Содержание к диссертации
Введение
Словарь терминов, условные обозначения и сокращения, используемые в тексте 4
Введение 7
1. Описание района работ 16
1.1. Изученность района исследования 16
1.2. Физико-географическая характеристика Северного Каспия 23
1.3. Геологическое строение 27
1.4. Нефтегазоносность 34
2. Трансформация уровенного режима Каспийского моря 40
2.1. Тысячелетние и вековые колебания уровня моря 40
2.2. Короткопериодные колебания уровня моря 43
2.3. Последствия изменения уровня моря 45
3. Антропогенная нагрузка на побережье российского сектора Каспийского моря 49
4. Методы геоэкологических исследований 62
4.1. Гидролокация бокового обзора 62
4.2. Эхолотирование 62
4.3. Отработка комплексных станций 63
4.3.1. Опробование донных осадков 64
4.3.2. Опробование придонной воды 66
4.3.3. Гидролого-гидрохимическое зондирование 66
4.3.4. Метеорологические наблюдения 67
4.3.5. Работы на автономных буйковых станциях 67
4.3.6. Береговые маршрутные геоэкологические исследования 68
4.3.7. Навигационное обеспечение 69
4.3.8. Анализ материалов дистанционного зондирования 70
4.3.9. Стационарные лабораторные работы 71
4.3.9.1 Виды лабораторных исследований 71
4.3.9.2 Методы лабораторных исследований 72
5. Результаты геоэкологических исследований 74
5.1. Характеристика морских вод Северного Каспия 74
5.1.1. Основные гидрохимические параметры 74
5.1.1.1 Окислительно-восстановительный потенциал 74
5.1.1.2 Биогенные составляющие вод 75
5.1.2. Содержания основных загрязняющих веществ 76
5.1.2.1 Нефтеуглеводороды, фенолы, синтетические полиароматические вещества и полихлорбифенилы 76
5.1.2.2 Пестициды 77
5.1.2.3 Тяжелые металлы 78
5.2. Донные осадки северо-западной части Каспийского моря 80
5.2.1. Условия осадконакопления на шельфе Северного Каспия 81
5.2.2. Литологическая характеристика донных осадков Северного Каспия 89
5.2.3. Химические элементы в донных осадках Северного Каспия 97
5.2.3.1 Неорганические элементы 98
5.2.3.2 Нефтепродукты, фенолы, СПАВ, ПАУ, пестициды 107
5.3. Определение участков и условий размыва, транзита и аккумуляции осадочного материала северо-западной части Каспийского моря 111
6. Ландшафтный подход в геоэкологических исследованиях . 116
6.1. Принципы выделения природно-территориальных комплексов. 116
6.2. Характеристика природно-территориальных комплексов 121
6.3. Закономерности распределения загрязняющих веществ в донных осадках ПТК Северного Каспия. 128
Заключение 141
- Физико-географическая характеристика Северного Каспия
- Короткопериодные колебания уровня моря
- Гидролого-гидрохимическое зондирование
- Нефтеуглеводороды, фенолы, синтетические полиароматические вещества и полихлорбифенилы
Введение к работе
Актуальность работы. Освоение нефтегазоносного потенциала Каспийского региона в настоящее время происходит возрастающими темпами. Одновременно усиливается загрязнение и дестабилизация природной среды в Каспийской экосистеме.
Российский сектор составляет примерно 1/5 часть Каспийского бассейна. Речная сеть, питающая акваторию Каспия, охватывает северную область Большого Кавказа, а также огромные пространства Русской равнины, пересекает многочисленные города, села, промышленные узлы. Слабое развитие безотходного производства на площади водосбора, недостаточная очистка промышленных и хозяйственно-бытовых стоков и сброс неочищенных вод в речные артерии приводит к поступлению в Каспийское море в составе речного стока огромных объемов загрязняющих веществ. Точные их количества пока не определены. В составе выбросов, особенно связанных с химическим производством, разнообразные загрязняющие вещества поступают в атмосферу в паро-газовой форме и переносятся на значительные расстояния. С дождями поллютанты от ближних и дальних источников выпадают как на территориях водосбора, так и в море. Состояние окружающей среды Каспия зависит от охранных мероприятий не только в российском секторе, но и на обширном пространстве за его пределами.
Ни одна из значимых проблем экологии в российском секторе Каспия не может быть решена без учета процессов, протекающих во всем бассейне. Однако, без накопления и осмысления данных по отдельным частям акватории моря невозможно получение полной картины. Системный подход может обеспечить более точные балансовые оценки миграции загрязняющих веществ в море и представления о характере их влияния на экосистему.
Изложенные соображения определяют актуальность геоэкологических исследований в таком регионе, как Каспийский, с его сложным комплексом природных (эндогенных, экзогенных) и антропогенных факторов.
Цель работы - геоэкологическая оценка состояния российского сектора Каспийского бассейна с установлением закономерностей формирования структуры экогеохимических полей основных загрязняющих веществ (тяжелые металлы, нефтепродукты, СПАВ, фенолы) и районированием данной территории путем выделения природно-территориальных комплексов (ПТК).
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Выявление основных факторов, определяющих геоэкологическую обстановку в Северо-Западном Прикаспии.
Определение закономерностей формирования в море структуры полей загрязняющих веществ с экстремальными концентрациями - экогеохимически-ми аномалиями.
Количественная оценка уровня загрязнения донных осадков основными поллютантами (тяжёлые металлы, нефтепродукты, СПАВ, фенолы).
Определение закономерностей поступления в море и распределения потоков загрязняющих веществ на акватории.
Апробация технологии ландшафтного картографирования для выде-
ления природно-территориальных комплексов (ПТК) и получения фоновых содержаний химических элементов в донных осадках выделенных ПТК.
Фактический материал. Работа выполнена в Государственном научном центре Российской Федерации - Федеральном государственном унитарном геологическом предприятии «Южное научно-производственное объединение по морским геологоразведочным работам» (ГНЦ ФГУГП «Южморгеология») в рамках договорных работ с ОАО «НК ЛУКОЙЛ» и программы государственного мониторинга состояния геологической среды на шельфе Каспийского моря. Основу диссертационной работы составляет фактический материал, собранный автором в течение десяти полевых сезонов в период с 1997 по 2007 гг. при производстве геологических и геоэкологических исследований в Каспийском море в составе геоэкологической партии НЛП «Южморгеоэко» ГНЦ ФГУГП «Южморгеология». Отработано и проанализировано более 1100 комплексных станций (периодичность отбора проб составляла полгода) и более 10 000 км профилей гидролокации бокового обзора (ГЛБО) (рис. 1).
комплексные станции
профили ГЛБО
граница российского сектора Каспийского моря
Рис. 1. Схема расположения комплексных станций пробоотбора и профилей гидролокации бокового обзора
Выполнены следующие камеральные исследования:
статистически обработаны и проанализированы результаты комплексного геохимического анализа 1187 проб донных осадков;
рассчитаны фоновые содержания основных загрязняющих веществ в
донных осадках;
составлены карты-схемы распределения загрязняющих веществ в донных осадках;
составлены: «Карта-схема техногенной нагрузки Российской части побережья Каспийского моря» масштаба 1:1 000 000; «Карта-схема современного геоэкологического состояния Северо-Западного Каспия» масштаба 1:1 000 000.
Методы исследований. В зависимости от глубины моря использовались различные средства отбора проб донных осадков. На глубинах до 5 м - отбор проб производился дночерпателем типа «Петерсен-0,025». На больших глубинах - дночерпателем «Океан-0,15». Скорость и направление течений измерялись автономным высокоточным доплеровским комплексом ADCP-300 Workhorse Sentinel (Acoustic Doppler Current Profiler). Для исследования механизмов поступления, распределения и переноса взвеси, а также для изучения основных источников поступления терригенного материала на шельф, применялись следующие методы исследований: низкочастотное непрерывное сейсмоакустиче-ское профилирование, ГЛБО, береговые маршрутные геоэкологические исследования (БМГИ) и анализ материалов дистанционных методов зондирования береговой и шельфовой зон (ДЗЗ). Гранулярный состав донных осадков определялся водно-ситовым и пипеточным методами. Аналитические исследования выполнены в аккредитованной лаборатории ЦАЛ ГНЦ ФГУГП «Южморгеоло-гия». Содержание химических элементов в донных осадках определялось атом-но-абсорбционным методом на приборе «Analyst 100», масс-спектрометрией и атомно-эмиссионной спектроскопией с индуктивно связанной плазмой на приборе «Elan 6100», фенолов и СПАВ - флуориметрическими методами на анализаторе «Флюорат-02-ЗМ», пестицидов - хроматографическим методом на хроматографе «Кристалл 2000М », нефтяных углеводородов - методом инфракрасной спектрометрии на «анализаторе нефти АН-1».
Научная новизна диссертационной работы состоит в комплексной оценке состояния природно-техногенной геоэкосистемы российского сектора Каспийского моря на основе проведенных исследований и обобщения новейших геологических, геофизических, океанологических, геохимических и геоэкологических данных.
Впервые на акватории северо-западной части Каспийского моря выделены природно-территориальные комплексы (ПТК) и получены фоновые содержания химических элементов в донных осадках выделенных ПТК. Определена корреляция основных загрязнителей с пелитовой фракцией донных осадков.
Впервые на геологической и геоморфологической основе, с учетом характера осадконакопления, биотического фактора, гидродинамики и экзогенных процессов в прибрежной зоне, а также особенностей геохимического фона и техногенного загрязнения создана комплексная геоэкологическая модель современного состояния Северного Каспия (российский сектор).
Практическая значимость диссертационной работы заключена во внедрении методических приемов геоэкологического картографирования дна и прибрежных территорий Северо-Западного Прикаспия и составлении эколого-геологических карт (схем). Эти приемы используются при выполнении работ в рамках государственного контракта «Осуществление государственного мони-
торинга состояния геологической среды прибрежно-шельфовой зоны Азово-Черноморского и Каспийского бассейнов Российской Федерации» с 2000 года.
Создана геоэкологическая карта, являющаяся основой как для прогноза возможных изменений экологической ситуации в Каспийском регионе, так и для планирования природоохранных мероприятий в условиях освоения нефтегазовых месторождений.
Полученные данные обеспечили оценку экологического состояния прибрежной экосистемы Северного Каспия на предпроектной стадии изысканий для ОАО «НК ЛУКОЙЛ».
Личный вклад. Личным вкладом автора является сбор, систематизация и обобщение материалов по экологии и геоэкологии Северо-Западного Прикаспия и Российского сектора Каспийского моря, непосредственное участие в полевых и камеральных работах в качестве начальника геоэкологической партии и ответственного исполнителя итоговых научно-производственных отчетов, а также участника постановки конкретных задач и организации их научно-практического решения на основе комплексной интерпретации полученных результатов.
Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе две статьи - в реферируемых журналах. Основные результаты диссертации докладывались на международной конференции «Экологическая геология и рациональное недропользование» (г. Санкт-Петербург, 2003г.), на международном семинаре «Современные технологии мониторинга и освоение природных ресурсов южных морей» (г. Ростов-на-Дону, 15-17 июня 2005), на II Международной научно-практической конференции «Проблемы сохранения экосистемы Каспия в условиях освоения нефтегазовых месторождений» (28-30 августа 2007г., г. Астрахань), на научно-практической конференции молодых учёных и специалистов «Актуальные проблемы геологического изучения недр и воспроизводства минерально-сырьевой базы твёрдых полезных ископаемых» (23-24 апреля 2008г., г. Москва, ВИМС), на 6-ой Международной конференции «Нефть и газ юга России, Черного, Азовского и Каспийского морей - 2009» (26-29 мая 2009г., г. Геленджик, ГНЦ ФГУГП «Южморгеология»).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения, общим объёмом - 152 машинописные страницы, включая 50 рисунков, 36 таблиц, 3 приложения и списка литературы из 107 наименований.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.г.- м.н., профессору Голевой Р.В. за всестороннюю помощь, советы, консультации и поддержку в работе.
Автор благодарен генеральному директору ГНЦ ФГУГП «Южморгеология» к.т.н. Пронкину А. П. за предоставленную возможность провести исследования.
При подготовке диссертации автор пользовался консультациями и помощью коллег: Буркацкого О.Н., Гросс Е.Г., Шейкова А.А., Серебрякова А.А., Неводниченко СП., Крохмаль В.А.
Физико-географическая характеристика Северного Каспия
Первые сведения о нём приводятся в работах географов и писателей антично-го мира. Каспийское море было предметом исследования для Гомера (VII век до н. э.), Гекатея Милетского (550-480 гг. до н. э.), Геродота (около 484-425 г. до н. э.), Аристотеля (384-322 гг. до н. э.).
Особый интерес к Каспийскому морю в X-XII вв. н. э. проявляли араб-ские географы и писатели (Истархи, Мухамед Идриси и др.). Ими были пред-приняты первые наиболее серьёзные попытки картирования Каспийского моря и прилегающих к нему территорий.
Ученые Западной Европы в средние века имели скудные сведения о Кас-пийском море. Более подробная и точная его карта была составлена только в XVII веке немецким ученым и путешественником Адамом Олаерием (1636 г.).
Русским Каспийское море и его районы были известны еще в конце IX в. В 913 г. побывали на Каспийском море русские дружинники князя Игоря, они дошли до его юго-западной части. Однако настоящим прорывом для России в знании данного морского бассейна стало путешествие тверского купца Афана-сия Никитина в Индию (1466-1472 гг.), побывавшего на Каспии и давшего дос-таточно подробное его описание в книге «Хождение за три моря».
Исследовательские гидрографические работы на Каспии российскими учё-ными были начаты по указанию Петра I в 1713 году. В 1715 г. съемкой восточно-го берега Каспийского моря занимался князь А. Б. Бекович-Черкасский. В 1718 г. описанием берегов Каспийского моря занимался поручик А. Кожин, а в 1719 г. – русский гидрограф Ф. И. Соймонов сделал съемку и описание западного и юж-ного берегов Каспийского моря. Им же дано гидрографическое описание Каспий-ского моря, в том числе Бакинской бухты. В 1731 г. Ф. И. Соймонов составил первый атлас карт и первую лоцию Каспийского моря.
Во второй половине XVIII века были проведены академические экспеди-ции в Северном Прикаспии, позволившие дать научную оценку изменения уровня Каспия. Первыми исследователями колебаний уровня Каспия были П. Паллас и К. Бэр.
К началу XIX в. все указанные выше карты уже устарели, поэтому в 1826 г. был создан новый атлас карт Каспийского моря, составленный штурманом А. Е. Колодкиным. В 1832-1836 гг. под руководством Г. С. Карелина была органи-зована экспедиция по изучению физической географии восточного побережья Каспийского моря.
Первая половина XX века ознаменовалась резким расширением спектра исследовательских работ на Каспии. Широкий размах получили гидрогеологи-ческие, гидрохимические, гидробиологические, гидрометеорологические изы-скания.
В результате детального изучения гидрохимии Каспийского моря была установлена зональность в распределении биогенных веществ, выявлено уси-ление вертикальной циркуляции и подачи биогенов из зон аккумуляции в зоны потребления в период падения уровня моря. Химическими методами была оце-нена общая величина первичной продукции моря и сделана первая попытка рассмотреть распределение вещества между отдельными крупными сообщест-вами гидробионтов (Бруевич).
Результаты изучения гидрохимического режима Каспийского моря в 30-х годах подробно освещены в монографии С. В. Бруевича (1937) и других его ра-ботах, ставших фундаментальными. Особенности гидрохимического облика моря после резкого падения его уровня в 30-х годах рассмотрены А. С. Пахомо-вой, Б. М. Затучной (1966), а гидрологических условий – в коллективной моно-графии «Каспийское море» (1969). Подробное исследование гидрологических процессов в Каспийском море, основанное на массовом материале натурных наблюдений за 1940–1972 гг., проведено А. Н. Косаревым (1975). Результаты исследований водного, солевого баланса и режима уровня Каспия наиболее полно освещены в работах: «Современный и перспективный водный и солевой баланс южных морей СССР» (1972), С. Н. Крицкого, Д. В. Коренистова, Д. Я. Ратковича (1975) и И. А. Шикломанова (1976).
Особое место в изучении Каспийского моря в этот период принадлежит Н. М. Книповичу, который организовал и провел три экспедиции (1904, 1912-1913, 1914-1915 гг.). В результате проведенных работ была выявлена общая картина распределения глубин, течений, температуры, солёности, кислорода, серово-дорода, а также планктона, бентоса и рыб (Книпович, 1921, 1923). Этими ис-следованиями была заложена физико-географическая основа для углубленных экологических и промыслово-биологических работ, развитию которых способ-ствовала также организация Астраханской (1904) и Бакинской (1912) научных рыбохозяйственных станций.
Интенсивные фаунистические исследования южных морей, продолжав-шиеся в это время, позволили В. К. Совинскому (1904) составить общий список фауны Понто-Каспийско-Аральского бассейна и дать ее зоогеографическую оценку. Последующие фаунистические исследования (Зенкевич, 1947, 1963; Державин, 1951; Мордухай-Болтовской, 1960, 1978; Атлас беспозвоночных, 1968) пополнили списки видов отдельных систематических групп населения Каспия, не изменив общего представления о разнородности источников форми-рования его фауны.
Промыслово-биологические исследования особенно активизировались по-сле 1917 года. Большое значение имела Всекаспийская научная рыбохозяйствен-ная экспедиция 1931-1932 гг., в результате которой впервые были оценены об-щие сырьевые ресурсы Каспия (Державин, 1932).
Значительно расширились в это время и работы Астраханской ихтиоло-гической лаборатории, с 1929 г. преобразованной в Волго-Каспийскую науч-ную рыбохозяйственную станцию, а позднее (1948 г.) – в Каспийский научный институт рыбного хозяйства (КаспНИРХ). Были организованы научные рыбо-хозяйственные станции в Махачкале, Красноводске и Гурьеве. Среди работ, выполненных в предреволюционные годы и в первые годы Советской власти, необходимо отметить исследования Н. Л. Чугунова по планктону Северного Каспия (1923) и питанию молоди промысловых рыб (1928), а также работы А. Н. Державина (1915, 1922) по питанию леща, воблы, сельдей и биологии севрю-ги.
В 30-х годах XX века были начаты целенаправленные исследования фи-топланктона Каспийского моря и получены первые данные о численности и биомассе входящих в него массовых видов (Киселев, Яшнов, Усачев, Смирно-ва). В то же время начаты количественные микробиологические исследования, в основном, в Северном Каспии (Буткевич). Эти исследования в 1951-1953 гг. осуществлены коллективом сотрудников Института микробилогии АН СССР под руководством А. Е. Крисса.
Когда началось практическое осуществление проектов гидротехнической реконструкции рек Каспийского бассейна, возникла необходимость оценки происходящих и возможных изменений биологической продуктивности Кас-пийского моря под влиянием зарегулирования и уменьшения стока рек. Именно этой целенаправленностью характеризуются работы гидробиологов в 50-е и по-следующие годы. Возможные изменения в экосистеме Каспия, в связи с уменьшением стока в него пресных вод и изменением самого характера этого стока, впервые были рассмотрены А. А. Шорыгиным.
В середине 50-х годов группой гидробиологов КаспНИРХ под руково-дством Л. Г. Виноградова (1959) была сделана попытка обобщить накопленные материалы по зоопланктону и бентосу Каспийского моря с целью составления прогноза изменения продуктивности Каспия под влиянием зарегулирования стока рек.
Короткопериодные колебания уровня моря
Гидрометеорологические условия для плавания судов в Каспийском море наиболее благоприятны с мая по сентябрь, однако, в некоторых районах в это время довольно часты штормы, возможны смерчи. Менее благоприятны гидро-метеорологические условия с октября по апрель; в этот период наиболее веро-ятны штормы, особенно в средней части моря, довольно часты туманы. Значи-тельно затрудняет плаванье также сильное волнение.
В годы с суровой зимой в порту Астрахань с ноября по март навигация осуществляется с помощью ледоколов, а в остальных районах северной части моря из-за тяжелых ледовых условий она прекращается. Температура воздуха в различных частях моря в течение года меняется не-одинаково. Наиболее прохладным периодом повсеместно является декабрь-февраль, средняя месячная температура воздуха в районе острова Чечень – 1С. В наиболее теплый период (июль-август) средняя месячная температура воздуха со-ставляет от +22 до +26 С [32].
Ветровой режим в различных частях Каспийского моря неодинаков. В от-крытом море и на побережье в течение всего года преобладают ветры восточ-ного и юго-восточного направления, суммарная повторяемость которых в от-дельные месяцы достигает 50 %. Из ветров других направлений нередки ветры северо-западные и западные (повторяемость каждого из них до 20 %). Средняя месячная скорость ветра повсеместно составляет от 3 до 6 м/с, причем наи-большие ее значения отмечаются с октября-ноября по апрель.
Штили наблюдаются редко; повторяемость их, как правило, не превыша-ет 10 %. Ветры со скоростью 15 м/с и более чаще всего отмечаются в марте – мае, а в районе острова Чечень также в октябре – декабре. Преобладают силь-ные ветры восточного направления [32, 36].
Повторяемость туманов в открытом море в месяц изменяется с мая по но-ябрь от 1 до 6 %, а с декабря по апрель от 5 до 15 % от продолжительности ме-сяца. На побережье среднее годовое число дней с туманом составляет пре-имущественно от 40 до 47, лишь в отдельных пунктах оно менее 30. В течение всего года больше всего туманов наблюдается с ноября по февраль-март (в среднем от 6 до 9 дней в месяц) [32]. Средняя месячная облачность в районе исследования с октября-ноября по март-апрель составляет от 6 до 8 баллов, а с мая по сентябрь-октябрь от 2 до 5 баллов. В течение суток максимум облачности отмечается утром, а минимум днем или вечером. Осадков выпадает немного. Среднее годовое количество их, в ос-новном, не превышает 200 мм.
В многолетнем изменении среднего уровня моря чередуются периоды с низким и высоким уровнем. Наиболее высокий уровень наблюдался в начале XIX века; с 1929 г., вследствие уменьшения речного стока, уровень начал резко падать; наиболее низкий уровень отмечался в 1973 г. С 80-х годов уровень моря поднимается. Сгонно-нагонные колебания уровня, вызванные ветрами, наблюдаются во всем море, но особенно развиты в северной части в ноябре-декабре. Под воз-действием сильных продолжительных ветров здесь отмечается нагон воды до 3,0 м и сгон до 2,6 м относительно среднего уровня [33, 50, 87].
Направление течений неустойчиво. Чаще всего основная масса воды реки Волга под воздействием господствующих северных ветров направляется вдоль западного берега на юг. На границе со средней частью моря этот поток слива-ется с постоянным южным течением средней части моря. Другая часть вод реки Волга слабой струей следует на восток, сливается с водами реки Урал и образу-ет циркуляцию против часовой стрелки с центром над Уральской бороздиной. Средняя скорость течений невелика, но при совпадении направлений ветра и течений она составляет 1,7 узла у западного берега и 0,7 узла у восточного [80-83].
Температура поверхностного слоя моря имеет хорошо выраженный годо-вой цикл. Зимой она изменяется от 0 С в северной части моря до 14 С в юж-ной части. Четко прослеживается более высокая температура воды в восточной половине моря, по сравнению с температурой на той же широте в западной час-ти. Это вызвано движением вдоль восточного берега теплых вод из южной час-ти моря в северную и переносом холодных вод из северной части на юг вдоль западного берега [32].
Летом температура поверхностного слоя моря повсеместно практически одинакова: в среднем от 19 до 30 С, лишь у южного берега 27С.
Соленость поверхностного слоя моря в северной части описываемого района изменяется от 0,01 в дельтах рек до 12,00 на границе со средней частью района. В средней и южной частях открытого моря соленость в среднем от 12,00 до 14,00 .
Северная часть Каспийского моря к северу от параллели 44 северной широты ежегодно покрывается неподвижным льдом. Южная граница распро-странения льда напоминает выпуклую к северу дугу, от острова Чечень до се-верной оконечности полуострова Мангышлак.
Льдообразование обычно начинается в мелководных районах северной части Каспийского моря в конце ноября - начале декабря. К середине декабря покрываются льдом северо-восточная часть моря и мелководные районы севе-ро-западной части; в конце декабря полностью замерзает вся северная часть моря. Однако в зависимости от погодных условий и суровости зимы замерзание моря происходит в разное время и с разной интенсивностью. Так, например, в некоторые годы река Волга у порта Астрахань вообще не замерзала[20, 32].
Гидролого-гидрохимическое зондирование
Данные о пространственной изменчивости содержания нефтеуглеводо-родов в морской воде показали, что их концентрации изменяются в широком диапазоне и, прежде всего, обусловлены количеством нефтегазодобывающих предприятий на акватории Каспия и сбрасываемых ими загрязненных вод, а также воздействием на акваторию распресненных вод. Количество НУ в по-верхностных и придонных водах практически не меняется. Содержания фе-нолов, синтетических полиароматических веществ (СПАВ), полихлорбифе-нилов (ПХБ) в поверхностном и придонном слое распределены аналогичным образом (табл. 8, 9).
Наличие пестицидов обусловлено значительным количеством в при-брежной полосе сельскохозяйственных ландшафтов и урбанизированных территорий. Наиболее токсичными веществами, поступающими в акваторию, являются дихлордифенилэтан (ДДЕ), дихлордифенилдихлорметилметан (ДДД), дихлордифениотрихлорметилметан (ДДТ). Их содержание при пере-ходе от поверхностных вод к придонным существенно не меняется (табл. 10, 11). В пределы акватории они поступают в основном с речным стоком и ат-мосферными осадками.
Тяжелые металлы (ТМ) относятся к наиболее распространенным за-грязнителям морской воды, однако пути их поступления в акваторию про-следить довольно трудно, поскольку, наряду с многочисленными техноген-ными источниками их поступления, существуют и многочисленные природ-ные источники. Собранные данные показывают сходство в их количествен-ном распределении как в поверхностном, так и в придонном слое морской воды (табл. 12, 13). Причиной этого является преобладание малых глубин на акватории Северного Каспия, а также интенсивное волновое перемешивание морских вод.
Северный Каспий является районом первичного поступления и даль-нейшей трансформации и переработки терригенного материала, поступаю-щего с суши. Существенную роль, при этом, играет количественный и каче-ственный состав поступающей в составе речного стока взвеси. Проведенные исследования взвеси, собранной, как с помощью седиментационных лову-шек, так и непосредственно из проб воды, показали, что вертикальные пото-ки осадочного вещества имеют очень большую изменчивость, как по объёму, так и по составу. Это может быть объяснено различным количеством пер-вичной терригенной продукции, а также разнообразием гранулометрического состава и количеством глинистого вещества.
Верхний слой осадков отличается более тонким гранулометрическим составом и может формировать мутьевые потоки, устремленные на гипсо-метрически более низкий уровень. В зимний период, в результате усиления вертикальной циркуляции водных масс, мутьевые потоки могут усиливаться, вызывая более активный перенос осадочного материала с шельфа в глубоко-водные части моря. В этой ситуации взвесь выполняет функцию переносчика и, соответственно, основного поставщика загрязняющих веществ на глубину.
Полученные данные по средним содержаниям ЗВ, сорбированных взве-сью, за 2005-2007 гг. на акватории Каспийского моря приведены в табл. 14.
Полученные данные говорят о сохранении высокого потенциального уровня самоочищения компонентов геологической среды (продуктивной водной толщи морской воды и поверхностного слоя осадков) Каспийского моря. Совокупность физических, химических, биохимических и гидробиоло-гических процессов, обуславливающих разложение и утилизацию загряз-няющих веществ, позволяет им восстанавливать естественные характеристи-ки морских вод и донных отложений и выводить морскую экосистему в ее естественное природно-чистое состояние.
Комплекс гидрофизических процессов, в особенности, механический перенос загрязняющих веществ и взмучивание загрязненных грунтов приво-дит к изменению ареалов постоянного и вторичного загрязнения, что следует рассматривать, как системную составляющую процесса самоочищения ком-понентов геологической среды акваторий.
Экстремальная геоэкологическая обстановка западного побережья, обусловленная резким повышением уровня Каспия в 1978-1995 гг., позволяет нам отнести Северо-Западный Каспий к зоне повышенного геоэкологическо-го риска. Абразия берегов и затопление значительных площадей трансгрес-сирующим морем приводит к загрязнению прибрежных вод. По данным Гос-комприроды Дагестана, за последние годы существенно увеличилось содер-жание в морской воде и осадках тяжелых металлов, синтетических поверхно-стно-активных веществ, хлорорганических пестицидов и нефтепродуктов. Источником загрязнения являются и береговые промышленные предприятия, работающие по устаревшим технологиям.
Сложные физико-химические процессы, в которых огромную роль иг-рают органическое вещество морской воды, процессы сорбции и окислитель-но-восстановительные реакции обуславливают седиментацию взвесей и пе-ренос ими загрязняющих веществ в донные осадки.
Тонкодисперсные фракции донных осадков обладают значительной по-глотительной способностью, которая определяется сорбционной емкостью со-ставляющих его частей. Основными сорбентами являются глинистые минера-лы, имеющие высокую способность к катионному обмену. Донные осадки дос-таточно хорошо отражают общий уровень техногенного загрязнения различных экосистем. Они обладают способностью накапливать токсиканты, в первую очередь тяжелые металлы и их соединения. Подобное накопление опасно для всех видов, обитающих в донных осадках, а также в придонной области, ввиду возможности обмена токсикантами по схеме вода донные отложения во-да, результатом которого может стать вторичное загрязнение экосистемы. Об-ладая информацией о потоках загрязняющих веществ за длительный период и ввиду своей кумулятивности, донные осадки являются индикатором экологич-ности геологической среды.
5.2.1. Условия осадконакопления на шельфе Северного Каспия
К числу ведущих факторов, определяющих гранулометрический и хи-мический состав взвеси и донных осадков, интенсивность осадконакопления, относится поступление на акваторию водоема седиментационного материала, который по условиям образования можно с некоторой степенью условности разделить на аллохтонный и автохтонный. К аллохтонным веществам отно-сятся выносы рек в растворённом, взвешенном и влекомом состоянии, эоло-вые наносы; к автохтонным – хемогенное образование минералов, остатки планктонных и бентосных организмов.
Одним из ведущих источников поступления седиментационного мате-риала на акваторию Северного Каспия являются реки. Основная водная арте-рия Волга протекает в меридиональном направлении и пересекает различные климатические зоны, отличающиеся друг от друга интенсивностью процес-сов физического и химического выветривания. Водосборная площадь Волги приурочена к платформенной области, характеризующаяся выровненным рельефом. Лишь Терек можно отнести к горным рекам. Разнообразие процес-сов выветривания и тектоническая обстановка водосборной площади предо-пределили вынос значительного количества растворённых солей и тонкозер-нистого взвешенного материала.
Нефтеуглеводороды, фенолы, синтетические полиароматические вещества и полихлорбифенилы
Занимает предустьевые участки рек и опреснённое мелководье в при-брежно-морской фациальной зоне Северного Каспия. Он отличается слож-ными нестабильными гидрологическими условиями, в существенной мере определяемыми стоком Волги. Стоковые течения доминируют. ПТК распо-ложен в пределах части акватории Северного Каспия, подверженной актив-ному влиянию сгонно-нагонных явлений и характеризуется тяжёлыми ледов-выми условиями. В пределах комплекса распространены алевриты, пески с высоким содержанием (до 5 0%) пелитов, а также алевропелиты. Вся аквато-рия этого природного комплекса – густо поросшая тростником (Phragmites australis), высшими цветковыми плавающими растениями надводных и под-водных форм: лотосом орехоносным, кувшинкой белой, кубышкой, водяным орехом чилимом, валлиснерией, древовидным и плетевидным роголистни-ком, перистолистником и элодеей. Это создаёт уникальные условия для фор-мирования гнездовых колоний водоплавающих и околоводных птиц.
Первый подкомплекс ПТК I.1 располагается на бессточном распре-снёном мелководном побережье Северного Каспия. Огромная масса водной растительности, практическое отсутствие волнового воздействия образуют своеобразные биохимические условия для седиментации. При этом активно отлагается большое количество камышового опада, который, будучи захоро-ненным, подвергается воздействию нитрифицирующих бактерий и далее ути-лизируется преобладающими в этом подкомплексе бентосными детритофагами. Фильтраторы здесь представлены в меньшей степени, так как менее устойчивые к перепадам содержания растворённого кислорода. Растворимая часть обра-зующегося после утилизации остатка может перераспределяться по акватории, а нерастворимая в основном аккумулируется на месте, образуя мощный слой лёгкого сапропеля.
Подкомплекс этого ПТК располагается на участке акватории с опосре-дованным характером техногенного воздействия. Постоянной хозяйственной деятельности в районе не осуществляется. К категории эпизодических отно-сятся воздействия, связанные с ведением в районе промысла рыбы пассив-ными отцеживающими орудиями лова и незначительным (маломерным) су-доходством. Акватория экорайона характеризуется высокой чувствительно-стью природной среды к воздействию различных факторов, поэтому при та-ких условиях техногенное влияние будет отражаться на всех уровнях экоси-стемы.
Второй подкомплекс ПТК I.2 также характеризуется большим коли-чеством макрофитов, но здесь, наряду с общим увеличением биомассы бен-тоса, начинают преобладать фильтраторы, как обитающие на поверхности, так и зарывающиеся в грунт. То есть, кроме процесса аккумуляции, идёт транзит вещества, формирующий благоприятные гидрохимические условия, разнообразный и неподвижный донный субстрат, которые создают возмож-ность для формирования высокой продукции биоты всех трофических уров-ней – от первичной продукции до ихтиофауны и птиц Описываемый подкомплекс, как и предыдущий, в основном располага-ется на акватории постоянного опосредованного техногенного воздействия. Хотя здесь следует выделить участки постоянного прямого очагового техно-генного воздействия – это действующие судоходные каналы, основным из которых является Волго-Каспийский.
С одной стороны, постоянный водообмен позволяет экосистеме быть достаточно устойчивой к воздействию внешней среды. Но с другой сто-роны, исключительно благоприятные условия для размножения и нагула гид-робионтов (в частности, промысловых рыб), пресмыкающихся, земноводных и птиц; наличие редких и охраняемых представителей флоры и фауны; распо-ложение миграционных путей каспийских проходных и полупроходных рыб, а также водоплавающих птиц и околоводных птиц, создают в этом месте очень высокую плотность разнообразной биологической продукции. Поэтому любые техногенные изменения в экологической ситуации приводят к большим потерям, а такое воздействие, как разлив нефти, может вообще создать необ-ратимые изменения в природной среде.
Располагается преимущественно в пределах прибрежно-морской лито-фациальной зоны («авандельтовой, удалённой от устья подзоны влияния волжского твёрдого стока с более сильным волновым воздействием»). Не-большая (по площади) часть комплекса расположена в пределах зоны влия-ния стока малых рек западного побережья с волновым и течениевым воздей-ствием моря. Здесь распространены пески разной зернистости с ракушей. Содержание пелитовой фракции осадка уменьшается по сравнению с таковой на ПТК I. Особенности гидрологического режима, характерные для ПТК I, сохраняются. Соответственно абиотическим условиям, формируются и тро-фические взаимоотношения бентосных сообществ. Основу их составляют за-рывающиеся и живущие на поверхности сестонофаги (фильтраторы): пре-сноводные моллюски и ракоообразные.
По характеру техногенного воздействия этот ПТК аналогичен преды-дущему: акватория с постоянным опосредованным техногенным воздействи-ем с участками постоянного прямого очагового техногенного воздействия – протягивающиеся от авандельты действующие судоходные каналы, основ-ным из которых является Волго-Каспийский.
Экологическая ситуация акватории этого комплекса довольно устойчи-ва, так как имеет благоприятный гидрологический режим и достаточное ко-личество питательных веществ, поступающих с речным стоком, для форми-рования высокопродуктивных биологических сообществ. Однако, через этот участок пролегают основные миграционные пути проходных и полупроход-ных рыб, поэтому какие-либо техногенные изменения в районе этого ПТК могут нанести значительный ущерб экосистеме, в частности – рыбным запа-сам всего Каспийского моря.
ПТКIII расположен в области смешения морских и речных вод и состо-ит из двух подкомплексов. Первый подкомплекс ПТК III.1 расположен в пре-делах зоны влияния стока малых рек западного побережья с волновым и тече-ниевым воздействием моря. ПТК III.2 протягивается с запада на восток от границы влияния пресноводного стока до начала формирования морских ус-ловий акватории (вариации солёности составляют от 23 до 78 ) Северного Каспия на площади двух лито-фациальных зон: прибрежно-морской и мелко-водной предустьевой терригенной зоны аккумулятивного шельфа. В преде-лах ПТК III.1 распространены преимущественно алевриты, в пределах ПТК III.2 – пески разной зернистости, местами – с большим количеством ракуши. Для донных отложений ПТК III.1 характерны относительно повышенные фо-новые содержания метана, для донных осадков ПТК III.2 – тяжёлых УВГ. Подкомплексы существенно различаются гидрологическими условиями. Подкомплексу III.2 в значительной степени присущи черты гидрологическо-го режима подкомплекса II. Хотя существенны отличия в солёности, в мень-шей степени проявляются сгонно-нагонные явления и в большей – волновое и ветровое воздействие. В пределах подкомплекса III.1 течения зависят глав-ным образом от направления и скорости ветра. Вдоль берега преобладает пе-ренос воды из Среднего Каспия в Северный. В районе Аграханского п-ова зафиксировано существование антициклонического круговорота. В пределах подкомплекса не проявляются сгонно-нагонные явления, он расположен юж-нее границы распространения льдов; к особенностям гидрологического ре-жима можно отнести шторма, среди которых наибольшую опасность пред-ставляют шторма северного и юго-восточного направлений.
Значительные вариации гидрологического режима, связанные с метео-условиями, сезонностью стока, колебаниями уровня моря, определяют харак-тер литодинамических процессов и формируют своеобразные бентосные со-общества.
Похожие диссертации на Условия формирования геоэкосистемы российского сектора Каспийского бассейна : на примере северо-западной части
