Цель. Цель работы – изучить пространственно-временную изменчивость потока скрытого тепла, одной из важных составляющих теплового баланса, в северо-западной части Тихого океана и дальневосточных морях на основе данных реанализа ERA5.
Методы и результаты. Материалом для данной работы послужили данные реанализа ERA5 о потоке скрытого тепла в области, ограниченной координатами 42−60° с. ш. и 135–180° в. д., включающей дальневосточные моря и северо-западную часть Тихого океана. Массив среднемесячных значений с разрешением по пространству 1/4° проанализирован с применением стандартных статистических методов. Построены средние многолетние распределения значений потока скрытого тепла для каждого месяца, в каждой пространственной ячейке рассчитаны амплитуды и фазы годовой и полугодовой гармоник, коэффициенты линейного тренда, выполнено разложение по естественным ортогональным функциям. Размах сезонных вариаций значителен в зоне теплых течений, он резко уменьшается на севере изучаемой части Тихого океана, Охот-ского и Берингова морей. Межгодовые вариации выражены в квазициклических изменениях огибающей по максимальным значениям с периодом около 6 лет. Однонаправленные тенденции в межгодовых вариациях потока скрытого тепла выражены слабо.
Выводы. В сезонных вариациях потока скрытого тепла доминирует годовая цикличность, которая проявляется более всего на юге северо-западной части Тихого океана (область влияния теплого течения Куросио) у япономорского побережья о. Хонсю, в зоне Цусимского течения. Это обусловлено значительным возрастанием испарения в указанных районах в холодный период года, что связано с более резким температурным контрастом, а также влиянием зимнего муссона с сильными и устойчивыми ветрами северо-западного румба, несущими с континента сухой холодный воздух. В теплый период года на некоторых участках изучаемой акватории значения потока скрытого тепла положительны, что указывает на важную роль конденсации водяного пара в районах с высокой облачностью и в зонах квазистационарных апвеллингов.
Цель. Представлен сравнительный анализ потоков объема воды, тепла и соли, рассчитанных по данным инструментальных наблюдений на автономных буйковых станциях в проливе Фрама и по продуктам реанализов GLORYS2v4, ORAS5, GloSea5 и C-GLORSv7.
Методы и результаты. Данные автономных буйковых станций интерполировались в узлы ре-гулярной сетки с шагом 0,25 по долготе и 10 м по глубине с помощью ординарного кригинга. Расчет потоков выполнялся по единым алгоритмам для инструментальных данных и продуктов реанализа для временного интервала с 1997 по 2018 г. Получены временные серии тепломассопереноса в узлах регулярной сетки для разреза через пролив Фрама (8° з. д., 8° в. д.) по данным автономных буйковых станций и реанализов. Произведено сравнение и визуализация результатов.
Выводы. Показано, что ансамбль реанализов в целом на 25 % недооценивает переносы объема воды и тепла, рассчитанные по данным наблюдений. Наилучшее согласование продуктов реанализа с результатами расчетов по данным наблюдений получено для ядра Западно-Шпицбергенского течения с наиболее полным покрытием данными наблюдений. Выявлено, что ансамбль моделей наилучшим образом описывает изменчивость данных наблюдений. Уточнено, что реанализы FOAM и CGLO описывают большую часть временной изменчивости потоков, рассчитанных по данным автономных буйковых станций. Показано, что согласованность в зимний пе-риод (октябрь – март) выше, чем в летний (апрель – сентябрь). Это может быть связано как с недостатками реанализов (учет таяния льда), так и с тем, что автономные буйковые станции обычно меняются в летний период, что может приводить к дополнительным ошибкам при объединении временных серий.
Цель. Определить тенденции и региональные особенности межгодовых изменений солености и солесодержания в верхнем 1000-метровом слое внетропической зоны северо-восточной части Тихого океана и дать анализ их возможных причинно-следственных связей с крупномасштабными и региональными процессами в океане и атмосфере за два последних десятилетия современного периода глобального потепления.
Методы и результаты. Использовались данные климатических массивов NOAA, включающие систему усвоения океанографических наблюдений GODAS в узлах регулярной сетки, данные по количеству атмосферных осадков и ряды климатических индексов. Были взяты среднемесячные данные реанализа ERA5 по осадкам и испарению с подстилающей поверхности. Применялись методы кластерного, корреляционного, регрессионного анализа и аппарата эмпирических ортогональных функций. В результате исследований определены региональные пространственно-временные особенности изменений солености и солесодержания в толще вод верхних 1000 м исследуемого региона в условиях современной фазы потепления, сопровождающегося интенсификацией глобального гидрологического цикла. Дана оценка количественных характеристик отмеченных тенденций и их статистической значимости.
Выводы. Пространственное распределение трендов значений разности испарение-осадки (E-P) демонстрирует преобладающий характер испарения на большей части акватории, что отличается от глобальных тенденций гидрологического цикла в средних и высоких широтах Северного полушария, особенно за предшествующий период. В целом по региону наблюдался статистически значимый положительный тренд солесодержания в верхней 1000-метровой толще вод се-верного района, а в других районах и в среднем по акватории в этом слое наблюдались небольшие статистически не значимые отрицательные тренды. Корреляционные связи изменений среднегодовых значений солености и солесодержания с различными крупномасштабными, региональными процессами и климатическими переменными наиболее выражены через следующие параметры: климатические индексы NPGO, IPO, PDO, AD, первую моду ЭОФ колебаний значений PC1 разности испарение-осадки (E-P) и вторую моду ЭОФ аномалии геопотенциала изобарической поверхности AT500.
Цель. Целью данной работы является исследование плотности воды субкислородного слоя Черного моря двумя способами, оценка ошибок при расчете плотности стандартным способом по данным гидрофизического оборудования, сопоставление полученных результатов с другими характеристиками вод моря и анализ причин этих ошибок.
Методы и результаты. Исследование вод субкислородного слоя Черного моря провели в мае 2021 г. и октябре 2022 г. Плотность воды измеряли прецизионным лабораторным плотномером и рассчитывали по данным CTD-зонда с помощью уравнения состояния EOS-80. При отборе проб измерили значение мутности с помощью турбидиметра. В лаборатории определили кон-центрации главных ионов основного ионно-солевого состава исследуемых образцов способом потенциометрического титрования и оценили отличие основного ионно-солевого состава образ-цов от ионно-солевого состава стандартной морской воды IAPSO. Эта оценка показала, что со-держание SO42- и HCO3- в среднем было выше на 0,2 и 0,6 % соответственно, K+ и Ca2+ – вышена 0,2 %, а Сlˉ и Na+ – ниже в среднем на 0,4 и 0,3 % соответственно, чем в стандартной морской воде. Содержание Mg2+ в составе вод было близко к его содержанию в стандартной морской воде. Установили, что вертикальное распределение главных ионов в диапазоне условной плотности (σt) 15,9−16,2 кг/м3 не линейно, особенно в отношении хлоридов и сульфатов.
Выводы. В результате определения плотности вод субкислородного слоя Черного моря двумя способами и сравнения полученных значений, было установлено, что ошибки при расчете плот-ности по данным CTD-зонда составляют 0,05–0,2 кг/м3 и обусловлены вариациями ионно-соле-вого состава и присутствием большой концентрации взвеси. Градиент плотности при измерении ее плотномером приблизительно в два раза больше, чем по данным CTD-зонда.
Цель. Выведено конечно-разностное уравнение потенциальной завихренности трехмерной бароклинной жидкости с учетом диффузии и вязкости в квазистатическом приближении. Его слагаемые рассчитаны и проанализированы при численном моделировании циркуляции Черного моря для двух периодов – зимы и лета 2011 года.
Методы и результаты. Для системы дискретных уравнений динамики моря в приближении гидростатики и с учетом вязкости, диффузии, втока рек, водообмена через проливы и атмосферного воздействия получено конечно-разностное уравнение потенциальной завихренности стратифицированной несжимаемой жидкости. Показано, что основной вклад в потенциальную завихренность вносит ее вертикальная компонента. Горизонтальные составляющие преобладают в областях стока рек и водообмена через проливы. Вертикальная компонента потенциальной завихренности за исключением зон стока рек определяется величиной и структурой абсолютного вихря. В верхнем слое моря адвекция потенциальной завихренности вносит основной вклад в прибрежной области моря, в северо-западной части и вдоль Анатолийского побережья. На нижних горизонтах ее наибольшие значения наблюдаются в районе вдольбереговой полосы с более ярко выраженным характером у южного берега моря.
Выводы. Анализ уравнения потенциальной завихренности показал, что величина адвективных слагаемых определяется дивергенцией от произведения нелинейных слагаемых в уравнениях движения и градиента плотности. Главный вывод: локально сумма вертикальной и горизонтальной адвекции потенциальной завихренности на два порядка меньше, чем каждая по отдельности.
Плоский гребешок Flexopecten glaber ponticus (Bucquoy, Dautzenberg & Dollfus, 1889), являющийся эндемиком Черного моря, может быть отнесен к потенциальным объектам культивирования у берегов Крыма. Данные последних лет свидетельствуют о вос-становительных процессах в популяции гребешка на Крымском побережье. В массовом количестве гребешок оседает в выростные садки с гигантской устрицей Crassostrea gigas (Thunberg, 1793), что позволяет выращивать его в подвесной куль-туре благодаря доступности и простоте сбора. Цель работы – изучить сезонную дина-мику линейного и весового роста черноморского гребешка F. glaber ponticus при сад-ковом выращивании у берегов Крыма. Впервые представлена модель роста, адекватно описывающая линейный рост моллюсков. Определена линейная зависимость высоты раковины гребешка от возраста и экспоненциальная зависимость общего живого веса гребешков от высоты раковины. Показано, что индексы товарного качества F. glaber ponticus: выход мяса, индекс кондиции и гонадосоматический индекс – изменяются в зависимости от сезона. Максимальные значения индекса кондиции и выхода мяса отмечены в апреле и составляли соответственно 63.40 и 33.01 %. Гонадосоматический индекс увеличивался с января по июнь (от 6.8 до 13.14 %) и уменьшался с июля по ноябрь, что связано с процессами гаметогенеза и нереста моллюсков. Доля сухого ве-щества в мягких тканях составила 16.5 %. Рекомендована продолжительность выра-щивания (2.5–3 года) и сроки сбора товарной продукции черноморского гребешка как перспективного объекта марикультуры. Для сбора урожая черноморского гребешка товарного размера может быть оптимальным зимне-весенний период.
Для введения в эксплуатацию ультразвуковой установки, эффективной для борьбы с микрофитообрастаниями гидротехнических сооружений атомных электростанций, необходимо проведение натурных исследований, подтверждающих ее безопасность для гидробионтов, в частности рыб, попадающих в зону действия ультразвука. Цель работы состоит в оценке воздействия ультразвуковой установки (мощностью 500 Вт, частотой 27 кГц, силой тока 3 А) на поведенческие реакции, биохимические и гисто-патологические показатели некоторых видов рыб Черного моря в условиях морской акватории (б. Карантинная, Черное море). Эксперимент проводили в течение трех дней, в каждый из которых ультразвуковую установку включали на 1 ч при частоте воздействия 27кГц. После этого особи содержались в садках еще на протяжении пяти дней для оценки возможных отсроченных эффектов. Установлено, что на небольшом расстоянии (10–30 см) ультразвуковая установка оказывает на рыб раздражающее и отпугивающее воздействие. Наиболее выраженные поведенческие реакции были от-мечены у султанки Mullus ponticus, ставриды Trachurus ponticus, смариды Spicara flexuosum и морского кота Dasyatis pastinaca, наименее выраженные – у морского ерша Scorpaena porсus. При этом на протяжении всего эксперимента гибели рыб не наблюдали ни в опытном, ни в контрольном садках. Достоверные различия между биохимическими показателями в сыворотке крови и печени анализируемых видов рыб из опытного и контрольного садков отсутствуют. Сравнительный анализ индексов гистопатологических изменений печени, жабр и почек, а также общих индексов альтераций у рыб из опытного и контрольного садков не показал достоверных различий. Полученные результаты свидетельствуют, что ультразвуковая установка с за-данными характеристиками воздействия не влияет на состояние рыб из опытной группы, что позволяет рекомендовать данную установку к использованию в системах технического водоснабжения атомных электростанций.
Кадмий – высокотоксичный металл, активно мигрирующий в системе вода – взве-шенные наносы – донные отложения. Цель работы – изучить его содержание в воде и донных отложениях Азовского моря в 1991–2020 гг. и оценить процесс седимента-ционного самоочищения вод. Данные о распределении кадмия показали, что в воде Таганрогского залива и открытой части моря наблюдалось медленное снижение его концентрации с 1991 по 2009 г. и увеличение в 2010–2016 гг. Концентрация кадмия в воде Азовского моря не превышала предельно допустимую концентрацию (10 мкг/л) для морских вод объектов рыбохозяйственного назначения. Уровень загрязнения донных осадков кадмием в работе оценивался путем сравнения с крите-риями экологической оценки загрязненности грунтов по «голландским листам». Содержание кадмия в донных осадках до 2010 г. снижалось, после чего было отмечено его увеличение и в открытой части моря, и в Таганрогском заливе. Содержание кадмия превышало значение кларка этого металла на протяжении всего периода иссле-дования. Элиминация кадмия из вод открытой части моря составляла 0.9–6.0 т/год, из вод Таганрогского залива – 0.5–2.4 т/год. Данные оценки потоков кадмия в донные отложения могут характеризовать седиментационное самоочищение вод. Период седиментационного оборота кадмия в открытой части моря и Таганрогском заливе при различных его концентрациях в воде за исследуемый период в среднем составлял 70 и 13.7 лет соответственно с учетом различий в объеме исследуемых акваторий. Зависимость коэффициента накопления кадмия донными отложениями от его кон-центрации в воде показала, что повышенная интенсивность седиментационного самоочищения вод при низких концентрациях кадмия в воде обеспечивалась высокой концентрирующей способностью донных отложений, связанной с их гранулометрическим составом. В Азовском море глинисто-илистые осадки (фракция 0.01 мм) составляют более 70 %. С увеличением степени загрязнения вод кадмием коэффициент накопления уменьшался и, соответственно, снижался вклад седиментационных про-цессов в самоочищение вод. Ассимиляционная способность донных отложений в от-ношении Cd составила в открытой части Азовского моря 3.8 т/год, а в Таганрогском заливе – 0.7 т/год.
Арсенопирит – распространенный минерал класса сульфидов, относящийся к минералам гидротермального происхождения. На техногенных отвалах арсенопирит подвергается воздействию агентов выветривания и выделяет мышьяк в окружающую среду. В районах, где разрабатываются минералы Cu, Pb, Zn, загрязнение окружающей среды мышьяком является серьезной проблемой. Результаты настоящего исследования пока-зывают, что при выветривании на отвалах в условиях просачивания и затопления арсенопиритные руды способны выделять мышьяк и тяжелые металлы. Представлены результаты лабораторного эксперимента на разработанной имитационной модели изменения вещества в рудных отвалах шахт при двух условиях: при просачивании (моделирование открытых отвалов руды, через которые просачивается дождевая вода) и затоплении (моделирование отвалов руды, хранящихся в затопленных низинных районах). Модельные условия соответствуют реальным. Соотношение арсенопирита и песка 1:20. Продолжительность эксперимента составляет 60 сут, что позволяет определить мышьяк в различных химических веществах. В ходе эксперимента в условиях инфильтрации воды рН снижается, а окислительно-восстановительный потенциал варьирует от 5 до 50 мВ, при снижении рН выделение металлов и мышь-яка в окружающую среду с течением времени увеличивается. По достижении рН значений, характеризующих кислую среду (2.0–4.5), выветривание заметно ускоряется. В условиях избытка воды при высоком содержании растворенного кислорода металлы высвобождаются быстрее. Когда pH находится в диапазоне от 5.5 до 6.0, скорость высвобождения металлов снижается. При окислении руды железо в двухвалентной форме Fe(II) медленно окисляется до Fe(III) при pH, указанном выше. В этих условиях Fe(III) гидролизуется в колонке. Таким образом, выделяющийся мышьяк адсорбируется на Fe(III), а образующийся гидроксид железа Fe(OH)3 покрывает частицы руды. Благодаря уменьшению контакта отработанной руды с водной средой концентрация мышьяка продолжает снижаться. Как в случае просачивания, так и в случае затопления As(III) преобладает над As(V) в потоке, выходящем из рудной колонки. As(III) может быть высокотоксичным для окружающей среды, поэтому следует обратить внимание на обеспечение условий его перехода в менее токсичный As(V).
Изучена динамика содержания биогенных элементов (минерального (фосфатного) и общего фосфора и аммония) по результатам ежегодных мониторинговых иссле-дований воды восточной части Финского залива, проводившихся в 2020–2022 гг. Анализировалась информация о распределении показателей по горизонтали и по вер-тикали, поэтому пробы отбирали в поверхностном, придонном, а на глубоководных станциях и в серединном слоях воды. Содержание элементов определяли спектрофо-тометрическим методом. Сопоставляются и анализируются результаты по среднеме-дианным значениям. В период исследований концентрация фосфатного фосфора в аб-солютном большинстве случаев не превышала ПДК (0.15 мг/дм3), концентрации об-щего фосфора в среднем соответствовали мезотрофному статусу, хотя наблюдались случаи повышения его концентрации до значений, характерных для эвтрофного ста-туса водоема: в 2020 г. в придонном и поверхностном слоях воды (в июне в основном на прибрежных станциях (0.091 мг P/дм3) и в сентябре преимущественно в придон-ном слое на центральных станциях, удаленных от берега), в 2021 г. летом концентра-ции достигали 0.147 мг P/дм3 (поверхностный слой) и 0.171 мг P/дм3 (придонный слой) на прибрежных станциях, 0.163 мг P/дм3 на центральной станции. Концентрации аммонийного азота в основном находились в пределах ПДК (0.5 мг/дм3). В июне 2021 г. выделялись локальные области вдоль южного и северного берега Финского залива с относительно высоким содержанием аммонийного азота (до 0.285 мг/дм3) в поверхностном и придонном слоях воды. В целом, несмотря на высокую антропогенную нагрузку, концентрации минерального фосфора и аммония в водах Фин-ского залива находились в пределах ПДК, превышения фиксировались редко, обычно в Невской губе, Копорской губе, у побережья Курортного района. Повышенные концентрации общего фосфора на центральных станциях, по-видимому,можно объяснить переносом вещества из западной части залива и диффузией из дон-ных отложений. В среднем в придонных слоях воды обнаруживается более высокое содержание общего фосфора, чем в поверхностных. В целом концентрации биогенных элементов соответствуют мезотрофному статусу водоема.