л і “Методика еколого-геохімічних досліджень та використаний базовий матеріал” викладені методологічні основи дисертаційного дослідження, охарактеризовані польові та лабораторні методи і технології геохімічних, гідрохімічних, гідрофізичних, гідробіологічних робіт. Показано, що надзвичайно мінливі та різноманітні гідродинамічні, гідрохімічні, складні літогеохімічні умови авандельти Дунаю і придунайського шельфу зумовили необхідність використання широкого спектру методів для всесторонньої еколого-геохімічної характеристики стану сучасного осадконакопичення. Морські експедиційні дослідження проводились на НДС “Трепанг” і “Діорит” з використанням стандартного устаткування, яке задовільняло метрологічним вимогам. Лабораторні роботи, що виконувались в акредитованих лабораторіях за атестованими методиками, включали хіміко-аналітичні визначення геохімічних характеристик вод, донних осадків та гідробіонтів. Отриманий масив інформації оброблено автором на ПК: виконані статистичні та кореляційні аналізи, побудовані графіки, діаграми, площинні інтерполяції або екстраполяції, монокомпонентні, полікомпонентні та синтетичні карти. Загалом, дисертаційне дослідження базується на результатах 5630 різноманітних хімічних аналізів та визначень з 55 станцій, що розташовані на площі 4 000 км2.

Т р е т і й р о з д і л “Ландшафтно-геохімічна характеристика придунайського шельфу” та ч е т в е р т и й р о з д і л “Еколого-геохімічна характеристика придунайського шельфу” розкривають суть дисертаційного дослідження. Структурно розділи складаються з восьми підрозділів та п’яти пунктів, стислий зміст котрих наводиться нижче.

Ландшафтно-геохімічна характеристика придунайського шельфу

Еколого-геохімічні умови осадконакопичення формуються під впливом природних геологічних, геоморфологічних, гідрофізичних, гідрологічних, гідрохімічних, біотичних процесів, поєднання котрих визначає ландшафтно-геохімічну структуру шельфу.

Структурне положення, тектоніка, геоморфологія

Придунайський шельф в геотектонічному відношенні розташований в межах припіднятої Кілійсько-Зміїної зони палеозойських відкладів, що здіймається над суміжними з нею Криловською та Михайлівською депресіями відповідно на 4–5 та 8–10 км і може розглядатися як регіональна область нафтогазонакопичення. Геодинаміка регіону характеризується як вертикальними, так і горизонтальними рухами окремих блоків земної кори, викликаних регіональним стресом, орієнтація якого змінювалась в різні етапи розвитку структур регіону (Моргунов Ю.Г., 1981, Чекунов А.В, 1987).

Рельєф придунайського шельфу являє собою змінений субаеральний передголоценовий рельєф приморської рівнини, опущений внаслідок трансгресії нижче рівня моря. Регресії і трансгресії утворенням накладених терас і дельт впливали на формування рельєфу протягом усього пліоцен-четвертинного часу. Під час трансгресій відбувалося абразивне нівелювання поверхонь шельфу і поступове зглажування рельєфу, про що свідчать потужності сучасних морських відкладів - від 0,1 м на “вододілах” і до 3,5 м - у днищах долин. Авандельта - молоде утворення, що виникло в плейстоцен-голоцені шляхом висування в море і перевідкладення первинних наносів. Значну частину площі придунайського шельфу займає морфоструктурний район похованих палеодолин - затоплена приморська рівнина, де розташовувались низов’я Палео-Дунаю і Палео-Сарати, район плоского вододільного простору, розчленованого палеодолинами на окремі височини. Найбільшою з них є Будакська височина, що розташована на глибинах 17-29 м та складена на поверхні пісками. Центральну частину площі обіймає морфоструктурний район Зміїноостровського виступу, формування рельєфу якого пов’язано з тектонічною будовою території, сам острів є ерозійним останцем.

Стратиграфія

В геологічній будові придунайського шельфу приймають участь породи докембрійської кристалічної основи, складчаті метаморфізовані породи раннього палеозою і перекриваючі їх пісчано-глинисто-карбонатні утворення пізнього палеозою, мезозою та кайнозою. Верхня частина розрізу осадової товщі представлена четвертинними відкладами, в складі яких виділяють алювіальні утворення нижньо-, середньо- та верхньоплейстоценового віку, морські чаудинського, древньоевксинсько–узунларського, карангатського, сурожського, новоевксинського, чорноморського віку, еолово-делювіальні верхньоплейстоценового віку. Розріз плейстоценових осадків характеризується різним стратиграфічним наповненням, фаціальною мінливістю по простяганню, змінною потужністю. Об’єктом досліджень були морські донні відклади новочорноморських верств та сучасні осадки.

Літологія сучасних донних відкладів

Сучасні донні відклади придунайського шельфу представлені мулами, пісками, черепашняками та черепашняково-муловими осадками. Домінує карбонатно-теригенний тип осадконакопичення (Шнюков Є.Ф., 1986). В прибережній смузі та на успадкованих рельєфних валах на північ від о. Зміїний акумулюються піски, тіло авандельти Дунаю складено мулами. Значна частина дна площі перекрита черепашняками в різній мірі замуленими. Виділені літологічні типи характеризуються наступними особливостями.

Мули авандельти пелітові, дрібноалевритисті, тонковерствуваті. Характерний напіврідкий стан мулу в верхній частині, наявність намулку на поверхні, відсутність фауни. В гранулометричному складові переважає пелітова фракція (73,5 – 86,0 %), зерниста не перевищує 26,5 %. Незначний вміст важкої фракції – 0,9 – 2,5 %, основний мінерал котрої – слюда. Типовим є високий вміст органіки – від 9,5 до 11,4 % від об’єму проби.

Черепашняки алевритові в різній мірі замулені з домішками детриту та піску є домінуючим типом осадків. Мулова частина осадку складає від 10 до 40 %. Гранулометричний склад характеризується вмістом широкого діапазону зернистої фракції, переважаючими є 0,2 мм та 0,05 - 0,025 мм. Мулова та пелітова фракція складають від 3,5 до 27,3 % в залежності від батиметрії та особливостей мезо- і мікрорельєфу. В мінеральному складі легкої фракції переважає кварц (3,4 – 55 %) та карбонат (27,5 – 88 %). Карбонатність осадків збільшується в сторону відкритого моря.

Піщані та черепашняково-піщані осадки містять цілі стулки, дрібний та крупний детрит молюсків. Піщана складова (до 45 %) представлена дрібно-середнезернистим карбонат-кварцевим окатаним слабо сортованим піском. Характерний низький вміст пелітової фракції (2,1 – 4,5 %), високий – алевритової та відсутність розсіяної органіки.

Загальна особливість донних осадків - незначна кількість важкої фракції – 0,9 – 7,5 %, представленої однотипним набором мінералів: гранат, ільменіт, турмалін, піроксени, амфіболи, епідот, дистен, рутил, циркон. Склад легких фракцій –кварц, кальцит, арагоніт, глинисто-слюдисті агрегати. В пелітовій фракції переважають кальцит, мінерали групи монтморіллоніту і кварц.

Циклічні процеси акваторії як основні чинники седиментації

Циклічні процеси, серед яких основними є гідрофізичні, гідрологічні, гідрохімічні та гідробіологічні, формуються під впливом сезонних кліматичних та синоптичних змін.

Г і д р о ф і з и ч н и й р е ж и м

Гідрофізичні умови визначають енергетику та активність чинників мобілізації, міграції і седиментації речовин, вони впливають на процеси трансформації гідрохімічної і гідрологічної структур акваторії.

Т е ч і ї і р і в е н ь м о р я. Провідним механізмом міграції в шельфових областях є перенос елементів і сполук системою течій водної товщі, котрі визначають швидкість і напрям транспорту та осадження теригенної, завислої і розчиненої речовини по площі дна. В районі придунайського шельфу існують два основні напрями переноса водних мас: при вітрах східних, північно-східних і південних румбів формується циклонічний тип циркуляції, при котрому здійснюється вздовжбереговий перенос вод в південному напрямі; при вітрах протилежних напрямів переважає антициклонічна циркуляція вод з переміщенням водних мас до північного сходу і сходу від дельти Дунаю (Блатов О.С., 1992, Іванов В.О., 1996). Середньобагаторічна повторюваність вітрів, що генерують рух вод в південних румбах - 50,2 %, в північних - 46,5 %. Основна маса річкових вод стікає на акваторію шельфа в період весняного повіддя при переважанні південно-західних вітрів, що приводять до вздовжберегового переносу вод в північно-східному напрямі зі швидкістю 15 – 20 см/сек. Вітрові течії проникають у верхню товщу вод до глибини 8 – 12 м, далі спостерігаються розвороти їх векторів за рахунок градієнтів щільності. Середні виміряні швидкості течій незначно змінюються за глибиною, складаючи 9 - 13 см/с. Максимальні швидкості на горизонтах 5 та 30 м складають відповідно 47 та 29 см/с, мінімальні на всіх горизонтах близькі до нуля. Від 30 до 50 % випадків спостерігаються течії зі швидкостями 10 - 19 см/с, на глибині 30 м вище частка течій 5 - 9 см/с. В 5 % випадків течії відсутні, швидкості 30 - 39 см/с фіксуються в 1 % випадків.

Сучасні зміни рівня Чорного моря вказують на його трансгресивний режим. В експедиційних умовах зафіксовані циклічні коливання рівня з періодом 5 - 7 діб і розмахом 10 - 15 см на тлі більш довгого коливання. З 20-х років минулого століття помітна тенденція до підвищення рівня Чорного моря з швидкістю 3 мм/рік. В останні десятиліття він піднявся на величину близько 20 см. В зв'язку зі стійким підійманням рівня моря відбувається постійне переміщення берегової лінії убік суші, що супроводжується надходженням в акваторію нових мас продуктів руйнування берега, котрі втягуються в рух вздовжберегових потоків наносів. В районі Кілійського гирла дельти Дунаю формується потік наносів південно-східного напряму потужністю близько 800 тис. м3/рік. Відгалуження цього потоку йде на північний захід до Жебриянської бухти (Зенкович В.П., 1960; Шуйський Ю.Д., 1989).

Х в и л ю в а н н я м о р я. Придунайський шельф до глибини 25 – 30 м знаходиться під впливом хвильового поля моря, що утримує у зваженому стані завис і виконує водно-гравітаційне сортування донного теригенного матеріалу. Енергія хвиль, виміряних резистивним хвильографом, змінюється в широких межах. Спостерігаються вітрові хвилі, що генеруються локальним вітром і система брижі. Під час штормів СКВ хвильограм досягає 60 - 70 см, що відповідає хвилям висотою 3 м, періоди найвищих хвиль становлять 7 с.

О п т и ч н и й р е ж и м в о д. На акваторії придунайського шельфу виміряні величини видимості білого диску (Zб) змінювались в межах 1,5 - 6 м. Характерне значення тренда аномалій Zб за період 1925 - 1993 р. складає (-5,84) см/рік, за період 1982 - 1993 р. - (-10,05) см/рік, за останні 15 років - (-15,79) см/рік (Горячкін Ю.М., 1999). Очевидно, що протягом 20-го століття в межах цієї території спостерігається прогресуюча тенденція до зниження прозорості морської води. Оскільки прозорість безпосередньо пов’язана з об’ємом у воді загального завису, для зазначеного часу в цій акваторії характерна така ж прогресуюча тенденція щодо збільшення частки завислих речовин в седиментаційному матеріалі. В сумі зі стрімким зростанням протягом останнього століття забрудненості річкового стоку мінеральними, органічними та органо-мінеральними сполуками, асоційованими з зависом, створюються передумови геохімічного забруднення як донних осадків так і всіх компонентів басейну седиментації.

Т е р м о х а л і н н а с т р у к т у р а в о д т а ї ї д и н а м і к а

Седиментаційні процеси на придунайському шельфі протікають на тлі мінливої гідрологічної структури басейну, котра впливає на диференціацію розчинених та завислих речовин по площі та в розрізі водної товщі. На седиментаційний басейн території впливають три різних за походженням потоки: дунайський з заходу, дніпровсько-дністровський з півночі та чорноморський з півдня (Ільїн Ю.П., 1999). Гідрологічний режим визначається мілководністю, впливом річкового стоку, водообміном із відкритим морем, згонно-нагонними явищами, особливостями режиму течій. Літньо-осіння структура вод описується двоверствовою щільнісною стратифікацією: верхня прогріта і розпріснена верства відокремлюється від придонної холодної і солоної різким пікноклином (термо-галоклином), що перешкоджає вертикальному водообміну. Межа поділу верств в осінній період залягає на горизонті 20 - 25 м. Охолоджені прибережні води гирлового узмор’я Дунаю формують сольовий (стоковий) гідрофронт. Відносно теплі трансформовані води Дніпра і Дністра, більш прогріті завдяки підвищеній мутності, поширюються з півночі. Південну частину придунайського шельфу займають відносно прохолодні води відкритого моря. Такий типовий розподіл водних мас зафіксовано в період осінньої зйомки. Фронт повної трансформації між морськими і річковими водами на поверхні моря у вигляді S-виразно скривлених ізохалін 16 – 17 ‰ розташовувався в районі о. Зміїний. Придонна верства поблизу острова знаходиться в зоні взаємодії вод шельфу і глибоководного району моря.

В період гідрологічної зими вертикальний розподіл властивостей води стає квазіоднорідним під впливом поверхневого вихолодження і посилення вітрового турбулентного перемішування. Одноверствова структура порушується в приустьовій зоні стоком прісних і холодних вод. Незважаючи на більш низьку температуру, щільність цих вод нижче солоних морських, тому в зоні стокового фронту утворюється розпріснена холодна верхня верства. Фронтальна зона на поверхні моря відокремлює води першої і другої зон трансформації (S < 14 ‰, T < 50) від більш солоних і теплих вод зони повної трансформації. Фронт повної трансформації по ізохаліні 17 ‰ розташовується паралельно берегу на захід від о. Зміїний. Придонна верства характеризується поступовим підвищенням температури і солоності в південно -східному напрямі відповідно до характеру ухилу дна.

К и с н е в и й р е ж и м в о д

Концентрація розчиненого кисню, вміст біогенних елементів та кремнекислоти є важливими чинниками седиментогенезу, а також показниками стану гідробіонтів, активності окисно-відновного потенціалу вод, лімітуючими факторами фітопланктону, індикаторами розповсюдження річкових вод – основного постачальника седиментаційного матеріалу.

Акваторія придунайського шельфу в літньо-осінній період характеризується несприятливим кисневим режимом, який описано на прикладі вересневої гідрохімічної зйомки 1997 року. В придонній верстві вод на глибинах 12 – 30 м між дельтою Дунаю і о. Зміїний відкартована зона гіпоксії (концентрація кисню < 30 % насичення), загальною площею 1200 км2. Дефіцит кисню в придонних водах викликано процесами окислення, що протікають на поверхні дна (Кондратьєв С.І., 1999). Гіпоксія виникає при стійкій вертикальній стратифікації евтрофованих вод. Основним джерелом поживних речовин є фітопланктон, що розкладається після цвітіння. Підтверджено, що головна причина виникнення гіпоксій - надзвичайний розвиток фітопланктона, біомаса якого за останні 30 років зросла в 26 разів внаслідок порушення механізму регулювання баланса між його продукуванням і утилізацією. В зимовий період кисневий режим вод сприятливий. Завдяки сезонній конвекції та активізації гідродинаміки вміст кисню у воді не менше 6,6 мл/дм3, насичення не нижче 89 %. Концентрація О2 знижується по мірі віддалення від устя Дунаю в результаті зменшення розчинності кисню при зростанні солоності і температури. З розподілом кисню добре корелюють особливості розподілу рН, що змінюється в межах 8,40 – 8,55 на поверхні і 7,8 – 8,3 в придонних водах. Високі концентрації кисню відповідають більш лужним водам.

Е л е м е н т и г о л о в н о г о б і о г е н н о г о ц и к л у

К р е м н е к и с л о т а. Поверхневий і придонний розподіл кремнекислоти по площі, сезонна динаміка концентрацій визначаються впливом річкового стоку. В поверхневій верстві концентрації знижуються по мірі віддалення від Дунайських гирл (за даними зйомок - восени з 4 до 1 мкМ/дм3, зимою з 90 до 10 мкМ/дм3). В придонних водах, де високий вміст кремнекислоти обумовлюється розкладом завису відмерлих діатомових водоростей, з віддаленням від устя Дунаю концентрації знижуються від 25 до 10 - 15 мкМ/дм3 восени і від 35 до 10 мкМ/дм3 зимою. Трансформовані води дніпровсько - дністровського стоку, що поступають в східну частину придунайського шельфу містять 3-4 мкМ/дм3 SiO2.

Ф о с ф а т и. В літньо-осінній сезон концентрації фосфатів в поверхневій верстві коливаються від нульових значень до 0,85 мкМ/дм3, в придонній - від нуля до 0,97 мкМ/дм3. Максимум РО4 спостерігається біля Дунайських гирл. Вплив дунайських вод простежується до меридіана 30о с.д., після чого спостерігається однорідне, в межах 0,2 – 0,3 мкМ/дм3 поле фосфатів у всій товщі води. Взимку розподіл фосфатів чітко вказує, що в період зимового накопичення біогенних елементів основним їх джерелом для північно-західного шельфу є сток Дунаю. Вміст РО4 на поверхні моря в приустьових зонах досягає 3,0 – 3,6 мкМ/дм3, в чорноморських водах - 0,4 – 0,6 мкМ/дм3. Аналогічно впливає дунайський сток і на концентрацію фосфатів в придонних верствах: для району авандельти типові значення 0,9 – 1,1 мкМ/дм3, для вод відкритого моря – 0,2 – 0,3 мкМ/дм3. Фосфати активно акумулюються донними осадками, вміст в порових водах РО4 на один – два порядки вище, ніж у водах моря. Таким чином, в осадках формується резерв біогенних фосфатів.

Н і т р а т и. В осінній період зафіксована унікальна ситуація, коли води Дунаю були практично вільні від нітратів. Концентрації NO3 в устьовій зоні знаходились в межах 0,1 – 0,4 мкМ/дм3. При розповсюдженні дунайських вод на схід утворювався “безнітратний” рукав довжиною 30 миль (до 30,25о с.д.). Низькі концентрації нітратів пояснюються активною життєдіяльністю фітопланктона. Дніпровсько - дністровські води, що проникали восени з півночі по меридіану 30о с.д. містять 20 - 25 мкМ/дм3 нітратів. В зимовий період концентрація нітратів в поверхневих водах устьових областей (80 – 100 мкМ/дм3) в 20 – 30 разів вища, ніж в чорноморських водах. Така ж тенденція зберігається в придонних водах: вміст нітратів в приустьових областях (5 – 6 мкМ/дм3) в 2 – 3 рази вище, ніж у водах відкритого моря (1,5 – 2 мкМ/дм3).

Н і т р и т и. Відмічені особливості розподілу нітратів зберігаються і для просторового розподілу нітритів. В зимовий сезон в поверхневих водах вміст нітритів в устьових районах вдвічі вище, ніж в чорноморській воді. В придонних водах концентрація нітритів взимку зростає по мірі віддалення від устя Дунаю. Інтенсивність деструкційних процесів, що визначається рівнем нітритів, приблизно однакова у всій товщі вод.

Г і д р о б і о л о г і ч н а х а р а к т е р и с т и к а т а т р о ф і ч н а з о н а л ь н і с т ь

Біотичні умови мають значний вплив на процеси седиментації, визначаючи тип осадконакопичення, контролюючи акумуляцію карбонатів кальцію і органічної речовини в осадку. Планктонні організми і бентосні фільтратори являють собою потужний біо-геохімічний бар’єр, що абсорбує і виводить в седимент розчинені та завислі сполуки, або навпаки, перетворює завислі форми елементів у розчинені (Митропольський О.Ю., 1982). Показники розвитку гідробіонтів є індикаторами екологічного благополуччя басейну, в тому числі в еколого-геохімічному аспекті. Виходячи з цього, досліджено бактеріальну, фіто- та зоопланктонну продуктивність пелагіалі та тваринну бенталі.

Б а к т е р і о п л а н к т о н. Загальна чисельність бактерій (ЗЧБ) восени в поверхневій верстві досягає 1,31 - 3,03 млн.кл./мл (середня 1,84), біомаса 131 - 303 мкг/мл (середня 184). Зимою за рахунок збільшення виносу Дунаєм органіки середня чисельність зростає до 2,42 млн.кл./мл при коливаннях I,06 - 5,04 млн.кл./мл. У верхній верстві води ЗБЧ в 1,5-2 рази вище, ніж під верствою термокліна. По щільності бактеріального населення площа розділяється на три частини: західну, центральну і східну. У західній частині під впливом стоку Дунаю ЗБЧ 2,71 - 5,04 млн.кл./мл, що значно перевищує середні показники для всієї площі. Вплив дунайських вод фіксується до 300 с.д. У центральній частині ЗЧБ знаходиться в межах 2, в східній зменшується до I,5 млн.кл./мл. Район придунайського шельфу за показниками ЗЧБ відноситься до сильно евтрофованих ділянок моря. Вплив стоку Дунаю приводить до 2-х разового збільшення ЗЧБ.

Ф і т о п л а н к т о н. Характерним для розвитку фітопланктона в районі придунайського шельфу є відсутність біогенного лімітування та обмеження внаслідок теригенного стоку потужності фотичної верстви 1 - 2 м (Георгієва Л.В., 1993). Кількісні показники фітопланктона в літньо-осінній період вказують на евтрофність вод. Найбільш висока чисельність і біомаса (2,8 - 3,8 млрд.кл./м3 і 10,0 - 13,0 г/м3 відповідно) виявляються в авандельті Дунаю та в зоні впливу Дніпровсько-Дністровських вод; у відкритому морі ці показники складають 0,2 - 1,7 млрд.кл./м3 і 2,0 - 8,0 г/м3. Розвиток фітопланктона в зимовий період характеризує мезотрофні води. За рахунок, в основному, діатомових і перидинієвих чисельність фітопланктона в грудні 0,02 - 0,22 млрд.кл/м3, біомаса - 0,069 - 1,0 г/м3. Сумарна чисельність знижується від прибережної зони до відкритого моря, проте найвищі значення біомаси відмічаються в мористій зоні.

З о о п л а н к т о н. Сучасний таксономічний склад зоопланктона є біднішим в порівнянні з 70-80-ми роками. У багаторічній динаміці чисельності проглядається негативний тренд. За рахунок сезонної сукцесії зимою середня сумарна чисельність 703,7 екз/м3 і біомаса 14,8 мг/м3 виявилася нижче значень, отриманих восени (відповідно 1364,9 та 95,8). В значній кількості зустрічаються гребневики Mnemiopsis leidyi. Вперше в цьому районі зимовою зйомкою 1998 р. виявлений новий вид - гребневик Beroe ovata та планктер Oithona nana, що на початку 90х років зникла з планктону (Загородня Ю.А., 1999). Ноктилюка, яку використовують як індикатор евтрофування, є масовою формою в літньо-осінній період. Розподіл зоопланктона за трофічними рівнями значно змінився у порівнянні з попередніми роками. В даний час по біомасі переважають хижаки, тоді як у 70х роках виїдання рослиноїдними планктерами наявної біомаси фітопланктона досягало 50 % (Ковальов О.В., 1993). Трофічна структура зоопланктона свідчить про низьке споживання водоростей і переважання інших механізмів утилізації органічної речовини.

М а к р о з о о б е н т о с. В межах придунайського шельфу останніми дослідженнями виявлено 30 видів бентосних тварин з 3 основних біоценозів: 6 видів поліхет; 1– ракоподібних, 23- молюсків (9 з класу гастропода, 14 – пелеципода). На глибинах до 20 м знайдено 15 видів, 20-29 м - 18 видів, 30-40 м - 15 видів, понад 40 м - 7 видів тварин. Найбільша чисельність - 604 екз/м2 (43 м), біомаса - 469,2 г/м2 (27 м). За всіма показниками переважає молюск Mytilus galloprovincialis, що є домінантою першого порядку (частота зустрічі – 76 %, біомаса 464 г/м2, чисельність 376 екз/м2). Молюски – фільтратори, що складають основну групу сестонофагів, забезпечують процеси самоочищення. Tritia reticulata із класу Gastropoda також є домінантою першого порядку з частотою зустрічі 53 %, домінанта другого порядку Mya arenaria –29 %. На глибинах понад 45 м зареєстровані види, характерні для фазеолінових мулів. У цілому, на придунайському шельфі помітне фауністичне збідніння та зникнення довгоживучих видів макрозообентосу (Чичкін В.М., 1994).

Ландшафтно – геохімічне районування

Аквальні морські ландшафти визначаються як генетично однорідні сукупності донних відкладів, придонних водних мас, фіто- і зообентоса, що взаємодіють на субмаринній поверхні (Хованський О.Д., 1989). Типізація аквальних ландшафтів полягала у виділенні зональних та азональних одиниць дна (літологія, рельєф), водної товщі (вертикальна стратифікація та горизонтальна зональність), розподілу гідробіонтів (біоценози, біомаса) та подальшому пошуку їх закономірних сполучень, що складають елементарні ландшафти.

Л а н д ш а ф т и п е р е д у с т ь о в и х р а й о н і в. Провінція представлена дельтово-акумулятивними кисневими ландшафтами мулів авандельти Дунаю та гідрослюдистих пісків прибережного підводного схилу дельти. В межах провінції реалізуються фізико-хімічні, механічні та біохімічні механізми бар’єру ріка–море, який прослідковується до ізобати 18 м в північній частині авандельти Дунаю і 25 м в південній. В зоні первинної трансформації дунайських вод (ізохаліна 6 ‰) відбувається лавинна седиментація завислого та теригенного матеріалу. Щільнісна нерівномірність вод має диференціюючий вплив, розподіляючи елементи по поверхні дна. Гідрохімічний режим визначається утворенням при змішуванні водних мас зони високої мутності, котра створює енергетичний екран, абсорбуючи на поверхні води практично всю енергію сонячної радіації. В літній період виникає різка термічна стратифікація вод в поєднанні з вираженим галоклином. В період гідрологічної зими стратифікація руйнується і діяльна верства моря досягає дна. Низька прозорість (1–3 м) унеможливлює утворення фотосинтетичного кисню вже на глибинах 2–3 м. Збагачення поверхневих вод біогенами річкового стоку приводить до цвітіння фітопланктону та передумов гіпоксії. Динаміка вод визначається атмосферною циркуляцією та мілководдям, переважаю-чий напрям руху–південний. Домінуючими осадками є мули з потужним сорбційним потенціалом.

Л а н д ш а ф т и м і л к о в о д н о г о ш е л ь ф у. Провінція об’єднує контрастно диференційовані ландшафти. Північно-східну частину на глибинах 17–29 м займає акумулятивно-денудаційний кисневий ландшафт черепашнякових кварцевих пісків Будакської височини. Це найбільш чистий з еколого-геохімічних позицій ландшафт, що пов’язано як з літологією донних відкладів, так і з динамікою вод. Донні осадки–піски кварцеві, з домішкою мулу та черепашняково-детритового матеріалу. В пісках відсутні гідроксиди заліза, вміст органіки не перевищує 0,9%, глинисто-слюдисті агрегати складають 0–9,4% важкої фракції осадку. Низькі сорбційні властивості доповнюються гранулометричною пористістю осадку, що інтенсифікує масоперенос елементів біотурбацією, дифузією та конвекцією. В цій акваторії регулярні інтрузії вод дніпровсько-дністровського узмор’я. За літодинамічним режимом ландшафт належить до зони слабкого розмивання та транзиту. Водна товща стратифікована в літньо–осінній період, в зимовий сезон термоклин занурюється практично до дна. Глибина фотичної верстви до 10 м, що сприяє аерації вод. Переважають дрейфові течії, напрям яких змінюється відповідно атмосферній циркуляції.

Найбільше поширення має акумулятивно-денудаційний киснево-глеєвий ландшафт мулових черепашняків прибережної частини шельфу. Це надзвичайно різноманітний за проявом фізико-хімічних та механічних чинників ландшафт. На північну його частину мають вплив води дніпровсько-дністровського узмор’я, на західну–дунайські води зони вторинної трансформації, на східну–меандри Основної Чорноморської течії. Різноманітні прояви мезомасштабних адвективних явищ: апвелінг біля о. Зміїний, компенсаційні течії, гідрофронтальна адвекція. Типовою є літня стратифікація вод з формуванням сезонного термокліну, який сприяє виникненню гіпоксії. Ландшафт обіймає глибини 14–43 м, стратифікація зберігається постійно з глибини 35–40 м, де термоклин занурюється в зимово-весняний період та піднімається в літньо-осінній, повністю руйнуючись тільки під час аномально сильного шторму. За літодинамічними характеристиками ландшафт належить до зони транзиту з незначними швидкостями седиментації. Вміст мулового матеріалу диференційований по мезо- і мікроформах рельєфу. Вміст в седименті