Июл 13 2001

РОЛЬ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ФАКТОРА В ОЦЕНКЕ

Опубликовано в 14:01 в категории Экология Черного моря

РОЛЬ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ФАКТОРА В ОЦЕНКЕ

СОСТОЯНИЯ ПРИБРЕЖНО-МОРСКИХ ЭКОСИСТЕМ

Е.П. Ларченков, А.П. Чередниченко, С.А. Астафурова

Одесский Национальный университет им. И.И. Мечникова, Украина

ROLE OF GEOLOGICAL FACTOR IN EVALUATION

OF CONDITION OF OFFSHORE ECOSYSTEMS

E.P. Larchenkov, A.P. Cherednichenko, S.A. Astafurova

National University I.I. Mechnikov, Odessa, Ukraine

The influence of geological setting peculiarities (geomorphology, lithology, tectonics etc.) on distribution of polluting substances in shelf areas is shown on example of Northwest shelf of the Black Sea. It is emphasized that these peculiarities should be accounted under evaluation of ecological conditions of marine environment.

Оценивая развитие человеческой цивилизации только за исторически документируемый период, не многим превышающий две тысячи лет, мировое сообщество вынуждено признать, что одной из наиболее актуальных проблем современной глобалистики является проблема целеустремленного комплексного изучения и рационального использования ресурсов Мирового океана. Исследования последних лет неотвратимо указывают на все усиливающийся пресс давления техногенных факторов на эту гигантскую экосистему планеты. Речь идет о колоссальных масштабах загрязнения акватории Мирового океана, куда человечество уже умудрилось сбросить более 20 млрд. т. всевозможных отходов.

В этом аспекте острейшие экологические проблемы присущи бассейнам внутренних морей, особенно имеющих затрудненное, как у Черного моря, сообщение с Мировым океаном. Осознание масштаба этих проблем и разработка программ их решения возможна только при действительно комплексном подходе. Концептуальная основа комплексных

междисциплинарных проблем экологии внутренних морей должна базироваться на современных представления о природе этих своеобразных биокосных экосистем. Они складываются из биокосных систем речных вод и устьевых (дельтовых) зон, биокосных систем аэрозолей, подводных гидротерм и субмаринных источников пресных вод, морских вод и их особых частей – поверхностного и придонного слоев вод, и донных осадков. Существование этих систем определяется всем спектром геолого-геофизических, геохимических, биогеохимических, биологических и физико-химических процессов, активно протекающих на глобальных границах раздела: вода-суша и вода-воздух.

Именно такого рода представления позволяют на новом уровне не только обеспечить объективную фиксацию различных техногенных загрязнителей с их количественными определениями, но и открывают возможность прогноза изменений морской среды при разного рода антропогенных воздействиях, обеспечив оценку их разумных значений, не приводящим к необратимым деструктивным процессам.

При оценке экологического состояния внутренних морей большое, а иногда решающее значение придается техногенному фактору, воздействие которого проявляется весьма наглядно, накладываясь на весь комплекс природных процессов в морском бассейне. Однако, при анализе, несмотря на очевидность неразрывности в экосистеме биологических, гидрологических, гидрогеохимических, биогеохимических и других процессов, роль геолого-геохимической группы, в ее функционировании, считается как бы фоновой, и сами эти процессы остаются наименее изученными.

Прибрежно-морские экосистемы испытывают нагрузки, связанные прежде всего с естественной спецификой прибрежных районов моря, где находятся природные лито- и геохимические барьеры между терригенным стоком и открытыми частями моря; характерна высокая биологическая активность, формирующая биологическую структуру шельфа и открытой части моря, а главное – это области наивысших техногенных нагрузок с четко выраженной тенденцией к ее увеличению. Изменчивость состава, концентраций и объёмов нагрузок ведет к трансформации структуры и функционирования морских биоценозов, подавляет адаптационные свойства экосистем, что может привести к необратимости процессов их деградации.

В настоящее время основное негативное влияние на природную экосистему северо-западной части Черного моря оказывают поступление загрязняющих веществ с речным стоком, отходами предприятий и населенных пунктов, а также эвтрофикация бассейна и регулярно возникающий сезонный дефицит кислорода в придонном слое воды. Такие факторы как судоходство, техногенное заиление дна в результате дампинга и донного траления, геологоразведочные работы и добыча полезных ископаемых оказывают пока еще локальное воздействие на экосистемы.

Очевидна негативная роль первого фактора. Твердый сток рек привносит в Черное море ежегодно около 133 млн. т. из них большая часть приходится на сток Дуная – 83 млн. т. С речным стоком в северо-западную часть Черного моря поступает свыше 400 000 т нефтепродуктов, не менее 20 0000 т детергентов, 700 т летучих фенолов, 8 т гексахлорциклогексана. Со стоком Дуная ежегодно выносится до 250 т свинца и 140 т кадмия [1]. Осаждаясь из морской воды, эти вещества накапливаются в донных отложениях, увеличивая резерв загрязнения. Поэтому концентрации поллютантов в донных осадках является важным критерием оценки экологического состояния экосистемы.

Наиболее загрязнены углеводородами, цинком, ванадием, свинцом, никелем донные отложения района авандельты Дуная, где их концентрации более чем в 2 раза превысили фоновые значения. Не менее загрязнены донные отложения в районах о. Змеиный, Одесской и Каркинитской котловин, Днепровского желоба, где зафиксированы повышенные содержания углеводородов, цинка, ртути.

Однако, в последние годы экологическое состояние региона все в большей мере определяется процессами эвтрофирования природных вод. Периодическое резкое повышение содержания в морской воде фосфатов и нитратов приводит к бурному росту фитопланктона, продуцированию органического вещества в фотическом слое и, как следствие, возникает гипоксия, вызванная расходом растворенного в морской воде кислорода на деструкцию этого органического вещества. Эти явления уже стали обычными, проявляясь ежегодно в зоне Дунай-Днестровского междуречья на мелководных (глубины от 11 до 25 м.) положительных формах рельефа, где толщина придонного слоя воды и, соответственно, запас кислорода в ней меньше. Сохранение стратификации водной толщи, обеспечивающей достаточно длительное время дефицит кислорода в придонном слое, приводит к распространению вниз по склонам заморных явления, что ведет к образованию сероводорода в поверхностном слое донных отложений и в придонной воде. Возникновение зон гипоксии и сероводородного заражения приводит к изменению или гибели донных биоценозов и существенным трансформациям экосистемы.

При изучении экологического состояния продуктивным является ландшафтный подход, комплексно изучающий донные отложения, донные биоценозы и придонный слой воды. Донные осадки, и в некоторой степени вода, накапливают следы долговременных воздействий, при этом осадки являются более консервативным компонентом и медленнее реагируют на изменения среды. А вот бентос способен наиболее быстро реагировать, но в своей совокупности также отражает и долговременный эффект различных воздействий. В придонной воде могут мгновенно отражаться результаты воздействия, но следы этого не всегда сохраняются.

Формирование того или иного ландшафта во многом определяется рельефом, гидродинамическими условиями, литологией пород, геолого-структурными особенностями, климатом, но все же, в морских условиях, геоморфологический фактор наиболее полно отражает совокупность действия большинства ведущих факторов.

В целом, поверхность дна северо-западного шельфа Черного моря образует наклоненную под углом 1-2° поверхность, представляющую собой затопленный слабо измененный предголоценовый рельеф приморской равнины, где располагались низовья палеодолин Дуная, Днестра и Днепра. Глубина моря на большей части находится в диапазоне от 15 до 40 м. Шельфовая равнина от суши отделена прибрежным подводным склоном с углами наклона, достигающими до 20°, а сама она расчленяется отчетливо выраженными в рельефе линейными желобами и относительно изометричными котловинами глубиной 10-25 м. В Дунай-Днестровской части шельфа О.Е. Фесюновым (1987) выделяются следующие типы донных ландшафтов.

Ландшафты прибрежных склонов и возвышенностей, которые являются наиболее мелководными (глубины менее 25 м.), здесь донные отложения сложены раковинными песками и ракушниками с незначительными количествами илистого материала и органического вещества. Гидродинамически – это зоны транзита со скоростями седиментации до 40 мм/1000лет. Гидрохимический режим водной толщи характеризуется летней стратификацией, что на мелководье сопровождается регулярным возникновением гипоксии.

Ландшафты приустьевых взморий (глубины до 25 м.) выделяются в районах впадения в море Дуная и Днестра. Донные отложения по составу терригенные, преимущественно илистые, обогащенные органическим веществом. Характерны относительно высокие скорости осадконакопления. Бентосные биоценозы имеют небольшую биомассу, среди организмов доминируют полихеты.

Ландшафты палеодолин и их склонов (включая Одесскую котловину) с глубинами от 15 до 40 м. характеризуются терригенно-биогенными осадками, здесь развиты мидиевые биоценозы, иловый бентос. Гидродинамический и гидрохимический режимы близки режимам более мелководных областей, но по сравнению с прибрежными склонами скорость седиментации выше, а вероятность возникновения гипоксии меньше.

Ландшафты внешнего склона прибрежной части шельфа расположены на глубинах от 25 до 45-50 м. Здесь преобладают ракушники и раковинные илы со средним содержанием органического вещества. Гидродинамические и гидрохимические условия обусловлены свободной связью с морем, что определяет относительно благоприятный кислородный режим. Повсеместно распространенные мидиевые биоценозы, местами с большой биомассой, сменяются, в более глубоководной части, мидиево-фазеолиновым комплексом с небольшой биомассой.

Условия осадконакопления являются интегрированным отражением природной среды данного региона, поскольку зависят от характеристик ландшафта: структурно-геоморфологической, гидродинамической, гидрохимической, климатической, а также от состава донных биоценозов и их биопродуктивности. Тем самым, вещественный и фаунистический состав донных осадков сохраняет определенные признаки состояния природной среды, времени осадконакопления, и, с учетом биогеохимических и физико-химических преобразований в осадке, позволяет реконструировать палеоэкологические обстановки и их изменения во времени.

На широких (десятки километров) шельфах на характер осадконакопления доминирующее воздействие оказывает гидродинамический фактор – существующие здесь вдоль шельфовые, компенсационные, разрывные течения определяют преобладание потоков вдоль изобат, и не прослеживается на всем протяжении северо-западного шельфа перемещение в сторону глубоководной впадины Черного моря гравитационных суспензионные потоков малой плотности большой протяженность, которые являются последним звеном в цепи непрерывных переходов от оползня к течению [2].

Гравитационные процессы (обвалы, оползни, потоки вещества высокой плотности) и пластические потоки (потоки обломков, потоки зерен и грязевые потоки), определяющие условия лавинной седиментации, локализованы на некоторых участках верхней и нижней частей шельфа. В дельтовой части Дуная характерны оползни, для возникновения которых здесь достаточно угла наклона дна всего лишь 0,2 градуса. Интенсивность гравитационных процессов данного типа в зоне перехода от шельфа к континентальному склону прямо зависит от уклонов дна.

В голоценовой истории Черного моря изменение биопродуктивности, гидрохимического и гидрологического режимов на северо-западном шельфе предопределялось отчетливой двухфазностью трансгрессий за последние 15-17 тыс. лет. П.В. Федоров [3] отмечает, что в максимум последнего оледенения, в условиях глобальной регрессии с понижением уровня до 120-130 м., в области Черного моря также наблюдалась регрессия, но уровень здесь не падал ниже -80 -90 м. поскольку ограничивался высотой порога в ложе пролива Босфор. Эта первая фаза поздне- и начала послеледниковой трансгрессии Черного моря характеризовалась образованием слабосолоноватоводного проточного, а позднее замкнутого – новоэвксинского – водоема. В период деградации оледенения в самом начале глобальной фландрской трансгрессии в Черном море началось повышение уровня новоэвксинского бассейна в результате увеличения притока речных вод.

Вторая фаза была связана с установлением нижнего босфорского течения и характеризовалась двусторонним водообменом между Черным и Средиземным морями в термический оптимум голоцена (около 5-5,5тыс. лет), когда Черное море превратилось во внутренний бассейн Мирового океана в результате морской трансгрессии, связанной с максимумом фландрской трансгрессии. Тем самым, глобальная послеледниковая фландрская трансгрессия как бы поглотила озерную новоэвксинскую трансгрессию Черного моря, превысив ее по уровню. Начиная, примерно, с 8-9тыс. лет назад, с начала вторжения вод фландрской трансгрессии изменения уровня Черного моря происходили синхронно и однозначно с колебаниями уровня океана [3].

Последняя трансгрессия привела к расселению более высоко продуктивной средиземноморской фауны, и это обстоятельство определило повышение среднего значения карбонатности и Сорг в современных отложениях, по сравнению с древнечерноморскими и новоэвксинскими. Повышение содержания Сорг, помимо высокой биопродуктивности бентоса, фито- и зоопланктона, в настоящее время связано и с эвтрофикацией моря.

Вещественный состав осадков отражает физико-химические условия среды осадконакопления. Каждая из составляющих осадок компонент (терригенная, биогенная и хемогенная) характеризуются специфической парагенетической ассоциацией элементов [4]. Именно это обстоятельство позволяет выяснить тенденцию изменчивости седиментогенеза на северо-западном шельфе Черного моря в позднем плейстоцене и голоцене на основе анализа геохимических особенностей отложений, выделение для каждой из компонент типоморфных ассоциаций химических элементов, определение их соотношения в пространстве и во времени. Выявление тенденции геохимической эволюции элементов в голоценовое время может служить основой как прогноза изменения состояния природной среды шельфовой зоны, так и оценки последствий техногенного воздействия на экосистему шельфа.

Анализируя содержание и распределение микроэлементов в донных осадках Черного моря, Н.М. Страхов с соавторами [5] отметили определяющую роль условий миграции в речном стоке и гидродинамического режима поверхностной кислородной зоны водной массы. Первую группу составляют элементы-гидролизаты (Тi, Zг, Ge, Сг, V, Gа.), поступающие исключительно во взвешенной форме, в основном, в грубых фракциях взвеси. Они характеризуются малой растворимостью и геохимической подвижностью и довольно отчетливо обогащают грубозернистые осадки прибрежной области.

Известно, что химические элементы группы гидролизатов обычно только присутствуют, но не накапливаются в умеренно устойчивых и неустойчивых минералах. Эти элементы отличаются довольно четкой минералогической характеристикой и, в основном, связаны с прочными кристаллическими постройками, а тонкодисперсные минералы и коллоиды играют в их поведении меньшую роль. Так, главным носителем Zr является циркон, Сг – шпинель и хромшпинелиды, Тi – рутил, лейкоксен, анатаз, брукит, ильменит, сфен и титаномагнетит, V – рутил, титаномагнетит, магнетит, а Gе – турмалин, топаз и магнетит. Вследствие этого, элементы-гидролизаты, перемещаясь в водах рек в составе механических взвесей, осаждаются по закону терригенных частиц. Их поведение в морском осадконакоплении определятся гипергенной историей устойчивых минералов, не подвергающихся химическому разложению, а только механическому истиранию. Очевидно, что парагенетическое сочетание таких химических элементов в основном будет унаследовано от состава материнских магматических и метаморфических пород.

Во вторую группу включены элементы группы железа (Fе, Мn, Ni, Со, Сu, Мо), Сорг и ряд металлов (Аu, W, Аs, U и др.), отличающиеся лучшей растворимостью и большей подвижностью в процессах гипергенеза. Они тяготеют к осадкам пелитовой размерности, а в прибрежных грубообломочных отложениях их количества быстро снижается. Эта группа не имеет четкой минералогической характеристики и элементы образуют, наряду со сложными сорбционно-биохемогенными формами, также ряд тонко дисперсных аутигенных минералов, которые формируются в водной среде водоема.

Элементы этой группы только отчасти накапливаются в устойчивых минералах, а обычно в неустойчивых и умеренно устойчивых минеральных агрегатах. Более тесная связь Мn, Ni, Со, Сu и Zn со слабоустойчивыми минералами-носителями определяет их весьма значительную подвижность в зоне гумидного выветривания, они способны легко высвобождаться и перемешаться в водах рек в виде истинных растворов или в сорбированном состоянии.

В то же время Fе отличается двойственностью поведения и если одна его часть, при разрушении и разложении материнских пород, мигрирует в виде взвесей, то другая часть, при высвобождении из разложенных минералов-носителей, окисляется и гидролизуется, а в случае восстановления до двухвалентного состояния становится способна растворяться и мигрировать в виде истинных растворов.

Соотношение максимальных и минимальных концентраций элементов первой группы изменяется до 3,2 до 8, а во второй выше – от 8 до 20.

Особенным является распределение Рb и Zn, своеобразие которых может определяться разгрузкой подземных вод или техногенным воздействием.

На основе факторного анализа геохимических характеристик новочерноморских, древнечерноморских и новоэвксинских осадков установлено [6], что первым и ведущим (определяющим главную изменчивость системы) является фактор условий седиментации. Он контролирует накопления Ti, Cr, V, которые связаны с терригенной составляющей, а также карбонатонакопление. Второй фактор контролирует накопление Сорг. Выделяющаяся по третьему фактору ассоциация Ba-Mn-Mo отражает хемогенную составляющую, контролируя аккумуляцию элементов, поступающих в растворенном состоянии [5], причем, отмечается заметная связь с карбонатонакоплением и аккумуляцией органического вещества.

Накопление и распределение микроэлементов в ландшафтах определяется характером поступления вещества в седиментационный бассейн и условиями его осаждения, при этом важное значение имеет близость к источникам поступления осадочного материала и наличием геохимических барьеров. Для авандельты Дуная, поставляющей основную массу твердого стока, характерны максимальные содержания как для элементов, поступающих в твердой фазе (Ti, V, Zn,), так и для поступающих в растворенном виде Pb, Ni, Cu и др. Гораздо менее заметна поставка седиментационного материала Днестром, для которого в настоящее время зоной разгрузки является лиман. Ранее, судя по отложениям зоны Палео-Днестра, в которых отмечается значительное повышение содержаний Cr, а также некоторое увеличение средних содержаний Ti, Mo, Pb, Mn, его роль была значительнее.

Вполне отчетливо появляется приуроченность выделенных групп элементов к определенным литологическим разностям донных отложений. Для Cr, V, Ti, Zn и др. один максимум содержания отмечается в песках и второй, более высокий, в алевритах и суглинках (их мехсостав соответствует алевритам). Элементы второй группы – Pb, Ni, Co, Mo и др. концентрируются преимущественно в осадках с преобладанием пелитовой фракции. Повышенные содержания Ba фиксируются в ракушниках, илистых ракушниках, раковинных илах и раковинных песках, отражая связь с биогенной составляющей осадка.

Аккумуляция Сорг. контролируется распространением тонкозернистых осадков, в которых его среднее содержание в зависимости от состава отложений варьируется в пределах 1,4-2,4 %. Это характерно для авандельты Дуная, Днепровского желоба, западного склона Каркинитской котловины, где в составе донных отложений преобладают илы, а также в зонах развития илистых ракушников на внешнем склоне прибрежной части шельфа.

Отмеченные особенности геологического развития Черного моря в голоцене определили изменчивость условий седиментации и геохимическую эволюция элементов. В новоэвксинском изолированном солоноватоводном бассейне основным источником материала являлся вынос Днепра, Дуная и Днестра, а также абразия берегов, что предопределило доминирование терригенной составляющей и более интенсивный процесс накопления особенно Ti, Cr, Zn, V. Накопление органического вещества, процесс, контролируемый вторым фактором, в новоэвксинское время приурочено почти исключительно к речным долинам (палеорусла Днепра и Дуная), причем роль Днепра была ведущей.

Расширение трансгрессии в древнечерноморское и, особенно, новочерноморское время отразилось в смещении к северу и северо-западу области повышенного влияния твердого стока и локализации этого влияния в пределах авандельт рек, а после образования лиманов Днестра и Днепра – именно в них. Следует отметить, что в настоящее время из-за чрезмерной зарегулированности стока Днепра его влияние на осадконакопление на северо-западном шельфе Черного моря существенно ослабло по сравнению с новоэвксинским временем, а доминирующей стала роль Дуная.

Начиная с древнечерноморского времени в пределах основной части северо-западного шельфа все возрастающее значение приобретает биогенная составляющая.

Унаследованное накопление Сорг продолжается в районах Днепровского желоба и авандельты Дуная. Но в настоящее время оно происходит под определяющим влиянием эвтрофикации бассейна и является ведущим на участках развития тонкозернистых осадков, приуроченным к понижениям рельефа дна (Каркинитская котловина, внешний склон прибрежной части шельфа).

Эти же депрессии рельефа характеризуются локализацией максимумов проявления фактора, контролирующего хемогенную составляющую донных отложений, что вполне объяснимо активной сорбцией органическим веществом ионов микроэлементов.

Роль каждой составляющей осадков, место разгрузки и аккумуляции химических элементов, зависящие от формы их поступления в бассейн седиментации, их пространственное распределение достаточно отчетливо контролируется геологическими процессами. Так, в северо-западной части Черного моря распределение мощностей голоценовых отложений обусловлено ориентировкой основных структур осадочного чехла и унаследованным характером геологического развития [7]. В регионе развита сеть субмеридиональных (наиболее проявляется роль Одесского и Николаевского глубинных разломов) и субширотных разломов. Они разделяют блоки разной степени интенсивности и слабого опускания, а также относительно воздымающиеся блоки. Отмечается унаследованность тенденции проявляющегося в новейшее время увеличения роли нисходящих движений в выделенных блоках с запада на восток. Аналогично этому, по направлению к центральной и восточным частям северо-западного шельфа отмечается повышение интенсивности проявления факторов, контролирующих аккумуляцию в современных донных осадках Сорг и металлов, мигрирующих преимущественно в растворенной форме.

Из рассмотренного, очевидно, следует, что без анализа и учета влияния геологических процессов на функционирование морских экосистем, их геолого-исторической унаследованности принципиально затрудняется понимание путей и особенностей концентрации и рассеивания поллютантов в морской воде и донных осадках, оценка изменения темпов и объемов продуцирования органического вещества в условиях разной степени интенсивности проявления антропогенного стресса. Геологические процессы отражаются и в характере биодифференциации и биоконсервации импактных веществ, в скорости их трансформации и захоронения, т.е. процессов, происходящих в придонном слое на границе вода-дно. Без изучения этих вопросов и учета влияния на них геолого-геохимических и биогеохимических процессов нельзя обоснованно строить прогнозы о тенденциях, степени и темпах изменения природной среды.

Литература

1. Надворный Н.Н., Красовский Г.Н., Колоденко В.А, и др. Гигиенические основы охраны морской среды при дноуглубительных работах.. – Кишинев: Штииница, 1991. – С.3-9.

2. Айбулатов Н.А., Щербаков Ф.А. Лавинная седиментация на шельфе Черного моря // Изв. АН СССР. Сер. Геол. 1985. № 2. – С.23-30.

3. Федоров П. В Проблема изменения уровня Черного моря в плейстоцене // Бюлл. МОИП. Отд. Геол. –1988. – Т.63. Вып. 4. – С. 55 - 61.

4. Митропольский А.Ю. Геохимия внутренних морей (Черное, Средиземное, Красное, Балтийское) // Автореферат дис…. докт. геол.-мин. Наук. – Киев: 1988. – 39 с.

5. Страхов Н.М., Белова И.В., Глаголева М.А., Лубченко И.Ю. Распределение и формы нахождения элементов в поверхностном слое современных черноморских отложений // Литология и полез. ископаемые. – 1971. – № 2. – С. 3-32.

6. Вайнштейн Б.Г., Верещака С.А. Полиэлементные геохимические карты как основа анализа загрязнения морской среды. // Вопросы экологии в связи с морскими геологоразведочными работами. – Л.: 1989. – С. 43-51..

7. Щербаков Ф.А., Моргунов Ю.Г., Новейшая тектоника шельфа северо-западной части Черного моря // Проблемы геологии шельфа. М.: Наука, 1975. с. 159-165.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.