Океанология, 2021, T. 61, № 4, стр. 572-584

ВВЕДЕНИЕ

Седиментационные процессы в морских экосистемах, преобразование взвешенного осадочного вещества и его состава в водной толще играют важную роль, как в продукционных процессах, так и в самоочищении морских вод и обеспечении качества водной среды водоемов, которые все в той или иной мере подвержены антропогенному влиянию [13, 15, 16, 28, 34]. Это связано с большой значимостью этих процессов в формировании направленности и интенсивности биогеохимического круговорота вещества и энергии в морских экосистемах [5, 22–24].

Особенность Черного моря состоит в том, что водная толща моря разделена на две относительно изолированные зоны: кислородсодержащую и сероводородную [30]. В верхнем кислородсодержащем слое (0–100, 200 м) протекает основная часть продукционно-деструкционных процессов оксибионтов. Проведенными ранее исследованиями перераспределения техногенных веществ в Черном море установлено, что для сорбционно активных консервативных веществ основным потоком их элиминации из воды служат процессы седиментации [7, 13, 15, 16, 31, 32] с рассеянным осадочным веществом из водной толщи в донные осадки. Эти процессы можно охарактеризовать скоростью осадконакопления и абсолютными массами донных осадков (АМДО) [22, 25]. Очевидно, что на вариабельность АМДО значительное влияние может оказывать количество автохтонного (продуцируемого в экосистеме водоема) и аллохтонного (привносимого в водную экосистему) осадочного вещества. В целом, источником осадочного вещества в Черном море, как и в других морских и океанических акваториях, является взвешенное терригенное вещество, образовавшееся при стоке рек, из-за процессов абразии берегов и дна, эолового переноса, а также взвешенное органическое и минерализованное вещество, основу которого составляет первичная продукция [20, 22, 27]. Ранее показано, что в глубоководной области Черного моря осадочное вещество, как в водной толще, так и в донных отложениях преимущественно состоит из автохтонного биогенного вещества, образовавшегося за счет продукции фитопланктона [9, 11]. Поэтому исследование роли первичной продукции (ПП), в сравнении с другими источниками осадочного вещества, очень важно для понимания процессов осадконакопления в разных районах Черного моря.

Исследования по оценке скорости осадконакопления в западной части Черного моря (ЗЧМ) проводились на станциях в районах прибрежного шельфа, континентального склона и в глубоководной части моря с использованием радиотрассеров методом радиоизотопной геохронологии осадков [7, 21, 29, 38, 49]. Однако в этих исследованиях связь АМДО с уровнем ПП и концентрацией органического вещества в осадочном материале и его минерализованной части не рассматривалась.

Поэтому цель работы состояла в выявлении особенностей осадконакопления на шельфе северо-западной части и в глубоководной области ЗЧМ, отличающихся по уровню ПП.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Районы и материалы исследования. Изучению осадкообразования и вертикальным потокам осадочного вещества в Черном море посвящено много работ, краткий обзор которых представлен в работах [7, 17]. В настоящей работе анализируются собственные и литературные данные по определению скорости осадконакопления c использованием радиоизотопных трассеров [28]: природного (²¹⁰Pb) и техногенных (⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ²⁴¹Am, ^{238, 239, 240}Pu) радиоизотопов и их сочетаний [7, 9, 21, 29, 32, 43, 47, 49] без учета турбидных зон в этих акваториях [21, 49]. В наших исследованиях отбор проб донных отложений осуществлялся в ЗЧМ на станциях 11 (2007 г.) и 12, 28 (2013 г.) (рис. 1). На рис. 1 также приведены станции отбора проб в период с 1988 по 2003 г., данные по которым были взяты из литературных источников.

Глубина на станциях исследования, год отбора проб, данные определения АМДО и источник данных представлены в табл. 1. При обобщении данных по АМДО районирование ЗЧМ принимали идентичным предложенному в работе по обобщению данных по ПП (рис. 1) [10]. Из этих районов были рассмотрены некоторые: Д, СЗ₁, СЗ₂, ЗС, ЗГ (рис. 1), где проводилось от 3 до 9 определений скорости осадконакопления на район исследования (табл. 1), а также были получены оценки роли биогенного и литогенного осадочного вещества в изменении скорости осадконакопления [9]. Для этих районов ЗЧМ были использованы обобщенные данные по ПП с оценкой среднемноголетней годовой ее величины за несколько десятилетий (период 1973–1997 г.) [10]. Более поздними исследованиями межгодовой изменчивости температуры, хлорофилла “а” и ПП в открытой части Черного моря, ограниченной изобатой 200 м, за период с 1978 по 2008 гг. было установлено, что в изменчивости этих показателей не выявлено достоверных трендов. В целом, полученные результаты указывают на стационарность процессов, происходящих в этот период в открытой части Черного моря [18]. Так, среднемноголетняя годовая величина ПП в открытой части моря за период (1978–2008 гг.) составляла 136 гС/(м²год) [18], что практически совпадает с годовым значением ПП, равным 140 гС/(м² год), полученным за период 1978–1992 гг. [3], и 135 гС/(м² год) – за период с 1998 по 2007 г. [33]. Поэтому допустимо принять среднемноголетние годовые величины ПП, полученные для исследуемых районов Черного моря за период 1973–1997 гг. [10], в качестве средних величин ПП для оценок скоростей осадконакопления на масштабе нескольких десятилетий, которые включают период от начала 60-х гг. ХХ века до 2013 г.

Методы исследования. В открытой части моря пробы донных осадков отбирали мультикорером с герметично закрывающимися трубками, а также бокс-корером. Из последнего керны донных отложений были получены с помощью пластиковой трубки. В мелководных прибрежных районах для отбора проб использовали грунтовую трубку с вакуумным затвором. Отобранные керны донных осадков высотой до 7–32 см в зависимости от ожидаемой скорости осадконакопления резали с помощью винтового экструдера на слои толщиной 0.25, 0.5, 1, 2 см с последующим измерением активности радиоизотопов ²³⁸Pu и ^{239 + 240}Pu в каждом слое осадка.

Метод радиоизотопных трассеров позволяет оценивать среднемноголетнее годовое значение АМДО в масштабе десятилетий с учетом всех процессов, происходящих в толще вод и придонном слое воды, включая деструкцию и ремобилизацию взвешенного вещества, горизонтальную и вертикальную составляющую гидрологических процессов, суточные, сезонные и другие вариации в разные временны́е периоды, что и определяет количество осадочного вещества, осевшего и задепонированного в донные осадки. Результаты наших исследований были получены с использованием техногенных радиоизотопов плутония ²³⁸Pu и ^{239 + 240}Pu. Следует отметить, что использование плутония имеет ряд преимуществ относительно других радиоизотопов. Так, высокая чувствительность и длительный период применимости радиотрассерного метода с использованием радиоизотопов плутония ²³⁸Pu и ^{239 + 240}Pu обеспечивается их большими по времени величинами периода полураспада (Т_1/2 = 87, 24 000, 6500 лет соответственно), в отличие от техногенных радиоизотопов ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs (Т_1/2 = 29, 30 лет соответственно). Известно, что в Черное море после аварии на ЧАЭС в 1986 г. поступили в большом количестве антропогенные радиоизотопы плутония ²³⁸Pu, ^{239 + 240}Pu. При этом в глобальных и чернобыльских выпадениях изотопный состав плутония существенно различался по отношению активностей ²³⁸Pu/^{239 + 240}Pu. Для северного полушария в глобальных выпадениях это отношение в среднем составляло 0.032 на 1970 г. [39], а в чернобыльском выбросе – 0.47 на 1986 г. [37]. Таким образом, в современный период после 1986 г. появилась новая возможность датирования слоев донных осадков в Черном море по отношению активностей ²³⁸Pu/^{239 + 240}Pu. Кроме того, в Черном море плутоний проявляет ярко выраженный педотропный тип биогеохимического поведения: около 95% этих радиоизотопов связывается со взвесью – осадочным веществом и перераспределяется в донные отложения [31, 47].

Радиоизотопы (²³⁸Pu и ^239, 240Pu) в донных осадках определяли по известным методикам [28, 48]. Для оценки химического выхода плутония в пробы осадков вносили радиоизотоп ²⁴²Pu. После термического и химического разложения проб дальнейшую очистку и выделение плутония проводили посредством ионообменной колоночной хроматографии [48]. Измерения активности радиоизотопов плутония (²³⁸Pu и сумму ^{239 + 240}Pu) проводили на альфа-спектрометре ORTEC PС (США). Концентрацию активности радиоизотопов плутония рассчитывали на сухую массу пробы осадка в Бк/кг. Относительная ошибка измерения активности ^{239 + 240}Pu в пробах донных отложений не превышала 13%. Стандартную статистическую обработку результатов проводили с использованием программы Microsoft Excel [28].

Процесс осаждения оценивали по двум параметрам [22, 25]: скорость осадконакопления (СОН, мм/год) и абсолютные массы донных осадков (АМДО, г/(м² год)) на основе результатов, полученных с помощью известной методики радиоизотопной геохронологии донных отложений [28]. Определение величин СОН проводили посредством датировки профиля осадков по трем временны́м точкам: 1) максимум глобальных радиоактивных выпадений после мощных термоядерных взрывов в 1963 г. при испытании ядерного оружия, 2) максимум чернобыльских атмосферных радиоактивных выпадений после аварии на ЧАЭС в 1986 г., 3) год отбора проб донных отложений [32, 48]. Далее рассчитывали СОН согласно общепринятой формуле:

где: СОН – скорость осадконакопления, мм/год; h – глубина исследуемого слоя на разуплотненный или естественный осадок, мм; T₀ – время отбора пробы, год; T – абсолютный возраст слоя донных осадков, год [7].

На базе СОН (1) и кумулятивного веса донных отложений рассчитывали АМДО согласно формуле:

где: АМДО – абсолютная масса донных осадков, г/(м² год); m_б/c – кумулятивный вес осадка высотой h_c за вычетом солей поровой воды, г; СОН – скорость осадконакопления, мм/год; S_c – площадь поперечного сечения керна, м²; h_c – высота слоя исследуемого осадка, мм [7].

В работе рассматривались следующие составляющие АМДО: по происхождению осадочного вещества: биогенная (АМДО_БГ) и литогенная (АМДО_ЛГ) составляющие, а также в составе АМДО_БГ – органическое осадочное вещество (АМДО_ОРГ) и минерализованное биогенное осадочное вещество (АМДО_МБГ).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Определение СОН и АМДО в глубоководной области и шельфовых районах ЗЧМ с использованием радиотрассеров ²³⁸Pu и ^{239 + 240}Pu. Для определения СОН и АМДО были получены профили вертикального распределения ²³⁸Pu и ^{239 + 240}Pu в кернах донных отложений на шельфе и в глубоководной области ЗЧМ (станции 11, 12, 28) (рис. 1). Результаты измерений концентрации активности и расчетные значения отношения активностей этих радиоизотопов представлены на рис. 2.

Как видно из приведенных данных, в отличие от профилей в глубоководной области (ст. 27), на шельфе вертикальные профили ²³⁸Pu и ^{239 + 240}Pu имеют в большей или меньшей степени размытую структуру (станции 11 и 12, рис. 2). Возможно, в мелководных районах это связано с процессами перемешивания и переосаждения донных отложений, преимущественно приуроченных к холодному периоду года, а также с историей поступления радиоизотопов с речным стоком после аварии на ЧАЭС [8]. Поэтому только совместный анализ вертикальных профилей концентрации активности радиоизотопов плутония и отношения их активностей позволяет провести геохронологию профилей, определить принадлежность максимумов к чернобыльским или глобальным выпадениям и рассчитать величины, определяющие процесс осадконакопления: СОН и АМДО. Результаты расчетов СОН и АМДО по трем исследуемым станциям представлены в табл. 2.

Полученные характеристики скорости осадконакопления показали, что их величины значительно отличались в прибрежных мелководных станциях и глубоководной области моря (табл. 2). При этом разница значений АМДО превышала порядок величин. Величины АМДО на станциях, расположенных на шельфе, различались между собой незначительно. Приведенные результаты на этих трех станциях были сопоставимы с литературными данными, полученными в этих же районах с использованием радиотрассеров ²¹⁰Pb, ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr (табл. 1). СОН в шельфовых районах, полученные методом радиоизотопной геохронологии, составляли 2.5–4.1 мм/год [7, 9, 21] и были близки значениям, полученным методом постановки ловушек для шельфа Черного моря, равным в среднем 5.3 мм/год [13].

Связь величины АМДО и ПП в районах ЗЧМ. Для оценки связи между АМДО и уровнем ПП использовали среднемноголетние годовые значения ПП в изучаемых районах (рис. 1) [10] и среднемноголетние годовые значения АМДО, рассчитанные по результатам исследований в этих же районах (табл. 1, 2). Среднемноголетние годовые значения анализируемых величин приведены в табл. 3. В ней представлены две оценки усредненных значений АМДО и ПП по средним арифметическим величинам и серединным значениям диапазона изменениям величин. Рассчитанные величины АМДО по среднеарифметическим значениям и серединным значениям диапазона практически не различались (табл. 3). Поэтому в дальнейших расчетах использовали среднеарифметические значения ПП и АМДО. Характеристика взаимосвязи между годовыми значениями АМДО и ПП представлена на рис. 3. Как видно на рис. 3а, связь между значениями АМДО и ПП имеет линейный пропорциональный характер с высокой степенью достоверности R ² = 0.99. Аппроксимационная прямая не проходит через начало координат, а пересекает ось абсцисс (ось ПП) в области положительных значений ПП. Это характеризует наличие отклонения от прямо пропорциональной зависимости между АМДО и ПП и указывает на тот факт, что при низких значениях ПП ее вклад в формирование АМДО стремится к предельно малым величинам. Вероятнее всего, это связано с активным процессом минерализации осадочного вещества и повторным использованием минеральных биогенных веществ фитопланктоном [27], а формирование АМДО происходит в основном за счет литогенной и биогенной минерализованной части осадочного вещества, включая предельно малые остаточные величины неокисленной части органического осадочного вещества в водной толще кислородсодержащего и H₂S-слоя.

По литературным данным о процентном соотношении биогенной (АМДО_БГ) и литогенной (АМДО_ЛГ) составляющих АМДО в исследуемых районах ЗЧМ [9] рассчитывали их вклад в суммарную величину АМДО. Аппроксимационный анализ связи этих составляющих АМДО с ПП показал, что для них (рис. 3б, 3в), как и для суммарной АМДО (рис. 3а), связь с уровнем ПП носила линейный характер. При этом угол наклона прямой, характеризующей изменения АМДО_БГ, был значительно меньше, чем таковой для АМДО_ЛГ, что свидетельствует о более значимом влиянии АМДО_ЛГ на изменение суммарной величины АМДО (рис. 3). Очевидно, это связано с тем, что в северо-западной части моря высокопродуктивные акватории расположены в прибрежных районах, которые находятся под влиянием стока рр. Дуная, Днепра, Буга и Днестра. Поэтому терригенное осадочное вещество, представленное в основном обломочными осадками (станции 11–13, 14), играет ведущую роль в формировании АМДО.

Следовательно, в связи с географическими особенностями исследуемых акваторий, АМДО_БГ и АМДО_ЛГ – это две составляющие, величины которых однонаправлено коррелируют в этих районах моря. В шельфовых районах, подверженных влиянию стока рек, с этим стоком с одной стороны поступает большое количество литогенной взвеси, а с другой стороны, поступают биогенные элементы, способствующие увеличению ПП. В глубоководные районы ЗЧМ поступает только остаточное количество терригенного осадочного вещества, так как его основная масса оседает на шельфе, и остаточные количества биогенных элементов, которые также утилизируются фитопланктоном преимущественно на шельфе [20], вследствие чего уменьшаются абсолютные значения ПП и АМДО. Это и служит причиной сходного характера полученной связи АМДО и ее составляющих АМДО_БГ и АМДО_ЛГ с величиной ПП в ЗЧМ.

Анализ изменений величин соотношения ПП и АМДО в исследуемых районах ЗЧМ в порядке возрастания глубины и удаленности от источников терригенного осадочного материала (табл. 4) показал, что уровень АМДО изменяется практически в одинаковое число раз синхронно с изменением ПП только в удаленных глубоководных акваториях ЗС и ЗГ при переходе от района СЗ₂ к району ЗС, а затем к району ЗГ. В приустьевых районах при переходе от района Д к районам СЗ₁ и СЗ₂ увеличение АМДО происходит в разы быстрее, чем увеличение ПП (табл. 4). Разница в изменении указанных отношений между районами Д и ЗГ превышает один порядок величин и указывает на ведущее влияние терригенной взвеси, приносимой Дунаем, на величину АМДО в районе Д и СЗ₁ и СЗ₂, убывающую с глубиной района (табл. 4). Очевидно, что в этом случае имеет место влияние и других рек, впадающих в северо-западную часть моря, но по масштабу влияния ведущую роль играет р. Дунай. Это подтверждается при сравнении величин твердого стока рек, который у Дуная составляет величину, более чем на порядок превышающую сток Днепра – 6.8 × 10⁷ и 2.12 × 10⁶ т/год соответственно [14]. Следует отметить, что существенное влияние оказывает тот факт, что каскад водохранилищ на р. Днепр и Днепро-Бугский лиман служат буферными акваториями для Черного моря, аккумулируя в себе основную часть осадочного материала из водосборного бассейна Днепра. Это подтверждает и сравнение величин АМДО на взморье Дуная (3449 г/(м² год), станции 1–4, табл. 1), в Днепро-Бугском лимане (3670 г/(м² год) [7]) и на взморье Днепра (702 г/(м² год), ст. 12, табл. 2). Кроме того, проведенный ранее анализ многолетних данных в СЗЧМ по изменению потоков биогенных элементов, хлорофилла “а” и биомассы фитопланктона показал существенное влияние стока рек на эти величины в приустьевых областях и мелководной части шельфа (СЗ₁) и их убывание с увеличением глубины и удаленности от устьевых районов [20]. Поэтому к существенным географическим особенностям исследованных районов моря следует отнести наличие в северо-западной части моря пологого удлиненного шельфа. Наряду с другими особенностями, он играет важную роль в формировании количественных показателей АМДО и ПП. Таким образом, совокупность условий и процессов, протекающих в этих акваториях, приводит к тому, что ведущую роль ПП играет в формировании величины АМДО только в районах ЗС и ЗГ.

Роль осадочного органического вещества и его преобразования в толще вод в формировании АМДО в глубоководной области ЗЧМ. В формировании АМДО к основным составляющим осадочного вещества относят: автохтонное осадочное органическое вещество (ОВ) и аллохтонное терригенное осадочное вещество [17, 22, 30], которые и определяют его количество в прибрежных районах и в открытой части Черного моря. Вклад ВОВ в формирование АМДО в глубоководных районах оценивали по результатам исследований седиментационных потоков взвешенного органического углерода (С_ВОВ) [41], взвешенного органического азота (N_ВОВ) [45] и взвешенного органического фосфора (Р_ВОВ) в кислородсодержащем слое и в верхнем слое Н₂S-зоны Черного моря [27, 41, 45,] и океанических водах [42, 44].

Анализ результатов этих исследований показал, что в черноморских и океанических водах в слое 0–350 м с увеличением глубины наблюдается общая тенденция закономерного уменьшения величин потоков осаждения С_ВОВ, N_ВОВ и Р_ВОВ. При этом величины отношения С_ВОВ : N_ВОВ и С_ВОВ : Р_ВОВ с увеличением глубины были близки, что указывает на сопряженность потоков С_ВОВ, N_ВОВ и Р_ВОВ и отсутствие их избирательной минерализации в процессе седиментации [27, 42, 44, 45]. В отличие от океанических вод, где кислород присутствует во всей толще вод до дна, в Черном море наиболее интенсивный процесс минерализации органического вещества отмечается в относительно небольшом по толщине кислородсодержащем слое [27, 42, 45]. Согласно данным [42], в кислородсодержащем слое ЗЧМ уровень минерализации С_ВОВ составлял 95% от годовой величины ПП. Примерно такие же величины уровня минерализации N_ВОВ и Р_ВОВ, равные 92 и 96%, были получены в южной части Черного моря и его глубоководной области моря соответственно [27, 45]. Следовательно, из кислородсодержащего слоя в глубинные воды Н₂S-зоны доля потоков осаждения С_ВОВ, N_ВОВ и Р_ВОВ составляла всего лишь 5, 8 и 4% от годовой величины ПП, выраженной в углеродных, азотных и фосфорных единицах соответственно [27, 42, 45]. Таким образом, в результате минерализации и биохимической трансформации (выедания зоопланктоном) ВОВ в кислородсодержащем слое глубоководной области моря только малая часть рассеянного осадочного вещества может перейти в донные осадки.

Учитывая сопряженность потоков С_ВОВ, N_ВОВ и Р_ВОВ и отсутствие их избирательной минерализации в процессе седиментации и использование при переходе от величин ПП, выраженной в гС/(м² год), к потокам взвешенного вещества в единицах сухого веса г/(м² год), в дальнейших расчетах использовали величину потока С_ВОВ, равную 5.0% от годовой величины ПП [42]. Для оценки вертикального потока С_ВОВ в весовом выражении из кислородсодержащего слоя в воды Н₂S-зоны в ЗЧМ с глубиной >1500 м (район ЗГ, станции 20–28 на рис. 1) годовую величину ПП принимали равной 106 гС/(м² год) (табл. 3) [10]. При пересчете С_ВОВ, выраженного в мгС на сухой вес взвешенного вещества принимали, что 1 мгС эквивалентен 3.2 мг сухого веса взвеси [4]. Тогда в весовых единицах вертикальный поток осадочного вещества составляет 17.0 г/(м² год) (на сухой вес). В акватории континентального западного склона (200–1500 м) (район ЗС, станции 16–19 на рис. 1) при годовой величине ПП, равной 125 гС/м² год (табл. 3) [10] величина этого потока в весовых единицах в верхнем слое H₂S-зоны составляет 20.0 г/(м² год).

В водах анаэробной зоны при полном отсутствии растворенного кислорода и наличии восстановленных форм химических соединений (H₂S, NH₄, СН₄) [35, 36] процесс окисления осадочного вещества часто связывают с кислородом сульфатов, образующимся в результате жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий [4, 19]. В связи с этим, можно предположить, что в водах H₂S-слоя при отсутствии растворенного кислорода между процессами минерализации осадочного вещества и образованием продукции хемосинтезирующих бактерий устанавливается динамическое равновесие, что стабилизирует количество ОВ, осаждающегося на дно. Подтверждением этому служат результаты исследований в водной толще Н₂S-слоя Черного моря, где при изучении вертикального распределения взвеси с увеличением глубины отмечалось практически постоянное ее количество [17].

Следовательно, особенностью формирования величины АМДО на северо-западном шельфе и в глубоководной области ЗЧМ являются как процессы преобразования ОВ, так и биогеографические характеристики районов. Это, прежде всего, удаленность от источников терригенной взвеси и уровень ПП, а также гидрологические и гидрохимические условия, поддерживающие в Черном море существование H₂S-слоя, обеспечивая динамическое равновесие между кислородсодержащей и сероводородной толщами вод; наличие в толще черноморских вод постоянного галоклина, холодного промежуточного слоя, сезонного термоклина и ряда других особенностей вертикальной структуры солености, плотности и температуры, а также существование верхнего опресненного и мощного нижнего осолоненного квазиоднородного слоев вод, разделенных постоянным галоклином [2].

В глубоководной области моря большой вклад в формирование АМДО вносит биогенное минерализованное осадочное вещество (АМДО_БГМ) [7, 17, 26, 40]. Ранее было показано, что в летний сезон биогенные карбонаты (створки кокколитофорид) могут составлять до 87% сухой массы донных отложений в глубоководной области Черного моря [40], но в разные сезоны и в разные годы их доля существенно изменяется [27]. В зимне-весенний период к основному компоненту АМДО_БГМ, оседающему из кислородсодержащего слоя в глубинные воды Н₂S-зоны, относятся силикатные створки диатомовых водорослей [6]. Оценка роли АМДО_БГМ по среднемноголетней годовой скорости седиментации взвешенного вещества на дно содержит в себе осредненные годовые и сезонные колебания величины АМДО_БГМ. Очевидно, что в водной толще глубоководной области моря АМДО_БГМ вносит существенный вклад в формирование АМДО. Эта особенность формирования АМДО характерна для Черного моря как меромиктического водоема с сероводородной толщей глубинных вод и ограниченным верхним слоем вод (до глубины 150–200 м), пригодным для обитания оксибионтов. Согласно литературным данным, количество литогенного и биогенного осадочного вещества в ЗЧМ связано с глубиной моря [9] и удаленностью исследуемых районов от берега и от устьев крупных рек (табл. 3, рис. 1).

Ранее было показано, что основная часть твердого стока рек и абразивного материала (порядка 90%) оседает на шельфе, частично достигая глубоководного склона, и практически не влияет на количество осадочного материала в океанической пелагиали и глубоководной котловине моря [1, 12, 22]. Следовательно, в глубоководной области Черного моря осадочный материал состоит в основном из биогенного осадочного вещества (АМДО_БГ) [9, 17]. Учитывая эти данные и результаты по определению количества автохтонного ОВ и процента его окисления в процессе седиментации из водной толщи на дно в глубоководной области моря, нами были рассчитаны вклады биогенного (органического и минерализованного АМДО_БГ) и литогенного (АМДО_ЛГ) осадочного вещества в формирование АМДО (табл. 5).

Оценки вклада трех составляющих в формирование АМДО свидетельствуют, что вклад по массе взвешенного органического вещества на континентальном склоне по сравнению с глубоководной котловиной моря увеличивался незначительно – на 3 г/(м² год), но его процентная доля уменьшалась на 5.1% (табл. 5). Процентная доля АМДО_БГМ в глубоководной котловине была почти на 15% больше таковой на континентальном склоне, а процентный вклад литогенной составляющей уменьшался в 5 раз. При этом показатели абсолютных масс органического и минерализованного осадочного вещества были меньше на 3 и 6.83 г/(м² год) в глубоководной котловине. Доля же литогенного осадочного вещества, как в процентном, так и в массовом выражении уменьшалась (табл. 5). Следовательно, тенденции изменения абсолютных масс составляющих осадочного вещества, формирующих АМДО, имеют ту же направленность: самый высокий вклад вносит АМДО_БГМ, а вклад литогенного вещества становится минимальным, уменьшаясь в 6.8 раза. Это подтверждает, что уменьшение АМДО в глубоководной зоне происходит в основном за счет уменьшения поступления литогенного вещества. Изменение вклада биосинтетических и биогеохимических деструктивных процессов менее выражено, что, вероятно, обусловлено восстановительными условиями в водной толще Н₂S-cлоя и, как отмечалось выше, динамическим равновесием между процессом минерализации осадочного вещества и продукцией хемосинтезирующих бактерий (новообразованного осадочного вещества).

Роль биогенной и литогенной составляющей в формировании АМДО в разных районах ЗЧМ. Полученные результаты (табл. 4, 5) подтверждают определяющее влияние биогеографических условий на формирование АМДО в разных районах ЗЧМ. К основным из них относятся: 1) наличие стока крупных рек, 2) удаленность акватории от приустьевых участков, 3) пологий удлиненный шельф (рис. 1), что обеспечивает оседание основного количества терригенного осадочного материала на шельфе; 4) удаленность акваторий от берега в сторону глубоководной области моря – увеличение глубины моря, 5) различные уровни ПП, 6) обеднение биоты в Н₂S-зоне глубоководной области моря вследствие отсутствия кислорода, 7) наличие восстановительных условий в Н₂S-зоне и ряда особенностей структуры вод, как было отмечено выше. Все эти условия оказывают влияние на поступление и распространение аллохтонного терригенного осадочного материала, а также образование и трансформацию автохтонного органического осадочного вещества в исследуемых акваториях Черного моря. В целом в ЗЧМ можно выделить 3 группы акваторий, отличающихся по характеру формирования АМДО: I – приустьевая область (Д); II – шельфовые районы (СЗ₁ и СЗ₂) и континентальный склон (ЗС); III – глубоководная область моря (ЗГ) (табл. 6).

Отношение величины биогенной и литогенной составляющих АМДО (АМДО_БГ/АМДО_ЛГ) увеличивалось не меньше, чем в 3–5 раз при переходе от одной группы акваторий к другой группе. В первой группе оно не превышало – 1, во второй – 3, и в третьей – было выше 15 единиц. При этом уменьшение доли литогенного вещества происходит не за счет увеличения ПП в этих районах, а в результате резкого уменьшения поступления литогенного осадочного вещества (табл. 6).

Поэтому при достаточно близких значениях ПП в районах континентального склона и глубоководной котловины моря относительный вклад биогенного осадочного вещества в формирование АМДО в глубоководной котловине моря увеличивался и достигал 94.6% [9]. Это связано с минимальным поступлением аллохтонного литогенного вещества в эту область моря и, как следствие, возрастанием относительного вклада органического осадочного вещества, доля которого достигала 26.1% от АМДО. При этом относительный вклад АМДО_БГМ составлял в глубоководной области 54–68.5% от АМДО, что близко к оценке этой величины, изменявшейся в пределах 37–50%, в слое 0–4 см донных отложений в абиссали Черного моря [46].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе обобщения собственных и имеющихся в литературе данных установлено, что особенности формирования АМДО в исследуемых районах северо-западного шельфа и глубоководной области ЗЧМ определяются комплексом биогеографических условий, включая гидрологические и гидрохимические особенности Черного моря. Оценить характер формирования АМДО можно с использованием величин отношения биогенной и литогенной составляющих осадочного вещества, которые отражают изменение их роли в седиментогенезе в исследованных районах.

В приустьевых районах и на шельфе в смежных районах моря увеличение значений АМДО (в 4.3–6.2 раз) было выше по сравнению с увеличением уровня ПП (в 1.4–2.3 раза) в отличие от глубоководных районов, где кратность увеличения как ПП, так и АМДО была близка к единице.

По характеру формирования среднемноголетних годовых значений АМДО и снижению их абсолютных величин от прибрежных районов северо-западного шельфа до континентального склона и глубоководной котловины ЗЧМ выделены 3 группы районов, в которых отношение вклада биогенного и литогенного осадочного вещества от группы к группе возрастало не менее чем в 3–5 раз. Величины отношений в I, II и III группе изменялись от АМДО_БГ/АМДО_ЛГ ≤ 1 (I группа) и 1 < < АМДО_БГ/АМДО_ЛГ ≤ 3 (II группа) до АМДО_БГ/ АМДО_ЛГ > 15 (III группа). Значения АМДО повышались в направлении от глубоководной котловины к приустьевым районам от 65 до 3449 г/(м² год).

Взаимосвязь между значениями АМДО (как суммарной, так и отдельно биогенной и литогенной ее составляющими) и величинами ПП носила линейный характер. При этом ПП не является определяющим фактором в формировании АМДО в приустьевых районах и на шельфе, но играет ведущую роль в глубоководной области ЗЧМ.

Особенность формирования АМДО в глубоководной области Черного моря связана с наличием Н₂S-зоны. При уменьшении абсолютных значений АМДО в глубоководной котловине ЗЧМ относительная роль биогенного осадочного вещества в процессе формирования АМДО возрастала. При этом на континентальном склоне доля органического осадочного вещества составляла 21%, а в глубоководной котловине – 26.1% от величины АМДО. Наибольший вклад в формирование донных осадков был характерен для биогенного минерализованного осадочного вещества (АМДО_БГМ). На континентальном склоне он составлял 54%, а в глубоководной котловине моря – 68.5% от АМДО.

Источники финансирования. Работа подготовлена по теме государственного задания ФИЦ ИнБЮМ тема НИР № 0828-2018-0006 “Молисмологические и биогеохимические основы гомеостаза морских экосистем” номер гос. регистрации АААА-А18-118020890090-2 и по теме НИР № 0828-2019-0003 “Функциональные, метаболические и токсикологические аспекты существования гидробионтов и их популяций в биотопах с различным физико-химическим режимом” номер гос. регистрации АААА-А18-118021490093-4.