Океанология, 2022, T. 62, № 2, стр. 260-270

ВВЕДЕНИЕ

Речной сток относится к числу наиболее важных источников поступления осадочного материала континентального происхождения в моря и океаны. Еще в середине 70-х годов прошлого столетия академик А.П. Лисицын в своей классической монографии [10] показал, что более 3/4 всего осадочного материала поступает в океан с речным стоком. Последующие многочисленные исследования, однако, показали, что переходная зона река–море, названная им маргинальным фильтром (МФ) и представленная в виде модели [11, 21], является мощным барьером на пути этого материала в открытые части морей и океанов. Установлено, что протекающие в системе река–море седиментационные, биогеохимические и другие процессы приводят к переходу растворенных форм элементов во взвешенные и осаждению речной взвеси и вновь образованных из раствора взвешенных частиц в донные осадки. Результаты качественной и количественной трансформации речного материала в этой зоне детально рассматриваются в монографии первого автора [2], в которой обсуждаются опубликованные по состоянию на 2010 г. данные о поведении Fe раств. в эстуариях более 40 рек мира (30 статей) и поведении Mn раств. в эстуариях почти 20 рек (около 20 публикаций).

На начальной стадии смешения начинается массивное осаждение на дно сначала крупных частиц взвеси (>0.01 мм), а затем и тонких частиц после их слипания за счет коагуляции под воздействием электролита (морской воды). Уже на начальных этапах повышения солености начинается процесс флоккуляции органо-минеральных коллоидов. Образующиеся аморфные агрегаты-флоккулы, представляющие собой эффективные сорбенты, захватывают и увлекают на дно многие химические элементы. Наряду с процессами сорбции протекают и процессы десорбции с взвеси некоторых элементов. По мере снижения концентрации взвеси создаются благоприятные условия для развития биологических процессов – усиливается инсоляция, сохраняются достаточно высокие концентрации биогенных элементов – это приводит к активизации фитопланктона, а затем и зоопланктонных организмов. Растворенные элементы вовлекаются в биологические циклы (внедряются в состав клеточных тканей, тестов и метаболитов). Развиваются процессы биоконцентрирования элементов фитопланктоном. Организмы зоопланктона отфильтровывают безвыборочно биогенные и терригенные частицы, упаковывают их в пеллеты, ускоренно осаждающиеся на дно.

Не удивительно, таким образом, что значительная часть приносимого к границе река–море рекой осадочного материала не может проникнуть в открытую область приемного бассейна. Во многих предыдущих работах, начиная с работы К.И. Иванова на примере реки Куры [7] и на примере крупнейших рек мира – Амазонки, Миссисипи, Конго, Святого Лаврентия, Оби, Енисея и других [1, 6, 15, 17, 21–23, 27], было показано, что в рассматриваемой зоне выпадает из транспорта в открытые воды до 80–95% транспортируемого рекой к морю твердого речного материала. Следует, однако, подчеркнуть, что такие оценки потерь осадочного вещества в МФ рек почти всегда были основаны на единичных попытках получить их. В то же время, понятно, что все упоминаемые выше и другие процессы в зоне МФ сильно зависят от сезона, по крайней мере, в области северной умеренной климатической зоны.

Результаты наших первых попыток обобщить имеющиеся данные и оценить средние за год потери взвеси, железа, марганца и многих других элементов в зоне МФ Северной Двины были опубликованы в работе [3, 20]. Оказалось, что потери взвеси и некоторых химических элементов в воде и взвеси Северной Двины, с учетом влияния сезонных вариаций, существенно ниже, чем упомянутые выше для крупнейших рек мира, хотя причины более низких потерь взвеси в зоне река–море были связаны не только с сезонностью, но и с особенностями водосборного бассейна данной реки.

Новые и очень важные для понимания процессов биогеохимической трансформации растворенных элементов, включая и органический углерод, данные были опубликованы в работе [25]. Показано, что для многих элементов, особенно для Fe и C_орг, решающую роль в поведении этих элементов в переходной зоне река–море играют их коллоидные фракции.

За последние 20 лет, начиная с 2000 г, сотрудниками Лаборатории физико-геологических исследований ИО РАН под руководством А.П. Лисицына проводились регулярные работы в бассейне Белого моря. С мая 2015 г. по настоящее время ведутся систематические исследования стоков Северной Двины и процессов в зоне ее МФ в рамках проекта “Обсерватория маргинальный фильтр Северной Двины”. В начале лета 2019 г. была завершена первая фаза проекта, выполнено 9 разрезов река–море.

Цель настоящего сообщения состоит в том, чтобы представить результаты обобщения полученных нами данных по проблеме влияния маргинального фильтра Северной Двины на потоки растворенного и взвешенного речного осадочного материала за последние 20 лет, а также продемонстрировать оценки годовых потерь взвеси, железа и марганца с учетом сезонных вариаций протекающих в МФ реки процессов и новые данные о так называемых чистых стоках взвеси и металлов в Белое море.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Работы по отбору проб на разрезах река–море проводились, как правило, с бортов малых и крупных НИС, таких как “Академик Мстислав Келдыш”, “Профессор Штокман” и других. В зимний период использовались ледокольные суда или работы проводились со льда. Отбирались пробы воды с поверхности моря на ходу судна во всем диапазоне солености вплоть до солености открытых вод моря (рис. 1). Попытки работать с борта небольших катеров, для которых охватить весь диапазон солености можно было только за счет отбора соленых придонных вод в заливе, не всегда позволяли получить адекватные результаты. Поэтому особенно в последние годы пользовались случаями заходов крупных НИС в порт Архангельска.

Рис. 1.

Карта станций в маргинальном фильтре р. Северной Двины: 1 – 63-й рейс НИС “Академик Мстислав Келдыш” (63 АМК); 2 – 67 и 68-й рейсы НИС “Академик Мстислав Келдыш” (67 и 68 АМК); 3 – 71 и 75-й рейсы НИС “Академик Мстислав Келдыш” (71 и 75 АМК); 4 – работы на катере.

В полученных с поверхности моря пробах воды определяли соленость, воду фильтровали на борту судна или в лаборатории СЗО ИО РАН через ядерные фильтры с размером пор 0.45 мкм. Фильтрат подкисляли азотной кислотой и передавали в московскую лабораторию ИО РАН для определения металлов методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии, а фильтры со взвесью использовали для весового определения концентрации взвеси и металлов во взвеси тем же методом.

Как ранее было показано [8, 9], для оценки потерь взвеси и металлов в зоне МФ авторы использовали разработанный еще в 70-х годах прошлого века простой метод оценки потерь вещества в зоне смешения речных и морских вод [18]. Метод заключается в том, что на графике зависимости концентрации того или иного элемента/компонента от солености на разрезе проводится касательная в области высокой солености (рис. 2а). Разница между концентрацией элемента/компонента в речной воде (Со) и в точке пересечения касательной с осью Y (Сх), отнесенная к Со, дает вполне адекватную оценку их потерь в МФ, выраженную в % от исходной речной концентрации.

Рис. 2.

Зависимости концентрации взвеси от солености для разрезов: (а) 68 АМК; (б) 71 АМК; (в) работы на катере, август 2015.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Потери взвешенного вещества. Результаты большей части собственных и доступных данных из литературы представлены в табл. 1. Из включенных в таблицу данных по 20 разрезам река–море получить оценки потерь взвешенного вещества в зоне МФ удалось только в 8 случаях. Также на 8 разрезах полученные зависимости концентрации взвеси от солености не позволили провести касательную в области высокой солености и определить потери, в 4-х случаях данные по концентрации взвеси отсутствовали. Наиболее характерные типы распределения взвеси в МФ Северной Двины показаны на рис. 2а–2в. Типичное поведение взвеси в переходной от реки к морю зоне можно видеть на рис. 2а (68-й рейс НИС АМК, разрез выполнен 18.08.2017 г.). Концентрация взвеси начинает быстро снижаться с ростом солености, сравниваясь при достижении солености морских вод около 25–27‰ с концентрацией в морской воде (около 1 мг/л). Достаточно просто провести касательную к данной зависимости и определить потери взвеси. Но, к сожалению, в половине случаев получаем зависимости другого рода, когда провести касательную не удается. На рис. 2б показана кривая зависимости, полученная 15.08.2018 г. с борта НИС АМК-71. Концентрация взвеси уже на начальном этапе смешения вод не падает, а, напротив, возрастает. Провести касательную можно, но она пересекает ось Y в точке Сх, которая находится выше точки Со, т.е. выше концентрации в речной воде. Это интерпретируется как дополнительное поступление взвеси из каких то источников. Третий разрез, выполненный с катера 21–22 августа 2015 г. (рис. 2в), демонстрирует еще один возможный вариант зависимости – сначала обычное снижение концентрации, а при дальнейшем повышении солености происходит ее заметный рост. В данном случае проводить касательную оказывается для наших целей бессмысленно. Отметим, что из 8 разрезов второй группы половина (4) была выполнена с борта небольшого катера, на котором дойти до вод с соленостью 25–27‰ на поверхности не было возможности, приходилось отбирать соленые пробы из придонных горизонтов. При этом резкие градиенты солености с глубиной (иногда до 10–12‰ на 1 м глубины) сильно затрудняли отбор проб с промежуточной соленостью. Отметим, однако, что подобные зависимости концентрация–соленость встречались и при работе с больших судов (например, на НИС АМК-71, ПШ-80) и при отборе проб зимой со льда (март 2005 г.). Возникает вопрос – каковы же причины повышения концентрации взвеси в зоне МФ?

Источник (или источники) может быть как природного, так и антропогенного происхождения. Возможно, происходит взмучивание поверхностного слоя донных осадков приливно-отливными течениями, и тогда отбор соленых проб вблизи дна приведет к повышенным концентрациям взвеси.

Ранее было показано, что проходящие суда могут вызвать значительное повышение мутности за счет генерируемых винтами судов турбулентных вихрей, приводящих к взмучиванию донных осадков. В работе [13] в феврале 2005 г. на выходе из рукава Кузнечиха около порта Экономия было выполнено зондирование водной толщи в 30 м от судоходного канала до и после прохождения ледокола “Диксон” и пустого танкера. Через 5 минут после прохождения концентрация взвеси в 5-ти метрах от дна повысилась в 1.5–2 раза. В марте 2006 г. более крупный и груженый ледокол “Капитан Драницын” вызвал повышение мутности в несколько раз. Показанная на рис. 2в зависимость мутности от солености, которая была получена 21–22 августа 2015 г. с борта небольшого катера, объясняется, скорее всего, именно этой причиной, поскольку за несколько часов работы мимо катера прошло несколько довольно крупных судов.

Флоккуляция растворенных железа и органики начинается сразу после начала смешения речных и морских вод. Перевод растворенного железа во взвесь может несколько увеличить концентрацию взвеси. Однако, если учесть, что средняя концентрация Fe раств. в воде Северной Двины, по нашим данным 4-х летних измерений, составляет 340 мкг/л и очень редко превышает 1000 мкг/л [4, 5], то даже полный переход всего железа во взвесь даст прибавку взвеси около 0.3–0.4 мг/л, что практически не приведет к видимому росту концентрации взвеси. Флоккулирует и растворенная органика (средняя концентрация С_орг в воде Северной Двины – 17.7 мг/л). В работе [25] было показано, что в зоне МФ Северной Двины резкое снижение коллоидной фракции С_орг с ростом солености происходит в марте и ноябре–декабре, но летом концентрация коллоидов после снижения при низкой солености 2–3‰ остается при дальнейшем повышении солености довольно постоянной. В то же время, ранее было показано, в том числе и в [25], что общий растворенный органический углерод ведет себя в зоне смешения квазиконсервативно. Это означает отсутствие сколь-нибудь значительных потерь в этой зоне, а распад коллоидов с ростом солености не ведет к заметному переходу органики во взвесь. Иначе говоря, флоккуляция не может сильно изменить концентрацию взвеси в воде МФ.

Можно упомянуть также активное цветение фитопланктона в качестве одной из причин увеличения мутности воды, однако мы не располагаем конкретными фактами такого рода.

К числу антропогенных факторов воздействия на концентрацию взвеси в МФ Северной Двины следует отнести возможные залповые сбросы жидкостей с высокой мутностью с судов или в районах портов, а также дноуглубительные работы в судоходном русле.

На рис. 3 показана зависимость потерь взвеси в МФ реки от сезона года. Отчетливо видно, что наибольшие потери взвеси характерны для периода весеннего паводка, когда максимального уровня достигают как водный сток, так и концентрация взвеси и твердый сток реки. В остальные сезоны года уровень потерь заметно снижается. Для получения среднего за год значения потерь мы можем использовать, к сожалению, только те 8 разрезов, на которых были получены конкретные данные. Рассматривать остальные разрезы в качестве таких, на которых потери отсутствуют, не вполне корректно, поскольку нет фактических подтверждений, что в этих случаях отсутствует влияние антропогенного фактора.

Рис. 3.

Потери взвеси по месяцам за период исследований.

Данные табл. 1 показывают, что потери взвеси в МФ Северной Двины изменяются в течение года в пределах от 20 до 79% (ср. 52.5%). Если же использовать полученную зависимость от сезона (рис. 3) и подсчитать средневзвешенное по твердому стоку значение, месячные величины которого для 4-х лет измерений представлены в [4], то получим немного более высокую оценку – 58%. Учитывая, что относительная ошибка таких подсчетов достаточно высока – порядка 30–50% (общая ошибка складывается из ошибки определения месячных стоков взвеси и ошибки получения потерь), то средняя арифметическая за год и средневзвешенная по твердому стоку оценки статистически не различимы между собой.

Еще раз подчеркнем, что потери взвеси в МФ Северной Двины значительно ниже, чем в крупных реках мира.

Потери растворенного и взвешенного железа. В работах [24, 25] детально рассматриваются концентрации и формы нахождения органического углерода, железа, марганца и многих других элементов в воде Северной Двины, а в [25] – и зоны смешения ее вод с водами Двинского залива. Как и для других элементов, выделяются общая растворенная форма железа (в этих работах это часть металла, которая проходит через фильтр с размером пор 0.22 мкм, нами использовались фильтры с размером пор 0.45 мкм). Коллоидная фракция (1кДа – 0.22 мкм) разделяется на подфракцию крупных (50 кДа – 0.22 мкм) и мелких коллоидов (1 кДа – 50 кДа), или иначе, коллоидов высокого и низкого молекулярного веса. Фракция <1 кДа представляет собой так называемую “истинно” растворенную часть элемента. В [25] показано, что поведение растворенного железа в зоне МФ Северной Двины определяется разным поведением составляющих общую форму фракций и их зависимостью от сезона.

Концентрация Fe раств. в зоне смешения речных и морских вод начинает снижаться практически сразу после начала увеличения солености в результате флоккуляции преобладающих в речной воде крупных коллоидов (50 кДа – 0.22 мкм) (рис. 4). Коллоиды теряют стабильность в водных растворах с повышенной ионной силой, что отмечалось еще в работах Э. Шолковица более 40 лет назад [26]. Доля коллоидной фракции железа падает с ростом солености во все сезоны с 80–90% до 10–20% в диапазоне солености 15–20‰ [25]. Концентрация С_орг аналогично снижается максимально летом и минимально в начале зимы при льдообразовании. При флоккуляции образуются аморфные железо-органические агрегаты, которые, являясь мощными сорбентами, захватывают многие микроэлементы. Довольно неожиданным результатом цитируемой работы оказался вывод о том, что при резком снижении концентрации железа в сторону моря за счет выпадения из раствора во взвесь при флоккуляции концентрация “истинно” растворенной фракции (< 1 кДа) не только не уменьшается, но даже возрастает в 5 раз (при S >9.5‰ ее доля становится преобладающей). Концентрация “истинно” растворенного С_орг также линейно возрастает, что связано с устойчивой природой растворенной органики в реках Арктики. В данном случае особенно важен тот факт, что эта фракция и РОУ, и Fe раств. почти не подвержена флоккуляции и проходит зону смешения без потерь, что указывает на большую стабильность “истинно” растворенной фракции железа по сравнению с коллоидной. Это подтверждают и данные о времени жизни этих фракций в прибрежных солоноватых водах – < 1 часа у коллоидной фракции и 14 дней у “истинно” растворенной [19].

Рис. 4.

Зависимость растворенного железа от солености на разрезе 63 АМК.

В работах [16, 24, 25] было показано, что все растворенное в речных водах железо встречается в виде Fe-гумидных комплексов или агрегатов гидроокисей Fe и Fe-гуматов. Результаты выполненных в [25] исследований в МФ Северной Двины в июле 2010 и 2012 гг. и марте 2010 г. свидетельствуют о том, что более активная агрегация коллоидов в июле по сравнению с мартом связана еще и с большей концентрацией водных органических полимеров, усиливающих агрегацию коллоидов.

Коллоидные потоки Fe, РОУ, ряда других элементов в Северной Двине достигают максимума весной. Наибольшая трансформация аллохтонной органики и связанных с ней элементов, включая и Fe, осуществляется в мае, когда пропорция коллоидов выше и концентрации РОУ, растворенных Fe и ряда микроэлементов в 2–3 раза выше, чем в другие сезоны года [4, 24]. И как результат, следует ожидать наибольшей активности процесса флоккуляции именно в этот период года.

На фоне сказанного выше рассмотрим теперь результаты выполненных в МФ Северной Двины 20-ти разрезов река–море в разные сезоны последних 20 лет (табл. 1). Фактические данные по потерям Fe раств. в зоне МФ Северной Двины получены для 15 разрезов, в 4-х случаях этого сделать не удалось по тем же причинам, что и в случае с взвесью, и в одном случае данные отсутствовали. Потери валового стока Fe раств. колеблются в пределах от 15 до 87% (ср. 64.5%). На рис. 5 показана зависимость потерь Fe раств. от сезона, которая заметно напоминает подобную зависимость потерь взвеси (рис. 3). Максимальные потери металл испытывает в мае (почти до 90%), но снижение в летний период происходит медленнее, чем с взвесью, даже в августе иногда оставаясь на высоком уровне.

Рис. 5.

Потери растворенного железа по месяцам за период исследований.

Именно такое поведение металла в зоне МФ и ожидалось, если принять во внимание результаты рассмотренных выше работ. Если определить средние за каждый месяц потери на основе полученной кривой (рис. 5) и средние за 4 года ежемесячные водные стоки [4], то можно вычислить средневзвешенное по стоку значение потерь железа за год (78%). Эта величина существенно выше, чем полученная ранее оценка среднегодовых потерь Feраств. в МФ реки по 6-ти разрезам с 2001 по 2006 г. (около 64%) [3].

Данные о потерях другой основной формы железа, взвешенной, можно получить двумя способами. В первом случае делается допущение, что потери металла в составе взвешенного вещества при пересечении этой зоны такие же, как и самого взвешенного материала. В другом подходе можно применить тот же метод, что и в случае с растворенными формами элементов, если использовать концентрации взвешенных элементов в мкг/л. Подчеркнем, что зависимости концентрации взвеси и выраженного в мкг/л Fe взв. от солености часто оказываются очень похожими. Результаты анализов Fe взв. и оценки потерь этой формы, которыми мы располагаем, также представлены в табл. 1. К сожалению, таких данных гораздо меньше, чем с Fe раств. (всего 4 случая). Этого недостаточно, чтобы строить кривую зависимости потерь от времени года. Поэтому сравним имеющиеся оценки потерь Fe взв. и потерь самого взвешенного вещества на разрезах река–море, где такое сравнение возможно (рис. 3, табл. 1). Ясно видно, что во всех 4-х случаях потери Fe взв. и взвеси довольно близки (средние значения по 4 разрезам равны соответственно 43.5 и 44.8%). Этот результат дает основание принять, в первом приближении, уже сделанное ранее допущение, что потери Fe взв. и взвеси в МФ Северной Двины одинаковы (около 58%).

Потери растворенного и взвешенного марганца. Марганец – редокс-чувствительный элемент, имеющий высокую геохимическую подвижность. В воде Северной Двины низкомолекулярная часть коллоидной фракции растворенного марганца существенно выше, чем у растворенного железа [24], поэтому можно ожидать, что потери его в зоне МФ будут ниже, чем у железа.

Из представленных в табл. 1 данных по Mn раств. на 20 разрезах река–море только в 8-ми случаях удалось получить информацию о его потерях в МФ реки. Этот металл демонстрирует разнообразное поведение при смешении речных и морских вод (рис. 6). В октябре 2001 и марте 2010 г. было зафиксировано консервативное поведение, когда концентрация снижается линейно с ростом солености и потери отсутствуют (табл. 1). Весной и летом наблюдается неконсервативное поведение, но в одних случаях отмечается резкое снижение концентраций в сторону моря с заметными потерями, в других, напротив, концентрации сначала возрастают и потери не фиксируются.

Рис. 6.

Зависимости концентрации растворенного марганца от солености: 71 АМК (а); 68 АМК (б); 63 АМК (в).

Mn раств. накапливается в речной воде зимой подо льдом в результате диффузии из донных осадков. Ремобилизация металла из осадков благодаря сильному восстановлению его прямо ниже границы вода–осадок – хорошо установленный факт не только в Двинском заливе, но и других эстуариях [17, 23]. На рис. 6а показано такое распределение концентрации Mn раств., при котором основной причиной повышения концентраций металла при средней солености вероятнее всего является именно диффузия из осадков. Рис. 6б демонстрирует другой тип распределения, когда в диапазоне низкой солености, обычно от 0 до 5‰, регистрируется пик концентраций с последующим снижением до обычного уровня в морской воде. В данном случае причина повышенных концентраций иная, а именно десорбция с частиц взвеси, что было зафиксировано в 5 случаях из 13. При таком типе распределения концентрация в речной воде Со оказывается ниже, чем Сх, точка пересечения касательной с осью Y (на рис. 6б Сх – 16 мкг/л, тогда как в речной воде всего 14.3 мкг/л). Ранее [3] было показано, что в МФ Северной Двины в июне 2003 г. пик концентрации Mn раств. был определенно связан с десорбцией с частиц взвеси, поскольку прирост концентрации в диапазоне солености от 0 до 5‰ (около 10 мкг/л) практически совпадал с потерей металла взвесью. Какие-то другие дополнительные объяснения наблюдаемой картины при этом не требовались. Наиболее типичная зависимость от солености, когда концентрация постоянно снижается в сторону моря и можно определить потери в МФ, показана на рис. 6в (АМК-63, август 2015 г.).

Из табл. 1 и рис. 7 видно, что потери этого элемента в МФ реки колеблются в течение года в диапазоне от 0 до 69%, составляя в среднем по 8 разрезам 36%. Действительно, потери Mn раств. почти в 2 раза ниже, чем у Fe раств., как и ожидалось. Из-за небольшого числа определений и их значительного разброса проведенная кривая на рис. 7 менее надежна, чем в случае с Fe раств. (рис. 5). Попробуем, тем не менее, оценить средневзвешенное по водному стоку значение годовых потерь по аналогии с тем, как делалось с Fe раств. Подсчеты дают значение 45%, что несколько выше среднего арифметического. Учитывая довольно большую ошибку таких оценок (около 50%), можно принять величину среднегодовых потерь Mn раств. близкой к 40%. Отметим здесь, что потери растворенных Fe и Mn в МФ сравнительно небольших рек Белого моря Онеги и Мезени сравнимы с потерями этих металлов в МФ Северной Двины [12].

Рис. 7.

Потери растворенного марганца по месяцам за период исследований.

Сравнивая потери взвешенного марганца и взвеси (табл. 1), получаем усредненные по 4 разрезам 43.5 и 48%, т.е. вполне сопоставимые значения (различия менее 10%), что делает приемлемым допущение о сходстве потерь Mn взв. и взвешенного материала.

“Чистые” годовые стоки взвеси, железа и марганца в Белое море. Выполненные за первые 4 года первой фазы проекта “Обсерватория МФ Северной Двины” (2015–2019 гг.) исследования позволили получить достаточно надежные данные о содержании и сезонных вариациях около 50 химических элементов в стоках Северной Двины. Содержания большой группы химических элементов во взвеси этой реки были опубликованы ранее [14] и дополнены последними нашими результатами. Объемы валовых годовых стоков элементов опубликованы в статьях [4, 5]. Однако важно знать не только валовые, но и “чистые” стоки, т.е. полученные с учетом потерь в переходной зоне река–море. И если в отношении интерпретации данных по взвеси и железу существенных ограничений не просматривается, то в случае с растворенным марганцем возникает вопрос в связи с тем, что почти в каждой третьей попытке выполнить работы в МФ реки наблюдается десорбция металла с частиц взвеси в воду. Как оценить “избыточный” марганец в балансе его на пути от реки к морю не ясно, поскольку происходят взаимные переходы из одной формы элемента в другую, и пока довольно трудно отделить влияние диффузии из осадков от десорбции с частиц взвеси на концентрацию в воде Mn раств. Об этих ограничениях необходимо помнить при рассмотрении данных о чистых потоках этого элемента.

В табл. 2 представлены опубликованные ранее данные о концентрациях и валовых стоках взвеси, железа и марганца и полученные в данной работе их “чистые” стоки. Такие стоки в открытые воды Белого моря оказываются существенно ниже по сравнению с их валовыми объемами. Из транспортируемых рекой в среднем за год к границе с морем 186 × 10⁴ т взвеси в открытое море проникает только 77.3 × 10⁴ т, из 14.4 × 10⁴ т общего железа – 7.1 × 10⁴ т, а из 1.045 × 10⁴ т общего марганца – не более 0.52 × 10⁴ т. Таким образом, от общей массы железа зону МФ Северной Двины преодолевает только 49% и от общего марганца – 50%. Остальная масса Fe и Mn осаждается на дно в составе взвеси, преобразуется из растворенных форм во взвешенные и также, в основном, оседает в донные осадки, частично усваивается планктоном и разносится вдольбереговыми течениями. Именно объемы “чистого” стока элементов следует принимать во внимание при геохимических балансовых расчетах и учитывать при экологических исследованиях всего морского бассейна.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе обобщаются результаты полевых исследований зоны смешения вод реки Северной Двины и Белого моря, выполнявшихся в период с 2001 по 2019 гг. Получены данные о потерях взвеси, растворенных и взвешенных форм железа и марганца в маргинальном фильтре реки на пути в открытые области Белого моря с учетом сезонных вариаций различных протекающих в зоне процессов, направленных главным образом на преобразование растворенных форм элементов во взвешенные и перевод их в донные осадки. Впервые представлены данные о сезонном ходе уровня потерь рассматриваемых компонентов речного осадочного материала на достаточно серьезной фактической основе. Результаты показывают, что наибольшей интенсивности потери достигают в период весеннего пика водного и твердого стока и значительно снижаются в другие сезоны. Детальное рассмотрение причин количественной и качественной трансформации осадочного материала в переходной зоне река–море показывает, что именно таким образом меняющиеся в течение года потери и следовало ожидать.

Были подсчитаны как средние арифметические, так и средневзвешенные по водному и твердому стоку реки потери взвеси, железа и марганца. Довольно значительные относительные ошибки определения величин потерь, достигающие порядка 30–50%, не позволяют считать небольшие различия в оценке этих средних статистически достоверными. Средние годовые потери твердого материала в зоне река–море оцениваются в 60%, растворенных железа – 78% и марганца – 40%, взвешенных форм этих металлов, как и самого взвешенного вещества – примерно 60%. Эти оценки потерь использованы при корректировке полученных ранее валовых стоков взвеси и металлов. Получены так называемые “чистые” стоки, которые и должны применяться при геохимических балансовых расчетах и экологических исследованиях всего Белого моря.

Благодарности. Авторы благодарны членам экспедиций, принимавших участие в отборе и фильтрации проб, Кравчишиной М.Д., Золотых Е.О., Махнович Н.М.

Источник финансирования. Результаты получены в рамках государственного задания (тема № 0128-2021-0006), обобщение результатов и подготовка к публикации – при поддержке РНФ проект 19-17-00234.