Введение к работе
Актуальность проблемы. Черное море представляет собой самый крупный в мире бассейн Мирового океана с сероводородным заражением вод. Анаэробная зона занимает около 87% от объема моря [Скопинцев, 1975] и располагается на глубинах более 90-160 м. История изучения сероводородного заражения этого бассейна насчитывает уже более 100 лет, начиная с экспедиции "Черноморца" в 1890 г [Андрусов, 1890]. За это время были проведены многочисленные исследования, касающиеся природы и механизмов распределения HjS. Появление зондирующей аппаратуры и более совершенных методов отбора проб в последние два десятилетия позволили выйти на качественно новый уровень в комплексном исследовании вопросов, связанных с трансформацией сероводородной зоны Черного моря (гидрофизические, геохимические, микробиологические факторы). В силу своей специфики черноморский бассейн представляет собой уникальный объект для изучения процессов трансформации вещества и энергии в условиях смены окислительных условий на восстановительные. Помимо академического интереса, в связи с возросшим антропогенным воздействием и, как следствие, вероятностью нарушения функционирования экосистемы Черного моря, проблема сероводорода приобретает практическое значение для стран черноморского региона. Оценка современного состояния сероводородного заражения черноморского бассейна является также важным этапом при прогнозе развития анаэробной зоны.
Цель и задачи исследования. Целью работы являлось комплексное исследование состояния сероводородной зоны Черного моря на современном этапе. В задачи исследования входило изучение закономерностей распределения сероводорода в поле глубины и плотности, в частности в прибрежной зоне; исследование изотопного состава серы сульфатов и сероводорода в воде; расчет составляющих баланса H2S в море и оценка их вклада в общий сероводородный пул; создание математической модели, описывающей формирование и трансформацию анаэробных условий.
Эти исследования были выполнены в рамках международных программ "COMsBLACK" и "BLACKNEF" при финансовой поддержке РФФИ (гранты 94-05-16973а, 96-05-66169), Господдержки Миннауки РФ по проекту "Черное море" ГНТП "Мировой океан", Швейцарского научного фонда и фонда Дж.Сороса в течение 1993-1996 гг. и продолжали систематические работы Лаборатории геохимии ИО РАН в области изучения геохимии серы и, в целом, Черного моря. Для решения задач исследования были проведены экспедиционные и лабораторные работы, включающие
аналитические определения содержания сероводорода и других восстановленных форм серы в воде и осадках, освоены методы пробоподготовки для изотопных анализов серы.
Научная новизна. С использованием более совершенных методов сбора океанологической информации получены новые данные, рассчитаны средние концентрации на стандартных горизонтах и запас сероводорода в Черном море на современном этапе. Показана консервативность и основные факторы, контролирующие распределение и содержание HiS в водах бассейна. Рассчитано среднее время пребывания сероводорода в воде моря. Впервые подробно рассмотрены особенности пространственной и вертикальной динамики bhS в прибрежной зоне и показана их связь с гидродинамикой вод. Проведено тщательное исследование изотопного состава серы сульфатов и сероводорода (всего около 100 определений, что значительно превышает общее количество данных, полученных ранее). Приведена оценка составляющих баланса сероводорода в Черном море и подтверждено его образование во всей толще вод анаэробной зоны. Построена математическая модель, адекватно отражающая формирование анаэробных условий в Черном море на примере циклов азота и восстановленной серы, показана вертикальная стратификация и оценены скорости процессов циклов этих элементов.
Практическая значимость. Полученные данные отражают современное состояние сероводородной зоны Черного моря и в дальнейших исследованиях могут быть использованы для прогноза развития сероводородного заражения в бассейне.
Апробация работы. Материалы диссертации были доложены на Международной конференции "Проблемы Черного моря" (Севастополь, 1992 г), XX Ассамблее Европейского Геофизического Союза (Гамбург, Германия, 1995), I Международной Конференции ГАИМ (Гармиш-Партенкирхен, Германия, 1995 г), XIV Симпозиуме по геохимии изотопов (Москва, 1995 г), рабочей встрече по экологическому моделированию (Эрдемли, Турция, 1996 г), а также обсуждались на коллоквиумах Лаборатории геохимии ИО РАН.
Публикации. По теме диссертации опубликовано и принято к печати 14 работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора состояния вопроса, экспериментальной части, включающей описание материалов и методов исследований, изложения экспериментальных результатов и их обсуждения (4 главы), описания и обсуждения модельных расчетов (1 глава) и списка цитированной литературы. Работа изложена на страницах машинописного текста, включая таблиц и рисунков.
