Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время воздействие техногенеза на природные комплексы достигло колоссальной величины и сопоставимо со многими естественными процессами. Азовское море, в прошлом отличавшееся уникальной биологической продуктивностью, в настоящее время претерпело значительные изменения под влиянием как климатических флуктуации, так и хозяйственной деятельности в акватории и на водосборных площадях. К числу традиционных экологических проблем, требующих безотлагательного решения, следует отнести проблему сохранения и восстановления биологических ресурсов водоема. Поэтому выявление степени трансформации осадочного процесса, являющегося средой обитания гидробионтов, является одной из актуальных задач как геоэкологии, так и теории седиментогенеза.
Под антропогенной морской седиментологией следует подразумевать не только загрязнение донных отложений техногенными примесями, но и трансформацию условий осадконакопления в результате основных антропогенных воздействий (зарегулирование рек, изменение гидробиологических условий водоема, судоходство, дампинг). Малая инерционность Азовского моря и чуткая реакция на изменение физико-географической обстановки определяют чрезвычайную динамичность и большую пространственную изменчивость параметров процесса осадконакопления, в свою очередь в значительной степени влияющих на биоту.
Цель и задачи работы. Целью диссертационных исследований является выявление пространственно-временных закономерностей терригенного, биогенного и техногенного осадконакопления в Азовском море в период интенсивной антропогенной деятельности и климатических изменений второй половины XX века.
Достижение цели предполагает решение следующих задач:
1. Сделать анализ природно-климатических условий осадконакопления в Азовском
море во второй половине XX века.
-
Изучить влияние речного стока, абразии, эоловых выпадений, биогенного материала на поставку осадочного материала в Азовское море в условиях климатических изменений и антропогенной деятельности на водосборе.
-
Рассчитать приходную часть баланса осадочного материала, дать оценку динамики вещественного состава донных отложений в характерные периоды осадконакопления в последние пятьдесят лет.
-
Исследовать качественный и количественный состав техногенного материала, поступающего на акваторию моря, оценить роль основных источников в поступлении техногенного материала
-
Изучить загрязнение твердыми техногенными микрочастицами пляжевой зоны, аэрозолей, взвеси и донных отложений Азовского моря в современный период
6. С использованием методов математического моделирования изучить
пространственно-временные закономерности осадконакопления терригенного и
техногенного материала в Азовском море в результате влияния природных и
антропогенных факторов.
Материалы и методы исследований. Объектом исследования является Азовское море. В основу диссертации положены материалы полевых и камеральных работ, выполненных автором в экспедициях Ростовского государственного университета с 1988 по 2002г, и экспедициях ЮНЦ РАН 2002-2006 гг., а также использованы результаты обработки фондовых материалов РГУ и литературных источников.
Для решения поставленных задач в работе использованы как стандартные, так и оригинальные методы исследований: полевые работы предусматривали проведение серии детальных комплексных береговых съемок и морских экспедиций, включающих применение геолого-геоморфологических, литологических, гидрологических и гидробиологических методов. Работы проводились в соответствии с действующими наставлениями, руководствами и методическими указаниями.
Общий объем исследований составил: 480 проб донных осадков,250- водной взвеси, 20 проб снега, 36-эоловой взвеси, более 300 проб пляжевых отложений. В лабораторных условиях проводились: определения концентрации взвеси и аэрозолей способом фильтрации с последующим высушиванием и взвешиванием; фракционный анализ донных осадков и пляжевых отложений методом стандартной гранулометрии и дробным ситовым разделением, а также микроскопические определения антропогенных и минеральных компонентов в донных отложениях, гидрозолях, аэрозолях и в желудках наиболее широко распространенных видов моллюсков.
Для изучения вещественного состава техногенного материала отобранные пробы подвергались разделению на песчано-алевритовые и пелитовые фракции методом отмучивания в соответствии с рекомендациями М.С.Викуловой (1958, 1984). В дальнейшем песчано-алевритовые частицы изучались под бинокуляром в порошке и иммерсионных препаратах под микроскопом ПОЛАМ-Л-211. Для пелитовых фракций был использован прием приготовления препарата насыпью и ориентированных
препаратов из глинистой суспензии, высушенной на предметном стекле при температуре 35 С. Приготовленные препараты просматривались в иммерсионных жидкостях под тем же микроскопом и дополнительно в воде под покровным стеклом в отраженном свете (под бинокуляром) для выявления морфоструктурных особенностей углисто-графитового, рудного материала и др. Ряд проб выполнено в Институте полярных морских исследований (г.Бремерхафен, Германия) с помощью электронно-микроскопического анализа с ренгеновским микроанализатором.
Для выявления пространственно-временных закономерностей осадконакопления терригенного и техногенного материала использовался комплекс апробированных математических моделей количественного описания процессов формирования пространственно-временной изменчивости абиотических характеристик экосистемы Азовского моря, включающий оригинальный подход к параметризации процессов оседания взвеси и взмучивания донных отложений с учетом размеров частиц.
Научная новизна работы
1. Впервые произведена оценка объемов поступления (более чем за 30 летний период) терригенного (твердый сток рек, абразия и эоловые выпадения) и биогенного седиментационного материала в Азовское море.
2.Выявлены характерные периоды смены условий осадконакопления с учетом значительных природно-климатических и антропогенных флуктуации второй половины XX века на основе анализа динамики приходной части баланса осадочного материала. 3.Выявлена трансформация структуры основных статей приходной части баланса седиментационного вещества, его гранулометрического состава за последние 50 лет, выявлена динамика основных типов донных отложений моря за исследуемый период. З.Дана оценка роли биогенного карбонатонакопления как ведущего фактора осадконакопления в последний 30 летний период, проанализированы особенности аккумуляции биогенного материала в осадках моря и пляжевой зоне. 4.Установлены причинно-следственные связи между изменением видового состава бентосных сообществ и карбонатностью донных отложений, а также биогенным питанием пляжевой зоны, установлены причины современной деградации, размыва аккумулятивных тел моря (кос и пляжей).
5.Выявлены источники антропогенного материала поступающего на акваторию Азовского моря в период значительной антропогенной нагрузки второй половины XX века, проведена его классификация в зависимости от его происхождения
6.Предложена методика выявления твердых техногенных микрочастиц и описан
вещественный состав техногенной компоненты в аэрозолях, атмосферных осадках,
взвешенном веществе, донных отложениях, пляжевых накоплениях, в желудках
моллюсков Азовского моря.
7.В пляжевых отложениях моря выделено пять вещественно-генетических
антропогенных провинций и 15 районов, характеризующихся определенным набором
техногенных компонентов.
8.В распределении техногенных микрочастиц в донных отложениях выявлены ареалы
загрязнения, контролируемые как источниками поступления загрязняющих веществ, так
и природными факторами:стоковыми течениями, потоками наносов, преобладающими
ветрами.
9.На основе методов математического моделирования предложен оригинальный подход
для изучения пространственных закономерностей скоростей осадконакопления
терригенного и техногенного материала в Азовском море.
Практическое значение
Разработанные в диссертации подходы и методы, полученные результаты могут быть использованы в комплексном геосистемном мониторинге водоема, выявлении зон загрязнения, для разработки природоохранных мероприятий: выполнения сценарных прогнозов при изменении уровней антропогенной нагрузки и климатических факторов с помощью адаптированных к условиям Азовского моря балансовых моделей.
Результаты исследований могут быть использованы для целей планирования, разработки схем рационального природопользования и охраны природных ресурсов, при проектировании портовых сооружений, терминалов и трубопроводных систем, разработке режимов оптимальной эксплуатации подходных судоходных каналов и свалок грунта; рекреационном использовании береговой зоны.
Результаты работы используются в процессе подготовки специалистов в области «Географии», «Геоэкологии», «Океанологии» на геолого-географическом факультете ЮФУ в рамках чтения курсов «Морская геология и геохимия», «Региональная океанография», «Гидрология морей России», «Геоэкологический мониторинг», при подготовке дипломных и кандидатских диссертаций.
Защищаемые положения
1. В условиях глобального потепления климата, усугубляющегося преобразования речного стока Дона и Кубани и усиления общей антропогенной нагрузки, режим седиментации Азовского моря в последние пятьдесят лет испытал три коренных
перестройки (1953 - 1972, 1973 - 1986, 1987 - 2002гг.), отразившихся на всех звеньях морской экосистемы.
-
Прогрессирующее сокращение поступления терригенного материала в Азовское море (в 2,5 раза), сопровождающееся увеличением поставок (в абсолютных величинах) карбонатного вещества (в 1,5 раза), обусловило изменение границ и площадей литологических типов донных отложений, картируемых для 50-х-70-х гг., и увеличением карбонатности донных отложений (в среднем в три раза).
-
На современном этапе эволюции Азовского моря темпы седиментации отходов техногенной деятельности, поступающих с его водосбора, стали сопоставимы со скоростями седиментации природного терригенно-биогенного материала. В настоящее время имеет место формирование новых природно-техногенных типов донных отложений, замещающих фациально природные осадочные комплексы, и включение техногенного материала в трофодинамические цепи бентоса.
4. Формирование техногенных ареалов контролируется как природными
условиями, так и влиянием основных источников загрязнения акватории. Являясь
трассерами миграции и аккумуляции осадочного вещества, техногенные микрочастицы
сформировали в Азовском море пять антропогенных провинций в донных отложениях
моря и пять в береговой зоне, характеризующихся строго определенным вещественно-
генетическим спектром отходов производств.
5. Общее усиление антропогенного прессинга, изменение гидрохимических условий вызвали изменение структуры видового состава гидробионтов Азовского моря, сокращение площадей обитания аборигенных моллюсковых сообществ, что спровоцировало дефицит раковинного материала, идущего на построение аккумулятивных форм, и наряду с тектоническими и гидробиологическими факторами активизировало процессы размыва азовских кос.
Апробация работы
Основные положения и выводы, содержащиеся в диссертации, докладывались автором на 9 сьезде Географического общества (г. Казань, 1990), на Всесоюзной конференции по гидромеханизированным работам и дампингу (г. Ростов/нД,1991), на ежегодных отчетных конференциях АзНИИРХ (1988-1998гг),на Всесоюзной конференции «Совершенствование технических средств технологии дноуглубления» (г.С-Петербург,1992), на 19 Международной конференции «Современные проблемы изучения берегов»(г. С-Петербург 1995), на XIV и XVI Международных школах морской геологии (г. Москва, 2001, 2005); на Международной научно-практической конференции «Проблемы литодинамики и экосистем Азовского моря и Керченского
пролива» (г.Ростов/нД, 2004), на Международной научной конференции «Режим и биологические ресурсы Азово-Черноморского бассейна: проблемы устойчивого развития рыбного хозяйства»(г.Ростов/н-Д, 2004), на конференции «Экология. Экономика. Информатика. Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования», (п.Дюрсо,2000), на Всероссийской конференции «Сергиевские чтения» Инженерно-экологические изыскания в строительстве (г.Москва, 2006), на Международной научной конференции «Проблемы устойчивого функционирования водных и наземных экосистем» (г.Ростов/нД, 2006), на Международной научной конференции «Современные климатические и экосистемные процессы в уязвимых природных зонах» (г.Ростов/нД, 2006 ).
Полученные результаты исследования являются составной частью отчетов по грантам:
1.Грант РФФИ 00-05-65379-а: Твердые примеси антропогенного происхождения в морских водоемах: поступление, перенос, захоронение и оценка воздействия на экосистему (2000-2002 гг.) - руководитель.
2.Грант РФФИ 04-05-96800-р2004юг-а: Исследование современного развития абразионных и аккумулятивных берегов Азовского моря (2004-2005 гг.) - исполнитель.
З.Грант «Университеты России» 015.08.01.018:Биогеохимический статус Азовского моря как результат антропогенной деятельности Приазовья (2000-2001гг.) - исполнитель
4.Грант «Университеты России» УР. 08.01.039: Трансформация аквальных комплексов Азовского моря в условиях антропогенного воздействия (2002-2003 гг.)
Результаты работы отражены более чем в 70 публикациях, в том числе 13 статьях реферируемых журналов, в 8 коллективных монографиях. Ряд положений диссертации изложен в 7 научно-исследовательских отчетах, при составлении которых автор являлся исполнителем. Отчеты хранятся в фондах РГУ (ныне ЮФУ) и фондах Азовского НИИ рыбного хозяйства.
Структура и объём работы
Диссертационная работа состоит из введения, 8 глав, заключения и содержит 323 страницы, включая 96 рисунков, 58 таблиц, в списке литературы 215 наименований.
Автор выражают глубокую признательность Председателю ЮНЦ РАН, академику РАН Г.Г. Матишову за содействие в проведении экспедиций по изучению процессов современной абразии. Автор выражает благодарность и глубокую признательность за всестороннюю помощь, ценные советы и рекомендации зав. каф. океанологии, д.г.н. чл.-корр Д.Г. Матишову, д.б.н. СП. Воловику, сотруднику Центральной лаборатории ПО
"Южгеология" К.Х. Зеленщиковой, д.г-м.н.О.А.Бессонову, к.б.н. Л.Н.Фроленко за проведение аналитических работ, глубокую благодарность за консультации и совместную работу д.г.н. СВ. Бердникову, доц. Беспаловой Л.А., к.г.н. Сорокиной В.В., к.г.н. Цыганковой А.Е. на разных этапах принимавших участие в обсуждении работы и сделавших ряд ценных замечаний и предложений. Особой благодарностью хочется
отметить имя д.г-м.н., профессора [Ю.П. Хрусталева!, который был в свое время научным руководителем диссертанта, определил тему данной работы.
