Курсовая работа: Динамика изменения значений индекса загрязненности морской воды акватории Северного Каспия с 2001 по 2004 год
Северная часть моря отличается мелководностью, которая ярко выражена в прибрежных районах. Область малых глубин занимает большую прибрежную зону, распространяясь в море на расстояние от 11 до 55 км2 (Гюль и др., 1971). Рельеф Северного Каспия неоднороден.
Донные осадки Северного Каспия по своему происхождению делятся на терригенные, биогенные и хемогенные. Каждому типу осадков свойственны определенные особенности распространения. Терригенные осадки приурочены к дельтам рек (к зонам транзита речных вод). С увеличением глубины доля биогенных осадков повышается. В восточной части Северного Каспия весьма заметен вклад хемогенных осадков (Салманов М.А., 1999). Особенностью Северного Каспия является широкое распространение наилка, имеющего в основном биогенноепроисхождение и играющего важную роль в трофодинамике водоема.
Климат Северного Каспия – континентальный, который объясняется расположением моря в центре Евразийского континента, а его северной части - в степной и пустынной зонах. Однако в последние годы климат Северного Каспия стал более мягким, резко уменьшилась повторяемость суровых зим.
Мелководность Северного Каспия только увеличивает континентальность климата и зависимость гидрологических условий от хода метеорологических процессов. Средняя годовая температура воды северной части Каспийского моря составляет 11-13°. Низкие пологие берега северной части моря не препятствуют притоку континентальных воздушных масс, которые свободно проникают на акваторию моря (Касымов А.Г., 1994 ).
1.1.2 Водный баланс и уровень моря
На многолетние колебания уровня моря оказывают влияние многие факторы, основные из которых климатические изменения, тектонические процессы и хозяйственная деятельность человека. Вклад этих факторов в многолетние колебания уровня не одинаков. Как показали исследования, климат - это основной фактор, определяющий вековые и межгодовые изменения уровня моря.
За исторический период уровень моря претерпевал значительные колебания (Крицкий С.К., 1975), продолжающиеся и в настоящее время. В начале XX в. уровень был относительно стабилен. Затем с 1929 по 1941 гг. произошло его резкое понижение на 1,9 м. В 1956-1970 гг. положение уровня несколько стабилизировалось, но с 1971 г. уровень снова стал понижаться и в 1977 г. достиг самой низкой отметки за текущее столетие - 29,0 м. С 1978 г. уровень начал повышаться. В настоящее время среднегодовой уровень Каспийского моря составляет -27,0 м (www.caspinfo.ru).
Основной приходной статьей водного баланса является речной сток, а расходной - испарение с водной поверхности моря. Приход и расход воды может быть оценен в км3 или см уровня моря. Приток речных вод в среднем обеспечивает приращение уровня моря на 77 ,см. Роль атмосферных осадков менее существенна. Приращение уровня моря в результате их выпадения на водную поверхность составляет около 20 см. Наиболее мощным фактором водного баланса является испарение, за счет которого расход воды с поверхности моря составляет среднем 97 см в год. В годовом ходе низший среднемесячный уровень наблюдается в зимний период (январь-февраль), затем идет его подъем с наибольшей интенсивностью в мае-июне. Наивысший уровень обычно отмечается в июле, потом идет спад, наиболее интенсивный в августе-сентябре. Среднемноголетний размах сезонных изменений уровня моря (разность наибольшего и наименьшего среднемесячных уровней в году) за 1900-1990 гг. составил в среднем по морю около 30-35 см.
Динамика вод Северного Каспия в основном зависит от ветра, только мелководной зоне устьевого взморья Волги сильны стоковые течения. Согласно многолетним данным (Мадат-заде, 1959; Гюль и др., 1971) в течение года над Северным Каспием преобладают ветра восточных румбов (СВ, В, ЮВ), наибольшая повторяемость которых наблюдается весной и осенью. Летом и зимой увеличивается повторяемость западных и северо-западных ветров, но при этом она все равно не превышает повторяемости восточных ветров (Гидрометеорологические условия, 1986).
1.1.3 Гидрологическая структура и водные массы
В Северном Каспии действуют два основные вида течений: стоковые и ветровые. Постоянно действующие по направлению стоковые течения заметны до районов с глубинами 6-8 м лишь в период устойчивого штиля. В западной части моря стоковый поток имеет генеральное направление на юг, в восточной части - на юго-восток. Средние скорости его составляют 2-5 см/с и действуют только в поверхностном слое толщиной не более 3-4 м.
При слабых неустойчивых (во времени по скорости и направлению) ветрах течение обычно несильное (не более 5-8 см/с), неустойчивое и практически может иметь любое направление. Сток реки Волги в северной части моря делится на две ветви. Меньшая идет вдоль северного берега на восток, сливается с водами реки Урал и образует замкнутый круговорот; большая проходит вдоль западного побережья на юг, севернее Апшеронского полуострова, пересекая моря, уходит к восточным берегам и вливается в воды, движущиеся на север. Таким образом, в Северном Каспии формируются воды, движущиеся против часовой стрелки (Иванов В.П., Сокольский А.Ф., 2000).
Важнейшей гидрологической характеристикой Северного Каспия является соленость воды, отличающая широким размахом пространственно-временной изменчивости. Это обусловлено тем, что поверхностный сток формируется тремя реками - Волгой, Уралом и Тереком. Главную роль в водном питании (а также в поступлении биогенных и органических веществ) играет р. Волга. Влияние Урала и Терека носит локальный характер.
Северному Каспию свойственна высокая неоднородность морской среды, обусловленная взаимодействием речных и морских вод. Наиболее резкое изменение солености происходит в результате опреснения волжскими водами (Архипова и др., 1972). В пределах северо-каспийской водной массы выделено несколько типов вод (Косарев, 1975): опресненные соленостью менее 6-7%о; промежуточные или смешения соленостью 7-9‰; солоноватые соленостью 9-11 ‰. Однако границы между ними не имеют четкой локализации в пространстве (КатунинД.Н., ХрипуновИ.В., ПоляниноваА.К., 1998). Это связано с тем, что на распределение солености влияет условия, которым свойственна высокая степень изменчивости: речной сток, размах межгодовых колебаний которого равен его среднемноголетнему значению; динамика вод, особенно, водообмен между восточной и западной частями Северного Каспия, а также между ним и Средним Каспием; испарение, формирующее отрицательный пресный баланс в восточной части моря и т.д. (Каспийское море: гидрология и гидрохимия, 1986). С учетом этих обстоятельств Д.Н. Катуниным было выделено в Северном Каспии три зоны (КатунинД.Н., ХрипуновИ.В., ПоляниноваА.К.,1998):
- зона, где происходит устойчивая адвекция речных вод;
- зона, где воздействие речного стока велико, максимум опреснения в июне - августе;
- зона, где влияние речных вод нивелируется воздействием ветровых течений.
Годовой максимум солености в западной части Северного Каспия имеет два максимума (зимний и летний) и два минимума (летний и осенний). Повышение солености в зимние месяцы связано с уменьшением расходов воды в зимнюю межень. Летний максимум, который, как правило, наблюдается в августе, обусловлен уменьшением водности в летнюю межень, усилением компенсационного подтока вод из Среднего Каспия и увеличением испарения. Минимум годового хода солености в июне-июле объясняется прохождением максимальных расходов р. Волги. Второй минимум солености (осенний) вызывается преобладанием в это время северо-западных сгонных ветров (Каспий, 1986).
каспий акватория загрязнение
1.1.4 Химический состав и степень загрязнения морской воды
Химический состав морской воды Северного Каспия отличается непостоянством как в пространстве, так и во времени и определяется, поступлением громадного количества растворенных и взвешенных веществ (минеральных и органических) с речным стоком, а также процессами их трансформации в зоне смешения речных и морских вод. Волга является также существенным источником загрязнения каспийских вод. Основной вклад в загрязнение вносит транзитный сток, формирующийся в верхнем и среднем течении реки.
Для обитателей моря особое значение имеют химические элементы, входящие в состав «живого вещества» (кислород, углерод, азот, фосфор, кремния), минеральные и органические соединения которых присутствуют в воде в растворенном и взвешенном виде. Процессы обмена этими элементами между водой и «живым веществом» в Северном Каспии протекают интенсивно. Из морской воды обитатели моря потребляют растворенные вещества, необходимые для роста и развития, в нее в конечном счете в растворенном виде возвращаются продукты их жизнедеятельности.
В силу вышеизложенного гидрохимические параметры, характеризующие обменные процессы между водой и «живым веществом», например, содержание и отношение азота, фосфора и кремния (Сапожников В.В. и др., 2001) или разность между растворимостью и содержанием кислорода в воде (Бутаев А.М. и др., 1999) могут использоваться в качестве показателей функционального состояния биологических сообществ, биологической продуктивности морских вод (Курапов А.А., Еремеева С.В., Мельников С.А., 1999).
Распределение кислорода в Северном Каспии неравномерно, но в среднем его содержание несколько превышает 90% насыщения. Причем максимальный уровень кислорода отмечается зимой. Благодаря повышению плотности вод Северного Каспия происходит интенсивное перемешивание вод, в результате чего улучшается вентиляция глубинных слоев и происходит насыщение их кислородом (Салманов М.А., 1999).
Особенностью распределения кислорода в Северном Каспии в летнее время является формирование площадей с его дефицитом (гипоксия) в придонном слое западной части Северного Каспия в пограничном районе со Средним Каспием (Каспийское море, 1986). С возросшим в 1990-е годы поступлением органического вещества из дельты Волги в Северный Каспий связывается ежегодное возникновение летом обширных зон гипоксии (Бухарицин П.П., 1996). В настоящее время можно говорить о начальной стадии эвтрофикации вод западной части Северного Каспия, где зоны с недостатком кислорода составляют до 50% площади акватории (Иванов В.П., Сокольский А.Ф., 2000).
Важным фактором, влияющим на формирование химического состава вод Северного Каспия, являются течения. Перенос вещества в Северном Каспии существенно связан с протекающими в нем биологическими процессами. Во-первых, течения переносят основную массу гидробионтов. Во-вторых, в зависимости от направления течений, могут по-разному перераспределяться биогенные вещества и продукты жизнедеятельности водных организмов. В-третьих, течения обуславливают распространение загрязняющих веществ, попадающих в Северный Каспий и другие районы моря со стоками рек. Наконец, в-четвертых, с изменением направления течений могут меняться физико-химические условия обитания водных организмов, в первую очередь соленость воды, а так же температура и кислородный режим (Иванов В.П., Сокольский А.Ф., 2000).
Фоновые уровни содержания нефтяных углеводородов в морской воде изменяются в очень широких пределах в зависимости от многих природных и техногенных факторов. Максимальные концентрации тяготеют к прибрежным и внутренним морским водам, зонам интенсивного судоходства и иной хозяйственной деятельности (Попова Н.В., Андреев В.В., 2003), а также к районам выхода (просачивания) углеводородов из месторождений на шельфе (Патин С.А., 2001). С развитием нефтяного промысла увеличилось загрязнение Каспия нефтью и нефтепродуктами.
До конца 1960-х годов отсутствовал запрет на сброс нефтепродуктов море. Нефть попадала в море из переполненных нефтехранилищ, созданных на искусственных островах, негерметичных трубопроводов, проложенных по дну моря от эстакад, при ее перевозке и перегрузке на берег танкерами. Вообще, морской флот, в том числе танкерный стал в шестидесятые годы основным источником нефтяного загрязнения Каспия. Так, с балластными и подсланевыми водами в 1969 г. в море было сброшено 54 тыс. т нефти (Салманов М.А., 1999). В связи с этим следует отметить, что транспортировка нефти, будучи обязательным атрибутом нефтегазодобывающей деятельности на шельфе Мирового океана, одновременно является одним из основных источников его нефтяного загрязнения (Герлах С.А., 1985), причем наиболее крупные аварийные разливы нефти связаны именно с ее перевозкой, а не с добычей или переработкой.
Благодаря запрету на сброс балластных и неочищенных сточных вод уровень нефтяного загрязнения Каспия начал уменьшаться. В этих условиях основным источником поступления нефтепродуктов в: Каспийское море, так же как в Мировой океан (Герлах С.А., 1985) и другие моря России (Шапоренко С.И., 1997), стал поверхностный сток. Так, в вершине дельты Волги в период с 1977 по 1993 гг. годовой сток нефтяных углеводородов в среднем составил 71,6 тыс. т.
Сравнительная оценка результатов исследований 2002 и 2003 гг. выявила снижение степеней превышения ПДК для ртути и фенолов и увеличение их для БПК5, нефтяных углеводородов (НУ) и хлорорганических соединений (ХОС). Уровни содержания железа не изменились.
Рассчитанный по результатам исследований 2002-2003 гг. коэффициент комплексности загрязненности водного объекта для акватории Северного Каспия составил 17%, что указывает на участие антропогенной составляющей в формировании химического состава поверхностных вод района наблюдений. При этом под коэффициентом комплексности загрязнения понимается отношение числа загрязняющих веществ, содержание которых превышает функционирующие в стране нормативы, к общему числу нормируемых ингредиентов, определенных программой исследования.
1.1.5 Характеристика биоты Каспийского моря
Фитопланктон является неотъемлемой составной частью экосистемы моря и служит основным источником первичной продукции, за счет которого существуют вышестоящие по трофической пирамиде организмы - консументы. Фитопланктон - индикатор изменяющихся условий среды, и динамика его в каждом водоеме специфична.
Характерная особенность фитопланктона северной части Каспийского моря по результатам наших исследований - богатство пресноводными и бедность морскими видами. Среди пресноводных; водорослей встречаются представители всех групп фитопланктон, кроме пирофитовых. Основная доля (48%) в этом комплексе приходилась на зеленые водоросли. Солоноватоводно-пресноводным видам по значимости в общем составе фитопланктона принадлежало второе место. Основу группы составляют диатомовые (54%) и сине-зеленые (35%) водоросли. Морские виды в общем количестве водорослей составляли всего 12-14%. Ведущая роль в водоеме принадлежала диатомовым водорослям. Они самые богатые по числу видов, широко распространены по акватории моря и представлены во всех экологических группах