авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Закономерности формирования и распределения метана в прибрежных водах азово-черноморского бассейна

На правах рукописи

ХОРОШЕВСКАЯ ВИКТОРИЯ ОЛЕГОВНА

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ

И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МЕТАНА

В ПРИБРЕЖНЫХ ВОДАХ

АЗОВО-ЧЕРНОМОРСКОГО БАССЕЙНА

Специальность 25.00.36 – Геоэкология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата географических наук

Ростов-на-Дону

2010

Работа выполнена на кафедре физической географии, экологии и охраны природы геолого географического факультета Южного федерального университета

Научный руководитель: доктор географических наук, профессор Федоров Юрий Александрович

Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор Беспалова Людмила Александровна;

кандидат географических наук Новосельцева Анна Петровна;

чреждение Российской академии наук У

Ведущая организация: Институт водных проблем РАН, г. Москва

Защита состоится 6 октября 2010 г. в 14 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.208.12 при ФГУО ВПО «Южный федеральный университет» по адресу: 344090, г. Ростов на-Дону, ул. Зорге, 40, геолого-географический факультет, ауд. 201.

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке ЮФУ по адресу:

344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148.

Автореферат разослан «_» сентября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, Т. А. Смагина кандидат географических наук, доцент I.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Метан (СН4) – простейший представитель подгруппы предельных (метановых) углеводородов. Он играет важную роль в биогеохимическом цикле углерода в гидросфере, атмос фере и земной коре. Основная масса газа рассеяна в осадочных и изверженных породах, в болотах, донных отложениях рек и озер, прибрежных водах морей и океанов. Интерес к генезису метана вызван не только утилитарными соображениями, но и фундаментальными проблемами, связанны ми с функционированием водных экосистем, жизнедеятельностью растительных и животных ор ганизмов, климатическими изменениями. В глобальном и локальном круговороте углерода, метан – не в полной мере изученная составляющая. Природные воды содержат метан разного генезиса и одновременно являются средой, где происходит его продукция и деструкция. Между донными отложениями, водной тощей и атмосферой происходит постоянный газообмен, который регули руется различными факторами и процессами. Живые организмы принимают активное участие в геохимическом круговороте органического вещества (В.И.Вернадский, 1934), в том числе и мета на. Наряду с образованием метана insitu он может поступать в водоемы и водотоки с болотными водами, хозяйственно-бытовыми, промышленными и сельскохозяйственными сточными водами.

Растворенное аллохтонное органическое вещество – гумус природного (почвенного) происхожде ния – является трудно разлагаемым, а органика, содержащаяся в растительных останках (детрите), коммунально-бытовых и промышленных сбросах, быстро утилизируется бактериями, что приводит к образованию большого количества продуктов метаболизма. В свою очередь последние утилизи руются бактериями – метаногенами, что приводит к существенному возрастанию содержания газа в воде на загрязненных участках по сравнению с естественным фоном.

В последнее время большой интерес вызывает изучение процессов формирования и распреде ления метана в воде и донных отложений прибрежных районов океанов, морей и устьевых областей рек. В этих зонах в условиях антропогенного пресса происходит смешение органического вещества морского и наземного происхождения, причем на фоне климатических изменений. Происходит мас штабное изменение содержания растворенного метана в прибрежных водах окраинных и внутрен них морей.

Уровни содержания и потоки метана в водных объектах аридной климатической зоны корре лируют с уровнем их трофии, что позволяет говорить о возможности использования «метана» в качестве интегрального показателя экологического состояния водных экосистем. Современное эко логическое состояние прибрежных вод Азово-Черноморского бассейна зависит не только от гео графических особенностей объектов, но так же от степени хозяйственного освоения побережья и водосборных территорий нижних течений рек. Устьевые области рек и приустьевые морские воды являются зонами геохимических барьеров, где происходит смена форм миграции различных ве ществ, в том числе органических. Вышеизложенное и стало основной предпосылкой к изучению закономерностей образования и распределения содержания метана в прибрежных водах и в нижних течениях рек Азово-Черноморского бассейна.

Ранее считалось, что метан, образованный в водных объектах insitu, присутствует в воде в незна чительных количествах и практически весь подвергается окислительным процессам в водной среде.

Разработанный сотрудниками ГУ «Гидрохимический институт» Росгидромета метод определения метана в воде (Тамбиева, Винников, 1989) позволил получить новые данные о достаточно больших концентрациях СН4 в воде водных объектов Азово-Черноморского бассейна.

Цель работы – исследование закономерностей формирования и распределения концентраций метана в прибрежных водах бассейнов Азовского и Черного морей.

Основные задачи:

1. Проанализировать геоморфологические, гидрологические, гидрохимические и биогеохими ческие особенности круговорота минерального и органического вещества в барьерных зонах «река – море» и «море – суша» как факторов, оказывающих влияние на формирование метана в водах Азово-Черноморского бассейна.



2. Определить основные источники, а также факторы и процессы, контролирующие современ ный метаногенез в морских и пресноводных экосистемах аридной зоны.

3. Провести теоретические и экспериментальные исследования для выявления роли загрязнения и эвтрофирования в изменении содержания метана в воде водных объектов.

4. Исследовать закономерности содержания метана в воде по разрезу «река – море», прибреж ных водах.

5. Изучить биогеохимические и геоэкологические факторы, влияющие на пространственно временные закономерности распределения метана в контактных зонах «река – море» и « море – суша».

6. Обосновать возможность использования уровня содержания метана в качестве интегрального показателя экологического состояния водных объектов.

Научная новизна:

– выявлены особенности влияния природных и антропогенных факторов и процессов на генера цию, распределение и формирование уровней концентраций метана в водах Азово-Черноморского бассейна;

– представлено теоретико-экспериментальное обоснование связи уровней концентраций метана с загрязнением и эвтрофированием водных объектов и определены основные пути его образова ния;

– установлены пространственно-временные закономерности образования и распределения мета на по разрезу «река Дон – Таганрогский залив – Азовское море»;

– построены картосхемы распределения содержания метана по акватории, в поверхностном и придонном слоях воды Азовского моря, а также прибрежных водах Черного моря;

– описано поведение метана в барьерных зонах «река – эстуарий – море», «река – море» и «море – суша» в условиях антропогенного пресса;

– исследованы источники и пути поступления метана в водопроводную воду, а также механизм его генерации in situ для оценки экологического состояния системы водоснабжения городской агло мерации.

Практическая значимость Основные результаты работы могут быть использованы при реализации мероприятий по реа лизации Водной стратегии Российской федерации на период до 2020 года и в разрабатываемой в ее рамках государственной программы «Чистая вода» для обеспечения населения Российской Федера ции чистой питьевой водой.

Результаты исследований прибрежных вод Азово-Черноморского бассейна могут быть исполь зованы комитетами по охране природы Краснодарского края и Ростовской области, рыбохозяй ственными и другими организациями при мониторинге природных вод и позволяют прогнозировать изменение качества воды в прибрежной зоне под влиянием хозяйственной деятельности на водо сборной территории.

Проведенное исследование водопроводной воды городских агломераций, расположенных в при брежных районах региона, позволяет оперативно оценить состояние городских систем водоснабже ния и качества поставляемой ими воды.

Результаты исследований использованы в отчетах по теме Росгидромета «Разработать ме тодические рекомендации по оценке уровня загрязненности донных отложений водоемов и во дотоков России и эстуарных зон по показателю «метан», по грантам РФФИ: № 00-15-98603, № 09–05–00337, по гранту Президента РФ «Ведущие научные школы» НШ – 8030.2010.5, а так же используются в учебном процессе при преподавании учебных курсов «Учение о гидросфере» и «Экология водных объектов» в Южном федеральном университете.

Положения, выносимые на защиту – По разрезу «р. Дон – Таганрогский залив» – Азовское море наблюдаются два метановых ба рьера, характеризующиеся падением концентрации газа в направлении повышения солености. Роль антропогенного фактора проявляется в резком увеличении концентраций метана на участках, под верженных влиянию городских агломераций.

– В сезонной динамике содержаний метана в воде р. Дон определены два максимальных пика – летний, обусловленный сильным прогревом воды, и зимний, когда наличие ледового покрова вы полняет роль экрана, способствующего накоплению газа в поверхностном горизонте воды.

– Суточная динамика содержания СН4 в поверхностном и придонном горизонтах воды в менее загрязненных районах Таганрогского залива в летний период коррелирует с динамикой взвешенного органического вещества.

– Зона влияния речного стока в северо-восточной части Черного моря прослеживается в среднем до глубин 20 м, на больших глубинах содержание СН4 в воде определяется его поступлением из более глубоких горизонтов, характеризующихся анаэробными условиями.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на конференции молодых ученых национальных гидрометслужб стран СНГ (Москва, 1999г.);

на III международ ном симпозиуме по геохимии «ОnAppliedIsotopeGeochemistry» (Орлеан, Франция, 1999 г.);

на I и II Всероссийской школе молодых ученых и специалистов «Экология на современном этапе развития»

(ст. Мелиховская Рост.обл., 1999г., г. Аксай Ростовской обл., 2000 г.);

на конференциях аспирантов и соискателей РГУ (Ростов-на-Дону, 2000, 2001 гг.);

на международной выставке – ЭКОТЭК (Мо сква, 2000 г.);

на 3-х итоговых сессиях Ученого совета Гидрохимического института Росгидромета (Ростов-на-Дону, 2000 г., 2001 г., 2004 г.);

на научно - практической конференции «Градоформирую щие технологии 21-го века» (Москва, 2001 г.);

на XIV и XV Международных – школах по морской геологии (Москва, 2001 г., 2003 г.);

на Круглом столе «Проблемы безопасности окружающей среды и соблюдений прав граждан в связи низким качеством питьевой воды» в рамках проведения Госсовета по воде (Ростов-на-Дону, 2003г.);

на III, IV, V и VI международных научно-практических конфе ренциях «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» (СОЛ «Лиманчик», 2006–2008;

2010 гг.);

на научно-практической конференции (с международным участием) «Современные фундаментальные проблемы гидрохимии и мониторинга качества поверхностных вод России» (Азов, 2009г.);

на На учной конференции (с международным участием) «Современные проблемы гидрохимии и форми рования качества вод России» (Азов, 2010г.).

Личный вклад автора. Автор участвовала в экспедиционных работах, отбирала пробы воды и выполняла анализы по определению СН4 на переносном малогабаритном хроматографе ХПМ-2, в случае проведения их непосредственно на водном объекте. Осуществляла обработку и интерпрета цию полученных данных, решала комплексные задачи междисциплинарного характера и участвова ла в разработке в отдельных положений теории метаногенеза, что отражено публикациях.

Публикации. По теме диссертации опубликованы две коллективные монографии, одни мето дические рекомендации, 24 публикаций, 4 из которых опубликованы в изданиях рекомендованных ВАК Министерства образования и науки России: «Водные ресурсы» (1) и «Известия вузов. Северо Кавказский регион» (3);

20 публикаций - в других изданиях.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 141 странице, включая 22 табли цы и 56 рисунков. Состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы, включающего 150 наименований из них 14 иностранных источника.

II. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы, подчеркивается значение исследо ваний зон смешения прибрежных вод южных морей под воздействием климатических изменений и возрастания антропогенной нагрузки и влияния этих факторов на образование метана и содержания его в прибрежных водах. Определены цель и задачи исследования, показана научная новизна и прак тическая значимость исследований, сформулированы основные защищаемые положения.

В главе 1 представлен аналитический обзор гидролого – гидрохимических особенностей устье вых областей рек Азово - Черноморского бассейна.

К устьевой области реки Дон относится устьевой (дельта), приустьевой участок и устьевое взмо рье. Устьевые взморья малых рек северо-восточного побережья Черного моря относятся к откры тому преглубокому типу со свободным водообменом с морем. Характер взаимодействия речных и морских вод на взморье определяется главным образом морфологическими особенностями по бережья. Подробно рассмотрены основные гидрологические характеристики устьевых участков и взморьев рек, изучаемых в данной работе.

Основные гидрохимические закономерности зон смешения речных и морских вод Азово Черноморского бассейна. Переход гидрокарбонатных донских вод в хлоридно-натриевые азовские происходит в основном при минерализации от 1 до 2‰. Преобразование ионного состава водной толщи достаточно активно протекает при минерализации до 5‰ и при 10‰ заканчивается. В Таганрогском заливе наибольшая амплитуда колебаний солености отмечается в зоне смешения речных и морских вод. Установлена важная гидрохимическая особенность устьевых участков рек аридной зоны, в том числе и р. Дон, – пресыщенность ионами Са, НСО3, СО3.. Несмотря на наличие в воде р.Дон пресыщения СаСО3, выпадения твердой фазы в реке не происходит (Алекин,Моричева,1959). Одной из причин стабильности пресыщенных растворов карбоната кальция является присутствие в речных водах растворённых органических веществ, адсорбирующих на поверхности образующиеся кристаллы карбоната кальция, что препятствует их росту. Основную роль в стабилизации карбонатной системы играют гумусовые вещества почвенного происхождения, имеющие высокий молекулярный вес. Региональной особенностью зоны смешения речных и морских вод в Таганрогском заливе является то, что здесь наблюдается два максимума пресыщения растворённого карбоната кальция. Наибольшие значения растворённого карбоната кальция отмечаются на взморье при значениях солености от 1 до 6 ‰. В пределах этих значений солёности из-за резкого изменения физико-химических параметров нарушается карбонатное равновесие, а избыток углекислого кальция переходит в твердую фазу, тем самым повышая концентрацию CaCO во взвеси. При значениях солёности от 2 до 2,5‰ большая часть СаСО3 переходит в твердую фазу, чем повышает концентрацию во взвеси до 40%. При дальнейшем увеличении концентраций солей в процессе биохимических реакций, активно протекающих в водоёме, уменьшается концентрация растворённой двуокиси углерода и создаются условия для растворения карбоната кальция, находящегося во взвеси. Новый максимум пресыщения и осаждение карбоната кальция происходит при значениях солёности 5‰. При значениях солёности свыше 10‰ игольчатые кристаллы карбоната кальция во взвеси практически не встречается. За пределами приустьевого участка Дона происходит активное растворение метастабильных генераций кальцита.

Особенности аллохтонного органического вещества устьевых областей рек Азово Черноморского бассейна. В устьях равнинных рек органическое вещество находится в основном (60-70%) в растворённой форме, а в горных реках преобладает взвешенное органическое вещество, что связано с относительным обогащением взвеси горных рек терригенным материалом.

В биогеохимических процессах, протекающих в водной среде, ведущая роль принадлежит растворённому органическому веществу – основному источнику органического углерода в море.

Компонентный состав растворённого органического вещества речной воды весьма разнообразен и включает в себя биополимеры, полученные от разрушения растений, и геополимеры (гумусовые вещества). Биополимеры – это преимущественно полипептиды и полисахариды. Их концентрации небольшие в нижнем течении реки: они разрушаются в процессе переноса с речным стоком микробиологической деятельностью (Семёнов и др.,1975). Понижение концентрации растворённого аллохтонного легкоокисляемого органического вещества в барьерных зонах смешения «река-море»

сопровождается увеличением концентраций метана в результате жизнедеятельности бактерий.

Основную часть растворённых органических вещества в реках (60-80%) составляют геополимеры – фульвокислоты и гуминовые кислоты. Средние содержания растворённых в речной воде гуминовых кислот варьируют в пределах значений 0,01 – 30,0 мг/л, фульвокислот –1,00 – 100,0 мг/л. Высокомолекулярная фракция растворённых гумусовых кислот в речных водах подобна составу гумусовых кислот почвы. Сравнение кислородсодержащих функциональных групп также показало сходство фульвокислот почв с нефракционированным ОВ речных вод. Их высокомолекулярная фракция соответствует гуминовой кислоте почв. При концентрации Сорг.

более 20 мг/л гуминовые вещества становятся заметными по желтой окраске речных вод.

раств.

Образование в почвах гумусовых веществ представляет собой второй по масштабности после фотосинтеза процесс трансформации органического вещества в природе, в который вовлекается около 20 Гт углерода в год. Гумусовые вещества выполняют ряд важных экологических функций в биосфере: аккумулятивную, транспортную, регуляторную, физиологическую и защитную. По общепринятой классификации, основанной на процедуре фракционирования гумусовых веществ, они подразделяются на гумин (нерастворим во всем диапазоне рН), гуминовые кислоты (ГК, нерастворимы при рН2) и фульвокислоты (ФК, растворимы во всем диапазоне рН). Последние два класса объединяют под общим названием гумусовых кислот. В речных водах с высоким содержанием органических веществ может иметь место флоккуляция гуминовых агрегатов из высокомолекулярного гумусового вещества, которые могут накапливаться на отмелях, где скорость течения низкая. Установлено, что основное отложение почвенного материала происходит на границе пресная – морская вода.

Основные закономерности седиментогенеза аллохтонного органического вещества в зонах смешения речных и морских вод Азово-Черноморского бассейна. Количество химических элементов, задерживаемое в дельтах и устьевых участках рек, различно. Наиболее велико оно у платформенных дельт. У рек, берущих свое начало с гор и имеющих открытый устьевой участок, аккумуляция химических элементов, поступающих с взвесью, менее существенна. При попадании речных глинистых частиц в морскую среду происходит их осаждение. Установлено, что уменьшение взвеси на геохимическом барьере «река – море» происходит экспоненциально, взвесь начинает осаждаться из воды на ранних стадиях смешения при солености 0 – 5‰. Частицы крупнее 2 мкм при смешении осаждаются по гидродинамическим законам, тогда как аллохтонные возвещенные частицы размером 2-5 мкм, составляющие основную часть взвешенного речного материала (около 58 – 70%), удаляются из воды в результате коагуляции, вызванной перезарядкой глинистых частиц, или их нейтрализации при попадании речных вод в качественно новую среду, являющуюся сильным электролитом. Электрокинетические исследования взвеси в прибрежных водах показали уменьшение отрицательного заряда взвеси с увеличением солености. Диапазон значений солености, при которых происходит коагуляция – 2–6‰. Наиболее благоприятные условия для коагуляции создаются при солености около 2 ‰, достаточно высокой мутности (250 мг/л), повышении температуры, легком перемешивании, преобладании тонких взвесей. Кроме глинистых частиц, способность к перезарядке с последующей коагуляцией проявляют и органические коллоиды, ассоциированные с гидроокислами железа. Коллоидная составляющая растворённого органического вещества содержит частицы, размер которых лежит в пределах 1 нм – 0,45 мкм. Более крупные частицы относят к взвешенному веществу. Роль коллоидного веществ в биогеохимических процессах определяется очень большой поверхностью частиц (до n1000 м2/г). Большая часть коллоидных частиц, находящихся в речных водах, имеет отрицательный заряд, который уравновешивается содержащимися в воде противоионами. Создающийся на границе раздела частица – среда -потенциал является электростатическим фактором стабилизации коллоидной системы и препятствует её коагуляции.

Добавление электролитов (морской воды) приводит к снижению -потенциала, что создаёт условия для коагуляции (слипания) частиц. Увеличение размера частиц приводит к их оседанию.. Основное удаление гуминовых кислот в результате флоккуляции и осаждения происходит при значениях S от 0 до 5‰, степень их удаления в интервале этих значений – 65%. Особенно интенсивная флоккуляция происходит на ранней стадии смешения вод при S 2‰. Седиментация гуминовых и фульвокислот носит неравномерный характер. При возрастании значений солёности от 5 до 15‰ происходит флоккуляция более мелкой фракции органических коллоидов и происходит удаление из воды гумусовых веществ и растворённого (коллоидного) железа (Sholkovitz,1976).





Малые реки Черноморского побережья Краснодарского края берут начало в горах, взвесь присутствующая в них содержит мало органики и обогащена терригенным материалом. Ведущий фактор седиментогенеза осадочного материала на приустьевом пространстве рек северо-восточного побережья Черного моря – волновой режим. От интенсивности и направления волнового воздействия зависят количество и ареал взвешенного материала реки.

Одной из основных гидрохимических характеристик экосистемы «р. Дон – Таганрогский залив – Азовское море» является поступление значительных объемов растворённых и возвещенных веществ из гуминовой зоны со стоком рек бассейна Дона. Осаждение аллохтонного вещества из гумидной зоны происходит уже в условиях аридного климата, что предопределяет вещественный состав донных отложений и ход осадочного процесса, придавая ему черты, присущие морскому седиментогенезу как аридной, так и гумидной климатической зоны. Проявление аридного климата в седиментогенезе Азовского моря выражается в том, что вторым по значимости компонентом донных осадков является карбонатное вещество. Карбонат кальция служит отличным сорбентом для осаждения растворённых органических веществ. Высокие концентрации Са2+ и Мg2+ способствуют понижению агрегатоустойчивости гуминовых и фульвокислот и вызывают их активную седиментацию. Не успевший осесть в устьевой области пелитоморфный карбонат кальция совместно с алюмосиликатным материалом выносится дальше по акватории и уже в зоне пассивного влияния речного стока, характеризующейся незначительной насыщенностью водной толщи карбонатом кальция, происходит растворение хемогенного кальцита. В Таганрогском заливе зона «геохимического барьера» достаточно большая по площади. Процессы седиментогенеза аллохтонного органического вещества активно протекают здесь до зоны массового развития водорослей.

В главе 2 рассмотрен биогеохимический круговорот органического вещества и метана в водах Азово-Черноморского бассейна.

Первичная продукция прибрежных вод Азово-Черноморского бассейна. Первичная продукция во внутриконтинентальных морях аридной зоны значительно выше, чем в гумидных морских водоёмах. Но отсутствует зависимость средних содержаний Сорг. в донных отложениях от трофности водоёмов. Высокая биологическая продуктивность находит своё отражение в интенсивности накопления органического вещества. Абсолютные массы Сорг. в Азовском море в раз выше, чем вБалтийском, и почти в 33 раза – в Белом, и это – при относительно близких средних содержаниях в донных отложениях. В Азовском море в отличие от Чёрного абсолютные массы органического вещества возрастают от прибрежной зоны к глубоководным областям, где достигают абсолютных значений. (Хрусталёв,1989).

Для понимания биогеохимического круговорота органического вещества в прибрежных водах Азово-Черноморского бассейна важны их гидробиологические особенности. В главе даётся описание видового разнообразия флоры Нижнего Дона, Азовского моря и северо-восточной части Черного моря.. Определено, что фитогеографической особенностью изучаемых вод прибрежных районов является преобладание теплолюбивых водорослей (около 50%) в северо-восточной части Черного моря, а в Азовском море происходит сокращение теплолюбивых видов за счет увеличения растений космополитов;

в устьевой части доминирует комплекс холодолюбивых видов и космополитов. Характерно, что в Черном море доля многолетников достигает 30%, в Азовском – до 4% видов, в устьевой части Таганрогского залива многолетники вообще не встречаются. Во всех изучаемых акваториях по числу видов доминируют однолетники, при этом их доля повышается от 42% в Черном море, до 96% в зоне смешения речных и морских вод Азовского моря. (Воловик и др.,2008).

Установлено, что основной продуцент органического углерода в Азовском море – фитопланктон, продукция макрофитов незначительна и не оказывает существенного влияния на формирование ОВ донных осадков. Изымая во время фотосинтеза свободную углекислоту, растения повышают рН среды, и нарушение ионного равновесия стимулирует переход бикарбонатов в монокарбонаты с высвобождением молекул СО2.. Чем интенсивнее фитопланктон исчерпывает свободную углекислоту, тем больше количества её поступает в воду. Пока в воде достаточно бикарбонатов, фотосинтез не ограничивается недостаточностью углеродного питания. Рост фитопланктона стимулируется также наличием большого количества гуминового вещества, способного к хелатированию различных микроэлементов, делающего их доступными для организмов.

Речной сток, определяя солёность и солевой состав прибрежных вод, оказывает воздействие на интенсивность фотосинтеза и скорость деструкции органического вещества в водоёме. Как свидетельствуют многолетние наблюдения, даже незначительное среднегодовое повышение солёности (на 2–3‰) водной толщи Азовского моря при снижении количества речной воды, приводит к вытеснению высокопродуктивной пресноводной и солоновато-водной альгофлоры и замене её галофильными видами, обладающими меньшей скоростью деления клеток. Как правило, многоводные периоды, сопровождающиеся опреснением Таганрогского залива, приводят к активной вегетации синезелёных водорослей, характеризующихся высокой продуктивностью и большим накоплением углерода в своей биомассе, чем диатомовые (Бронфман и др. 1979).

Фитопланктон содержит большое количество углеводородов (0,07–0,31% сухого вещества).

Синезелёные водоросли токсичны и практически не употребляются в пищу другими организмами, поэтому в многоводные воды повсеместно отмечается обогащение органическими остатками воды и поверхностного слоя донных отложений. В маловодные годы развиваются диатомовые водоросли, и как следствие этого происходит некоторое обеднение водной толщи взвешенным органическим веществом. При равных биомассах фитопланктона смешанного (преимущественно диатомого) и состоящего из синезелёных водорослей величина фотосинтеза составляет соответственно 0, и 0,125 г О2 в сутки. Поэтому, при массовом развитии синезелёных водорослей, граница раздела между аэробными и анаэробными условиями может смещаться из донных отложений в придонные слои воды залива, меняя газовый режим и вызывая в последних явление «заморов».

Деструкция органического вещества в прибрежных водах Азово-Черноморского бассейна.

Каждому морю свойственно свое отношение между количественными показателями основных видов деструкции органического вещества. Как правило, с увеличением глубины водоёма интенсивность деструкции сестона в придонном слое и на поверхности донных отложений понижается, а основное разложение органических остатков происходит в пелагиали. В Черном море, характеризующемся большими глубинами, в районе северо-восточной части побережья продукция фитопланктона практически полностью минерализуется в водной толще. Установлено, что в Черном море взвешенное органическое вещество автохтонного и аллохтонного происхождения, прежде чем достичь дна на 80-90% подвергается разложению. В Азовском море благодаря мелководности этот процент ниже. Весной и осенью для Азовского моря характерна равномерная деструкция органического вещества в водной толще. Только летом интенсивность процесса возрастает в придонном слое и донных отложениях, вследствие седиментации взвешенных и коллоидных частиц и активизации анаэробных процессов при прогреве водной толщи. Дна достигает наиболее устойчивая часть ОВ, процесс деструкции продолжается в донных отложениях. Наиболее интенсивно процесс деструкции протекает при хорошем прогреве водной толщи. Поэтому можно было бы ожидать низких коэффициентов захоронения ОВ вещества в морях аридной зоны. В действительности, доля перешедшего в осадок ОВ от суммы первичной продукции и поступлений с континентального блока в Азовском море равна 4,8 %, в то время, как в Балтийском и Белом морях, находящихся в зоне гумидного климата, – всего 1,4% и 0,7% соответственно. Деструкция ОВ в донных отложениях Таганрогского залива – наиболее мелководной части Азовского моря – достигает 25% минерализации её в водной тоще, а в открытой части водоёма данный показатель не превышает 15%.

Минерализация органического вещества в водной толще. Приток с речным стоком большого количества аллохтонного ОВ как природного, так и антропогенного происхождения в зоны смешения устьевых областей рек, а также гибель пресноводных гидробионтов, при смене условий обитания от пресноводных на солоноватые, обеспечивают в этих зонах высокую величину деструкции ОВ. Значение растворённого ОВ, поступающего с речным стоком, как кормового ресурса не пропорционально его количеству, поскольку оно практически не усваиваются живыми существами (Дацко,1948). Установлено, что в наибольшей степени растворённое ОВ используется в пищу только гетеротрофными бактериями. Наиболее благоприятной для микробов концентрацией солей в окружающей среде является 0,5% раствор хлористого натрия, что характерно для начального этапа смешения речных и морских вод. Дано описание процесса питания гетеротрофных микробов.

Конечным результатом микробного питания является превращение части органических вещества в живое тело микроба, а частью – в выделяемые микробами в воду газы CO2,CH4,, NH3 и H2S. В этом и заключается аэробная минерализация легкоокисляемых органических веществ в водной толще и в зоне контакта «вода – донные отложения».

В зонах смешения «река – море» и в прибрежных водах содержится большое количество органического детрита. Отмирание речного фитопланктона сопровождается минерализацией 80% генерированной и регенерированной фитомассы. Из оставшихся 20% одна треть его выносится в море. В Таганрогском заливе, где распространены однолетние виды, детрит образуется ежегодно в большом количестве. Частицы органического детрита обрастают огромным количеством бактерий.

Развитию бактерий на частицах детрита способствует адсорбция ОВ на их поверхности, вовлечение бактериями в обмен растворенных веществ и газов. Бактериальные процессы, протекающие в детрите, сопровождаются отделением пузырьков газа, которые способствуют нахождению его длительное время во взвешенном состоянии. Дальнейшее осаждение возвещенного детрита не приводит к аккумуляции остатков фитопланктона в прибрежных водах Таганрогского залива.

Гидродинамическая ситуация способствует тому, что большая часть возвещенного ОВ переносится в центральные области моря и способствует обогащению донных отложений Сорг в открытой части Азовского моря.

Деструкция органического вещества и метаногенез в анаэробной зоне донных отложений.

В верхней части донных отложений водоемов идет переработка микроорганизмами органических остатков, непрерывно осаждающихся из водной среды. В анаэробном сообществе, функционирующем как единая система, трофические связи очень прочны. Происходит потребление разнообразных субстратов на последовательных участках трофической цепи. Даётся подробная схема взаимосвязей различных групп бактерий участвующих в деструктивных процессах с бактериями метаногенами и два пути образования метана. Жизнедеятельность различных групп метановых бактерий – пример двух типов анаэробного дыхания, одни виды разрушают органические соединения с образованием метана путем восстановления органического углерода или углерода карбонатов. Для пресных и морских водных объектов выявлено, что процесс образования метана при восстановлении углекислоты интенсифицируется при удалении от берега и уменьшается от верхнего горизонта к нижнему. Как следствие, в результате изменяется и доля метана, образованная этим путем. Доля метана, образованного при брожении ацетата, наоборот, увеличивается к нижним слоям осадков и падает при удалении от берега. Важно, что метаногенные бактерии до 90-95% используемого углерода превращают в газ и лишь 5-10% углерода превращают в биомассу (Федоров и др.2005).

Источники и пути формирования метана в речных и прибрежных водах бассейна Азово – Черноморского бассейна. Скорость и вид процессов метанобразования в различных экосистемах зависит также от количества и разнообразия поступающего органического вещества. Жиры, сахара и белки разрушаются быстро, целлюлоза и лигнин растений, хитин и кости животных – очень медленно. Наиболее устойчивыми продуктами разложения являются гуминовые вещества (гумус).

Медленность разложения гумуса – один из факторов, обуславливающих запаздывание деструкции по сравнению с продукцией и накоплением углерода. Гуминовые вещества представляют собой продукты конденсации ароматических соединений (фенолов) с продуктами распада белков и полисахаридов. Молекулярная структура гумуса представляет собой бензольное кольцо фенола с боковыми цепями. Такое строение обуславливает устойчивость гуминовых веществ к микробному разложению при любых температурах. Расщепление этих соединений требует специальных ферментов типа дезоксигеназа, которые часто отсутствуют у обычных почвенных и водных сапротрофов. Основоположник экологии микроорганизмов Виноградский ещё в 1925 г. выдвинул идею, согласно которой организмы, разлагающие свежее органическое вещество, представляют собой экологически обособленную группу, отличную от микроорганизмов, разлагающих гумус.

Однако до сих пор точно не известно, разлагается ли гумус особыми организмами, имеющими специальные ферменты, или это происходит в результате абиотических химических процессов, а может быть, и обоими путями.

Установлено, что пространственное распределение концентраций гуминовых и фульвокислот в водах контактных зон дает возможность судить о границах зоны седиментации высокомолекулярной составляющей растворённых органических веществ и интенсивности накопления его и разрушения в донных осадках прибрежных вод. Метан является как продуктом метаболизма при минерализации легкоокисляемых органических вещества в водной толще, так и конечным продуктом деструкции низкомолекулярных органических веществ анаэробными бактериями, основным субстратом для развития которых в донных отложениях могут служить некоторые специфические вещества (муравьиная, уксусная, масляная кислоты, спирты, водород и углекислый газ). Поэтому любое нарушение, происходящее в цепи трансформации растворённого органического вещества в аэробных и анаэробных условиях должно сказаться на стационарной концентрации метана в воде.

В результате этого метан является удобным показателем для изучения процессов превращения растворённых органических веществ в прибрежных водах морей Азово-Черноморского бассейна.

Определено, что центральное место в круговороте метана в экосистемах занимает процесс бактериального метанобразования, а метанокисление – ключевой биогеохимический процесс, регулирующий поток метана из водного объекта в атмосферу. Метанокисляющие бактерии образуют на поверхности воды пленку – бактериальный нейстон, их сопровождают бактерии-спутники, использующие продукты неполного окисления метана. Популяции метанотрофных бактерий образуют мощный биофильтр на пути метана. Исследования показали, что метаноокисляющая микробная популяция более устойчива к понижению температур, чем метанобразующая, и проявляет достаточно высокую активность при низких температурах.

Изотопный состав водорода и углерода метана. Исследования изотопного состава водорода подтверждают тот факт, что процессы полного разложения ОВ до образования самого простого из органических веществ – метана – возможно лишь в присутствии достаточного количества воды, например, в донных отложениях водных объектов, в придонных иловых водах, в болотах и сточных водах. В илах водоемов не только идут микробиологические процессы, но не исключено и техно генное заражение водоемов (особенно нефтепродуктами) в урбанизированных районах, а в ряде случаев и подток глубинных газов. Поэтому изотопный состав биохимических газов может быть не сколько изменённым. Установлено, что симбатное возрастание содержания серы-34 и углерода-13 в сульфатных и гидрокарбонатных ионах в воде водоемов и водотоков связано с усилением процессов редукции сульфатов, диоксида углерода и метаногенеза вследствие поступления веществ антропо генного генезиса (Федоров,1999).

В Главе 3 представлены результаты исследований пространственно-временной изменчивости содержаний метана в воде экосистемы «р. Дон – Таганрогский залив – открытая часть Азовского моря».

Материалы и методы. Было проведено исследование воды по определению содержания CH в водных объектах: р. Дон (от места впадения р. Аксай до устья р. Дон);

Таганрогский залив;

юго-восточной часть Азовского моря (Рис.1). В ходе проведения экспедиционных работ сотрудни Рис. 1.

ками лаборатории изотопного мониторинга Гидрохимического института Росгидромета изучались нижнее течение р. Дон и Таганрогский залив в летне-осенние периоды с 1995 г. по 1999 г. и вес ной 2000 г. по стандартной сетке Росгидромета. Экспедиционные работы проводились в рамках выполнения гранта РФФИ № 00-15-98603 на судне «Гидрофизик» Азовской устьевой станции Севе рокавказского управления гидрометслужбы. Отбор проб воды проводился с поверхностного и при донного горизонта. Всего было отобрано и подвергнуто анализу на определение содержания метана 363 пробы воды, на 73 станциях, из них 84 пробы при проведении наблюдений за изменением со держания метана в течение суток и помесячно в течение года (Рис.1). Проводилась математическая обработка полученных результатов, построены карты-схемы.

Данные за 2006 г. были любезно предоставлены заведующим кафедрой физической географии, экологии и охраны природы ЮФУ Федоровым Ю. А. Всего в результате экспедиционных работ г. было отобрано и подвергнуто анализу на содержание метана 128 проб воды.

В целях практического применения работы автором были проведены исследования по возмож ности использования содержаний метана в водопроводной воде в качестве показателя состоя ния водопроводной системы и качества поставляемой воды потребителям. Было отобрано проб водопроводной воды из коммуникаций водоснабжения г.Ростова-на-Дону, 20 проб городов Ростовской области и 25 проб городов и поселений Краснодарского края на содержание в них СН4. Всего были проанализированы результаты полученных концентраций метана в 100 про бах водопроводной воды городских агломераций и сельских поселений Азово-Черноморского Характеристики пространственных распределений содержания метана в воде по профи лю нижнее течение р. Дон – Таганрогский залив – открытая часть Азовского моря. В воде р. Дон установлены средние уровни содержания метана и экстремально высокие значения на от дельных участках (Табл.1). На станциях отбора проб в реке, где фиксируются средние уровни со держания метана, отмечается устойчивое превышение абсолютных значений концентраций СН в придонном горизонте воды над значениями в поверхностном. Экстремально высокие содержа ния газа выявлены на участках р. Дон, подвергающихся систематическому антропогенному воз действию: место впадения р. Аксай (ст. 51);

речной порт г. Ростова-на-Дону (ст. 48);

факел стоков р. Темерника (ст. 47);

порт пос. Дугино (ст. 43);

порт г. Азова (ст. 42) (Рис.2). Экстре мально вы сокими значениями содержания метана характеризуется вода р. Темерник (266,7 мкл/л), которая представлена в основном сточными водами и содержит повышенные концентрации приоритетных загрязняющих веществ, в том числе и нефтепродуктов. На станциях отбора проб с экстремально высокими содержаниями метана фиксируется закономерное превышение абсолютных значений концентраций СН4 в поверхностном горизонте над значениями концентраций в придонном слое, что объясняется наличием в воде поверхностно активных пленок, появляющихся на границе раздела «воздух-вода» при деструкции легкоокисляющихся органических веществ и нефтяного загрязнения.

Анализ пространственных распределений метана по профилю реки Дон в 1995 г. выявил за кономерное возрастание средних уровней содержание газа, более характерных для придонного горизонта, при продвижении от г. Ростова к устью, что связанно с гидрологическими особенно стями речных процессов, замедлением течения речной воды при подходе к дельте реки. Выявле но многократное превышение среднего уровня содержаний метана в начальной стадии смеше ния воды реки Дон и Таганрогского залива, где значения минерализации воды менее 1‰ (ст. 0) (Рис.1). Здесь же был выявлен наиболее мощный слой илистых отложений, богатых органиче скими веществами. Такая же закономерность распределения метана в воде была получена для р.

Элси Северная Америка (штат Огайо). Выявлено так же, что средние уровни содержаний СН4 в воде в р.Дон в нижнем течении и в дельте, варьируют по годам и зависят от сезона года (Табл.1).

Таблица Средние значения СН4 в воде нижнего течения р. Дон (а) и в устье (т. 42) (б), мкл/л горизонт 1995 г. 1996 г. 1998 г. горизонт от- 1995 г. 1996 г. 1998 г. 2006 г.

отбора август август сентябрь бора август август сентябрь июль поверхност- 37,3 57,0 23,4 поверхност- 39,1 62,1 20,7 55, ный ный – 77,8 /, – 65,8 /(.3, ), 2007. – 95,5 / 70, 53,3.

придонный 27,9 22,2 придонный 34,5 62,1 39,2 46,.

/ 4,.

S, ‰.2 « - ».

Рис.2. Изменение содержания метана в барьерной зоне смешения «река-море»

,., (r = 0,82),, Более высокие значения метана отмечаются в летний сезон, так как хороший прогрев воды спо собствует усилению процессов деструкции. Одна из причин, обуславливающих зафиксированную межгодовую динамику средних уровней содержаний метана в воде р. Дон, заключается различных метеорологических условиях на момент отбора проб. Шторм в 1996 г. вызывал нагон речных вод и взмучивание верхних слоев (0–5 см) донных отложений. Содержащийся в донных отложениях СН поступал в воду, что повысило его концентрацию в придонном горизонте воды и снижение содержа ния газа в верхнем слое донных отложениях.

При движении от устья р. Дон к морскому краю дельты (ст.1) и далее по Таганрогскому заливу (ст. 2) в интервале значений солености 1–2‰ отмечается резкое снижение количества газа в воде.

Установлена тесная корреляционная связь между соленостью и содержанием метана, носящая экс поненциальный характер и фиксирующаяся также в других экосистемах (Рис.2). Повышенные со держания метана в устье р. Дон связаны с тем, при начальном смешении вод реки с водами залива (0,5‰), создаются наиболее благоприятные условия для развития и жизнедеятельности гетеротроф ных бактерий вследствие осаждения взвешенного органического вещества. Метан образуется здесь в основном в результате ферментативного разложения ОВ (Хорошевская, Федоров,2003).

Анализ и обобщение экспериментальных данных показывает, что значения содержаний метана можно разделить на две группы: характерные уровни для основной акватории залива и экстремально высокие значения. Для станций, на которых зафиксированы экстремально высокие значения содер жаний метана не показывает существенных изменений в межгодовой динамике. Установлено, что экстремально высокие значения содержаний метана в воде во всех исследуемых периодах времени приурочены к следующим участкам акватории залива: морской край дельты р. Дон (ст.1, ст. 0),бухта Андреева (ст. 8а), район сброса сточных вод Таганрогского металлургического комбината, Ейский лиман (Рис.1). Повышенные содержания в бухте Андреева–г. Таганрог (ст.8а) связаны, с одной сто роны, расположением, благодаря которому здесь в результате гидродинамического переноса может накапливается аллохтонное органическое вещество, выносимое речным стоком из проток дельты Дона, с другой,– высокие концентрации метана в бухте отмечаются в годы с пониженным стоком р. Дон: в 1995г. в поверхностном горизонте – 77,8 мкл/л, в придонном – 65,8 мкл/л (рис.3 а, б), в 2007 г. – 95,5 мкл/л и 70,2 мкл/л соответственно. Основной причиной повышенных содержаний метана в воде этого участка залива является сброс сточных вод Таганрогского металлургического комбината.

1 – зона с экстремально высокими содержаниями метана, мкл/л ;

2 – изолиния концентраций метана, мкл/л;

3 – зоны перспективных участков разведанных месторождений газа, (1999г.) а – поверхностный горизонт;

б – придонный горизонт Рис.3. Распределение содержания метана в 1995г. в воде Таганрогского залива.

Превышение содержаний метана в поверхностном горизонте над придонным является следстви ем образования поверхностно активных пленок, образующихся при деструкции планктона и органи ческого вещества сточных вод. В целом, по акватории Таганрогского залива прослеживается тесная корреляционная связь (r = 0,82) между содержанием метана в придонном горизонте воды с содер жанием газа в верхнем слое донных отложений, что объясняется осаждением и деструкцией взве шенного растительного детрита, распространенного в Таганрогском заливе (Федоров и др., 2005).

Анализ межгодовой динамики средних уровней содержаний метана в воде акватории Таганрог ского залива за период исследований 1995–2007 гг. (Табл. 2) выявил тенденцию снижения абсо лютных значений содержаний метана, фиксируемых в летний период в 1998 г. (рис.4 а, б) и в г. Данная тенденция является следствием изменения качественного состава и количества речного стока реки Дон и рек Приазовья.

1 – зона с экстремально высокими содержаниями метана, мкл/л;

2 – изолиния концентраций метана, мкл/л а – поверхностный горизонт;

б – придонный горизонт Рис.4. Распределение содержания метана в 1998г. в воде Таганрогского залива Таблица Вариации средних содержания CH4 в воде Таганрогского залива, мкл/л (* – данные Федорова) Время отбора проб в поверхностном горизонте в придонном горизонте Август 1995 г. 8,0–20,0 8,0–20, Август 1996 г. 8,0–20,0 8,0–20, Июль 1997 г. 8,0–20,0 8,0–20, Август 1997 г. 8,0–20,0 – Сентябрь 1997 г. 8,0–16,0 – Август 1998 г. 4,0–16,0 2,0–16, Август 2000 г. 8,0–16,0 8,0–16, Июль 2006 г.* 0,8–10,0 0,3–10, Сентябрь 2006 г.* 0,8–6,0 1,4–10, На акватории залива в зоне перехода вод Таганрогского залива к непосредственно морским во дам при значениях солености 12‰ фиксируется второе снижение содержания метана в воде с менее выраженным перепадом абсолютных значений (Рис.2). Данная закономерность прослеживается во все годы исследований. Для акватории открытой части моря установлена прямолинейная зависи мость концентраций метана в поверхностном и придонном горизонтах, однако в осенний период на некоторых станциях более высокие содержания метана фиксируются в поверхностном слое и зависимость исчезает.

Превышение содержаний метана в поверхностном горизонте является следствием образовании поверхностно-активных пленок на границе вода-атмосфера.

Характеристики временной изменчивости содержания метана в воде нижнего течения р.

Дон и Таганрогский заливе.

Суточная динамика. Содержание метана в воде экосистемы «нижнее течение р.Дон– Таганрог ский залив» – интегральный показатель процессов, происходящих на границе раздела сред «донные отложения – вода», «вода-атмосфера» и в водной толще. На формирование уровней содержаний метана в воде, наряду с физико-химическими, большое значение оказывают микробиологические процессы (метаногенез и метаноокисление). Этим процессам присущи суточные и сезонные ритмы.

Анализ проведенных в 1997 г. наблюдений концентраций СН4 в поверхностных слоях воды р. Дона и р. Северский Донец в течении суток показал, что в безветренную солнечную погоду в летние месяцы для них характерен естественный суточный ход, выражающийся в плавном возрастании значений в послеполуденное время, когда наиболее прогрета вода. Установлено, что максимальные концен трации СН4 (53,5 мкл/л) отмечаются с 15:00 до 18:00, а минимальные – с 24:00 до 7:00 (25,0 мкл/л) на незагрязненных участках реки. В протоке р.Дон, отделяющей о. Зеленый (зона отдыха) от про мышленного района г.Ростова, где происходит часто повторяющееся механическое перемешивание водной толщи при прохождении водного транспорта, вариации концентрации СН4 в течение суток намного выше, чем в дельте. Суточные пики смещаются во времени, и максимальное содержание СН4 (136,6 мкл/л) фиксируются в 19:00, а минимальное (63,0 мкл/л) – в 24:00. Для воды Таганрогско го залива на прибрежном участке акватории, находящегося на достаточном удалении от источников интенсивной антропогенной нагрузки (Очаковская коса), установлена суточная динамика, сходная с суточной динамикой в воде р. Дон. На открытой акватории Таганрогского залива в районе порта г.

Ейск (ст.2а, Рис.1) четких закономерностей не выявило (Федоров,Хорошевская,Тамбиева,2003).

Сезонная динамика. Для р. Дон в районе порта г. Ростова с марта 1995г. по март 1996г. об наружено закономерное изменение содержания СН4 в поверхностном горизонте воды по сезонам.

Отмечается летний максимум содержания СН4 в поверхностном горизонте, который связан с наи более сильным прогревом всей толщи воды, что приводит к усилению деструктивных процессов и активизации метаногенеза. Зимний максимум концентраций метана в воде связан с установлением ледового покрова на реке и накоплении газа в поверхностном горизонте воды. Эти выводы хорошо согласуются с данными, полученными сотрудниками Института физики атмосферы АН СССР по со держанию СН4, в атмосфере над р. Москвой,где также отмечаются два максимальных пика: летний (в августе) и весенний (в марте) после вскрытия ледового покрова и прогрева воды.

Анализ сезонной динамики распределения содержания метана в воде Таганрогского залива выявил тенденцию снижения абсолютных значений в весенний период времени года сравнению с летним и осенним. Повышение температуры воды весной до 130 С снижает растворимость газа в воде, что облегчает миграцию газа на границе раздела сред «вода – атмосфера». Сложные метеоус ловия – штормовой ветер преимущественно юго-западного направления – способствовал хорошему перемешиванию воды и также усиливал обмен газа с атмосферой, снижая концентрации СН4 в воде залива.

Закономерности распределения метана в водопроводной воде городских агломераций, расположенных в устьевых областях рек Азово-Черноморского бассейна. В целях практиче ского применения работы проводились исследования по определению содержания метана в водо проводной воде и воде теплосетей городских агломерациях. По единичным данным, содержание метана в водопроводной воде города Ростова-на-Дону в конце 80-х годов варьировало в пределах от 1,0–10,0 мкл/л. К концу 90-х годов содержание метана в водопроводной воде существенно воз росло до 7,0–45,5 мкл/л. Для сравнения: содержание метана в водах бассейна реки Дон варьирует в более широких пределах – от 9,0 до 100,0 мкл/л, а вместах сильного антропогенного воздействия оно повышается до 200,0 мкл/л. Установлена тенденция снижения средних уровней содержания метана в водопроводной воде от более старой части города (30,7 мкл/л) к более удаленным и более «молодым» в историческом плане «спальным» районам (18,92 мкл/л). Выявлено резкое возрастание содержания метана в водопроводной воде (в 1,5–3 раза) в зимний период, в случае прогрева почвы и находящихся в них труб во время оттепели.

Отмечены экстремально высокие концентрации метана в холодной (106,3 мкл/л) и горячей воде (210,0 мкл/л) в момент возобновления водоснабжения и промывки труб после длительного отклю чения систем. По истечении месячного срока после возобновления подачи воды в водопроводную сеть, концентрации метана снизились до средних значений для Советского района г. Ростова-на Дону (наиболее удаленного от водозабора).

Сравнение концентраций метана в питьевой воде разных городов выявило более низкие средние значения для гг. Сочи (1,5 мкл/л), Кисловодска (6,8 мкл/л), Ейска (14,7 мкл/л), Тимашевска (8, мкл/л), поселков республики Адыгея (3,6-5,7 мкл/л). Это связано с тем, что источники централизо ванного водоснабжения этих городов изначально содержат низкие концентрации метана (для г. Сочи – 0,5-2,0 мкл/л) и органических веществ, что не создает условий для развития в трубах процесса метаногенеза. Кроме того, возможно, что состояние водопроводной сети этих городов в большей степени соответствует современным стандартам (Федоров, Хорошевская, 2002).

В Главе 4 изложены результаты исследований распределения метана в воде Северо-Восточного побережья Черного моря.

Материалы и методы. В августе 1997 г. было проведено исследование северо-восточного по бережья Черного моря по оценке уровня содержания метана в воде. Полученные данные сегодня фактически можно принять за региональный природный фон, так как в то время эта часть побережья еще не подвергалась такому интенсивному антропогенному воздействию как сейчас и как планиру ется в ближайшем будущем. Пробы воды для определения метана отбирались с борта судна МРТК «Мидия» ВНТК «Мидия» (г. Краснодар). Маршрут проходил по побережью Черного моря от по селка Мацеста до точки отбора проб «Керченское предпроливье». Пробы были отобраны в 11 пун ктах: пос. Головинка, пос. Мацеста, пос. Аше, п. Магри, пос. Ново-Михайловка, пос. Пшада, пос.

Южная Озереевка, пос. Большой Утриш, г. Анапа (44°51–37°03и 45°52–36°57), ст. «Керченское предприливье» (44°55–36°39) и ст. Железный Рог (44°58–36°55и 5°02–36°44). Отбор проб проводился с поверхностного и придонного горизонтов при значении изобат 20 м и в ин тервале значений 20–50 м. Исследованию под верглась узкая прибрежная полоса шириной от 30–60 км (зоны смешения «река–море»). Всего было отобрано и подвергнуто анализу на содер жание в них метана 56 проб воды прибрежной зоны и 10 проб воды рек побережья.

Характеристики пространственных рас пределений содержания метана в воде при брежной зоны Черного моря.

Показано, что в данном районе в толще воды присутствует слоистость, смешение мор ских и речных вод происходит постепенно при распространении последних по морской аква тории. Наиболее показательным для выявления зоны распространения речной воды является горизонт 20 м от поверхности, при изобатах м. Для этого горизонта характерны наименьшие значения СН4 (1,3–2,1 мкл/л) на участке побе режья от г. Адлер до г. Анапа (Рис. 5), посколь ку воды рек формирующих здесь прибрежные воды сами характеризуются малыми количе ством содержащегося в них газа (в ср. от 0,5 до 3,5 мкл/л).

Реки здесь берут свое начало на Большом Кавказом хребте, находящемся в непосред ственной близости от побережья и в них мало растворенного и возвещенного органического вещества. У них настолько быстрые течения, что здесь не происходит накопление донных осадков. Как следствие этого образование мета на и сероводорода в них подавлено. Начиная от района г. Анапа и до т. Железный Рог берега ста Рис. 5. Распределение метана (мкл/л) в зонах новятся равнинными, течения рек замедляются, смешения «река-море» северо-восточного в них появляются условия для непрерывного побережья Черного моря накопления донных осадков и образования в них метана. Содержание СН4 увеличивается в речной воде и, как следствие этого, в море на гори зонте 20 м от поверхности, при изобатах 50 м – от 4,5 мкл/л до 5,0 мкл/л. Так на фоне относительно монотонного распределения содержаний метана в толще воды можно обнаружить некоторую стра тификацию, обусловленную, смешением морских и речных вод.

Более холодные и имеющие большую плотность речные воды как бы «подныривают» под по верхностный (Рис.5). Наиболее показательным является горизонт на глубине 20 м от поверхности моря). При удалении от побережья по акватории моря, в пунктах отбора проб с изобатами 100 м, в распределении метана по глубине обнаружено закономерное возрастание содержаний метана с увеличением глубины, что говорит о постепенном перемешивании речных вод по водной толще и об образовании метана insitu (Федоров, Хорошевская,2009).

В Главе 5 рассмотрено влияние антропогенных и природных факторов на уровни содержания метана в водах Азово-Черноморского бассейна.

Влияние антропогенных факторов. Прямое влияние загрязняющих веществ на образование и создание зон повышенных концентраций метана было установлено в ходе модельных натурных экспериментов. Установлено, что одним из самых благоприятных субстратов для развития бактерий метаногенов является органическое вещество хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. Состав хозяйственно-бытовых сточных вод различных производств содержат разнообразен и зависит от характера производств (табл. 3). Органические компоненты, попадая в донные осадки водных объектов, в анаэробных условиях в процессе гидролиза и ферментации распадаются на бо лее простые вещества, такие как низшие спирты, ацетат, формиат, СО2, Н2, которые используются метанобразующими бактериями.

Таблица Содержание метана в сточных и ливневых водах различных производств и хозяйств Наименование предприятия Содержание Органические компоненты, определенные в СН4, мкл/л стоках* Нефтеперерабатывающий завод (г. 1476,0 Синтетические жирные кислоты, масляные Уфа) эмульсии, нафтеновые кислоты, фенолы сульфонаты Химпромобъединение (г. Уфа) 671,0 Не определялись Целлюлозно-бумажный комбинат 3000-43600 Органические кислоты, лигнин, диметиламин (г. Приозерск) Череповецкий металлургический 1094,0 Метиловый спирт, фенолы, смолообразные ком комбинат поненты, угольный шлам Мясокомбинат (г. Омск) 3280,0 Метиламины, диметиламины Молочный завод (г. Кемерово) 1363,0 Масляная кислота, молочная кислота, жировые эмульсии, этанол Очистные сооружения (г. Ново- 23,0-1307,0 Метанол, дихлорэтан, хлорбензол, ацетон, жир кузнецк) ные кислоты, нафталины и др.

БОС (г. Новокузнецк 160,0 БОС (г. Уфа) 4,0-141,0 Городские насосные станции Лив- 23,0-1307,0 160,0 Метанол,бензол, хлоруглеводороды, ацетон невые стоки (г. Кемерово) Ливневые стоки северо- 400,0-568,0 Масляная кислота, молочная кислота, жировые западнойпромзоны (г. Ростов-на- эмульсии, метанол, спирты, ацетон и др Дону) Ливневые стоки Череповецкого 47,0-6820,0 Фенолы, смолообразные компоненты, угольный металлургического комбината шлам Важно, что в сточных водах вещества типа ацетата, метанола и формиата, нередко находятся в больших количествах. В подобных случаях образование метана резко ускоряется, и в воде и донных отложениях формируются зоны с повышенными относительно »фона» содержаниями метана.

Определение содержания метана в сточных водах различных производств показало, что мета ногенез интенсивно протекает уже в самих сточных водах. Исключение составляют сточные воды химических производств, а также сточные воды, подверженные сильному хлорированию, что инги бируют процесс метаногенеза (Федоров и др.,2005).

Влияние природных факторов. Для каждого внутреннего моря свойственна своя специфика комплекса природных характеристик, обусловливающих структуру и функционирование экоси стемы прибрежных вод моря, что отражается на химическом балансе веществ и трофике водоема.

Рассмотрены физико-географические, гидролого-климатические и гидрохимические особенности водных экосистем, и природные факторы, оказывающие влияние на формирование уровней содер жаний метана в воде прибрежных вод Азово-Черноморского бассейна. Выявлена связь между из менением средних уровней содержания метана в реках и прибрежных водах морей с содержанием ОВ в речном стоке. Эти закономерности установлены с учетом изменения стока рек и содержания легкоокисляемых органических веществ ЛОВ), определяемых по БПК5(О2) и трудноокисляемых ве ществ (ТОВ), определяемых по показателю ХПК(О) за период 1995-2008 гг., опубликованных в Еже годниках «Качество поверхностных вод суши» ГУ ГХИ Росгидромета. Данные по содержанию NН и NО2 были получены при проведении анализа тех же проб воды, что были отобраны на содержание СН4 во время проведения экспедиционных работ в 1995-1996 гг. на р.Дон и в Таганрогском заливе.

Анализы выполнены сотрудниками лаборатории «Методов анализа и технологического контроля»

Гидрохимического института Росгидромета.

Для экосистемы «река Дон, реки Приазовья - Таганрогский залив» основным источником посту пления речных вод в Таганрогский залив являются р.Дон с притоками. Это равнинные степные реки.

Питание их, в основном, происходит водами, образующимися от таянья зимних запасов снега (60 65%) и грунтовыми (25-30%) и дождевыми (3-5%) водами. Годовой ход стока рек рассматриваемой территории характеризуется обычно высокими весенними половодьями и низкой летне-осенней и зимней меженью. Характерной чертой геологического строения водосбора является наличие в по кровных отложениях лессовидных суглинков, характеризующихся тем, что при поступлении в воду они сильно диспергируются. Частицы обладают колоссальной площадью поверхности, что резко повышает их способность адсорбировать различные вещества. Количество этих части (мутность) в речной воде зависит от времени года и особенно сильно проявляется во время паводка весной. К гидрохимическим особенностям реки Дон и рек Приазовья относится, наличие в воде достаточно большого количества растворенного гумусового вещества и карбоната кальция. Региональной осо бенностью почв дренируемых территорий рек Северский Донец (крупного притока Дона) и Миус, является большое содержание гумуса (до 8%) в древних южных черноземах (Вальков и др., 2008).

В сложной системе связей между компонентами географического ландшафта (почва – поверх ностные воды) важная роль принадлежит водным растворам, мигрирующим в почвах и подстилаю щих их рыхлых породах. Для формирования состава речных вод важен химический состав рас творов, циркулирующих в почве (черноземе), имеющий сезонную и межгодовую динамику. Общая концентрация органических веществ в почвенном растворе в холодное время года увеличивается и снижается в летний период. Миграция органического углерода зависит от количества влаги, по ступившей в почвенные горизонты, и колеблется по годам. Повышенная миграция веществ с по чвенными растворами отмечается в более влажное лето. Вынесенный из гумусового горизонта орга нический углерод аккумулируется во втором полуметровом слое почвы, поэтому в весенний сезон, который следует за годом с большим летним количеством осадков, в речную систему с паводком попадает меньше гумусовых веществ, чем после засушливого летнего сезона. Подповерхностный слой почвы в дождливое лето характеризуется положительным балансом органического углерода и отрицательным балансом гидрокарбонатов. При этом углерод мигрирует преимущественно в мине ральной форме. Органический углерод не превышает 10% общего количества углерода, мигрирую щего с почвенными растворами.

Связь метана с органическим веществом. Установлено наличие в воде реки Дон и рек Приа зовья достаточно большого количества ЛОВ и ТОВ. Выявлена пространственная изменчивость со держаний растворенных гумусовых веществ по профилю реки: содержание гумусовых веществ по степенно возрастает по мере приближения к устью реки. Далее фиксируется резкое снижение со держания гумусовых веществ в зоне смешения речных и морских вод (2‰) в Таганрогском заливе.

Установлена однотипность пространственного распределения растворенных гумусовых веществ и распределения содержания СН4 по профилю р. Дон (Рис.6). При анализе межгодовой динамики со держания растворенных органических веществ в р.Дон и рек Приазовья отмечается следующая за кономерность: количество ЛОВ в воде нижнего течения р.и Дон за период с 1995-2008 гг. не меняет ся и находится в пределах 1-2 ПДК по БПК5. Содержание гумусовых веществ-ТОВ в воде р. Дон с 1995 г. по 2005 г. (кроме 1998 г.) по показателю ХПК – менее 15,0 мг/л (ПДК). Начиная с 2006 г. со держание растворенных гумусовых веществ увеличивается по ХПК до 25,2–30,3 мг/л (2006 г.);

26,6 34,3 мг/л (2007 г.);

27,7-38,1 мг/л (2008 г.). Случай аномально высоких содержаний гуминовых ве ществ по ХПК– 91,0–343,0 (6 – 20 ПДК) в воде нижнего течения реки Дон в 1998 г. связан с особой ситуацией на водосборе р.Северский Донец, требующей специального изучения. Сходная межгодо вая динамика содержаний гумусовых веществ отмечается и для р. Миус и р. Кагальник. В воде р.

Миус фиксируется возрастание количества растворенных гумусовых веществ-ТОВ, содержание ко торых по ХПК достигает 150,0 мг/л в 2008 г, в то время как за предыдущий период они не превы шали 15,0 мг/л (ПДК) или не фиксировались вовсе.

Выявлено, что межгодовая изменчивость содержаний растворенных гумусовых веществ в воде рек связана с изменением речного стока, что в свою очередь является следствием изменения увлаж ненности территории водосбора. Прослеживается тенденция постоянного превышения среднего дового стока р. Дон и других рек Приазовья с 2003 г. по 2005 г. по отношению к среднегодовому многолетнему. В 2007- 2008 гг. наблюдается резкое снижение объема стока рек по отношению к среднегодовому многолетнему. Изменение водности речного стока влияет как на размеры и располо жение зоны смешения речных и морских вод, так и на количество ТОВ и тесно связанного с ним кар боната кальция, вынесенного с речным стоком. Установлено, что в годы, отмечающиеся повышен ным содержанием растворенных гумусовых веществ в речном стоке, происходит снижение средних уровней содержаний метана в воде Таганрогского залива. Это годы с пониженным среднегодовым речным стоком, по сравнению с многолетним и, как следствие, повышением солености в Таганрог ском заливе. Ранее отмечалось, что даже незначительное среднегодовое повышение солености (на 2–3‰) водной толщи Азовского моря приводит к вытеснению высокопродуктивной пресноводной и солоновато-водной альгофлоры и замене ее галофильными видами, обладающими меньшей ско ростью деления. Многоводные периоды, сопровождающиеся опреснением Таганрогского залива, приводят к активной вегетации синезеленых водорослей, характеризующихся высокой продуктив Рис. 6. Закономерности распределения гумусовых веществ - ТОВ в 1998г. и метана в 1995г. в воде устьевой области р. Дон (ХПК(О) построено по данным Ежегодника «Качества поверхностных вод суши» ГУ ГХИ Росгидромета) ностью, что способствует растворению карбонатов кальция и потреблению с вязанных с ними СО2, вынесенных и накопленных в донных отложениях ранее в маловодные годы. Установлено, что фи топланктон в Таганрогском заливе представлен однолетними видами. Поэтому в маловодные годы, когда развивается диатомовые водоросли, происходит некоторое обеднение водной толщи взвешен ным органическим веществом. В годы с повышенным речным стоком повсеместно отмечается обо гащение органическими остатками взвеси воды и поверхностного слоя донных отложений.

Анализ суточной динамики концентраций метана в воде Таганрогского залива летом при спо койной погоде (без шторма) выявил сходство ее пиков (max и min) с пиками суточной динамики взвеси и взвешенного органического вещества в воде Таганрогского залива (рис. 7). Известно, что в Таганрогском заливе основную долю от 58% (1991-1999 гг.) до 76% (2000-2006 гг.) в продуциро вание биогенных углеводородов в Таганрогском заливе вносит именно фитопланктон. Связь содер жания метана в придонном горизонте воды с содержанием газа в поверхностном слое донных от ложений говорит о постепенном осаждении органической взвеси по мере отмирания и деструкции фитопланктона, обратная зависимость содержания метана в воде с его биомассой так же представ лена на рис.5. Сходство суточных динамик говорит о непосредственной связи метана, фиксируемого в воде залива, с ферментативным бактериальным разложением органического детрита. Это также подтверждается установленной связью между содержанием метана и соединениями азота в воде р.Дон и Таганрогского залива.

а б Рис. 7. Суточная динамика: 1 – взвеси (мг/л);

2 – биомассы фитопланктона (г/м3);

3 – взвешенного органического вещества (мг/л) (по Хрусталеву,1989), 4 – содержание СН4(мкл/л) в поверхностном (а) и придонном (б) горизонтах воды Таганрогского залива в летний период.

Связь метана с азотом. Во время проведения экспедиционных работ в 1995–1996 гг. были полу чены данные, при обработке которых установлена прямолинейная зависимость между содержанием аммонийного азота р. Дон и метана в придонном горизонте воды:

(СН4) = 0,05 (NH4+) + 10, (r = 0,78), где СН4– в мкл/л;

NH4 – в мкг(N)/л + Важно отметить, что это уравнение работает только в условиях штилевой погоды. При штормовой обстановке концентрация метана несколько возрастала, тогда как содержание аммония снижалось до сотых долей миллиграммов по отношению к таковому в штиль. Причиной этого было активное перемешивание водных масс, способствующее усилению процессов окисления соединений азота.

Косвенно это подтверждается тем, что между содержаниями нитритного иона и метаном в воде Та ганрогского залива наблюдается отчетливая прямолинейная зависимость, описываемая уравнением:

(СН4) = (NO2-) + 25, (r = 0,71), где NO2 – в мкг(N)/л, СН4 – в мкл/л.

Данная зависимость проявляется при любой. Установлена способность метанокисляющих бак терий окислять аммоний, а аммоний окисляющих бактерий окислять метан и СО до СО2 и включать их углерод в клеточные компоненты. Очевидно, что в процессе минерализации органического веще ства образование нитритов и метана и их последующее окисление в Таганрогском заливе протекают параллельно. Большое влияние на эти процессы оказывают гидрологические, физико-химические и биохимические факторы, а также наличие и доступность источников энергии для деятельности бактерий, которые в конечном итоге и регулируют количественное соотношение этих газов.

Влияние изменений метеоусловий и гидрологического режима на содержание метана.

Снижение атмосферного давления облегчает диффундирование газа на границе раздела «донные отложения – вода» для водоемов с небольшими глубинами, повышая концентрации метана в воде в любое время суток. Установлено, что при нагоне воды на участках прибрежной зоны, где присут ствует околоводная растительность, происходит увеличения концентраций СН4, что свидетельству ет о дополнительном поступлении субстрата для образования метана.

Малые реки района и прибрежные воды Черноморского побережья РФ. Установлено, что гидрологические факторы и количество ОВ поступившего с поверхности водосбора оказывает не посредственное влияние на уровни метана в реке. Эти факторы существенно изменяться в зависи мости от географических особенностей региона.

России принадлежит небольшой участок северо-восточного побережья Черного моря. Годовой речной сток малых рек Кавказа составляет примерно 7,17 км2. Сезонный ход солености и темпе ратурного режима и гидрохимических параметров прибрежных вод побережья обусловливается изменением соотношения речного стока и общей циркуляции моря. Вода рек относится к гидро карбонатному классу, кальциевой группе. Все реки Черноморского побережья РФ берут начало в горах Южного склона Большого Кавказа и изначально содержат не значительное количество ОВ и метана (Табл.4).

Таблица Содержание СН4 воде рек северо-восточного побережья Черного моря Река р.Туапсе р. Псезуапсе р. Хоста, р. Мацеста, р. Кудепста, г. Туапсе устье устье устье СН4, мкл/л 0,1–3,0 0,6–2,7 0,22 7,0 6, Водосбор рек на северо-восточном побережье Черного моря территории РФ делится на два сектора:

К Северо-Черноморскому сектору относятся бассейны рек, Пшада, Вулан, Туапсе. Вода рек это го секторы более минерализована. Питание рек преимущественно дождевое (68–89%). Атмосфер ные осадки распределяются практически равномерно в течение года с небольшим превышением летом (52%) (Лурье,2006). Выявлена тенденция постоянного снижения среднегодовой водности по отношению с к среднегодовой многолетней в 1999–2008 гг. Уменьшение объёмов речного стока отразилась в возрастании значений солёности на 0,83–2,64‰ в прибрежной части Чёрного моря на участке Новороссийск – Анапа с 2005–2007 гг.

К Южно-Черноморскому сектору относятся бассейны рек: Шахе, Пзезупсе, Сочи, Хоста, Ку депста, Мацеста, Мзымта, Лаура. Вода рек этого сектора менее минерализована. Наименьшими значениями минерализации характеризуется вода рек Лаура (Кавказкий биосферный запаведник) и Мзымта (г.Адлер). Среднегодовые значения суммы ионов составляют соответственно 51,5–76, и 108–139 мг/л. Питание рек Шахе, Пзезуапсе, Хоста, Сочи преимущественно дождевое (58,8%).

Атмосферные осадки распределяются практически равномерно в течение года с небольшим пре вышением зимой (51%). Среднегодовая водность в различные годы незначительно варьирует, но в основном приближается к среднегодовой многолетней. С 2000 г. обнаружена тенденция превы шения водности до 40% от среднегодовой многолетней.в р. Мзымта (г. Адлер). Увеличение стока р.

Мзымта и ее притока Лаура свидетельствует о значительности осадков в зимний период времени и сказывается на снижении солёности прибрежных вод моря на 0,2–0,3‰ в 2005–2007 гг. на участке побережья г. Сочи – г. Адлер.

Для северо-восточного участка Черного моря и малых рек в него падающих характерно неболь шое количество видов высших растений. Для Северного сектора 30 видов гидрофитов и 522 видов околоводных растений. Для Южного сектора еще меньше – 7 видов гидрофитов и 347 видов около водных растений. Для сравнения можно привести данные для Нижнего Дона, где фиксируется видов гидрофитов и 671 видов околоводных растений. По продолжительности времени вегетации водорослей доминируют многолетники (30%). В связи с этим в воде рек и побережья содержание органического вещества природного генезиса не велико.

За период 1997–2008 гг. содержание ЛОВ во всех реках побережья по БПК5 до 2002 г. были ниже ПДК (2,0 мг/л). С 2002 г. ЛОВ увеличивается в воде всех рек территории водосбора южного склона Кавказского хребта. Значения их фиксируются до 2–3 ПДКпо БПК5. Содержание ЛОВ продолжало расти и увеличилось в среднем до значений 4 ПДК по БПК5 в 2008 г. Эта тенденция является след ствием активного освоения прибрежной зоны и увеличением рекреационной нагрузки как на само побережье, так и на малые реки. При возрастании стока р. Мзымта увеличиваются объёмы выноса ЛОВ в прибрежные воды моря, поскольку оно не успевает минерализоваться insitu из-за высоких скоростей речного течения. В 2007 г. средние значения в БПК5 варьировали для прибрежных вод от 1,09 мг/л в устье р.Хоста до 1,57 мг/л в устье р.Мзымта. Дополнительное поступление ЛОВ в фотический горизонт (20 м) прибрежных вод Черного моря, формирующийся под влиянием речных, приведёт к увеличению средних уровней содержания метана.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ На основании проведенных исследований сделаны следующие выводы.

1. Полученные значения содержания метана в воде водных объектов являются интеграль ным показателем ряда физико-химических и микробиологических процессов, их формирую щих. Основным процессом, формирующим средние уровни содержания метана в воде р. Дон и Та ганроском заливе, является деструкция органической взвеси (детрита) в водной толще и в донных отложениях.

2. Появление экстремально высоких значений содержания метана в воде водных объектов – следствие антропогенного загрязнения.

3. Геоморфологические условия определяют береговые линии и подводные ландшафты при брежных морских зон, что, в свою очередь, влияет на размеры и глубины зон смешения речных и морских вод. Вследствие этого геохимическая закономерность резкого снижения содержания мета на в воде при значениях солености 1-2 ‰, может иметь или пространственное распространение, или вертикальный градиент, совпадающий с градиентами плотности.

4. Суточная динамика в распределении концентраций метана в воде водных объектов показывает преимущественное влияние микробиологических процессов на формирование уровней содержания метана в воде устья р. Дон и Таганрогского залива.

5. Сезонная динамика в распределении концентраций метана в воде зависит от географических и гидрологических факторов. Так для р. Дон и Таганрогского залива она имеет два максимума срав нимых по абсолютной величине: Зимний, который формируется под влияние физических факторов –наличие ледового покрова служит экраном для накопления газа в поверхностном горизонте воды и дальнейшей эмиссии в атмосферу при вскрытии ледового покрова;

Летний, который обусловлен созданием благоприятных условий – наибольшим прогревом воды для усиления микробиологиче ских процессов.

6. Устьевые участки рек и морские побережья являются зоной активного антропогенного загряз нения, поступающего главным образом с суши вместе с речным стоком. В этих зонах происходит деструкция основной массы легкоокисляемого органического вещества и образование больших объ емов метана. Здесь же происходит осаждение в донные отложения основной массы аллохтонного растворимого трудноокисляемого органического вещества почвенного происхождения.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ Статьи в реферируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Федоров Ю.А., Хорошевская В.О.,Тамбиева Н.С. Изменение концентраций метана в воде Дона и Таганрогского залива под влиянием природных факторов// Водные ресурсы, 2003, Т.30, № 1.- С.89-93.

2. Федоров Ю.А., Хорошевская В.О. Метан, ртуть и сероводород в воде и донных отложениях северо-восточного побережья Черного моря // Изв. ВУЗов. Северо-Кавказский регион, сер. Есте ственные науки, № 5, 2009.- С.132- 135.

3. Федоров Ю.А.,Тамбиева Н.С., Гарькуша Д.Н., Хорошевская В.О., Кизицкий Р.М. Теоретиче ские аспекты связи метаногенеза с загрязнением воды и донных отложений веществами неоргани ческой и органической природы//Изв. ВУЗов. Северо-Кавказский регион, сер. Естественные науки, № 4, 2000.-С.68-73.

4. Федоров Ю.А., Репкин Д.В., Горлачев И.А., Беляев А.Г., Хорошевская В.О., Гарькуша Д.Н.

Теоретические и прикладные аспекты использования стабильных изотопов в изучении окружающей среды на пороге XXI века // Изв. ВУЗов. Северо-Кавказский регион, сер. Естественные науки, № 4, 1999.- С.100-107.

Методические рекомендации:

5. Федоров Ю.А., Предеина Л.М., Шевченко В.Б., Хорошевская В.О. и др. РД 52.24.626- Методические указания. Мониторинг загрязнения донных отложений промышленными сточными водами Байкальского целлюлозно-бумажного комбината. Методика выполнения измерений изотоп ного состава углерода органического вещества методом масс-спектрометрического анализа. //Феде ральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, ГХИ, г. Ростов на-Дону - С.Пб.: Гидрометеоиздат, 2002, 39с.

Коллективные монографии:

6. Федоров Ю.А., Тамбиева Н.С., Хорошевская В.О., Гарькуша Д.Н., Денисов В.И., Зинченко А.А. Распределение содержания метана в воде и донных отложениях Донской эстуарной зоны // В кн.: Закономерности океанографических и биологических процессов в Азовском море. – Апатиты:

изд-во КНЦ РАН, 2000.- С.113-128.

7. Федоров Ю.А., Тамбиева Н.С., Гарькуша Д.Н., Хорошевская В.О. Метан в водных экосистемах.

- Ростов-на-Дону - Москва: изд-вд ЗАО «Ростизат»,2005, 329с.

Статьи и тезисы в других изданиях:

8. Федоров Ю.А., Тамбиева Н.С., Хорошевская В.О. Метан в поверхностных водах: образование, распределение и использование для оценки их загрязненности // Межвуз. сб. науч. тр.: «Безопас ность жизнедеятельности. Охрана труда и окружающей среды». - Ростов-на-Дону: РГАСМ, 1999, В.3.- С.78-81.

9. FedorovYu.A., Tambieva N.S., Khorochevskaya V.O., Garkusha D.N. Full-scale experimental inves tigations of methane generation and formation of its flows under conditions of microcosms // 3International Symposium on Applied Isotope Geochemistry.-Orleans 21-25 September 1999.-Р. 101-102.

10. Федоров Ю.А., Тамбиева Н.С., Хорошевская В.О. Первые исследования распределения со держания метана в водопроводной воде и моче жителей г. Ростова-на-Дону // Межвуз. сб. науч. тр.:

«Безопасность жизнедеятельности. Охрана труда и окружающей среды». - Ростов-на-Дону: РГАСМ, 2000, В.4.- С.109-110.

11. Федоров Ю.А., Тамбиева Н.С., Хорошевская В.О. Метан как возможный индикатор качества водопроводной воды (на примере мегополисаг.Ростова-на-Дону) Тез. Докл. IV Межд. Конгресса «Вода: экология и технология, ЭКВАТЭК-2000. – Москва, 2000,430с.

12. Федоров Ю.А., Тамбиева Н.С., Хорошевская В.О. Распределение содержания метана в воде по профилю «р. Дон – Азовское море – Черное море – пролив Босфор – бухта Золотой Рог – Мрамор ное море – Средиземное море» // Межвуз. сб. науч. тр.: «Безопасность жизнедеятельности. Охрана окружающей среды». - Ростов-на-Дону: РГАСМ, 1999, №.2.- С.29-34.

13. Федоров Ю.А., Тамбиева Н.С., Хорошевская В.О. Теоретические аспекты формирования ме танового барьера в зоне смешения «река – эстуарий – море» // Межвуз. сб. науч. тр.: «Безопасность жизнедеятельности. Охрана окружающей среды». - Ростов-на-Дону: РГАСМ, 1998, В.2.- С.82-84.

14. Хорошевская В.О., Федоров Ю.А., Тамбиева Н.С. Особенности распределения содержаний метана в воде в зоне смешения «река-море» северо-восточного побережья Черного моря // Материа лы.межд. научно-практ. конф.: Современные фундаментальные проблемы гидрохимии и мониторин га качества поверхностных вод России » г. Азов, 8-10 июня 2009 г. – Ростов-на-Дону: ООО«Вираж », 2009, часть1.- С. 228-232.

15. Федоров Ю.А., Тамбиева Н.С., Гарькуша Д.Н., Хорошевская В.О. Метан в воде и донных отложениях Рыбинского водохранилища: распределение и биогеохимические особенности образо вания // Деп. в ВИНИТИ РАН 02.06.99, № 1756-В-99, Ростов-Н/Д, 1999, 82с.

16. Федоров Ю.А., Хорошевская В.О. О возможностях использования метана, как показателя ка чества водопроводной воды и состояния водопроводной сети // Тр. межд. конф.: «Градоформирую щие технологии XXI века». – М.: НИЦ «Инженер», 2001.- С.159-162.

17. Федоров Ю.А., Хорошевская В.О. Суточная динамика концентрации метана в воде реки Дон и Таганрогского залива // Эколого-географические проблемы юга России. – Ростов-на-Дону: Изд-во РГУ, 1999.- С.129-131.

18. Федоров Ю.А., Хорошевская В.О., Зинченко А.А. О возможности использования метана как показателя состояния водопроводной сети и качества воды // Водное хозяйство России, 2002, Т.4, № 3.- С.288-294.

19. Хорошевская В.О. Закономерности сезонных изменений характера распределения в поверх ностном горизонте воды (на примере р. Дон в районе речного порта г. Ростова-на-Дону) // Тр. Аспи рантов и соискателей РГУ, Т.II. –Ростов-на-Дону: Изд-во РГУ,2000.-С.57-58.

20. Хорошевская В.О. Особенности распределения концентраций метана в воде Таганрогского залива в весенний период года. // Тр. Аспирантов и соискателей РГУ,Т.VII. –Ростов-на-Дону: Изд-во РГУ,2001.-С.57-58.

21. Хорошевская В.О. Один из аспектов в исследовании возможности использования метана в качестве показателя органического загрязнения водного объекта при проведении оперативного мо ниторинга // Сб. тр.IIIнаучн.-практ. Конф. «Экологические проблемы. Взгляд в будущее».- Ростов на-Дону, Изд-во «Ростиздат»,2006.-С.238-241.

22. Хорошевская В.О. Экологический мониторинг и диагностика городского хозяйства (на при мере г. Ростова-на-Дону) // Сб. тр.IVнаучн.-практ. Конф. «Экологические проблемы. Взгляд в буду щее».- Ростов-на-Дону, Изд-во «Ростиздат», 2007.-С.477-479.

23. Хорошевская В.О. Анализ мероприятий, проводимых на территории Ростовской области по совершенствованию управления водоснабжением (на примере г.Ростова-на-Дону) с 1993г п. 2006г.

// Сб. тр.Vнаучн.-практ. Конф. «Экологические проблемы. Взгляд в будущее».- Ростов-на-Дону, Изд во «Ростиздат», 2008.-С.388-390.

24. Хорошевская В.О., Гарькуша Д.Н., Федоров Ю.А. Зинченко А.А. Изучение потоков метана на границе раздела «донные отложения – вода – атмосфера » // Тез. Докл. XIV Межд. шк. морской геологии. – Москва, 2001.- С.174-175, 25. Хорошевская В.О., Федоров Ю.А. Гидрологический режим - один из природных факторов, влияющих на естественный суточный ход концентрации метана в воде // Сб. науч. статей: «Эколого географические проблемы юга России». - Ростов-Н/Д: Изд-во РГУ, 2000, №.4.- С.129- 26. Хорошевская В.О., Федоров Ю.А. О влиянии природных условий на динамику концентраций метана в воде р. Дон // Сб. науч. статей: «Эколого-географические проблемы юга России». Ростов Н/Д: Изд-во РГУ, 2002, №.2.- С.167-170.

27. Хорошевская В.О., Федоров Ю.А. Поведение содержания метана в зонах смешения «река море» // Тез. Докл. XV Межд. шк. морской геологии. – Москва, 2003, Т.II.- С.211-212.

28. Хорошевская В.О. Роль антропогенного фактора в миграции ртути для устьевой области р.Дон Сб. тр.VI межд. научн. Конф. «Экологические проблемы. Взгляд в будущее».- Ростов-на-Дону, Изд-во «Ростиздат», 2010.-С.428-431.

Подписано в печать 03.09.2010. Формат 60х841/16. Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 47. Отпечатано в типографии «Вираж» 344090, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки, 198.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.