Размещено на http://www.allbest.ru/

МОРСЬКИЙ ГІДРОФІЗИЧНИЙ ІНСТИТУТ

НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ

УДК. 551.465

ПРИРОДНІ ТА АНТРОПОГЕННІ ЗМІНИ ОКЕАНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ КЕРЧЕНСЬКОЇ ПРОТОКИ НА СУЧАСНОМУ ЕТАПІ

11.00.08 - океанологія

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата географічних наук

??????????? ????? ????????

Севастополь 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Південному науково-дослідному інституті морського рибного господарства та океанографії Державного Комітету рибного господарства України.

Науковий керівник: доктор географічних наук, професор Ломакін Павло Дем'янович. Морський гідрофізичний інститут Національної академії наук України, провідний науковий співробітник.

Офіційні опоненти: доктор географічних наук, професор Брянцев Валентин Олексійович. Керченський державний морський технологічний університет, професор

Кандидат географічних наук старший науковий співробітник Суботін Олександр Анатольович, Інститут біології південних морів Національної академії наук України, старший науковий співробітник.

Захист відбудеться _12 _березня__2010 р. о _13³⁰ годині на засіданні Спеціалізованої вченої ради Д.50.158.01 в Морському гідрофізичному інститутi Нацiональної академії наук України за адресою: 99011, Україна, м. Севастополь, вул. Капітанська, 2, малий конференц-зал

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Морського гідрофізичного інституту НАН України, м. Севастополь, вул. Капітанська, 2.

Автореферат розісланий 4 лютого_ 2010 р.

Вчений секретар

Спеціалізованої вченої ради Д 50.158.01

доктор географічних наук О.Є.Совга

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Екологічна система Керченської протоки підлегла постійно зростаючому потужному антропогенному пресу. Це пов'язане з гідротехнічним будівництвом, що ведеться на берегах протоки та прилеглих морських акваторіях; інтенсивним судноплавством; функціонуванням портів; значними об'ємами рейдової перевалки вантажів; проведенням днопоглиблюваних робіт, що супроводжуються дампінгом ґрунтів у підводні відвали; з розвідницьким бурінням на морі; спорудженням тузлинської дамби; з аваріями морських суден. Очевидно, що антропогенне втручання вимагає всебічної наукової обґрунтованої оцінки його впливу на природні екосистеми та передбачення наслідків, які можуть виникнути в результаті взаємодії природних та антропогенних факторів середовища.

В останні роки до цієї проблеми позначився підвищений інтерес з боку фахівців різних морських спеціальностей, що був стимульований спорудженням тузлинської дамби. Публікації, де розглянутий вплив дамби на поля елементів як живої, так і неживої природи для вод протоки та суміжних акваторій Чорного й Азовського морів поки що нечисленні. Пропонована дисертація - одна з перших спроб комплексного океанологічного дослідження сучасного стану водної екосистеми Керченської протоки.

Питання, яким присвячена дана робота, стосуються широкого спектру гідрометеорологічних, гідрофізичних, гідрохімічних і геологічних параметрів регіону, а також деяких його екологічних проблем. У ній представлений результат дослідження сучасного стану найважливіших абіотичних складових екосистеми Керченської протоки в умовах антропогенного навантаження й тенденцій природних кліматичних змін. Проаналізовано комплекс метеорологічних характеристик регіону, льодові умови, циркуляцію вод, водообмін крізь протоку, термохалинне поле, поля основних біогенних елементів і розчиненого у воді кисню, оптичні та геологічні характеристики вод, ступінь забруднення нафтопродуктами, явище гіпоксії та масової загибелі риби. Розглянуто негативні наслідки днопоглиблювальних робіт і дампінгу вилученого ґрунту, функціонування портів і пунктів рейдової перевалки вантажів, будівництва тузлинської дамби. Виконано прогностичні оцінки параметрів стану екосистеми протоки у зв'язку з виявленими міжрічними варіаціями водообміну з Азовським і Чорним морями.

Викладений матеріал відноситься до інтервалу часу, приблизно, останніх двох десятиліть, до техногенної катастрофи в листопаді 2007 р., коли внаслідок загибелі суден у протоку потрапила велика кількість нафтопродуктів та сірки. Цей часовий проміжок практично не освітлений в океанографічній літературі. Лише завдяки співробітникам ПівденНІРО вдалося створити інформаційну базу, що послужила основою для отримання знань про стан найважливіших компонентів повітряного і водного середовищ даної практично важливої ділянки Азово-Чорноморського басейну.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконана в лабораторії промислової океанографії Світового океану Південного науково-дослідного інституту морського рибного господарства й океанографії Державного Комітету рибного господарства України в рамках наступних державних програм і проектів:

Проект «Научная эколого-экспертная оценка влияния дамбы в районе о. Тузла»:

1. Тема «Научная эколого-экспертная оценка влияния дамбы в районе о. Тузла на миграции промысловых рыб, их численность и современное состояние популяций». (Г. Р. № 0104U006121, 2004 г.).

2. Тема «Сбор и обобщение данных относительно источника загрязнения воды, гидрологического, гидрохимического, метеорологического и гидробиологического режимов Керченского пролива и прилегающих акваторий». (Г. Р. № 0104U005975, 2004 г.).

Галузева програма науково-технічного забезпечення підприємств рибної галузі України:

1. Тема «Разработать теорию функционирования морских экосистем и изменений, которые в них происходят с определением их стрессового состояния». (Г. Р. № 0100U001947, 2000-2005 гг.).

2. Тема «Створити галузеву геоінформаційну систему (ГІС) «Морські живі ресурси Азово-Чорноморського басейну». (Г.Р. № 0105U008205, 2005-2007 гг.).

3. Тема «Дослідити передумови формування зимувальних промислових скупчень азовської і чорноморської хамси біля узбережжя Криму». (Г. Р. № 0107U007348, 2007 г.).

4. Тема « «Наукові дослідження щодо можливостей створення засад для прогнозування промислу азовської та чорноморської хамси біля узбережжя Криму під час осінніх міграцій та зимівлі». (Г. Р. № 0108U009835, 2008 г.).

Мета роботи: Визначення антропогенних змін, що відбулися в полях гідрофізичних, гідрохімічних і геологічних елементів екологічної системи Керченської протоки в умовах довгоперіодних природних тенденцій, які склалися протягом двох останніх десятиліть.

Для досягнення позначеної мети вирішені наступні задачі:

1. Підготовлено емпіричну базу по всіх розглянутих параметрах водного й повітряного середовищ досліджуваного регіону, що охоплює контактні та супутникові спостереження останніх ~ 20 років, яка використана в якості вихідних даних для проведення необхідних розрахунків.

2. Розраховані статистичні характеристики, оцінені довгоперіодні тенденції, аномалії та сезонні варіації наступних гідрометеорологічних елементів Керченського регіону: атмосферний потік, напрям і швидкість вітру, сума атмосферних опадів, температура повітря й води, параметри льодового режиму.

3. Виявлені зміни в системі течій, структурі термохалинного поля, в полях основних гідрохімічних елементів у Керченській протоці, які були зумовлені будівництвом тузлинскої дамби. Розглянуто вплив гідрофізичних факторів, що змінилися після будівництва дамби, на умови виникнення гіпоксії, масову загибель і міграцію промислових риб.

4. Отримані відомості про основні природні й антропогенні джерела зваженої речовини та структури її поля у водах протоки. Розглянуто вплив тузлинської дамби на поле зваженої речовини, зон ґрунтового дампінгу, функціонування портів, пунктів рейдової перевалки вантажів, днопоглиблювальних робіт. Викриті закономірності розподілу осадового матеріалу на акваторії протоки, як наслідок впливу природних й антропогенних факторів.

5. Розглянуто емпіричний зв'язок між інтенсивністю та напрямом атмосферного переносу та транспортом води крізь протоку. Отримані чисельні характеристики міжрічних варіацій водообміну крізь Керченську протоку та оцінені можливі наслідки його довгоперіодних змін в умовах наростаючого антропогенного пресу. Розкриті особливі властивості екосистеми протоки, відмінні від екосистем суміжних акваторій обох морів. Оцінені прогностичні параметри її стану на найближчі роки. Позначені основні екологічні проблеми Керченської протоки на сучасному етапі.

Об'єкт досліджень - акваторія Керченської протоки з суміжними ділянками Чорного та Азовського морів.

Вибір у якості об'єкту дослідження зазначеного регіону зумовлений його очевидною господарською й рекреаційною значимістю та вкрай складним станом екологічної системи.

Предмет досліджень - поля метеорологічних, гідрофізичних, гідрохімічних і геологічних параметрів середовища та забруднюючих його речовин. керченський протока течія дамба

Методи дослідження й матеріали. В основу дисертаційної роботи покладені наступні масиви емпіричної інформації. Гідрометеорологічні спостереження ГМС Опасноє та ГМС Керч; матеріали океанографічних, геологічних і екологічних зйомок досліджуваної акваторії та її окремих фрагментів, які були зібрані в експедиціях ПівденНІРО та МГІ НАНУ приблизно за останні 20 років. Інформація зі штучних супутників Землі серії NOAA, що прийнята й оброблена співробітниками супутникової станції SU-8 (фірма Furuno) у ПівденНІРО, також супутникові знімки, прийняті у Відділі дистанційних засобів дослідження МГІ НАН України.

Усі використані в роботі в якості вихідних бази емпіричних даних були занесені на електронні носії інформації й піддані критичному аналізу.

При обробці та аналізі вихідної експериментальної інформації застосовувалися відомі прийняті в метеорології, океанографії, гідрохімії, геології та супутниковій гідрофізиці методи й прийоми. Це стандартні гідрохімічні й геологічні методи аналізу проб води й ґрунту, розрахунки статистичних характеристик вибірок емпіричних даних, дешифрування супутникової інформації.

Наукова новизна отриманих результатів. Вперше виконано комплексне океанографічне дослідження Керченської протоки та суміжних акваторій Чорного й Азовського морів, що охоплює проміжок часу останніх ~20 років. Розглянуті міжрічні й сезонні природні варіації параметрів гідрометеорологічного комплексу регіону, на фоні яких досліджені антропогенні зміни важливих абіотичних складових екологічної системи протоки, які обумовлені днопоглиблювальними роботами, зонами ґрунтового дампінгу, діяльністю портів і пунктів рейдового перевантаження, наявністю тузлинскої дамби. Виконано прогностичні оцінки параметрів стану водної екосистеми досліджуваного регіону. Дане океанографічне дослідження Керченської протоки, що об'єднує широкий комплекс параметрів стану повітряного та водного середовищ, проведено вперше.

Практична значимість отриманих результатів. Отримані й представлені в дисертації результати про сучасний стан компонентів екосистеми Керченської протоки та їхні прогностичні оцінки - основа для розробки практичних заходів для її оздоровлення й зниження антропогенного пресу. Відомості про водообмін, динаміку вод, льодовий режим, структуру гідрофізичних і гідрохімічних полів, джерела зваженої речовини, явища гіпоксії й заморів, які наведені в даній дисертаційній роботі, необхідні й корисні в практиці різноманітних галузей морегосподарського комплексу України. Зокрема у рибній галузі, мореплаванні, марикультурі, гідротехнічному будівництві, а також при вирішенні екологічних проблем. Ці відомості можуть бути використані для подальшого раціонального розвитку досліджень акваторії протоки, плануванні експедицій і проведенні чисельних експериментів щодо моделювання різних природних процесів та явищ. Виявлена залежність інтенсивності водообміну крізь протоку від показників атмосферної циркуляції над регіоном може бути використана в прогностичних цілях - передбаченні сприятливих і несприятливих ситуацій для водної екосистеми Керченської протоки як на міжрічному, так і на синоптичному масштабах. Результати дисертації віддзеркалюють стан вод протоки до масштабної техногенної катастрофи в листопаді 2007 р., коли в воду попала велика кількість нафтопродуктів та сірки, тому вони можуть бути використаними в якості фону для вивчення даного негативного явища та розробки заходів щодо мінімізації його наслідків.

Особистий внесок здобувача. Автором разом із керівником визначена актуальність дослідження, оцінена інформаційна ємність вихідної емпіричної бази даних, сформульована мета дослідження, позначені основні задачі. У співавторстві обрані методи й підходи до вирішення поставлених завдань. Здобувачем сформовані всі вибірки вихідних даних, виконаний критичний аналіз, зроблена статистична обробка й інші необхідні розрахунки, побудовані й проаналізовані розподіли досліджуваних параметрів. Дисертантом був розроблений і підготовлений ряд положень і завдань у наукових програмах і проектах ПівденНІРО щодо дослідження Керченської протоки, а також прийнято участь в експедиціях, матеріали яких використані в дисертаційній роботі.

Авторові належить ідея проведення порівняльного аналізу статистичних показників гідрометеорологічних параметрів Керченського регіону за останні ~ 20 років з попереднім 30-річним періодом. У результаті виявлені природні міжрічні тенденції у змінах клімату в регіоні з урахуванням антропогенних факторів [10, 16, 17, 18].

У препринті [14] автором досліджений сучасний стан льодових умов у Таманській затоці.

У публікаціях [2, 4, 5, 7, 13], які присвячені течіям і термохалинному полю в Керченській протоці, дисертантом запропоновані схеми течій в Керченській бухті і в північній частині протоки. Досліджено режим солоності та його особливості, що пов'язані з міжрічними варіаціями інтенсивності апвеллiнгу біля східного узбережжя Криму.

Найбільш ємні дослідження, що включають елементи морської геології [3, 6, 8, 9, 11, 13, 17, 19] та стосуються видів ґрунту, властивостей донних опадів та літодинаміки, виконані практично самостійно.

При дослідженні поля зваженої у воді речовини [3, 11] дисертантом виявлені якісні розходження в стратифікації даного параметру середовища в Керченській протоці залежно від генерального переносу вод. В азовських водах зафіксовані не описані в літературі лінзи, які практично позбавлені зваженої речовини. На кількісному рівні оцінений вплив антропогенних джерел токсичної зваженої речовини на природний фон.

У роботах [1, 8, 12] автором показане принципове розходження в причинах, які збуджують гіпоксію в Азовському морі та в Керченській протоці. Самостійно досліджені особливості цього негативного явища, що спостерігається в останні роки й пов'язане з послабленням водообміну крізь протоку.

Дослідження особливостей екосистеми Керченської протоки на фоні відповідних параметрів для суміжних акваторій обох морів [1, 7, 8, 13, 14, 15, 19] проведені з безпосередньою участю дисертанта. У цих роботах здобувачем визначені особливі ознаки екосистеми протоки; оцінений ступінь її відособленості; виявлений зв'язок інтенсивності водообміну в протоці залежно від напряму атмосферного переносу. Показані негативні довгоперіодні тенденції в часовому ході абіотичних параметрів екосистеми протоки, що склалися протягом останніх десятиліть, як наслідок впливу конкретних природних й антропогенних факторів.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи докладалися на семінарах і наукових конференціях:

Міжнародний науково-технічний семінар «Системи контролю навколишнього середовища». (Севастополь, вересень, 2005 р., вересень, 2007 р., вересень, 2008 р.); II міжнародна конференція «Сучасні проблеми екології Азово-Чорноморського басейну», (Керч, червень, 2006 р.); IV міжнародна науково-практична конференція «Заповідники Криму», (Сімферополь, листопад 2007 р.); VI міжнародна науково-практична конференція «Проблеми екологічної безпеки і розвитку морегосподарського і нафтогазового комплексів», (Одеса-Керч, вересень, 2008 р.); семінар Відділу фізичної океанографії МГІ НАНУ, (Севастополь, квітень, 2009 р.); семінар Кафедри фізичної географії і океанології ТНУ ім. В.И. Вернадського, (Сімферополь, жовтень, 2005р. і червень, 2009 р.); Загальноінститутський науковий семінар МГІ НАНУ. (Севастополь, липень, 2009р.).

Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковані в 13 статтях, 2 препринтах, в 4 тезах доповідей наукових конференцій. 12 статей, 3 з яких написані без співавторів, представлені в журналах і збірниках, що відповідають вимогам ВАК України до наукових видань, у яких можуть публікуватися результати дисертаційних робіт.

Структура та об'єм дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку літературних джерел (67 найменувань). Об'єм роботи - 147 друкованих сторінок, включаючи 44 рисунки та 14 таблиць.

ЗМІСТ РОБОТИ

У Вступі розкриті всі рубрики, що вимагаються ВАК України.

У Розділі 1 розглянуті природні міжрічні й сезонні варіації гідрометеорологічних параметрів у Керченському регіоні, а також природні й антропогенні зміни характеристик льодового режиму в Керченській протоці.

Показано, що за час з 1991 по 2007 рік в атмосфері над досліджуваним регіоном майже у два рази, порівняно з кліматичними даними, послабіла інтенсивність південно-східного переносу (рис. 1). У міжрічному русі метеорологічних параметрів середовища відзначені наступні зміни. Зменшилась швидкість вітру. Збільшилась кількість опадів. Приблизно на 2°С підвищились температура води в протоці й повітря в районі Керчі.

Рис. 1 Міжрічні зміни показників атмосферного переносу над Керченською протокою -Z - східний переніс, + Z - західний, -М - північний переніс, + М - південний

У результаті порівняння льодового режиму Керченської протоки за досліджений проміжок часу з кліматичними даними показано, що в сучасних умовах (останні ~ 2 десятиліття) кількість м'яких зим значно збільшилась, помірних - зменшилась, а суворих зим не було зовсім. За останні роки відзначене більш раннє утворення льодового покрову. Збільшилась ймовірність наявності льоду в грудні, як у м'які, так i у помірні зими. У помірні зими зниження льодовитості відзначене тільки в січні. У цілому, зими стали більш м'якими, але в той же час затяжними. Якщо раніше лід у квітні відзначався тільки в суворі зими, то за останні роки лід у цьому місяці спостерігається також у помірні зими.

Протягом п'яти останніх років в умовах інтенсивного потепління повітря й води виявлена тенденція до збільшення льодовитості північної частини Керченської протоки й Таманської затоки, що може бути ймовірним наслідком спорудження тузлинської дамби, яка стала перешкодою вільному обміну теплими чорноморськими водами крізь протоку.

У Розділі 2 досліджений відгук в океанографічних параметрах протоки на міжрічні зміни в характері і інтенсивності атмосферної циркуляції над досліджуваним регіоном у присутності потужного антропогенного чинника - спорудженої в 2003 р. тузлинської дамби. Проаналізовані типові для сучасних умов особливості системи течій, термохалинна структура і поля основних гідрохімічних елементів у Керченській протоці.

Зокрема виявлено, що внаслідок послаблення на міжрічному масштабі інтенсивності атмосферної циркуляції над досліджуваним регіоном в Керченській протоці знизилась інтенсивність загальної циркуляції вод. Разом з тим, під впливом спорудженої в 2003 р. дамби, різко інтенсифікувалися течії на локальних ділянках, що примикають до західної і східної кінцівок о. Тузла. Якісно трансформувалася локальна система течій навколо цього острова та в Таманській затоці. Помітно знизилася швидкість течій в Керченській бухті, при цьому якісних змін в системі циркуляції вод тут не відбулося.

Уточнена схема циркуляції вод у Керченській бухті. Показано, що на відміну від результатів чисельного моделювання, згідно яким система течій в бухті представлена окремими вихоровими утвореннями, циркуляція вод тут має струменевий характер. Умовно виділені 4 типові ситуації. 1, 2 - струмені азовських вод обтікають бухту по циклонічній і антициклональній траєкторії; 3, 4 - чорноморські води таким самим чином обтікають бухту. При цьому знак завихориності течій визначається напрямом атмосферного потоку.

Води Керченської протоки добре аеровані унаслідок розвиненої системи течій і вертикального обміну в умовах мілководдя.

Вміст кисню в поверхневому шарі в протоці нижче, ніж в Азовському морі, але вище, ніж у Чорному. У придонному шарі в літні місяці року розвиток гіпоксії в протоці протікає менш активно, ніж на прилеглих акваторіях Чорного й Азовського морів.

Концентрація фосфатів на сучасному етапі порівняно з кліматичним фоном практично не змінилась. В той же час вміст вміст мінерального азоту зменшився, приблизно, в 2 рази, а вміст кременевої кислоти - в 3 рази.

Наприкінці весни - початку літа води протоки тепліше за води передпроточних акваторій.

У сезонному русі солоності в придонному шарі протоки відсутній літній мінімум. Тоді як у всій товщі вод на прилеглих акваторіях обох морів і у верхньому шарі вод протоки цей екстремум яскраво відображений.

Виявлено, що за рахунок постійної присутності чорноморських вод в придонному шарі протоки і в руслах каналів посилилася вертикальна стратифікація поля густини. Відповідно сформувалися сприятливі умови для осадконакопичення, розвитку гіпоксії і заморів.

Зафіксований і досліджений не типовий для протоки випадок природної гіпоксії, що супроводжувався масовою загибеллю риби.

Показано, що інтенсивні течії, що виникли після будівництва дамби в основних вузкостях протоки, стали перешкодою для міграції промислових риб.

У Розділі 3 досліджений вплив циркуляції вод і вертикальної стійкості у полі густини, що змінилися останнім часом, на процеси осадконакопичення, літодінаміку, склад і фізичні властивості донних відкладень у присутності таких антропогенних чинників, як тузлинська дамба, днопоглиблення та дампінг, діюча і закриті ґрунтові звалища, порти і пункти рейдового перевантажування.

На основі аналізу матеріалів серії гідрофізичних, геологічних й екологічних зйомок розглянуті антропогенні й природні джерела сумарної зваженої речовини у водах Керченської протоки, а також поле мутності й динаміка донних опадів.

Потужне антропогенне джерело зваженої речовини в Керченській протоці пов'язане з днопоглиблювальними роботами й подальшим дампінгом вилученого ґрунту. Надходження зваженої речовини у води протоки виявлено як від діючої, так і від закритих зон дампінгу. Показано, що із зони дампінгу, що розташована в районі мису Такиль, у протоку чорноморськими течіями переноситься токсична зважена речовина.

Після спорудження тузлинської дамби в Керченській протоці виникли додаткові потужні джерела зваженої речовини. Це ділянки активного розмиву берегів і дна біля західного й східного країв Тузли, біля північно-західного, південного й особливо південно-східного підводних схилів цього острову.

Розташовані в Керченській протоці порти й площадки рейдової перевалки вантажів також являють собою антропогенні джерела зваженої речовини. Господарська діяльність, що пов'язана з портами, сприяє генерації зваженої речовини у водній товщі, як на портових акваторіях, так і на прилеглих до них ділянках протоки. Її зміст тут у кілька разів перевищує навколишній фон. Зважена речовина й розчинені у воді нафтопродукти, які продукуються рейдовою перевалкою вантажів, поширюються на значну відстань від перевантажувальних площадок, досягаючи центральної та північної частин протоки.

Поле зваженої речовини в Керченській протоці характеризується яскраво відображеною вертикальною стратифікацією, що якісно різна для чорноморських й азовських течій. При чорноморському генеральному переносі вод крізь протоку основний потік зваженої речовини сконцентрований у придонному шарі (рис. 2). Вертикальній стратифікації поля зваженої речовини при азовському переносі властива розвинена шарувата вертикальна структура (рис. 3).

Рис. 2 Розподіл зваженої речовини (мг/л) на зональному розрізі крізь Керченську протоку при чорноморських течіях

Рис. 3 Розподіл зваженої речовини (мг/л) на зональному розрізі крізь Керченську протоку при азовських течіях

Дослідження поля зваженої речовини на базі детальної емпіричної оптичної інформації дозволили виявити цікаві й не описані в літературі властивості структури азовоморских вод у Керченській протоці. Зокрема показано, що потоки азовських вод, які, як було прийнято вважати, відрізняються максимальним змістом зваженої речовини й високою мутністю, включають лінзи практично чистої води, мутність яких змінюється від 0 до 2-3 ОМФ, що на порядок нижче фонових значень цієї характеристики в азовських водах. Вертикальний масштаб цих утворень ~ кілька метрів, горизонтальний ~ кілька кілометрів (рис. 3). Очевидно цим, досить ємним у масштабах протоки лінзам чистої низькосолоної і насиченої біогенами води, належить власна позитивна роль у функціонуванні екосистеми протоки.

Типовий для протоки високий вміст зваженої речовини обумовлює особливу прозорість і кольоровість його вод. Азовські води в протоці мають зеленувато-бурий колір, їх прозорість, звичайно, не перевищує 0,3-0,5 м. У проникаючих в протоку чорноморських водах прозорість досягає 2-3 м. Вони синьо-зеленого кольору.

Основний чинник, що визначає розподіл донних відкладень на акваторії Керченської бухти, пов'язаний з локальною системою течій. Північно-східна частина бухти заноситься азовськими течіями з циклонічною траєкторією. Азовські антициклональні та чорноморські (як циклонічні, так і антициклональні) течії поставляють опадовий матеріал до центральної частини бухти.

Внаслідок трансформації системи течій і появи нового джерела сумарної зваженої речовини у Керченській протоці відбулися істотні зміни в динаміці донних відкладень. Після спорудження дамби на різних ділянках досліджуваної акваторії формувалися області з різною інтенсивністю гідродинамічних процесів. Зони активної динаміки змінювалися зонами із застійними явищами та навпаки, що супроводжувалося відповідними літодінамічними проявами.

В 2002-2005 р. на акваторії Керченської протоки нами виявлені ділянки дна з геологічними характеристиками, які суттєво змінилися у часі. Це Керченська бухта, Павловська вузькість, ділянка біля північно-західного краю Тузли й прохід між о. Тузла та к. Чушка (рис. 4).

Рис. 4 Схема динаміки донних відкладень на акваторії Керченської протоки після спорудження тузлинской дамби (2003-2005 р.) Знаками «плюс» відзначені області накопичення опадів; знаками «мінус» - ділянки розмиву дна

Показано, що після будівництва тузлинської дамби активізувався процес обміління Керченської бухти. На її акваторію почав поступати свіжий опадовий матеріал, який утворив обширний ареал алевритово-глинистих і глинистих замулень, що мають украй текучу консистенцію і аномально низьку густину. Інтенсифікації процесу замулювання бухти сприяють такі чинники, як посилення вертикальної стратифікації поля густини і загальне послаблення динаміки вод у протоці.

Розмив дна, який виявлено на мілководних ділянках Керченської бухти, уздовж її північного узбережжя та біля мису Білий, обумовлений переважно процесами хвильової дії.

Черепашкові донні відкладення, як показник процесів розмиву дна, знайдені також у Павлівському коліні Керч-Єнікальського каналу. Розмиву дна на цій ділянці сприяють інтенсивні (до 2-3 вузлів) і стійкі течії.

Абразія дна, якої не було до споруди дамби, сформувалася біля північно-західного краю Тузли. В той же час на схід від цієї ділянки, в проході між о. Тузла і к. Чушка утворилася область накопичення донних опадів (рис. 4). Зміни геологічних параметрів на цих ділянках акваторії Керченської протоки можуть бути пояснені новоутвореннями в системі течій в районі о. Тузла і в Таманській затоці після будівництва тузлинської дамби. Це зональний потік, що не спостерігався до споруди дамби, уздовж північного берега Тузли, який направлений в Таманську затоку і пов'язаний з ним циклонічний меандр.

У 2007-2008 рр. уздовж північного узбережжя острова сформувалася обширна зона низької динамічної активності і інтенсивного осадконакопичення (дані Інституту геологічних наук НАН України). Згідно цим дослідженням, зараз за рахунок зниження динаміки і заносимості північного берега Тузли відбувається розширення острову. Повністю закрита низка дрібних озер і лиманів, що знаходилися до будівництва дамби в районі північно-східного узбережжя острову. До кінця 2007 року під воду пішов південно-східний край Тузли, протяжністю близько 800м.

У Розділі 4 представлені результати дослідження впливу міжрічних варіацій в параметрах атмосферної циркуляції на водообмін крізь Керченську протоку. Виконані прогностичні оцінки можливих змін складових екологічного комплексу протоки у зв'язку з гідрометеорологічними умовами, що склалися протягом двох останніх десятиліть, та їх міжрічними тенденціями.

Виявлено емпіричний зв'язок між параметрами атмосферного переносу та транспортом вод крізь протоку. Показано, що розвинені чорноморські й азовські потоки вод з максимальною витратою викликаються відповідно південним і східним переносами в атмосфері. Північні й західні потоки продукують незначний водообмін крізь Керченську протоку. В основному вони стимулюють зональні течії в Азовському морі.

В останні два десятиліття відбулося істотне послаблення типових для Керченського регіону південно-східних атмосферних переносів, що вказує на зниження інтенсивності водообміну в Керченській протоці й переважному впливі на його екосистему азовських вод, які за якістю значно поступаються чорноморським. До природних чинників, що обмежили водообмін, додався антропогенний - тузлинська дамба.

Показано, що екосистемі Керченської протоки властиві особливі якості, не типові для водних екосистем суміжних акваторій Чорного та Азовського морів. В умовах слабкого водообміну і переважаючого впливу азовських вод вони можуть привести до ряду наступних негативних наслідків, які можна чекати протягом найближчих років: підвищенню температури води і зниженню солоності у весняний сезон; посиленню вертикальної стратифікації в полі густини, що сприяє розвитку придонної гіпоксії і процесу осадження в донні відкладення зваженої речовини.

Азовське море й Керченська протока являють собою джерело забруднення нафтопродуктами вод усього розглянутого регіону. Виявлені довгострокові тенденції послаблення водообміну в протоці підсилюють ступінь забруднення його вод.

Подальше наростання антропогенного впливу, особливо у вигляді будівництва дамб і інших, обмежуючих водообмін гідротехнічних споруд, устаткування пунктів рейдових перевантажень може стати причиною втрати рибогосподарського і рекреаційного значення регіону.

У завершальній частині сформульовані основні висновки роботи.

ВИСНОВКИ

На основі аналізу емпіричних даних виконано комплексне океанографічне дослідження Керченської протоки та прилеглих областей Чорного і Азовського морів. Розглянуті антропогенні зміни в полях гідрофізичних, гідрохімічних і геологічних елементів дослідженої акваторії в умовах виявлених нами природних тенденцій, які склалися протягом двох останніх десятиліть в гідрометеорологічних характеристиках регіону. Оцінені прогностичні океанологічні параметри стану водного середовища протоки на найближчі роки.

1. Показано, що протягом двох останніх десятиліть в атмосфері над досліджуваним регіоном в два рази послабшала інтенсивність переважаючого раніше південно-східного переносу, зменшилась швидкість вітру, збільшилась кількість опадів. Температура води в протоці і повітря в районі Керчі зросла на ~2°С, відбулися істотні зміни в льодовому режимі регіону. Зими стали м'якшими, але затяжними. Протягом п'яти останніх років в умовах інтенсивного потепління з'явилася тенденція до збільшення льодовитості північної частини Керченської протоки і Таманської затоки, що може бути вірогідним слідством спорудження тузлинської дамби, яка обмежила обмін теплими чорноморськими водами в протоці.

2. Унаслідок послаблення на міжрічному масштабі інтенсивності атмосферної циркуляції над досліджуваним регіоном, в Керченській протоці знизилася інтенсивність загальної циркуляції вод. Разом з тим, під впливом тузлинської дамби в вузькостях біля західної та східної кінцівок о. Тузла течії різко інтенсифікувалися, що стало перешкодою для міграції промислових риб. Якісно трансформувалася локальна система течій навколо цього острова і в Таманській затоці. Помітно знизилася швидкість течій в Керченській бухті. Система течій в протоці в цілому стала менш стійкою. В той же час, за рахунок постійної присутності чорноморських вод у придонному шарі, посилилася вертикальна стратифікація поля густини. Відповідно сформувалися сприятливі умови для опадонакопичення, розвитку гіпоксії та заморів.

3. Встановлено, що у Керченській протоці існує ряд джерел сумарної зваженої речовини як природного, так і штучного походження, які відсутні на суміжних морських акваторіях. Могутнє антропогенне джерело зваженої речовини, пов'язане з днопоглиблювальними роботами і подальшим звалищем вилученого ґрунту. Розташовані в протоці порти і пункти рейдового перевалювання - є джерелами токсичної зваженої речовини. Її вміст тут у декілька разів перевершує навколишній природний фон. Після будівництва дамби в Керченській протоці виник додатковий продуцент зваженої речовини, який обумовлений активною абразією берегів і дна о. Тузла.

Надходження зваженої речовини у води протоки зафіксоване як від діючої, так і від закритих звалищ ґрунту. Із зони дампінга, що знаходиться в районі м. Такиль, в протоку чорноморськими течіями переноситься токсична зважена речовина. Ця речовина і розчинені у воді нафтопродукти, які генеруються пунктами рейдового перевантаження, розповсюджуються на значну відстань, досягаючи центральної і північної частин протоки.

Внаслідок трансформації системи течій і появи нового джерела сумарної зваженої речовини, в протоці відбулися істотні зміни в динаміці донних відкладень, а самі донні опади набули аномальних фізичних властивостей.

4. Виявлено, що екосистемі Керченської протоки властиві особливі якості (зокрема відокремленість), не типові для екосистем вод прилеглих морських акваторій. В умовах міжрічних тенденцій в атмосферній циркуляції, що стали причиною загального послаблення водообміну крізь протоку і переважання впливу Азовського моря, найближчими роками слід чекати посилювання цієї відокремленості. У свою чергу, даний чинник може сприяти підвищенню температури води, зниженню солоності, посиленню вертикальної стратифікації поля густини, збільшенню ступеня забрудненості вод протоки.

В умовах природного послаблення водообміну крізь протоку подальше зростання антропогенних навантажень, особливо у вигляді будівництва дамб і інших перешкоджаючих вільному обміну гідротехнічних споруд, може привести до втрати рибогосподарського і рекреаційного значення регіону.

ОСНОВНI ПРАЦI, ОПУБЛIКОВАНI ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Р. В. Боровская. Структура и межгодовая изменчивость характеристик прибрежного черноморского апвеллинга на основе данных спутникового мониторинга / Р. В. Боровская, П. Д. Ломакин, Б. Н. Панов, Е. О. Спиридонова // Исследования Земли из Космоса. 2008. № 2. С. 26-36.

2. Панов Б. Н. Гидрометеорологические предпосылки гипоксии в Азовском море и возможности её прогнозирования / Б. Н. Панов, Р. В. Боровская, Е. О. Спиридонова // Океанология. 2000. Т. 40, № 5. С. 701-707.

3. П. Д. Ломакин. Антропогенные и природные источники взвешенного вещества в водах Керченского пролива / П. Д. Ломакин, Е. О. Спиридонова, А. И. Чепыженко, А. А. Чепыженко // Морской экологический журнал. 2008. Т. 7, № 4. С. 51-59.

4. Р. В. Боровская. Прибрежный черноморский апвеллинг и межгодовая изменчивость его интенсивности / Р. В. Боровская, Б. Н. Панов, Е. О. Спиридонова, Л. А. Лексикова, М. В. Кириллова // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексные исследования ресурсов шельфа. 2005. Вып. 12. С. 42-48.

5. Панов Б. Н. О закономерностях формирования поля солености Азовского моря / Б. Н. Панов, Е. О. Спиридонова // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексные исследования ресурсов шельфа. 2007. Вып. 15. С. 152-159.

6. Ломакин П. Д. Динамика донных отложений в Керченском проливе до и после строительства тузлинской дамбы / П. Д. Ломакин, Е. О. Спиридонова // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексные исследования ресурсов шельфа. 2008. Вып. 17. С. 215-124.

7. Спиридонова Е. О. Особенности водообмена через Керченский пролив и возможные последствия его изменений / Е. О. Спиридонова, Д. Б. Панов // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексные исследования ресурсов шельфа. 2008. Вып. 17. С. 265-274.

8. Р. В. Боровская. Связь придонной гипоксии и заморов рыбы в прибрежной части Азовского моря / Р. В. Боровская, Б. Н. Панов, Е. О. Спиридонова, Л. А. Лексикова // Системы контроля окружающей среды. 2005. С. 320-328.

9. Спиридонова Е. О. Оценка влияния гидрометеорологических факторов на распределение донных осадков в Керченской бухте / Е. О. Спиридонова // Системы контроля окружающей среды. 2007. С. 235-239.

10. Панов Д. Б. Особенности гидрометеорологических условий Керченского региона и их длиннопериодная изменчивость / Д. Б. Панов, Е. О. Спиридонова / Системы контроля окружающей среды. 2007. С. 193-198.

11. Спиридонова Е. О. Источники взвеси в воде и распределение донных осадков Керченского пролива / Е. О. Спиридонова // Системы контроля окружающей среды. 2008. С. 287-291.

12. Спиридонова Е. О. Гипоксия, массовая гибель и миграция рыб в Керченском проливе в современных условиях / Е. О. Спиридонова // Системы контроля окружающей среды. 2008. С. 426-428.

13. Ломакин П. Д. Изменения важнейших составляющих экосистемы Керченского пролива после сооружения Тузлинской дамбы / П. Д. Ломакин, Д. Б. Панов, Е. О. Спиридонова. Севастополь: МГИ НАН Украины, 2008. 73 с. (Препринт / НАН Украины, МГИ).

14. Р. В. Боровская. Современное состояние ледовых условий в Азовском море и Керченском проливе на базе спутниковой информации / Р. В. Боровская, П. Д. Ломакин, Б. Н. Панов, Е. О. Спиридонова. Севастополь: МГИ НАН Украины, 2008. 42 с. (Препринт / НАН Украины, МГИ).

15. Панов Б. Н. Экологические проблемы Керченского пролива / Б. Н. Панов, Е. О. Спиридонова // Рыбное хозяйство Украины. 2008. № 5(58). С. 29-36.

16. Спиридонова Е. О. Особенности гидрометеорологических условий Керченского региона (1992-2001 гг.) / Е. О. Спиридонова, Д. Б. Панов // Современные проблемы экологии Азово-Черноморского бассейна: II междунар. конф., 26-27 июня 2006 г.: сборник научн. трудов. Керчь, 2006. С. 46-52.

17. Ломакин П. Д. Межгодовые изменения в комплексе гидрометеорологических параметров керченского региона и Керченского пролива / П. Д. Ломакин, Е. О. Спиридонова, Д. Б. Панов // Заповедники Крыма - 2007: IV междунар. науч.-практ. конф., 2 ноября 2007 г.: тезисы докл. Симферополь, 2007. С. 314-315.

18. Панов Д. Б. Многолетняя изменчивость некоторых погодных показателей в Керченском регионе / Д. Б. Панов, Е. О. Спиридонова, Б. Г. Троценко // Проблемы экологической безопасности и развития морехозяйственного и нефтегазового комплексов: VI междунар. науч.-практич. конф., 8-12 сентября 2008 г.: тезисы докл. Одесса-Керчь, 2008. С. 180-183.

19. Спиридонова Е. О. Трансформации, произошедшие в экосистеме Керченского пролива после строительства дамбы в Тузлинской промоине / Е. О. Спиридонова // Проблемы экологической безопасности и развития морехозяйственного и нефтегазового комплексов: VI междунар. науч.-практич. конф. 8-12 сентября 2008 г.: тезисы докл. Одесса-Керчь, 2008. С. 29-30.

АНОТАЦІЯ

Спиридонова О.О. Природні та антропогенні зміни океанологічних параметрів Керченської протоки на сучасному етапі. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук. Спеціальність 11.00.08 - океанологія. - Морський гідрофізичний інститут НАН України, Севастополь, 2009 р.

На основі обробки та аналізу архівних матеріалів і даних серії океанографічних, геологічних та екологічних зйомок, виконаних ПівденНІРО та МГІ НАН України протягом двох останніх десятиліть, отримані відомості про сучасний стан полів найважливіших елементів екологічного комплексу в Керченській протоці та на прилеглих акваторіях Чорного й Азовського морів. Досліджені природні зміни метеорологічних умов регіону, варіації в циркуляції вод, термохалинному полі, у полях гідрохімічних і геологічних елементів і льодовому режимі. Розглянуто вплив на екосистему протоки антропогенних факторів - днопоглиблення й дампінга вилученого ґрунту, функціонування портів і пунктів рейдової перевалки вантажів, будівництва тузлинскої дамби. Виявлені тенденції й оцінені наслідки впливу потужного й наростаючого антропогенного пресу на екологічну систему протоки в умовах міжрічних природних варіацій великомасштабних, у рамках розглянутої акваторії, гідрометеорологічних процесів.

Отримані результати про сучасний стан компонентів екосистеми Керченської протоки і їхні прогностичні оцінки - основа для розробки практичних заходів для її оздоровлення й зниження антропогенного пресу. Вони корисні в практиці різних галузей господарського комплексу України. Зокрема, у рибній галузі, мореплаванні, гідротехнічному будівництві, у курортологічному і туристичному освоєнні регіону, а також при вирішенні екологічних проблем.

Ключові слова: Керченська протока; метеорологічні, гідрофізичні, гідрохімічні, геологічні параметри середовища, антропогенні явища.

АННОТАЦИЯ

Спиридонова Е.О. Природные и антропогенне изменения океанологических параметров Керченского пролива на современном этапе. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук. Специальность 11.00.08 - океанология. - Морской гидрофизический институт НАН Украины, Севастополь, 2009 г.

Рассмотрены метеорологические условия Керченского региона и широкий комплекс параметров состояния вод Керченского пролива за интервал времени двух последних десятилетий. Выявлены межгодовые тенденции и описаны сезонные вариации во временном ходе океанологических характеристик.

Исследован отклик в океанологических параметрах на межгодовые изменения в характере и интенсивности атмосферной циркуляции над Керченским регионом в присутствии мощного антропогенного фактора - сооруженной в 2003 г. тузлинской дамбы.

Оценено влияние дамбы на важнейшие абиотические составляющие водной экосистемы пролива. Показано, что дамба была сооружена в неблагоприятный с позиции экологии период времени, когда в силу природных факторов существенно ослаб водообмен через Керченский пролив. Тузлинская дамба усугубила изолированность отдельных областей пролива. Ее влияние отразилось в ледовом режиме, системе течений, вертикальной стратификации вод, осадконакоплении, перераспределении донных отложений и их свойствах. Значительной деформации подверглись береговая черта и подводная часть о. Тузла. Сформировались благоприятные условия для гипоксии. Зафиксирован и проанализирован случай природной гипоксии, сопровождавшийся массовой гибелью рыбы.

Впервые для Керченского пролива детально исследовано поле суммарного взвешенного в воде вещества, его природные и антропогенные источники.

Проанализированы данные по нефтяному загрязнению вод пролива и смежных акваторий обоих морей.

Выполнены прогностические оценки возможных вариаций в океанологических параметрах состояния водной среды региона на ближайшие годы.

Освещены основные современные экологические проблемы Керченского пролива.

Полученные результаты, касающиеся современного состояния важнейших абиотических параметров водной экосистемы пролива и их прогностические оценки - основа для разработки практических мер для ее оздоровления и снижения антропогенного пресса. Они представляются полезными в практике различных отраслей хозяйственного комплекса Украины. В частности, в рыбной отрясли, мореплавании, гидротехническом строительстве, в курортологическом и туристическом освоении региона, а также при решении экологических задач. Сведения, отражающие состояние вод пролива до масштабной техногенной катастрофы в ноябре 2007 года, когда в воду попало огромное количество нефтепродуктов и серы, могут быть использованы в качестве фона для изучения данного негативного явления и выработки мер по минимизации его последствий.

Ключевые слова: Керченский пролив; метеорологические, гидрофизические, гидрохимические, геологические параметры среды, антропогенные явлення.

SUMMARY

Spiridonova О.О. Natural and anthropogenic changes in oceanological parameters of Kerch channel in nova days.- Мanuscript.

The thesis to clime the academic degree of candidate of geographical sciences on the specialty 11.00.08 - oceanology. - The Marine hydrophysical institute of Ukraine National Academy of Science, Sevastopol, 2009.

On the basis of archive data and material of series of oceanographic, hydro-geological and ecological surveys realized by Southern Research Institute of Marine Fishery and Oceanography and Marine Hydrophysical Institute of Ukraine National Academy of Sciences, within two last decades, the state of the art of fields of major components of ecological complex in Kerch channel and on the Black and Azov Seas adjacent water areas is investigated. The natural changes in meteorological conditions and variations in waters circulation, thermohaline field, in fields of hydrochemical and hydrogeological elements and ice-reinforced conditions are reviewed. The influencing on channel ecosystem of anthropogenic factors - dredging activities and damping of soil, operation of ports and of road terminal points, Tuzla pier building is studied. Tendencies are detected and potent and rising anthropogenic press effect on Kerch channel ecosystem in conditions of interannual natural variations of large-scale hydrometeorological processes are estimated. The got results about of Kerch channel ecosystem components in modern condition and their forecast estimation is а central to development of the practical measures on its recovery and reduction of anthropogenic press. As well the results are useful in practice of the different branches of the Ukraine economic complex, in particular, in fish branch, navigation, in hydro technical construction, in resort and tourist mastering of the region, as well as at decision of the ecological problems.

Keywords: Kerch channel; meteorological, hydrophysical, hydrochemical and geological parameters, anthropogenic phenomena.

Размещено на Allbest.ru

...