Характеристика Черного моря как экологического объекта

     Российский  государственный университет имени  Иммануила Канта

     Факультет географии и геоэкологии 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат на тему:

Ч Е Р  Н О Е    М О Р Е 

 
 
 
 
 
 
 

Калининград

2009

 

Оглавление

Рельеф дна Черного моря

Морфометрия современного Черного моря.

Термохалинная структура.  
Течения

Гидрохимия Черного  моря. История изучения редокс-слоя  
Структура редокс-слоя

Стратификация вод Черного моря 
Физико-географические условия

Список использованных источников 
Введение

     Черное море — внутреннее море бассейна Атлантического океана. Проливом Босфор соединяется с Мраморным морем, далее, через пролив Дарданеллы — с Эгейским и Средиземным морями. Керченским проливом соединяется с Азовским морем. С севера в море глубоко врезается Крымский полуостров. По поверхности Чёрного моря проходит водная граница между Европой и Малой Азии. Существует целый ряд гипотез относительно причин возникновения названия Черное море. Турки и другие завоеватели, пытавшиеся покорить население побережья моря, встречали яростный отпор со стороны черкесов, адыгов и других племён, за что и прозвали море Караден-гиз — Чёрным, негостеприимным. Другой причиной, по мнению ряда исследователей, может быть тот факт, что во время штормов вода в море сильно темнеет. Другая гипотеза связана с принятым в ряде азиатских стран «цветовым» обозначением сторон света, где «чёрный» обозначал север, соответственно Чёрное море — северное море. Одной из наиболее распространенных гипотез является предположение о том, что название связано с воспоминаниями о прорыве Босфора 7500-5000 лет назад, следствием чего стало катастрофическое повышение уровня моря почти на 100 метров, что в свою очередь привело к затоплению обширной шельфовой зоны и образованию Азовского моря.

Площадь 422 000 км.кв. Очертания Чёрного моря напоминают овал с наибольшей осью около 1150 км. Наибольшая протяжённость моря с севера на юг — 580 км. Наибольшая глубина — 2210 м, средняя — 1240 м. 
 Единственный крупный полуостров — Крымский. Крупнейшие заливы: Ягорлыцкий, Тендровский, Джарылгачский, Каркинитский, Каламитский и Феодосийский на Украине, Варненский и Бургасский в Болгарии, Синопский и Самсунский — у южных берегов моря. На севере и северо-западе при впадении рек разливаются лиманы. Общая длина береговой линии — 3400 км. Ряд участков побережья моря имеют собственные названия: Южный берег Крыма на Украине, Черноморское побережье Кавказа в России, Румелийский берег и Анатолийский берег в Турции. На западе и северо-западе берега низменные, местами обрывистые; в Крыму — в основном низменные, за исключением южных гористых берегов. На восточном и южном берегах к морю вплотную подступают отроги Кавказских и Понтийских гор. 
Островов в Чёрном море почти нет. Крупнейшие — Березань и Змеиный (оба площадью менее 1 км.кв.). В Чёрное море впадают такие крупнейшие реки: Дунай, Днепр, Днестр, а также более мелкие Мзымта, Риони, Кодори, Ингури (на востоке моря), Чорох, Кызыл-Ирмак, Эшли-Ирмак, Сакарья (на юге), Южный Буг (на севере).

 

Рельеф  дна Черного моря

      Центральную часть дна чёрного моря занимает илистая равнина, лежащая на двухкилометровой глубине, а склоны черноморской впадины круты. Шельф Черного моря - пологий подводный склон, продолжение берега под водой до глубины 100-150м - у гористых берегов (Кавказ, Крым, Анатолия) - не более нескольких километров от береговой линии. Дальше - следует очень крутой (до 20-30градусов) континентальный склон - обрыв до глубин более 1000 метров. Исключением является мелководная Северо-Западная часть Черного моря - она вся относится к шельфовой зоне, и, фактически, не является частью черноморской впадины. 
 Донные осадки Черного моря: какими бы ни были берега и пляжи - песчаные, галечные, или скальные - начиная с глубины 25-50 метров, на дне Черного моря - песок или гравий. С увеличением глубины, поверхность укрывается обломками створок мидий, а еще глубже - модиол, которые формируют фазеолиновый ил шельфа. Данные геологических исследований дна Черного моря, свидетельствуют, что толщина слоя донных осадков, накопленных на абиссальной равнине за всю историю существования Черного моря - от 8 до 16 км; то есть, глубина осадков - в 4-8 раз больше глубины водной толщи Черного моря. Толщина слоя осадков в 1.5-2 раза больше в западной части Черного моря, отделенной центральным черноморским меридиональным поднятием - от Анатолии к Крыму. Толщина слоя осадков на абиссальной равнине, накопленных за последние 3000 лет истории современного Черного моря - от 20 до 80 см в разных участках дна.Слой осадков Черного моря лежит на базальтовой плите 5-10 км толщиной, покрывающей мантию Земли. Для Черного моря характерно отсутствие непрерывного промежуточного слоя гранита между осадками и базальтовой платформой; гранитный слой обычен для континентальных морей. Элементы гранитного слоя найдены геологами только в восточной части абиссальной равнины. Такая структура дна, как в Черном море - характерна для океанов. 
Чёрное море расположено между 46 33’-40 56’с. ш. и 27 27’-41 42’в.д. Являясь частью бассейна Атлантического океана, Чёрное море соединяется с ним на юге через Средиземное море проливами Босфор, Дарданеллы и Гибралтар. На северо-востоке оно соединяется Керченским проливом с Азовским морем. Наибольшая длина моря 1148 км. Наименьшая ширина 258 км. Площадь моря, по данным различных авторов, колеблется в пределах 406680-423000 км2, длина береговой линии 3400-4100 км,максимальная глубина Черного моря-2258 м, объём воды 537000-555000 км3 

Карта глубин Черного  моря 

Морфометрия современного Черного моря.  
 Черное море за пределами его северо-западной мелководной части представляет собой громадную котловину со сравнительно плоским дном и довольно крутыми берегами. По опубликованным данным (Гончаров и др., 1965, цит. по Скопинцеву, 1975), площадь все поверхности моря 420 325 км2, объем 547 015 км3, максимальная глубина 2212 м и средняя глубина 1301 м. Площадь поверхности моря с глубинами до 2000 м составляет около 2/3, площадь с глубинами более 2000 м несколько больше 1/3 от всей площади моря. Площадь поверхности моря с глубинами до 200 м, толщу которой можно, в первом приближении, считать аэробной по всей акватории моря, составляет около 27% от всей площади, из которых большая часть приходится на северо-западную часть моря с глубинами менее 100 м.  
 
Термохалинная структура.  
 Температура воды в открытом море значительно изменяется лишь в слое от 0 до 75 метров, достигая на поверхности летом около 20° С. На глубине 50-100 метров расположен слой минимальной температуры (6-7° С), которая мало меняется в течение года. Ниже с увеличением глубины температура воды медленно возрастает от 8,6 °С на 200 м до 9.11 °С на 2000 м. Такое ее повышение предположительно объясняется геотермическим потоком тепла, который вызывает сверхадиабатическое повышение температуры воды с глубиной (Филиппов, 1968, цит. по Скопинцеву, 1975). Существование слоя минимальной температуры вызывается с одной стороны осенне-зимним охлаждением поверхностных вод и возникающей вследствие этого конвекцией, которая в результате сильного расслоения воды оказывается небольшой, с другой — по причине адвекции (переноса) холодных вод, образующихся зимой в северо-западной части Черного моря. Формирование холодного промежуточного слоя с преобладанием адвективных процессов характерно для зоны основного поверхностного течения, располагающегося по периферии Черного моря. В центральных районах преобладают процессы конвективного перемешивания.  
 Циркуляция воды в Черном море эстуариевого типа. Вода втекает на глубине и исчезает на поверхности. Узкий (0.76 - 3.60 км) и мелкий (<93 м) Босфорский пролив является единственным источником водообмена между Черным и Средиземным морями, пороговые глубины 32-34 м на южном конце и 60 м на северном. (Gunnerson and Ozturgut, 1974; Latif et al., 1991, Oszoy et al., 2001). Он также является единственным источником соленой воды, относительно теплой (~15°С). Основным источником пресной воды (300 км3/год) являются реки. Центр водосбора приходится на северо-западный шельф. В среднем приток нижнего слоя около 300 км3/год, в то время как отток воды в верхнем слое около 600 км3/год, что дает 300 км3/год общего вертикального переноса из-за Босфора (Stanev, Peneva, 2002). Приток пресной воды из рек (особенно из Дуная, Днестра, Днепра, Дона и Кубани) также обеспечивает значительное увеличение солености его вод по вертикали с ~ 18.0 - 18.5 до 22.33 промилле.  
 Как и открытые океаны, циркуляция воды в Черном море вызвана малыми и большими вихрями, глубоководной термохалинной циркуляцией и насыщением термоклина с поверхности. Нейманн (1942, цит. по Скопинцеву, 1975) описал поверхностную циркуляцию Черного моря как состоящую из двух больших циклонических центральных вихрей, определяющих восточный и западный бассейны. Эти вихри связаны с вызванным ветрами ОЧТ (Основным Черноморским Течением) (Овчинников И.М., Титов В.Б., 1990; Oguz et al., 1998), текущего вдоль всего побережья. ОЧТ меандрирует, и его затоки проникают в выдающиеся в районы центральных вихрей. Геострофически рассчитанные течения обычно имеют скорость 25 м/с вдоль оси ОЧТ. В прибрежной части ОЧТ наблюдается несколько антициклонических вихрей (Титов В.Б., 1992). Некоторые из них постоянны и связаны топографией (например, Сакарьинский вихрь, расположенный над подводным каньоном Сакарья, Батумский антициклон), в то время как другие больше зависят от времени и места (например, вихри, наблюдающиеся у Кавказского побережья). В качестве результата этой поверхностной циркуляции отдельные плотностные слои заглублены вдоль периферии моря и приподняты в центральных районах.  
 Все характерные особенности распределения гидрохимических параметров обычно находятся ниже около берегов Черного моря и выше в центральных вихрях, но почти всегда попадают на одни плотностные уровни. По этой причине построение графиков с использованием глубины в качестве вертикальной шкалы обычно дает разброс данных. Однако при отображении в поле плотности те же данные демонстрируют гораздо меньшую изменчивость (e.g. Виноградов, Налбандов, 1990, Codispoti et al., 1991, Turgul et al., 1992). Условная запись, используемая для выражения плотности при потенциальной температуре 0: о~в = (р — 1) х 1000, где р есть плотность. Для воды с плотностью р = 1.016 кг/м3 значение ав = 16.0. Таким образом, в качестве глубинной координаты в Черном море обычно используется плотность.  

Течения  
 Наличие поверхностных течений (поверхностной циркуляции вод) в Черном море было установлено еще в 80 - 90-х годах 19 века. Их существование объясняли как влиянием впадающих в море рек, так и действием ветров господствующих направлений. Детальное изучение гидрологии Черного моря было проведено в 20 - 30-х годах прошлого столетия. Согласно исследованиям, на периферии моря имеется струя основного течения, в основном циклонического характера (идущая против часовой стрелки). Ее ширина 30-50 миль и скорость от 30 до 50 см/с. Кроме того, имеются течения, окружающие западную, восточную и центральную области. Эти круговые течения на западе и востоке моря совпадают с основным циклоническим течением. Вследствие циклонической циркуляции наблюдается опускание вод на периферии моря.  
 Карта Черного моря, демонстрирующая вызванное ветрами циклоническое (против часовой стрелки) основное черноморское течение (ОЧТ, или Rim Current) и несколько антициклонических вихрей, расположенных между ОЧТ и берегом (Sorokin, 2002) .  
Проведенные в середине прошлого столетия исследования показали, что во всей глубинной толще Черного моря наблюдается поступательное движение, интенсивность которого в среднем затухает с глубиной.  
 Приливные явления в Черном море выражены очень слабо и приливные течения незначительны. Определенное значение в перемещении вод имеют внутренние волны. Сгонно-нагонные явления вызываются ветрами; это приводит к колебаниям уровня воды, особенно ярко проявляющимся в прибережных районах Черного моря. Еще в ранний период исследования Черного моря высказывалось предположение о вероятности вертикального перемещения его вод вследствие вытеснения их мраморноводскими водами. Естественно, что скорость такого перемещения вод мала и полное обновление в таком случае могло бы произойти за срок около 2500 лет (Samodurov, Ivanov 1998). На вероятность существования непрерывного подъема глубинных вод в Черном море и на невозможность полной разобщенности между кислородной и сероводородными зонами указывали еще В.А. Водяницкий и Нейманн (В.А. Водяницкий, 1941, Neumann, 1943, цит. по Скопинцеву, 1975).  
 

 

Гидрохимия Черного  моря. История изучения редокс-слоя

 
 Впервые существование сероводородной зоны в Черном море было обнаружено в экспедиции канонерской лодки «Черноморец» в 1890 году Н. И. Андрусовым (1890), который связал ее образование с минерализацией «не вполне разложившихся органических веществ» сернокислыми солями морской воды в условиях, когда Босфор препятствует обмену глубинных вод Черного моря со Средиземным.  
 Начиная с самых ранних исследований Черного моря в нем выделялся слой сосуществования кислорода и сероводорода (С-слой). Предполагалось, что окисление сероводорода происходило в основном благодаря реакции с кислородом в этом слое (Никитин, 1926 (цит. по Скопинцеву, 1975), Скопинцев, 1975, Безбородов и Еремеев, 1993). Во время экспедиции американского НИС "Кнорр" в 1988 было обнаружено, что концентрации кислорода, измеренные стандартным методом Винклера, значительно завышены (Murray et al., 1989, Codispoti et al., 1991).  
 Это отсутствие кислорода на границе сероводородных вод было впоследствии подтверждено Тургулом и др. (Tugrul et ah, 1992), Баштюрком и др. (1998), Лукашевым и Якушевым (Lukashev, Yakushev 1999) и Стунжасом (Stunzhas, 2000). В 1990 году с использованием пятилитровых батометров вместо литровых стало возможным значительно увеличить точность измерений растворенного кислорода. Безбородов и Еремеев (1993) показали, что ошибка, связанная с загрязнением реактивов кислородом и поглощение кислорода в процессе отбора проб может достигать 0.15 мл/л (6.6 мкМ), и после этой коррекции С-слой практически исчезает. Броенков и Клайн (Broenkow, Cline, 1969) показали, что концентрации кислорода в реактивах, используемых для фиксации сульфате марганца и щелочном иодате составляют примерно 30% насыщения дистиллированной воды. На основе этой оценки значение поправки на содержание кислорода в реактивах может достигать 2-3 мкМ. Также была добавлена поправка для концентраций восстановителей и окислителей, присутствующих в бескислородном слое (окисленный марганец, тиосульфата, элементная сера, и т.п.), которые могут реагировать с йодом. Типичные значения для поправок являются отрицательными со значениями около 0.01-0.02 мл/л (0.45-0.90 мкМ) в примерно 10-метровом слое с глубины выклинивания сероводорода (возможно в основном из-за окисленного марганца) и как положительная поправка в сероводородной зоне, которая увеличивается с глубиной с примерно 0.01 мл/л до 0.65 мл/л (0.45 - 29.95 мкМ ) в слое примерно 10 метров ниже сероводородной зоны (Yakushev et al., 2005, submitted).  
Необходимо упомянуть, что значения кислорода, «измерянные» непосредственно на границе сероводорода обычно меньше чем значения поправок (0-5 мкМ). Исчезновение кислорода выше сероводородной зоны было также подтверждено Стунжасом (2002), кто использовал специально разработанный безмембранный кислородный датчик для исследований редокс-слоя Черного моря. 

Структура редокс-слоя

Дно Черного  моря от прибоя и до глубины 120-200 метров представляет собой, за небольшим исключением, пологий склон. Это так называемый шельф. Мы все ныряем в самой мелководной части шельфа, где имеются скалы и песок. Глубже на дне шельфа залегает ил.

Шельф обрывается в районе Кавказа сравнительно крутым уступом в 2.5-10 километрах от берега, редко дальше. Нижняя часть уступа погружена на 500 метров. Уступ почти лишен наносов - они скапливаются у его подножия в виде широкого шлейфа – и представляет собой как бы стену, сильно изрезанную подводными каньонами, обычно располагающимися против крупных рек.

     Такие уступы наблюдаются не только в Черном море, но и вокруг всех материков  и большинства островов. Их глубины  незначительно отличаются друг от друга, что дало основание думать о повышении уровня Мирового океана в последнее геологическое время.

Геологи и океанологи связывают это явление с таянием  ледника Европы в четвертичном периоде. Объем льда ледника по самым минимальным подсчетам был достаточен, чтобы после таяния повысить уровень океанов на 75-100 метров. Если бы, например, растаял ледниковый покров Антарктиды, уровень океанов повысился бы на 60 метров.

     Одновременно  с повышением уровня океанов, вероятно, происходило опускание берегов вокруг Черноморской котловины, заполнявшейся ледниковой водой и водой рек. (Вода Черного моря в древние эпохи была в основном опресненной и лишь временами несколько осолонялась.) Продолжение долин рек на дне моря (подводные каньоны) до глубины 500 метров подтверждают это предположение. За уступом, с глубины 500 метров, дно становится пологим и углубляется в сторону моря постепенно. Это абиссальная, т.е. глубоководная область покрыта слоем илов различной древности. На глубине около 2 километров, примерно параллельно кавказскому берегу, под дном Черного моря заканчивается материковый склон – многокилометровая толща гранитной оболочки земной коры. Далее материковый склон переходит в более тонкую базальтовую оболочку, выстилающую дно океанов и потому названную корой океанического типа. Еще в древности мореплаватели, бороздившие воды Черного моря, удивлялись, почему поднятый с больших глубин металлический якорь всегда оказывался покрытым черным налетом. Удивлялись, но объяснить это явление не могли.

В 1890 году глубоководная  экспедиция русского гидрографа И. Б. Шлиндера проводила в Черном море промеры и изучение морских глубин. Экспедиция установила, что с глубины 100-200 метров и до самого дна водная толща Черного моря насыщена сероводородом. Стало понятным, почему якоря из металла чернели. Попав в сероводородную среду, они покрывались пленкой сульфида железа. Одно время считали, что Черное море в этом отношении является единственным. Но теперь сероводородное заражение установлено в котловинах Каспийского моря и в восточной части Аравийского – близ восточной оконечности одноименного с ним полуострова. Ряд ученых предполагают, что сероводородное заражение глубоких котловин морских бассейнов в прошлые геологические эпохи было более широко распространено. Глубина верхней границы сероводородного заражения Черного моря неравномерна. В срединной части моря она составляет 80-100 метров, у берегов Кавказа- 200, Крыма- 150 метров. Таким образом, поверхность этого раздела имеет выпуклую форму. Вниз же сероводород насыщает воду до самой большой глубины, т.е. 2245 метров.

     Сероводородная  зона Черного моря необитаема. В такой, лишенной кислорода, воде не могут жить организмы, кроме некоторых бактерий. Жизнедеятельность этих бактерий основана на усвоении неорганических соединений серы, железа и других элементов, поэтому их именуют серобактериями, железобактериями и так далее – в зависимости от того, чем они питаются.

     Толща воды Черного моря подразделяется на три слоя: верхний, средний и нижний - сероводородный. Верхний слой до глубины 40-60 метров, подвержен сезонным колебаниям температуры у поверхности: от 7 градусов Цельсия зимой до 24 летом, а у берегов Кавказа до 29-30 градусов. С глубиной колебания температуры воды уменьшаются. На глубине 40 метров температура меняется от 8 градусов зимой до 11 летом. Этот слой воды имеет более низкую соленость, чем лежащий ниже.

Средний слой простирается от глубины 40-60 до 100-150 метров. Здесь  царит постоянный холод. На наш взгляд, разумеется. Для некоторых рыб  температура воды этого слоя как  раз подходящая – 6-8 градусов круглый  год. Интересно, что самая низкая температура воды наблюдается в середине среднего слоя. Кислорода здесь вполовину меньше, чем в приповерхностной части моря. Глубже вода несколько теплее – до 9 градусов – и такой остается и в слое сероводородном.

     Почему  же температура воды понижается с  глубиной неравномерно и даже несколько повышается в нижней части среднего слоя.

Дело в том, что на глубине 100 метров в Черном море находится раздел вод: вышележащих  менее соленых, разбавляемых дождями, реками, и глубоких более тяжелых  соленых, поступающих сюда через проливы Дарданеллы и Босфор из Средиземного моря. Вертикальная циркуляция воды с разной температурой  происходит лишь в пределах верхнего слоя, так как менее соленая вода, даже самая плотная холодная, все же легче соленой. Вот она и скопляется в виде холодной прослойки выше соленого слоя воды. На глубине около 100 метров интенсивного перемешивания не происходит, и граница верхнего и среднего слоя относительно резкая и легко обнаруживается анализами воды с разных глубин или измерениями температуры.

     Таким образом, зимой холодная вода погружается до соленой водной толщи, вытесняя нагретую за лето до 9.5 градуса воду вверх, образуя погребной холод, пока летом не прогреется до тех же 9.5 градусов и не вытиснится, в свою очередь, опять более холодной водой.

Таким образом, Черное море представляет собой как  бы двухэтажное здание с насыщенным сероводородом подвалом, куда опускаются морские организмы при отмирании.