Чёрное море

Гидрология и гидрохимия Черного моря

ГИДРОЛОГИЯ И ГИДРОХИМИЯ

По химическому составу черноморские воды отличаются от вод других морей. Это объясняется гидрологическими особенностями Черного моря, и более всего особенностями формирования его водной массы, ее структурой и динамикой.

ФОРМИРОВАНИЕ ВОДНОЙ МАССЫ И ВОДНЫЙ БАЛАНС

Еще в древности было известно, что воды Понта значительно менее солены, чем воды Пропонтиды (Мраморного моря) и Средиземного моря, вследствие обилия речных вод. Страбон писал, что, согласно Стратону Лампсакийскому (III в. до нашей эры), Понт соединялся с Гирканским (Каспийским) морем, а не с Пропонтидой. После того как многочисленные реки, впадающие в Понт, повысили его уровень, суша разорвалась, образовав пролив Босфор, и понтические воды начали выливаться в Пропонтиду, а оттуда через Геллеспонт (пролив Дарданеллы) в Средиземное море. Античные авторы знали, что, кроме речных вод, в Понт вливаются через Босфор Киммерийский (Керченский пролив) воды Меотиды (Азовское море). Они имели некоторые представления о слоистой структуре черноморских вод. Арриан во II в. пишет, что поступающие в море воды реки Фазис (Риони), как более легкие, не смешиваются с морской водой. Можно, погрузив сосуд в верхний слой, взять пресную воду, а опустив его в нижний слой, взять соленую воду. Впро-. чем, воды всего Понта были более пресными, чем воды Внешнего (Средиземного) моря из-за впадающих в Понт рек.

Действительно, в Черное море впадают многочисленные полноводные реки. Самая большая — Дунай, вторая по величине в Европе, принимает такие полноводные притоки, как Инн, Драва, Тиса, Сава, Морава, а в нижнем течении — Серет и Прут. Дунай вносит в Черное море в среднем за год 203 км3 воды (по данным наблюдений последних лет,— 198 км3). Водосборный бассейн Дуная составляет 817 тыс. км2.

Другая большая река, впадающая в Черное море,— Днепр. Его водосборный бассейн 503 тыс. км2. После создания Каховского водохранилища и СевероКрымского канала количество днепровской воды, поступающей в море, значительно уменьшилось.

Риони — третья по величине черноморская река,— собирая воды с Кавказских гор, течет по Колхидской низменности и выносит в море ежегодно около 13 км3 воды.

Остальные реки, берущие начало в Карпатах, на Среднерусской возвышенности и в Кавказских горах, значительно менее водоносны. Среди них можно отметить Днестр (годовой сток его до создания водохранилища 9,6 км3), Южный Буг (2,7 км3) и кавказские реки Кодори и Ингури (сток приблизительно такой же, как у Южного Буга).

Из рек, стекающих с Понтийских гор, наибольшие — аджарская река Чо- рох (годовой сток 9 км3) и турецкие реки Кызыл-Ирмак, Ешиль-Ирмак и Са- карья, годовой сток которых вместе с другими более мелкими реками около 23 км3 воды.

Реки болгарской части черноморского побережья собирают воды в горах Странджа, Стара-Планине и в восточной части Дунайской холмистой равнины. Несколько десятилетий назад они давали Черному морю около 2 км3 воды, тогда как самая большая болгарская река Камчия вносит в среднем 0,7 км3 в год, вторая по водности река Велека — в среднем 0,2 км3; приблизительно такой же сток реки Средецка (Мандра), Зидаровская (Факийска) и Девня. В настоящее время сток рек в море почти вдвое уменьшился. Причиной является интенсивное использование речных вод на орошение, индустриальные и бытовые нужды (Девня, Камчия и др.).

По достоверным современным данным, с различных участков побережья в Черное море поступает следующее количество воды: северо-западная часть — 234 км3, 79,59 %, Крымское побережье —1 км3, 0,34 %, Кавказское побережье — 35 км3, 11,90 %, турецкое побережье — 23 км3, 7,83 %, болгарское побережье — 1 км3, 0,34 %.

Кроме речных вод, Черное море получает менее соленые воды из Азовского моря, опресненные в основном водами Дона и Кубани. Сток этих рек уменьшился после создания Цимлянского и Краснодарского водохранилищ и использования речных вод на орошение, в промышленности и т. д.

Черное море питается, кроме того, водами, просачивающимися через песчаные косы из закрытых пресных или солоноватых лиманов, грунтовыми (в основном весной), водами подводных карстовых источников и т. д. Какое количество этих вод попадает в море в настоящее время, определить невозможно, но, по всей вероятности, немного и они сбалансированы фильтрацией морских вод в соленые прибрежные озера (уровень которых ниже, чем уровень моря), в нижние слои пляжных песков и в водопроницаемые известковые скалы.

В Черное море поступает значительное количество вод в виде атмосферных осадков. Данные о количестве осадков у отдельных ученых различны, даже в литературе последних десятилетий. Так, по В. А. Водяницкому, годовая сумма осадков составляет 280 км3, по Д. Я- Берен- бейму — 120 км3. По данным береговых станций, самая вероятная годовая сумма осадков, выпадающих над Черным морем, 254 км3. Общий сток пресных вод вместе с речными составляет 548 км3.

Постоянство солености черноморских вод, которая в поверхностном слое большей части моря приблизительно вдвое меньше, чем в Мировом океане, во многом зависит от испарения и водообмена со Средиземным или Мраморным морем.

В литературе XVII — первой половины XIX в. (Марсильи, Стебницкий, Югович, Карпентер, Джефрис и др.) высказывалось предположение, что в Босфоре под верхним течением, направленным от Черного моря к Мраморному, есть глубинное течение, направленное от Мраморного моря, которое, внося более соленые мраморноморские воды, компенсирует вынос солей поверхпостным течением. Кроме этого весьма правдоподобного предположения, существовало и другое (Спрат, Венюков), объяснявшее постоянную соленость Черного моря испарением и стоком пресных вод через Босфор.

Исследования русского профессора В. Лапшина в 1860 г. показали, что плотность воды в Черном море быстро увеличивается с глубиной. Это объяснялось не только изменением температуры, но и увеличением солености, т. е. мнение, что в Черное море вливаются мраморно- морские воды, подтверждалось.

Конкретные доказательства того, что нижнее течение в Босфоре направлено к Черному морю, дали исследования знаменитого русского ученого вице-адмирала С. О. Макарова (1882). Определив скорость верхнего и нижнего течений в различные сезоны, он вычислил вероятное количество мраморноморской воды, вливающейся в Черное море, и количество черноморской воды, вливающейся в Мраморное море. Согласно Макарову, мраморноморская вода вливается в Черное море постоянно, меняется лишь количество ее в зависимости от сезона. Предполагалось, что более соленая и более тяжелая мраморноморская вода попадает в самые глубокие части Черного моря, смешивается с черноморской, становится легче и вытесняется вверх вновь поступающей мраморноморской водой. В то же время, поскольку поверхностные слои моря опресняются непрерывно поступающими водами рек и осадков, создается заметное плотност- ное расслоение черноморской воды.

Результаты исследований первых русских глубомерных экспедиций в 1890— 1891 гг. опровергли эту схему формирования водной массы Черного моря. Был обнаружен неизвестный до того науке феномен — наличие растворенного в воде ядовитого газа и отсутствие кислорода на глубинах ниже 200 м^ Это ставило под сомнение поступление мраморноморской воды в самые глубокие слои Черного моря, поскольку она бы вносила в них кислород. Некоторую популярность получила в те времена гипотеза русского капитана I ранга А. Ска- ловского (1896). Согласно этой гипотезе, глубинные черноморские воды неподвижны, а мраморноморская струя, охватывающая всю область Черного моря, служит как бы прослойкой между верхним кислородным и глубинным сероводородным слоями. Однако исследования не подтвердили существование этой прослойки в Черном море.

П. Т. Данильченко и Н. И. Чигирин доказали, что кислородный и сероводородный пласты не разделены. Данные о биогенных элементах говорят о существовании вертикального водообмена, который затрагивает и самые большие глубины. Это позволило В. А. Водяниц- кОму (1948) построить схему вертикального послойного водообмена, но вопрос о распространении мраморноморской воды остался невыясненным. Некоторую путаницу в представление о формировании водной массы Черного моря и его водного и солевого балансов внесли исследования англичанина Ф. Аллиота и турка О. Ильгаза. Обнаружив приблизительно в 3 милях от черноморского устья Босфора поднятие дна до глубины менее 50 м (а не 62 м, как считалось ранее), они пришли к.заключению, что нижнее босфорское течение (мраморно- морская струя) не достигает Черного моря, а, встретив порог, поднимается кверху и увлекается верхним течением обратно. Кроме того, эти исследователи воскресили гипотезу о том, что вода в Черном море (как и в Каспийском) соленая в результате интенсивного испарения. Эта концепция о водообмене через Босфор встретила сразу же аргументированные возражения ряда ученых, располагавших, однако, лишь косвенными доказательствами.

По исследованиям турецкого ученого X. Пекташа (1956), проведенным севернее предбосфорского порога, мраморно- морские воды обнаруживаются и за этим препятствием. Таким образом, X. Пек- таш, подтверждая мнение об .участии мраморноморской воды в водном и солевом балансах Черного моря, считает, что происходит это не весь год, а в месяцы с большим превышением черноморского уровня над мраморноморским, то есть справедливо мнение Ф. Аллиота и О. Ильгаза.

Болгарская экспедиция в мае 1957 г. установила, что мраморноморская вода поступает в Черное море севернее предбосфорского порога и при максимальном превышении черноморского уровня (А. В. Рождественский). В результате концепция Аллиота и Ильгаза была отвергнута полностью, отвергнуты были и выводы Пекташа „о месяцах с большим превышением", а мнение Макарова было подтверждено и новыми представлениями о глубинах предбосфорского порога.

На основании результатов этой экспедиции, дополненных последующими исследованиями в данном районе, сложилось современное представление о поступлении и распространении мраморноморской воды в Черное море. Более соленые и более тяжелые воды нижнего босфорского течения поступают в продолжение всего года, но количество их изменяется в зависимости от сезона, гидрологических и метеорологических условий. В случае когда вливается большое количество мраморноморской воды, поток ее глубоко вклинивается в черно- • морскую водную массу (главным образом, на глубине, где воды уже содержат сероводород) и смешивается с ней.

Когда мраморноморской воды поступает немного, смешивйние ее с черноморской начинается еще в проливе, поэтому соленость и плотность нижнебосфорского течения при входе в Черное море мало отличается от окружающих вод. Окончательное перемешивание нижнебосфорских вод в этом случае происходит недалеко от входа в пролив на небольшой глубине. На движение мраморноморской воды в Черном море существенно влияет течение в районе шельфа4 Хотя и редко, при определенных сочетаниях гидрологических и метеорологических условий может наблюдаться один из двух противоположных случаев — кратковременное прекращение поступления вод .нижнебосфорского течения или поступление начиная с глубины 25 м мраморноморских несмешанных вод, соленость которых близка к солености средиземноморских вод. Во втором случае можно ожидать, что нижнебосфорский поток; смешиваясь по пути, достигнет больших черноморских глубин. После того как плотность поступающих вод сравняется с плотностью окружающей воды, их движение совсем замедляется. Это уже не течение в обычном понимании этого слова, а слабые движения, обусловленные различными факторами (уплотнение при смешении, влияние температуры дна и др.). Содержание кислорода в нижнебосфорском потоке значительно уменьшается и в проливе и на черноморском шельфе. Оставшийся в потоке кислород с глубиной быстро расходуется на окисление сероводорода.

В приходную часть водного баланса Черного моря входят речной сток, атмосферные осадки, приток мраморноморских и азовских вод, в расходную—

испарение, сток черноморских вод в Мраморное и Азовское моря. Данные о величине испарения с черноморской водной поверхности несколько различны: по И. Б. Шпиндлеру, годовая величина испарения составляет 232 км3, по В. А. Водяницкому — 240 км3, по Й. Ной- ману и Н. Розенану — 397 км . По расчетам А. В. Рождественского, с поверхности Черного моря вероятнее всего испаряется 301 км3 воды в год. На основе современных данных о солености вод Черного. моря, мраморноморской и азовской вод и о количестве речных, азовских вод, о сумме осадков, а также об испарении, А. В. Рождественский дает следующие средние многолетние характеристики баланса Черного моря (в км3)

Естественно, что в отдельные годы величина баланса отклоняется от средней в связи с изменением его компонентов.

Ежегодно в море поступает '/659 часть его объема (объем Черного моря составляет 537 тыс. км3). Однако основная часть этих вод — азовские, речные, осадки — как менее плотных остается в верхнем слое; лишь более тяжелые воды нижнего босфорского течения вклиниваются в малоподвижный глубинный слой. Часть глубинных вод поднимается вверх и смешивается с поступающими пресными и слабосолеными водами, при этом формируется специфический химический состав верхних слоев. Излишки поверхностных вод выливаются через Босфор в качестве верхнего босфорского течения. Водный баланс Черного моря по отношению к Мраморному морю положительный, поскольку речной сток и осадки превышают испарение с поверхности Черного моря.