Кислородный режим

Одной из важнейших черт гидрологии вод Белого моря является общее недонасыщение их кислородом^*. Не менее характерно и то, что отдельные районы этого обширного водоема могут резко отличаться друг от друга по состоянию кислородного режима. Полуизолированные от моря реликтовые водоемы, такие например, как Бабье море, характеризуются довольно значительным обеднением количества растворенного кислорода в зимний период: в марте насыщенность воды кислородом не превышает 75.2% (табл. 10). Летом же устанавливается резкая вертикальная стратификация температуры и растворенного кислорода: поверхностные воды бывают насыщены до 107.8%, тогда как на глубине 30 м содержание растворенного в воде кислорода не превышает 27.6% насыщения (Гурвич и Соколова, 1939).

^* (Впервые мысль о возможной напряженности кислородного режима в глубинных водах Белого моря была высказана Л. А. Зенкевичем (1947:145-146), который по этому вопросу говорил следующее: "Возможно, что поступление кислорода на глубины Белого моря происходит вместе с опускающимися по склонам на глубину массами воды, при зимнем осолонении поверхности воды в результате замерзания. Однако мы не можем отрицать и возможности наступления в самом придонном слое глубинной части моря летне-осенней стагнации. С другой стороны, наличие в Белом море коричневых илов дает возможность предполагать накопление в придонном слое углекислоты, препятствующей обильному развитию донной жизни в глубинной, части моря".)

В нашем очерке преимущественно рассматривается состояние кислородного режима в верхних слоях воды и на мелководьях, и поэтому высказывание Л. А. Зенкевича в этом случае не может быть полностью использовано.

В кутовых участках губ, таких, например, как кутовый ковш губы Па-дан (на северном берегу Кандалакшского залива) весьма неблагоприятное положение с летним кислородным режимом выражено не менее четко, чем в Бабьем море. В июле 1933 г. при 99.3% насыщения у поверхности уже на глубине 13 м насыщенность кислородом падала до 11.6%, температура воды соответственно была 10.15 и 0.95°. К осени количество кислорода значительно повысилось, но и тогда не превышало 88.4% насыщения при температуре воды 7.70°.

В средних участках открытых губ, таких, как например Островская и Малая Пирью, в январе-марте содержание кислорода в придонных слоях колеблется от 83 до 89% насыщения (Соколова, 1939). В результате интенсивного фотосинтеза количество кислорода резко увеличивается, и в июне изооксигена 100% насыщения в некоторые годы может опускаться здесь до глубины 20-33 м. В июле-августе наступает обеднение воды кислородом, продолжающееся до осени: в сентябре на глубине 15 м насыщенность кислородом составляет 87.3%, а у дна, на глубине 28 м, даже 80%. Такого рода кислородный режим наблюдается обычно в сравнительно холодные годы, каким и был 1933. В теплые годы положение заметно ухудшается. Например, в 1934 г.^* в течение всего лета, с июля по сентябрь, в поверхностном слое воды насыщенность кислородом не превышала 90, а в остальных горизонтах 88-89%. В самый, разгар лета, в июле, содержание кислорода на глубине 20-25 м составляло всего лишь 74.4-76.9% насыщения. Осенью, в сентябре-октябре, количество кислорода несколько увеличилось, но и тогда не превышало 83-85 у дна и 98% на поверхности.

^* (Лето 1934 г. было самым теплым из 50 предшествующих лет.)

В устьевых участках губ Кандалакшского залива (Соколова, 1939) и вообще вдоль открытых берегов наблюдается несколько более благоприятный кислородный режим. Так, например, в устьевой части губы Сосновой (около мыса Турьего) в феврале-апреле количество кислорода в поверхностном слое воды колеблется от 91.7 до 99.6% насыщения, а у дна (на глубине 100 м) - от 83.6 до 94.2. Начавшийся в мае-июне фотосинтез обусловливает значительное повышение насыщенности воды кислородом: в поверхностном слое воды в более или менее холодные годы содержание кислорода увеличивается здесь до 158.7, а в теплые - не более 107.6%. Изооксигена 100% насыщения в холодные годы опускается до глубины 50,. а в теплые не глубже 35 м; в нижележащих слоях в первом случае содержание кислорода в это время было не менее 95, а во втором 88%. Период высокого содержания кислорода в разные годы также различен: в холодные годы он продолжается с апреля до июля, а в теплые - заканчивается уже в мае и, как уже сказано, вообще очень слабо выражен.

В результате продолжающегося повышения температуры воды в июле- августе потребление кислорода на физико-химические и биологические процессы должно естественно увеличиваться, что и ведет за собой уменьшение, как абсолютного количества этого газа, так и степени насыщенности им водной толщи. В годы с относительно меньшим прогревом в июле-августе в поверхностном слое вод открытых губ содержание кислорода составляет не более 93-94, а у дна, на глубине 75-100 м, только 83.3%; в теплые годы количество кислорода летом, даже у поверхности, не превышает 84.9% нормального насыщения. К осени, в сентябре-октябре, как в "теплые", так и в "холодные" годы положение несколько улучшается и содержание кислорода повышается до 90-95% насыщения, а в отдельных местах даже до 100.1%.

В открытых частях Кандалакшского залива заметного улучшения кислородного режима не наблюдалось, хотя в отдельные годы или в отдельные месяцы содержание растворенного кислорода могло здесь значительно превышать предел насыщения. На разрезе губа Малая Пирью - Кемь-луды уже в апреле содержание растворенного кислорода в поверхностном слое воды достигало 102, в июне 105.9 и в июле 116.4%. В августе содержание кислорода несколько снижалось, а в сентябре снова кое-где увеличивалось до 107%. Изооксигена 100% насыщения опускается уже в июне до глубины 150 м. В сентябре лишь кое-где в поверхностном слое воды насыщенность кислородом продолжает оставаться выше нормы; во всей остальной толще она снижается до 90-93 на глубине 50 м и до 87-89% на глубине 150 м. Однако столь благоприятное положение можно видеть только в сравнительно "холодные" годы; в годы с повышенным прогревом кислородный режим значительно ухудшается. Например, в июле 1934 г. на всех 9 станциях рассматриваемого разреза количество растворенного в воде кислорода даже на поверхности не превышало 83-91% насыщения, а на глубине 50 м и более - 81.

В характере кислородного режима других частей Белого моря существенных отличий от того, что уже сказано про Кандалакшский залив, по-видимому, не имеется. Например, в Бассейне, на разрезе остров Жижтин - село Кузомень, в течение апреля даже в самом верхнем слое воды содержание растворенного кислорода составляет только около 96, а у дна не превышает 77-78% насыщения (Трофимов, Голубчик, 1948). В среднем для всей водной массы этого разреза вертикальное распределение кислорода представляется в следующем виде (табл. 11):

В течение лета и осени существенных изменений в содержании и распределении кислорода здесь не происходит, если не считать, что в верхнем 25-метровом слое столь обычного в Кандалакшском заливе летнего обеднения воды кислородом, по-видимому, не бывает.

Сходное положение можно видеть и в Двинском заливе. В конце апреля здесь уже идет интенсивный фотосинтез, и количество кислорода в поверхностном слое поднимается до 100-112% насыщения. Интересно, что в районе к западу от острова Мудьюг, где фотосинтез в это время еще не начинается, количество кислорода составляет всего лишь 73-81% насыщения. В течение лета и осени в поверхностном слое количество кислорода чаще всего около 100% насыщения или несколько ниже этой величины, а у дна - не более 80-85.

Значительное улучшение кислородного режима можно видеть в Горле и Воронке Белого моря, что обусловлено в первую очередь весьма интенсивным вертикальным перемешиванием. Уже в южной части Горла, на разрезе мыс Зимнегорский - мыс Никодимский, в предвесенний период содержание кислорода во всей толще воды колеблется от 95 до 104, составляя в среднем около 100% насыщения. Еще более благоприятные условия создаются в это время в Воронке, где содержание кислорода от поверхности до дна выше нормы насыщения и колеблется от 102 до 113%. В течение остальной части года кислородный режим в этом районе Белого моря продолжает быть весьма благоприятным и содержание растворенного в воде кислорода обычно выше нормы насыщения.

Особенно резки сезонные и суточные колебания количества растворенного в воде кислорода в прибрежной зоне Белого моря, богатой зарослями макрофитов и отложениями органических остатков в грунтах. Эти колебания обусловлены главным образом наличием большого количества растворенного в воде органического вещества и интенсивно идущим процессом фотосинтеза. В непосредственной близости от берегов (Черновская, 1954) нейтральная окисляемость воды в разное время года и в разных местах колеблется от 1.43 до 6.56, составляя в среднем 2.51 мг O₂/л в северной и северо-западной частях моря и 3.23 в южной (табл. 12). В открытых частях Белого моря окисляемость верхнего слоя воды остается почти столь же высокой, как и у берегов, составляя в среднем 2.32 мг О₂/л. Лишь в слое 50-290 м она заметно снижается, но все еще остается довольно высокой- 1.76 мг О₂/л (табл. 13).

Количеству растворенного в воде органического углерода соответствует приблизительно удвоенная величина нейтральной окисляемости (Скопинцев, 1950). Приняв за основу приведенные в наших таблицах данные Е. Н. Черновской, легко определить, что в каждом литре беломорской воды в разное время года и в разных местах содержится от 2.52 до 13.12 мг органического углерода или от 5.04 до 26.24 мг органического вещества. В среднем прибрежные воды северной и северо-западной частей моря содержат 5.02, а южной 6.46 мг/л органического углерода или, соответственно, 10.04 и 12.92 мг/л органического вещества. Воды открытого моря содержат от 2.52 до 10.46 мг/л органического углерода, а в среднем 4.64 мг/л в слое 0-50 м и 3.52 мг/л в слое. 5.0-290 м, что соответствует 9.28 и 7.04 мг/л органического вещества.

Б. Г. Дацко (1939, 1952) приводит следующие предварительные данные о среднем количестве органического углерода в водах различных морей (мг/л): Черное море 2.3-2.4, Азовское море 3.0-3.7, Средний Каспий 5.6, Южный Каспий 5.2-5.9, Белое море 2.5-2.6, Гренландское море 2.0-2.1. Как видно, по количеству содержащегося в воде органического углерода Белое море становится в один ряд с такими морями, как Черное и Азовское.

Б. А. Скопинцев (1948) сообщает сведения о количестве растворенного в воде органического фосфора (мг/л): Атлантический океан 0.004-0.012, Северное море 0.011, Каспийское море 0.027, Белое море 0.026. Таким образом, и по содержанию в воде органического фосфора Белое море занимает одно из первых мест.

Основная масса растворенного органического вещества представлена в Белом море легко окисляющимися фракциями, следствием чего служит довольно высокий БПК.

Окисляемость и биохимическое потребление кислорода воды (в мг О₂/л) на разных глубинах Белого моря (по Черновской, 1954) таковы:

Сравнительно легкое и быстрое окисление органического вещества и является причиной резких суточных колебаний в количестве растворенного в воде кислорода. В средней части Онежского залива в летний день, когда интенсивно идет процесс фотосинтеза, количество растворенного в воде кислорода может подниматься до 247% насыщения, а ночью падать до 76.9; если в светлое время суток количество растворенного кисло-рода достигает 16.02 см³/л, то к ночи это количество уменьшается до 5.34. Чаще всего более половины дневного количества кислорода расходуется на окислительные процессы в грунте и в толще воды. На Мурмане же, где количество деструктированного органического вещества в грунтах и в водной толще значительно меньшее, суточные колебания в содержании кислорода более сглажены: максимальное количество кислорода днем достигает 143, а минимальное ночью 94.8%; в большинстве же случаев содержание кислорода здесь не бывает ниже нормы насыщения (табл. 14).

^* (По материалам, обработанным Б. Н. Чертовской.)

Приведенные данные относятся к слою воды, находящемуся в большем или меньшем удалении от грунта; в непосредственной близости к грунту кислородный режим даже в летнее время (особенно ночью) будет заметно хуже. Дело в том, что грунтовые растворы, даже при условии относительно слабого заиления, на Восточном Мурмане содержат в себе в десятки раз большее количество органического вещества по сравнению с водой, омывающей эти грунты. Грунтовые растворы литорали Восточного Мурмана имеют окисляемость приблизительно от 15 до 27 мг О2/л (Черновская, 1955), тогда как окисляемость воды, непосредственно омывающей литораль, практически всегда значительно меньше единицы. Роль заиленных грунтов в потреблении растворенного в воде кислорода была нами изучена при помощи специально поставленной небольшой серии наблюдений в лабораторных условиях (табл. 15). Как видно, при наличии грунта даже на свету в течение сравнительно короткого промежутка времени, количество кислорода сильно уменьшалось. Вдоль Поморского и Карельского берегов, а также в губах Кандалакшского залива, имеются огромные отложения илистых и илисто-песчанистых грунтов с примесью значительного количества растительных остатков. Эти грунты для своих биохимических превращений потребляют кислород, а при недостатке его нередко продуцируют сероводород. Образование сероводорода или просто недостаток кислорода в самом придонном слое воды служат причиной зимних миграций целого ряда животных из сублиторали на сравнительно хорошо аэрируемую литораль (Кузнецов, 1949, 1953). На Мурмане же многие животные на весь период зимы уходят с литорали в сублитораль, спасаясь от губительных зимних морозов и штормов. Такого рода противоположные по своему характеру приспособительные черты в поведении баренцевоморских и беломорских прибрежных обитателей являются результатом значительной разницы в термическом и газовом режимах прибрежных районов Баренцева и Белого морей, что в свою очередь обусловлено различиями в водном балансе этих морей, в процессах аккумуляции органического вещества и ледовом режиме.

^* (Эта серия наблюдений по моей просьбе исполнена Е. Н. Черновской.)

С образованием ледяного покрова фотосинтез прекращается, а возможность обогащения воды кислородом за счет поступления его из атмосферы практически сводится к нулю. Вместе с этим отрицательные температуры воды сводят к минимуму и процессы биологического и биохимического потребления кислорода грунтами и растворенными в воде органическими веществами, эти обстоятельства ставят предел возможности полного обеднения, кислородом водной толщи. В предвесенний период благодаря более интенсивной солнечной инсоляции и увеличению прозрачности льда, а также за счет поступления более теплых вод с материка и из Баренцева моря температура воды подо льдом несколько повышается, и это усиливает потребление кислорода организмами и органическим веществом в грунтах и в воде, тогда как поступление его в водную толщу в это время года весьма ограничено. В результате именно в это время может создаваться наиболее напряженное положение в кислородном режиме обитателей прибрежных вод Белого моря.