Содержание к диссертации
Введение
1. Схема биогеохимической трансформации соединений металлов в шельфовой зоне морей
1.1. История изучения и современные представления о биогеохимической трансформации осадочного вещества в морских экосистемах
1.2. Схема биогеохимической трансформации соединений тяжелых металлов (ТМ) в шельфовой зоне
1.2.1. Источники и формы поступления ТМ в морские системы
1.2.2. Влияние факторов среды на формы миграции ТМ в природных водах
1.2.3. Масс-балансовый подход к изучению биогеохимической трансформации соединений ТМ в морских системах
1.3. Выводы 34
2. Анализ природных факторов Белого моря, определяющих особенности переноса и накопления химических соединений
2.1. Особенности географического положения, морфология и рельеф
2.2. Климатические факторы 41
2.3. Гидрологические условия 45
2.3.1. Солёность и температура воды 45
2.3.2. Ледовый режим 54
2.3.3. Динамика вод 57
2.3.4. Водный баланс 65
2.4. Выводы 70
3. Количественное описание крупномасштабного водообмена в Белом море для оценки переноса веществ с водными массами
3.1. Районирование Белого моря 72
3.2. Расчёт водного обмена и пространственно-временное распределение солёности и температуры воды
3.3. Оценка вклада речных и баренцевоморских вод в формирование гидрохимического режима
3.4. Выводы 97
4. Перенос и седиментация терригенного материала и его вклад в формирование уровней накопления химических соединений в донных отложениях Белого моря
4.1. Поступления терригенного материала 99
4.2. Пространственное распределение взвешенного вещества, гранулометрический состав донных отложений и баланс терригенного материала 105
4.3. Результаты расчёта баланса и вклада источников осадочного вещества в формирование уровней накопления химических соединений в донных отложениях
4.4. Выводы 120
5. Влияние гидролитодинамических процессов на динамику и пространственное распределение соединений меди в Белом море
5.1. Поступление соединений меди в экосистему 123
5.2. Пространственно-временные закономерности распределения растворённых и взвешенных форм меди 135
5.3. Закономерности накопления меди в донных отложениях Белого моря
5.4. Результаты расчёта захоронения соединений меди в Белом море и их выноса в Баренцево море
5.5. Выводы 151
Заключение 153
Литератур 157
- История изучения и современные представления о биогеохимической трансформации осадочного вещества в морских экосистемах
- Солёность и температура воды
- Районирование Белого моря
- Пространственное распределение взвешенного вещества, гранулометрический состав донных отложений и баланс терригенного материала
Введение к работе
Актуальность проблемы
Белое море является внутренним шельфовым водоёмом Мирового океана, принимающим с водосборной территории (свыше 700 тыс. кв. км) значительное количество химических веществ, мигрирующих в растворённом и взвешенном состоянии, и служит барьером на пути их переноса в Северный Ледовитый океан.
Исследования пространственно-временной изменчивости абиотических компонентов экосистемы Белого моря, взаимосвязи гидрологических, гидрохимических и океанографических параметров в его отдельных районах, анализ комплексного и частичного влияния на биогеохимические процессы для объяснения наблюдаемой изменчивости во времени и пространстве -актуальные в теоретическом и практическом плане задачи (Лисицын, 2003; Комплексные..., 2004).
В последние годы в Белом море активно изучаются потоки осадочного и биогенного вещества, процессы биогеохимической трансформации тяжёлых металлов (ТМ), особенно в устьевых областях (Кукина и др., 1999; Шевченко и др., 1999; Лукашин и др., 2000; Савенко, 2001; Иванов, Беляев, 2002, Долотов и др, 2004; Комплексные..., 2004; Дёмина и др., 2005; Фёдоров, 2005; White..., 2005; Cobelo-Garcia et al., 2005; Bodrov et al., 2005).
Актуальность работы определяется потребностью в количественной оценке влияния основных процессов на пространственно-временное распределение ТМ в воде и донных отложениях Белого моря, а также необходимостью совершенствования методов расчёта миграции ТМ, поступающих в морскую среду.
Цель и задачи работы
Основная цель исследований - выявление закономерностей и количественная оценка переноса и накопления осадочного вещества и соединений меди в Белом море с помощью масс-балансовых моделей.
5 В связи с этим решались следующие задачи:
разработка концептуальной схемы биогеохимической трансформации соединений ТМ в шельфовой зоне с учётом специфики рассматриваемого объекта;
выявление и ранжирование по значимости природных факторов, определяющих особенности переноса и накопления химических соединений в Белом море;
исследование влияния гидродинамических процессов на формирование гидрохимического режима;
оценка вклада литодинамических процессов в геохимическую трансформацию соединений ТМ;
модельный анализ влияния гидролитодинамических факторов на формирование региональных особенностей распределения ТМ в воде и донных отложениях Белого моря на примере соединений меди.
Материалы и методы исследования, особенности подхода
Для изучения закономерностей переноса и накопления осадочного вещества и соединений меди в Белом море был сделан всесторонний анализ большого объёма опубликованных первичных данных, осреднённых за многолетний период наблюдений, обобщающих сводок, картографического материала.
Для расчётов применялся масс-балансовый подход, основанный на использовании апробированных и взаимосвязанных между собой компартментальных математических моделей, адаптированных к условиям Белого моря. Этот комплекс включает следующие модели: 1 - водного обмена, солёности и температуры воды, 2 - переноса растворённых веществ, 3 - переноса и седиментации взвешенного вещества, 4 - динамики ТМ. Проверка адекватности (верификация) применяемых моделей основана на сравнении результатов расчётов с данными наблюдений.
Научная новизна
Для Белого моря впервые масс-балансовый подход применён для оценки переноса и накопления осадочного вещества и соединений ТМ (на примере меди).
Проведено районирование моря, разработана балансовая модель водного обмена, отражающая основные черты сезонной динамики и пространственного распределения солёности и температуры воды для среднемноголетних условий, сделана оценка притока водных масс из Баренцева моря.
Оценен вклад речных и баренцевоморских вод в формирование гидрохимического режима и исследовано их влияние на пространственно-временное распределение растворённых веществ.
Получены новые данные относительно объёмов переноса и накопления осадочного вещества, выноса терригенного материала в Баренцево море, влияния твёрдого стока рек и абразии на формирование донных отложений.
Изучено влияние гидролитодинамических процессов на пространственно-временное распределение соединений меди в воде и донных отложениях, сделаны количественные оценки выноса меди в Баренцево море.
Практическая значимость
Полученные в работе результаты могут использоваться природоохранными, научно-исследовательскими и другими организациями для: 1 - оптимизации системы мониторинга, 2 - разработки экосистемных принципов управления морскими системами, 3 - выполнения сценарных прогнозов при изменении уровней антропогенной нагрузки и климатических факторов с помощью адаптированных к условиям Белого моря балансовых моделей.
Результаты исследований являются составной частью отчётов по гранту РФФИ №03-05-65322 «Гидрохимический режим в устьевых областях
7 и на шельфе северных и южных морей России: сравнительный анализ и математическое моделирование», Мурманского морского биологического института по Федеральной целевой программе «Мировой океан», используются в лекционных курсах и практических занятиях в рамках учебных дисциплин «Учение о гидросфере», «Экология океана», «Гидрология морей».
Основные положения и результаты, выносимые на защиту
1. Схема районирования Белого моря отражает основные
закономерности водообмена и пространственно-временного распределения
основных характеристик гидрологического режима (солёности и
температуры воды).
2. Пространственно - временные закономерности распределения
взвеси, потоков и скоростей осадконакопления терригенного материала,
полученные расчётным методом, существенно уточняют современную
литодинамическую картину в Белом море. В Баренцево море ежегодно
выносится в среднем около 21 млн. т взвеси из 73 млн. т, поступающей в
Белое море с суши; пределы моря покидает 4,3% частиц (250 тыс. т),
поступающих с речным стоком; влияние абразионных процессов в Воронке и
Горле на формирование донных осадков Бассейна более значительно, чем
представлялось ранее и обеспечивает не менее 70% (около 4,6 млн. т) объёма
оседающего здесь материала;
3. Гидродинамические и лито динамические процессы, существенным
образом, определяют закономерности пространственного распределения
соединений меди в воде и донных отложениях. От поступления меди вместе
с частицами взвеси из абразионных берегов зависят региональные
особенности её распределения в растворённой и взвешенной формах, уровни
накопления меди в донных отложениях не только в районах активной
абразии, но и в достаточно удалённых районах Белого моря.
8 Комплексное влияние гидрологических, литологических и
геохимических процессов определяет вынос в Баренцево море от 47 до 66%
соединений меди, поступающих из всех источников.
4. Применяемый масс-балансовый метод может быть использован для
оценки переноса и накопления осадочного вещества и соединений меди в
Белом море.
Апробация работы
Результаты исследований по теме диссертации докладывались на ежегодных конференциях «Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования» (Новороссийск, 2001-2002, 2004-2005 гг.), на Межвузовской региональной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных (Ростов-на-Дону, 2000), Всероссийской конференции молодых учёных, посвященной 140-летию со дня рождения Н.М. Книповича (Мурманск, 2002), на Международной конференции «Современные проблемы океанологии шельфовых морей России (Ростов-на-Дону, 2002), на Международной научной конференции «Эволюция морских и наземных экосистем в перигляциальных зонах» (Азов, 2004), на расширенных научных семинарах Института водных проблем Севера КарНЦ РАН (Петрозаводск, 2005), Арктического и Антарктического НИИ Росгидромета РФ (Санкт-Петербург, 2005).
Результаты диссертации опубликованы в 11 работах.
Структура и объём работы
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и содержит 172 страницы, включая 41 рисунок, 31 таблицу, в списке литературы 145 наименований.
9 Автор выражает искреннюю благодарность и глубокую признательность за всестороннюю помощь, ценные советы и рекомендации научным руководителям - д.г.-м.н., профессору [Ю.П. Хру сталеву!, д.г.н., профессору СВ. Бердникову, зав. каф. физической географии, экологии и охраны природы, д.г.н., профессору Ю.А. Фёдорову, зав. каф. океанологии, чл.-корр. РАН Д.Г. Матишову, за конструктивную критику и практическую помощь к.ф.-м.н., доценту В.В. Селютину. Неоценимую поддержку на всех стадиях работы оказали доценты кафедры океанологии, к.г.н. Л.А. Беспалова и к.г.н. О.В. Ивлиева, а также другие мои коллеги, участие и полезные советы которых сделали возможным завершение данного исследования.
История изучения и современные представления о биогеохимической трансформации осадочного вещества в морских экосистемах
В последние годы большое внимание уделяется изучению переноса ЇІ трансформации терригенного вещества при смешении речных и морских вод. Каков состав твердого и растворённого материала рек, что с ним происходит на контакте речных и морских вод, какая часть материала речного стока достигает океанского дна, наконец, как на все это влияет человеческая деятельность - вот важные с практической и научной стороны вопросы, на которые пока нет полных ответов.
Впервые пути и способы питания водоемов осадочным материалом, зависимость форм поступления вещества от климата и тектонического строения водосборов были рассмотрены Н. М. Страховым и его сотрудниками (1954), а позднее обобщены в трехтомной монографии «Основы теории литогенеза» (1960-1963) и в других публикациях (Страхов, 1961-1963; 1979). В 60-х гг. в связи с большой ролью речного стока в поставке вещества в океан и малой его изученностью, особенно геохимии речных вод и взвеси, в Институте океанологии им. П. П. Ширшова АН СССР под руководством академика АН СССР А. П. Лисицына были начаты работы по изучению речного стока в океан и процессов на границе река — море. В.В. Гордеев (1983) обобщил собственные и литературные данные по геохимии речного стока и оценил с новых позиций роль речного стока в геохимии океана и океанском седиментогенезе.
Были проведены исследования по морской гидросфере с одновременным изучением континентальной гидросферы - осадочному веществу в реках, несущих осадочный материал кор выветривания (Лисицын, Гордеев, 1974; Гордеев, 1983; Конторович, 1968; Емельянов, 1998; Морозов и др., 1974); особый интерес представляют данные по эстуариям и дельтам -современным аналогам осадочно-породных бассейнов (Лисицын, 1988; Lisitzin, 1997; Лисицын, 1982; Лисицын, 1994).
Значительный цикл исследований проведён также по изучению процессов подготовки, транспортировки и распределения терригенного осадочного вещества от мест на континентальном блоке в корах выветривания до конечных водоемов стока (Лисицына, 1973; 1975). Для интерпретации имеющихся данных о содержании химических элементов в речных водах и их распределении в зоне смешения предложена концепция существования геохимических барьеров, обусловленных градиентами характеристик водных масс (Лисицын, 1983; Гордеев, 1984; Аникиев, 1986).
Зона смешения двух наиболее распространенных на Земле типов вод -речных и морских — изучались в основном с точки гидрологии, морфологии и гидродинамики (Демина, 1982; Залогин, Родионов, 1969; Михайлов др., 1986; Найду, Меватт, 1979; Самойлов, 1952; Симонов, 1969). В 80-е годы 20 века А.П. Лисицын (1988) предложил рассматривать эти зоны с точки зрения глобального фильтра взвешенного и растворённого вещества, поступающего в океан с континентов. Им были предложены новые термины для зоны смешения вод — области "лавинной седиментации", "маргинальные фильтры", которые подчеркивают целый комплекс количественных и качественных характеристик этого особого процесса осадкообразования (рис. 1.1).
Были выявлены географические закономерности поступления осадочного вещества с континентов: на долю экваториальной зоны приходится 76% (Лисицын, 1978), гумидных умеренных - 12%, ледовой и аридной - всего по 6% (Лисицын, 1974; 1978). Таким образом, пространственное распределение вещества, создающего материальную основу маргинальных фильтров, крайне неравномерно. Количественная неравномерность распределения осадочного вещества в зонах смешения дополняется еще различиями качественными (состав вещества).
Показано (Lisitzin, 1997), что около 93-95% взвешенных веществ речного стока и около 20-40% растворённых накапливается на границе река -море (в эстуариях или в маргинальных фильтрах). В зоне смешения также происходят кардинальные изменения не только в качестве, но и в соотношениях между растворённой и взвешенной фазой элементов. Маргинальные фильтры, таким образом, контролируют распределение и баланс элементов в океане: в конечном счёте, только около 5-7% элементов, поставляемых реками с континентов, достигает открытого океана. Маргинальные фильтры поглощают также и часть элементов, приносимых из открытых частей океанов (из клина соленых вод). Время пребывания элементов в океане сокращается благодаря фильтрам на 1-4 порядка.
Исследования основ биогеохимических процессов можно разделить на три этапа. Первый из них посвящен изучению путей и способов питания водоёмов осадочным материалом - 50-70-е гг.
Исследование количественного и качественного состава осадочного материала в реках, океанах и в их контактных зонах (маргинальных фильтрах) проводилось на втором этапе - 80-90-е гт.
Солёность и температура воды
Солёность вод Белого моря меньше солёности вод юго-западной части Баренцева моря. Это вызвано положительным пресным балансом Белого моря, обусловленного, прежде всего, большим материковым стоком (рис. 2.5).
Так, поступающие с Баренцевоморским течением воды имеют солёность около 34-34.5%о (Гидрометеорологические..., 1989), однако в Горле в результате интенсивного перемешивания с вытекающими из Бассейна опресненными водами их солёность падает зимой примерно до 30.5%о, а в остальные сезоны и ниже.
Таким образом, солёность воды, проникающей в Бассейн из Баренцева моря, не превышает 30.5%о Распределение солёности по поверхности моря крайне неоднородно. Сезонная изменчивость адвективного переноса солей находится в прямой зависимости с годовым ходом водообмена Баренцева и Белого морей и внутригодовым распределением стока рек, впадающих в Белое море.
Наиболее интенсивное поступление солей в Белое море происходит в холодное время года, во время весеннего паводка солёность вод моря уменьшается, в летнюю межень солёность увеличивается, причём наибольшее увеличение объёма солей отмечено в северных акваториях моря (Воронка, Горло и Мезенский залив). Во время весеннего паводка солёность вод моря уменьшается (рис. 2.5а). В восточной части Бассейна, где сосредоточен основной сток рек, солёность уменьшается до 21-23%). Западная часть обычно благодаря юго-западным ветрам, очищается от льдов до начала их интенсивного таяния, поэтому здесь сохраняется более высокая солёность 25-27%о 49
В Воронке наблюдается уменьшение солёности в направлении с северо-запада на северо-восток от 34 до 29 %о- В Горле преобладает солёность 26-28, в Онежском заливе - 23-26, в Кандалакшском - 23-25, в Двинском заливе солёность понижается от 23 во внешней части залива до 9 в его вершине, в Мезенском от 28-23%о.
В летнюю межень солёность увеличивается, причём наибольшее увеличение объёма солей отмечено в северных акваториях моря. Солёность в этих районах увеличивается до 31.6, 27.7 и 27/оо соответственно (рис. 2.5в).
Осенний паводок несколько уменьшает рост солёности, при этом в Онежском заливе объём солей незначительно уменьшается (рис. 2.5д). Зимой значительное количество солей поступает в Воронку моря, а солеобмен Горла и Бассейна моря достигает приблизительно 60% общего поступления солей. В тёплый период года, когда интенсивность водообмена между Горлом и Бассейном ограничена, в Бассейн проникает лишь 15-35% поступающих в море солей (Елисов, 1997). Так, характер солеообмена между районами Белого моря находится в прямой зависимости от характера водообмена, режима речного стока и гидрологических процессов в Горле моря.
Изменение солёности воды по вертикали происходят по-разному в Бассейне и в районах интенсивного приливного движения.
В Бассейне с глубиной солёность заметно повышается. Зимой верхний слой до горизонта 40-50 м имеет солёность 27.5-28/о0, затем она сравнительно быстро, а далее постепенно возрастает до 29.5-30%о У дна глубоководной части Бассейна, где остаётся практически неизменной в течение всего года. Весной скачкообразное увеличение солёности наблюдается сразу за опреснённым верхним слоем толщиной 5-Ю м, хотя нередко в самом этом слое наблюдаются значительные её градиенты (рис. 2.56). Летом поверхностная солёность, благодаря ветровому перемешиванию, распространяется до горизонта 20-30 м, за которым следует скачок солёности (рис. 2.5г). Осенью сильные штормы и конвекция выравнивают солёность в слое от поверхности до горизонта 40-50 м (рис. 2.5е).
В Воронке, Горле и Онежском заливе вследствие приливного перемешивания солёность по глубине практически однородна во все сезоны года.
Температура воды. Зимой, когда Белое море покрывается льдом, температура на поверхности воды близка к температуре замерзания при данной солёности и повсюду отрицательна. В заливах Бассейна она достигает -0.7, в открытой части Бассейна -1.5, в Горле и Воронке -1.9С.
Весной, освобождённая от льда поверхность воды постепенно прогревается и к середине сезона её температура по многолетним данным в среднем повышается в Воронке до 2.3 (в Мезенском заливе до 5-6), в Горле до 3, в центральной части Бассейна до 5-6, в заливах до 7-8С (рис. 2.6а).
Летом наряду с повсеместным повышением температуры на поверхности воды, контрасты температурного поля, отмечаемые весной, становятся ещё более заметными. Наиболее низкая температура наблюдается в Горле - около 7, в западной части Воронки 6 и в её восточной части - от 7 до 9С (рис. 2.6в). В Мезенском и Онежском заливах вода, благодаря мелководности этих акваторий, бывает от поверхности до дна более прогрета и её температура во внешних районах заливов находится в пределах от 10 до 12, в вершинах заливов - от 13 до 14С.
Районирование Белого моря
Для районирования Белого моря использованы карты рельефа дна, поверхностной и придонной температуры и солёности воды для трёх сезонов года (весна, лето, осень), опубликованные в работе (Гидрометеорологические..., 1989) (рис. 3.1).
Рассматриваемая область была покрыта равномерной сеткой с шагом 3 мин. 12 сек. по широте и долготе, карты были оцифрованы (рис. 3.2), в результате в каждой точке (i, j) сеточной области был получен набор из 13 характеристик:
Ук= Уі,і {Ь, Т sr Т Su) Т ди, Т Sr, Т Su, Т Аи, S Srs S Sin S Аи»
св св св . v где h - глубина, м; Т - температура воды, С; S - солёность, /00; верхние индексы S и В обозначают поверхностный и придонный горизонты, соответственно; нижние индексы: Sr - весна, Su - лето, Аи - осень.
К массиву точек (3.1) была применена процедура кластерного анализа (рис. 3.3). Данные были нормированы с применением формулы (3.2):
xk=(Xk-mx)/ax, (3.2)
где Хк, Хк - нормированное и ненормированное значения характеристики, соответственно; тх - среднее значение для всех точек, ах -стандартное отклонение, символ X обозначает одну из рассматриваемых характеристик (3.1). В качестве меры различия точек в пространстве признаков использовано евклидово расстояние (3.3):
Результаты проведённого кластерного анализа вышеперечисленных характеристик (рис. 3.4) выявили необходимость более детального районирования Белого моря по сравнению с традиционным (рис. 3.5, табл. 75 Воронка, самая большая и активная часть Белого моря, имеющая сложный рельеф и неоднородное распределение температуры воды и солёности в поверхностном и придонном горизонтах, разделена на 4 района. Районы западной части (районы 1 и 3) имеют средние глубины более 50 м и находятся под влиянием питающего течения из Баренцева моря.
Районы восточной части (районы 2 и 4) более мелководны (средние глубины около 30 м), имеют сильно изрезанное песчаными грядами дно, особенно перед входом в Мезенский залив. Граница между северными (1 и 2) и южными (3 и 4) районами примерно совпадает с положением области максимальных скоростей приливных течений (Гидрометеорологические..., 1989). Все выделенные районы Воронки подвержены интенсивному вертикальному перемешиванию практически в течение всего года, поэтому вертикальные градиенты солёности и температуры воды незначительные. Средняя солёность западных районов выше, чем восточных в течение всего года из-за влияния баренцевоморских вод.
Температура воды в западной части Воронки определяется притоком баренцевоморских вод и весной, и летом ниже температуры воды восточной части, находящейся под влиянием более тёплых беломорских вод, вытекающих через восточные районы в Баренцево море. Осенью наблюдается обратная картина, что связано с быстрым охлаждением вод Белого моря.
Основными признаками деления длинного и узкого Горла Белого моря на два района (районы 6 и 7, соответственно северный и южный) являются глубина, которая в северном районе почти в полтора раза больше, и солёность, которая выше для всех сезонов, несмотря на имеющиеся представления об активном поперечном водообмене в Горле (Елисов, 1997; Гидрометеорологические..., 1989; Тимонов, 1947).
В Бассейне выделено 4 района (районы 8,9, 10 и 11). Основу составляет центральный (8) район, в котором происходит формирование беломорских водных масс (Тимонов, 1947). Юго-восточный (район 9) и северо-западный (район 11) районы Бассейна, для которых характерны большие глубины и стратификация водных масс, отличаются от центрального района особенностями гидрологического режима. Здесь существуют устойчивые циклонические круговороты, кроме этого юго-восточная часть Бассейна находится под влиянием Двинского течения, поэтому наблюдаемая солёность в этих районах ниже, чем в центральной части бассейна.
Пространственное распределение взвешенного вещества, гранулометрический состав донных отложений и баланс терригенного материала
Для получения количественных оценок переноса и седиментации взвешенного материала в Белом море рассматривались следующие сценарии вычислительных экспериментов.
Сценарий 1. В рамках этого эксперимента не учитывались процессы вторичного вовлечения осевших на дно частиц в водную толщу. Таким образом, основными факторами, влияющими на пространственную дифференциацию поступающего в море обломочного материала, являются размеры частиц, определяющие скорость их оседания, и особенности водообмена между районами.
Сценарий 2. В другой серии экспериментов был "включен" механизм взмучивания осадка. Для каждого района задавались максимальная толщина слоя донных отложений, частицы которого потенциально могут быть вовлечены в водную толщу, а также интенсивность взмучивания, зависящая от глубины района, скорости ветра и создаваемого при этом волнового воздействия на дно.
Отмечается, что предельной глубиной волнового воздействия следует считать изобату 20 м (Невесский и др., 1977). Для районов, средняя глубина которых больше этой величины, максимальная толщина слоя донных отложений рассчитывалась с учётом распределения глубин по площади района. Поэтому даже для глубоких районов (например, 8-й в Бассейне) в прибрежной зоне возможно взмучивание осадка, хотя площадь этой зоны будет небольшой.
Для отдельных районов (прежде всего это районы Горла и Воронки) был введён постоянно действующий фактор, обусловленный действием сильных приливно-отливных течений. Здесь взмучивание учитывалось даже в зимний период, когда акватория моря покрыта льдом и влияние волнения на дно ограничено. 106 Из-за значительной неопределённости в оценке фактора взмучивания донных отложений расчёты проводились при разных вариантах интенсивности этого процесса в разных районах моря. В итоговых таблицах (4.3-4.5) в качестве результатов Сценария 2 отражен наиболее приемлемый вариант расчётной динамики взвеси в Белом море. Взвесь в воде. Распределение взвеси в воде Белого моря воспроизводит наблюдаемые закономерности (табл. 4.3, рис. 4.3) - максимальные значения приурочены к основным источникам поступления взвешенного материала (абразионные процессы), наибольшие концентрации характерны для Мезенского залива. Вместе с тем, модельные значения для восточных районов Воронки выше, чем средние (медиана) по данным наблюдений. На фоне остальных районов Белого моря, где среднее содержание взвеси колеблется около 2 мг/л, выделяются районы с максимальной концентрацией взвеси: Мезенский залив (5) - 23 мг/л и восточные районы Воронки (2 и 4) - 11.6, 11.4 мг/л соответственно. Высокое содержание взвеси в этих районах указывает о тесной приуроченности к источникам питания насыщенных взвесью прибрежных вод. С минимальной концентрацией отмечаются районы Бассейна (8-11) - 0.5-0.9 мг/л и заливов - Двинского, Онежского и Кандалаксшского (12-15) с содержанием взвеси от 0.3 до 1.3 мг/л.
Промежуточное положение занимают западные районы Воронки (1 и 3) и районы Горла (6-7), в них содержание взвеси находится в пределах от 2.7 до 5.6 мг/л.
По мнению Е.Н. Невесского и соавторов (1977), несмотря на свободный водообмен с северной частью моря, в Горле содержание взвеси не увеличивается, а остаётся на уровне средней для Белого моря концентрации 1-3 мг/л. Низкая концентрация взвеси в Горле указывает на то, что обломочный материал, поступающий от абразии берегов Канинско 108 Мезенского района, практически не принимает участия в питании центральной части Белого моря и полностью выносится в Баренцево море.
Как показывают расчёты, невысокая концентрация взвеси в Горле Белого моря - 3.3-3.6 мг/л - формируется даже в условиях значительного для данного района транзита обломочного материала из Воронки в Бассейн (см. раздел 4.3).
Гранулометрический состав донных отложений. Без учёта взмучивания донных отложений формирование гранулометрического состава осадков происходит в результате механической дифференциации по размеру частиц и перераспределения мелких фракций при водообмене между районами. В этом случае верхний слой донных отложений в целом "наследует" гранулометрическую структуру источников поступления обломочного материала и для районов, в которых отсутствуют значительные собственные источники терригенной взвеси, пелитовая фракция в осадках является доминирующей. Такое распределение материала по крупности в донных отложениях не соответствует данным наблюдений (табл. 4.3).
Более адекватная картина получена при учёте взмучивания донных отложений. В результате многократного вовлечения пелитовых и мелкоалевритовых частиц в водную толщу в гидродинамически активных районах доля пелитовой фракции в районах Воронки и Горла уменьшилась до 6-13%, песчаной возросла до 40-62%. Близкие к наблюдаемым значения получены и для остальных районов.
Анализируя содержание частиц в верхнем слое современных донных отложений Белого моря можно сделать следующие выводы.
Наблюдается контраст в содержаниях песчаного материала между северной и южной частями моря. По всей Воронке, Мезенскому заливу и далее Горлу прослеживаются высокие значения содержаний песчаных фракций, в среднем - 50%.
В Бассейне и Кандалакшском заливе наблюдаются минимальные содержания песчаных фракций в осадках, не превышающих 28%, в среднем -11%.
