мая 31 2003

Пространственно- временная изменчивость концентрации микроэлементов в поверхностном слое Мирового океана и солнечная активность (на примере вод Черного моря у Южного берега Крыма).

Опубликовано в 00:00 в категории Проблемы Черного моря

Пространственно- временная изменчивость концентрации микроэлементов в поверхностном слое Мирового океана и солнечная активность (на примере вод Черного моря у Южного берега Крыма).

А.В.Холопцев*, А.И.Рябинин

  • , Ю.А.Мальченко
  • *Севастопольский Национальный технический университет, Севастополь

  • Морское отделение Украинского научно-исследовательского гидрометеорологического институт, Севастополь

    Согласно современным представлениям о факторах пространственно- временной изменчивости гидрохимических характеристик поверхностного слоя Мирового океана, к числу наиболее значимых относятся атмосферные осадки. Они не только снижают соленость поверхностного слоя водоемов, но и привносят в него различные микроэлементы [3-5]. Среди последних присутствуют как смываемые с суши ливневыми стоками, так и переносимые облаками от весьма удаленных техногенных и природных источников.

    Существование значимой статистической связи временной изменчивости интенсивности атмосферных осадков во многих регионах нашей планеты с вариациями солнечной активности, было выявлено еще в конце XIX начале ХХ веков [1]. Значимость влияния вариаций солнечной активности на межгодовую изменчивость атмосферных осадков существенно зависят от географического положения района их выпадения [2].

    Указанные соображения позволяют предполагать, что в поверхностном слое прибрежных акваторий Мирового океана, в том числе и Черного моря у южного берега Крыма должны встречаться микроэлементы, межгодовая изменчивость концентраций которых находится под влиянием вариаций солнечной активности.

    Выявление факторов межгодовой изменчивости концентраций микроэлементов и в частности тяжелых металлов в поверхностном слое Черного моря у южного берега Крыма представляет не только научный, но и значительный прикладной интерес. Значимость таких факторов как вариации солнечной активности и межгодовая изменчивость атмосферных осадков в юго-восточном Крыму в настоящее время изучены недостаточно.

    Исследования особенностей межгодовой изменчивости концентраций 27 микроэлементов в поверхностном слое Черного моря у Южного берега Крыма (Sc, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Mo, Ag, Cd, Sn, Sb, Ba, La, Ce, Sm, Eu, Hf, Au, Hg, Pb, Hf, Th, U), показали, что эти процессы имеют колебательный характер [3]. Фазы выявленных колебаний концентраций некоторых тяжелых металлов и металлоидов близки к фазам колебаний солености вод. Это позволило авторам [3] предположить, что одной из возможных причин этих колебаний является перенос вод, содержащих микроэлементы основным черноморским течением (ОЧТ) из восточных районов Черного моря.

    Целью данной работы является поиск статистических связей упомянутых колебаний концентраций микроэлементов в поверхностном слое Черного моря с вариациями солнечной активности и межгодовой изменчивостью атмосферных осадков в юго-восточном Крыму.

    Информация о временной изменчивости концентраций тяжелых металлов в водах поверхностного слоя Черного моря у южного берега Крыма была получена из работ [3-5]. Эта информация сгруппирована по трем районам наблюдения. Первый (восточный) располагается на траверзе Гурзуфа, второй – на траверзе Ялты, а третий – на траверзе Симеиза, на удалении 5 миль от берега. В каждом из этих районов в поверхностном слое моря определялись концентрации 27 микроэлементов, на основе наблюдений в период с 1991 по 2000 годы осенью (с 20 августа по 20 ноября). В 1993 и 1998 годах наблюдения не проводились. Таким образом, ряды данных о концентрациях микроэлементов включали по 10 членов (в том числе два пропуска). Для получения сплошных рядов пропущенные значения нами дополнены средними арифметическими предыдущего и последующего значений.

    Данные о временной изменчивости вариациях атмосферных осадков в восточном Крыму, в период наблюдений на примере осадков в г. Феодосия были получены из [6]. Учитывая то, что лишь ливневые осадки способны интенсивно смывать микроэлементы в водоемы, при вычислении месячных сумм нами учитывались лишь те осадки, интенсивность которых в сутки превышала 5 мм. Cведения о вариациях солнечной активности в тот же период, в виде соответствующего ряда чисел Вольфа были получены из [7].

    Авторами рассчитывались функции корреляции между временными рядами концентраций металлов, интенсивности ливневых осадков и чисел Вольфа.

    Значения функций корреляции временных рядов концентраций и интенсивности осадков вычислялись при сдвигах между соответствующими временными рядами чисел Вольфа, изменяющихся в пределах от нуля до 132 месяцев с шагом 1 месяц.

    Корреляционные функции вариаций солнечной активности и временной изменчивости концентраций тех или иных микроэлементов в поверхностном слое Черного моря рассчитывались по рядам длиной 10 членов (95% порог достоверной корреляции по критерию Стьюдента 0.64 [8]). Также рассчитывались корреляционные функции временной изменчивости концентраций микроэлементов у южного берега Крыма и месячных сумм атмосферных осадков в восточном Крыму (Феодосия).

    Обработка исходных данных согласно описанной методике позволила получить два семейства функций корреляции. Первое содержит функции корреляции временных рядов изменений концентраций в водах на участке от Гурзуфа до Симеиза всех изучаемых микроэлементов, а также вариаций чисел Вольфа. Второе включает функции корреляции тех же временных рядов изменений концентраций микроэлементов и месячных сумм атмосферных осадков в г. Феодосия.

    Как показал анализ корреляционных функций первого семейства, все они носят квазигармонический характер, имеют одинаковый период 11 лет (132 месяца), отличаясь величинами амплитуд - R(0) и временными сдвигами, при которых достигается максимум -t max

    Таблица 1. Значимые максимумы функции корреляции изменений концентраций некоторых микроэлементов и вариаций месячных сумм атмосферных осадков в Феодосии

    Микроэлемент

    Гурзуфский залив

    Ялтинский залив

    Симеизский залив

    Fe

    0.81

    0,73

    0,84

    Sm

    0,78

    0,84

    0,89

    Mo

    -

    0,71

    0,73

    Cr

    0,68

    -

    -

    Sb

    -

    -

    0,62

    Hf

    -

    -

    0,74

    Au

    0,66

    -

    0,73

    Для многих микроэлементов значения корреляций превышают выбранный порог значимости (0.64). Это Fe, Cr, Co, Ni, Mn, As, Mo, Ag, Sb, La, Ce, Sm, Eu, Tb, Hf, Au, Pb, Th, U. Для остальных элементов коэффициент корреляции был ниже порога значимости.

    Существенного влияния вариаций солнечной активности на межгодовую изменчивость в водах поверхностного слоя районов наблюдения концентраций таких микроэлементов как Sn, Cu, Zn, Ba, Sc, Se, Hg и Cd не выявлено.

    Анализ второго семейства функций корреляции показал, что для некоторых микроэлементов существует значимая статистическая связь изменений их концентраций с изменениями сумм осадков. Информация о параметрах значимых максимумов функций корреляции для таких микроэлементов представлена в табл.1.

    Для остальных микроэлементов значимой взаимосвязи с осадками в Феодосии не выявлено. Для осадков выпадающих в Феодосии в другие месяцы, связи с изменчивостью концентраций рассматривавшихся металлов также не выявлено.

    В свете сказанного выше, данные табл.1 свидетельствует о том, что значимую статистическую связь с межгодовой изменчивостью ливневых осадков в Феодосии проявляют лишь те микроэлементы, изменчивость концентраций которых значимо связана с вариациями солнечной активности. Максимумы функций корреляции приходятся в основном на сдвиги 72-90 месяцев.  

    Установленные факты свидетельствуют о том, что поступление в воды Черного моря Fe, Au, Sm, Cr, Mo, Sb может быть обусловлено ливневыми атмосферными осадками, которые их смывают с различных участков побережья Крыма расположенных восточнее районов исследования. Их перенос к берегам Гурзуфа, Ялты и Симеиза может осуществляться ОЧТ.

    Анализ взаимно корреляционных функций месячных сумм осадков в Феодосии и среднемесячных значений чисел Вольфа показали, что с достоверностью 0.95 между интенсивностью осадков в сентябре и июле, а также вариациями солнечной активности существует значимая статистическая связь. В другие месяцы года аналогичная связь не выявлена.

    Зависимость концентраций в поверхностном слое Черного моря других микроэлементов, указанных в таблице 1, от вариаций солнечной активности может быть обусловлена выпадением ливневых осадков на берегах Кавказа, Турции, водообменом с Азовским морем, а также стоком рек, Ингури, Бзыбь, эффектами апвеллинга. Различия временных сдвигов, при которых достигаются максимумы функций корреляции, соответствующих разным элементам, вероятно, могут объясняться различным режимом выпадения осадков на соответствующих территориях и разным временем их доставки к южному берегу Крыма ОЧТ.

    Выявленная статистическая связь интенсивности атмосферных осадков в восточном Крыму с солнечной активностью позволяет утверждать, что существуют прибрежные регионы Мирового океана, где атмосферные осадки являются значимым агентом, через посредство которого солнечная активность влияет на временную изменчивость гидрохимических характеристик их поверхностного слоя.

     

    1. Чижевский А.Л. Земное эхо солнечных бурь. М.: «Мысль».1973.-348с.

    2. Мирошниченко Л.И. Солнечная активность и Земля. М.:«Наука» 1981-144с.

    3. Рябинин А.И., Мальченко Ю.А, Салтыкова Л.В. , Боброва С.А., Жук Л.И Содержание микроэлементов в морских водах у побережья южного Крыма в 1991-2000 г.г. //Морской гидрофизический журнал, №4, 2003г. с.26-38

    4. Жидкова Л.Б., Мальченко Ю.А., Рябинин А.И. и др. Техногенная составляющая в формировании микроэлементного состава прибрежных вод Южного берега Крыма. //Сб. трудов СНИЯЭиП, №6, с.79-84

    5. Жидкова Л.Б., Мальченко Ю.А., Рябинин А.И. Особенности формирования полей концентраций некоторых микроэлементов в прибрежных водах ЮБК.//Сб. трудов СНИЯЭиП, №6, с.89-92.

    6. http://www.meteo.ru

    7. http://zeus.mcdb.ru

    8. Крамер Г. Математические методы статистики. М.: «Мир».1975.648с.

  • Нет пока ответов

    Комментарии закрыты.