Матуль А Г Природные процессы и изменения на

Матуль А. Г. Природные процессы и изменения на окраинах океана (маргинальные фильтры, краевые ледовые зоны) Литература: Лисицын А. П. Маргинальный фильтр океанов. //Океанология. 1994. Т. 34. № 5. С. 735 -747. Лисицын А. П. Процессы океанской седиментации. М. : Наука, 1978. 435 с. Weeks W. F. Overview, The seasonal sea ice zone // Cold Regions Science and Technology. 1980. V. 2. P. 1 -35. Ramseier R. O. , et al. Sea-ice impact on long-term particle flux in the Greenland Sea's Odden-Nordbukta region, 1985 -1996 // Journal of Geophysical Research. 1999. V. 104. No. C 3. P. 5329 -5343.

2 Прибрежные морские экорегионы Мирового океана Spalding et al. (2007), Bio. Science.

3 Лисицын (1977): • из 22. 6 млрд. т (18. 3 – речная взвесь, 1. 5 – ледовый сток, 1. 6 – эоловый материал, 0. 5 – абразия берегов) терригенного материала, за год поставляемого с континентов в океан, в пелагиаль проникает всего только 1. 729 млрд. т, т. е. 7. 7%, подавляющая же часть этого материала (92. 3%) осаждается по периферии океана (близ устьев рек, в краевых морях, желобах и у основания склона) и участия в пелагической седиментации не принимает. Лисицын (1988): Лавинная седиментация • 1 -й глобальный уровень ЛС – эстуарии и дельты рек, • 2 -й глобальный уровень ЛС – основание континентального склона, • 3 -й глобальный уровень ЛС – активные окраины (зоны субдукции).

4 Т. к. главная часть речной взвеси (около 90 %) остается на периферии океана, в пелагическом терригенном осадконакоплении суммарная роль эолового и ледового материала почти в два раза больше (3. 1 против 1. 7 млрд. т).

5 • На границе континент/океан происходит гигантская геохимическая перестройка: взвесь осаждается, и пелагиаль обогащается растворенными элементами. • В растворенном виде в пелагиаль выносятся почти все элементы (и/или их соединения), но в больших относительных количествах, например, Na 2 O, Ca. O, Mg. O, K 2 O, а также Sr, Mo, Ag, U, и др. • Меняется и минеральный облик взвесей: он становится зависимым от состава эолового и ледового материала.

6

Сброс терригенного вещества в океан из устье рек Pinet (2009) 7

8 • Площадь континентальных окраин океана (шельф, континентальный склон, полузамкнутые окраинные моря, желобы на активных окраинах) – 22 % от площади дна всего океана. • Средняя мощность осадков на окраинах – 7. 5 км; в открытом океане – 0. 6 км. • Средняя скорость пелагической седиментации – 1 -5 мм за 1000 лет. На континентальных окраинах она резко растет: устье Меконга – в 30 тыс. раз, устье Миссисипи – в 10 тыс. раз, в Каспийском море – в 300 -6 тыс. раз, в Охотском и Беринговом морях – в 25 -500 раз, у подножия континентального склона – в 10 -100 раз.

9 Устье Хуанхэ – сток из субтропической области Восточно. Азиатского муссона

10 Залив Ла-Плата – эстуарий Параны: сток из влажных субтропиков и тропиков

11 Залив Патус – замкнутый эстуарий Риу-Гранди, Бразилия

Дельта Волги 12

Устье Маккензи – сток из влажных районов умеренной и субарктической зон в открытую Арктику 13

Белое море, устье Северной Двины - сток из влажных районов умеренной и субарктической зон в полузамкнутый бассейн 14

15 Азовское море – седиментационная ловушка

Маргинальный фильтр – узкая зона смешения и физического/(био)химического/биологического взаимодействия речных и морских вод • МФ – часть области лавинной седиментации (первый глобальный уровень) с быстрым (>100 мм/1000 лет) и сверхбыстрым (>1000 мм/1000 лет) накоплением осадков; • МФ создают потоки осадочного вещества, в сотни и тысячи раз большие, чем непосредственно за их пределами (1300 -22100 vs 1 -20 мг/м 2/сут); • МФ занимают <10 % поверхности океана и <0. 5 % по объему; • МФ осаждают 92 % взвешенного и 20 -40 % растворенного осадочного вещества, поступающего с суши; • МФ производят >30 % первичной продукции океана; • МФ разбавляют загрязнения большим количеством инертного осадочного вещества; • Благодаря МФ время пребывания химических элементов в Мировом океане сокращается на 1 -4 порядка. 16

• МФ – крупнейшая сорбционная система Земли; • Основная форма сорбции – ионный обмен, поэтому МФ – природная система поддержания ионного равновесия океанской воды; • В МФ работают три основных компонента сорбции: глинистые минералы в виде взвеси, железо (гидроокислы) в виде флоккул, органический углерод в виде взвеси и флоккул, - меньшее значение имеют Mn и Al; • Сорбенты характеризуются удельной поверхностью, зарядом, зарядной емкостью, способностью менять ионный заряд при изменении р. Н воды; • Коагуляция и флоккуляция на сорбентах происходит на начальных стадиях смешения речной и морской воды; для Fe-сорбента она заканчивается при солености 10 psu, для Сорг – при 5 psu. 17

18 • МФ – крупнейший биоассимилятор и биофильтратор Земли; • Расцвет фитопланктона – массовый перевод растворенного вещества во взвесь; • Остатки отмершей органики – сильный селективный сорбент; • Флоккулы железогуматного состава (от взаимодействия гидроокислов железа и гуминовых кислот) – питательная среда бактерий, переводящих растворенные элементы во взвесь; • Биофильтраторы связывают тонкую взвесь в крупные комки-пеллеты; пример – весь объем Карского моря за год профильтровывается 10 -20 раз.

Строение маргинального фильтра Депоцентр Лисицын (1994) 19

20 Факторы биологической части маргинального фильтра Лисицын (1994)

Маргинальный фильтр Карского моря Лисицын (1994) 21

Фито- и зоопланктон в маргинальном фильтре Оби (отчет ИОРАН-2010) 22

Маргинальный фильтр Лены: микроорганизмы и природные изменения Матуль и др. (2007) 23

Краевая Ледовая Зона – Marginal Ice Zone (MIZ) – район с динамичными океанографическими условиями, способствующими повышенной биопродуктивности и активной седиментации (Weeks, 1980). Гидрологические, физические и химические процессы в MIZ: • изменения освещенности воды в зависимости от концентрации льдов; • изменения вертикальной стратификации в зависимости от концентрации льдов; • сброс терригенных частиц из снега и льда в воду; • апвеллинг у края льда, появляющийся в результате ветровой экмановской дивергенции и разного охлаждения воды в соседствующих закрытых льдом и открытых участках; • водное перемешивание у края льда под воздействием ветра и штормов и при опускании рассола во время льдообразования; • многочисленные местные фронты вдоль края льда; их существование – основной фактор усложнения ситуации в пределах MIZ; • увеличенный обмен СО 2 между атмосферой и поверхностью океана у края льда и сильная химическая фракцинация в течение таяниязамерзания-перемещения льда. 24

Охотское море – «реликт» эпохи оледенения 25

26 Сезонный лед и полынья у северной Аляски

MIZ в Гренландском море 27

28

Значение MIZ в осадконакоплении Ramseier et al. (1999), на примере Гренландского моря: • район миграции края сезонных льдов и прилегающая полоса 80 км открытого моря вдоль края льдов – зона повышенной биопродуктивности (Biological Marginal Ice Zone - BMIZ); растянутый максимум биопродуктивности – при концентрации (сомкнутости) льдов между 18 и 64 %; • в пределах BMIZ – 92 % общей седиментации всего Гренландского моря, 89 % поставки на дно взвешенного органического вещества и 89 % взвешенного биогенного кремнезема; • BMIZ производит взвешенного органического вещества в 3. 2 раза больше, чем соседний открытый океан; • производительность BMIZ повышается в годы с большим распространением льдов. Buesseler et al. (2003), на примере Антарктики: • эффективность экспортной продукции в MIZ > 50 % (отношение массы взвешенного органического вещества на нижней границе продуктивного слоя к первичной продукции). 29

30 Отчет ИОРАН-2009

31 Глобальное потепление и окраинный океан (на примере Арктики)

Изменение температуры воздуха и арктических льдов 32

Арктика: уменьшение площади сезонных льдов 33

34 Сокращение льдов Арктики и первичная продукция Отчет ИОРАН-2010

35 Отчет ИОРАН-2010

36 Потоки метана в морях восточной Арктики: из донных осадков в атмосферу под влиянием потепления (Шахова, 2010) (A) Станции. (B) Растворенный CH 4 в донной воде. (C) Растворенный CH 4 в поверхностной воде. (D) Потоки CH 4 в атмосферу.