Изменчивость рН в водах Черного моря в ХХ столетии: увеличивается ли кислотность морской воды?

Проведена оценка скорости уменьшения значения pH в водах Черного моря в XX столетии (или предполагаемого увеличения кислотности вод, обусловленного ростом концентрации углекислого газа в атмосфере) с использованием данных наблюдений 1924–2000 гг. Показано, что уменьшение величины pH действительно на...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2012
1. Verfasser:	Полонский, А.Б.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2012
Schriftenreihe:	Доповіді НАН України
Schlagworte:	Науки про Землю
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49023
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Изменчивость рН в водах Черного моря в ХХ столетии: увеличивается ли кислотность морской воды? / А.Б. Полонский // Доп. НАН України. — 2012. — № 2. — С. 146-150. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-49023
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-490232013-09-10T03:03:55Z Изменчивость рН в водах Черного моря в ХХ столетии: увеличивается ли кислотность морской воды? Полонский, А.Б. Науки про Землю Проведена оценка скорости уменьшения значения pH в водах Черного моря в XX столетии (или предполагаемого увеличения кислотности вод, обусловленного ростом концентрации углекислого газа в атмосфере) с использованием данных наблюдений 1924–2000 гг. Показано, что уменьшение величины pH действительно наблюдалось на протяжении 1980–2000 гг., несмотря на высокий уровень шумов и межгодовых флуктуаций. Скорость уменьшения pH в верхнем слое черноморских вод в этот период составляла около 0,2/10 лет. Делается вывод, что такая высокая скорость увеличения кислотности вод явилась не только результатом роста концентрации углекислого газа в атмосфере, но и следствием интенсификации восходящих движений в подповерхностном слое, приводящей к подъему вод с более низкими значениями pH. Проведено оцінку швидкості зменшення величини pH у водах Чорного моря в XX столітті (або передбачуваного збільшення кислотності вод, обумовленого зростанням концентрації вуглекислого газу в атмосфері) з використанням даних спостережень за період 1924–2000 рр. Показано, що зменшення величини pH дійсно спостерігалося впродовж 1980–2000 рр., незважаючи на високий рівень шумів і міжрічних флуктуацій. Швидкість зменшення pH у верхньому шарі чорноморських вод у цей період дорівнювала близько 0,2/10 років. Робиться висновок, що така висока швидкість збільшення кислотності вод стала результатом не тільки зростання концентрації вуглекислого газу в атмосфері, а й наслідком інтенсифікації висхідних рухів у підповерхневому шарі, яка призводить до підйому вод з більш низькими значеннями pH. The goal of the paper is to assess the rate of pH decreasing for the XX century (or the expected increase of acidity due to rising the concentration of atmospheric carbon dioxide) using data of 1924–2000. It is shown that the pH decreasing really has been observed during 1980–2000 in spite of a high level of interannual fluctuations. Rate of pH decreasing in the upper layer of Black sea waters was about 0.2 per 10 yrs for this period. This is concluded that such high rate of increasing the water acidity was not only a result of rising the concentration of atmospheric carbon dioxide, but also a consequence of the intensification of upward motion in the subsurface layer leading to the rising of waters with lower pH. 2012 Article Изменчивость рН в водах Черного моря в ХХ столетии: увеличивается ли кислотность морской воды? / А.Б. Полонский // Доп. НАН України. — 2012. — № 2. — С. 146-150. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1025-6415 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49023 551.464.6/465.4(262.5) ru Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Науки про Землю Науки про Землю
spellingShingle	Науки про Землю Науки про Землю Полонский, А.Б. Изменчивость рН в водах Черного моря в ХХ столетии: увеличивается ли кислотность морской воды? Доповіді НАН України
description	Проведена оценка скорости уменьшения значения pH в водах Черного моря в XX столетии (или предполагаемого увеличения кислотности вод, обусловленного ростом концентрации углекислого газа в атмосфере) с использованием данных наблюдений 1924–2000 гг. Показано, что уменьшение величины pH действительно наблюдалось на протяжении 1980–2000 гг., несмотря на высокий уровень шумов и межгодовых флуктуаций. Скорость уменьшения pH в верхнем слое черноморских вод в этот период составляла около 0,2/10 лет. Делается вывод, что такая высокая скорость увеличения кислотности вод явилась не только результатом роста концентрации углекислого газа в атмосфере, но и следствием интенсификации восходящих движений в подповерхностном слое, приводящей к подъему вод с более низкими значениями pH.
format	Article
author	Полонский, А.Б.
author_facet	Полонский, А.Б.
author_sort	Полонский, А.Б.
title	Изменчивость рН в водах Черного моря в ХХ столетии: увеличивается ли кислотность морской воды?
title_short	Изменчивость рН в водах Черного моря в ХХ столетии: увеличивается ли кислотность морской воды?
title_full	Изменчивость рН в водах Черного моря в ХХ столетии: увеличивается ли кислотность морской воды?
title_fullStr	Изменчивость рН в водах Черного моря в ХХ столетии: увеличивается ли кислотность морской воды?
title_full_unstemmed	Изменчивость рН в водах Черного моря в ХХ столетии: увеличивается ли кислотность морской воды?
title_sort	изменчивость рн в водах черного моря в хх столетии: увеличивается ли кислотность морской воды?
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Науки про Землю
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49023
citation_txt	Изменчивость рН в водах Черного моря в ХХ столетии: увеличивается ли кислотность морской воды? / А.Б. Полонский // Доп. НАН України. — 2012. — № 2. — С. 146-150. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series	Доповіді НАН України
work_keys_str_mv	AT polonskijab izmenčivostʹrnvvodahčernogomorâvhhstoletiiuveličivaetsâlikislotnostʹmorskojvody
first_indexed	2025-07-04T09:54:07Z
last_indexed	2025-07-04T09:54:07Z
_version_	1836709679362736128
fulltext	УДК 551.464.6/465.4(262.5) © 2012 Член-корреспондент НАН Украины А.Б. Полонский Изменчивость рН в водах Черного моря в ХХ столетии: увеличивается ли кислотность морской воды? Проведена оценка скорости уменьшения значения pH в водах Черного моря в XX сто- летии (или предполагаемого увеличения кислотности вод, обусловленного ростом кон- центрации углекислого газа в атмосфере) с использованием данных наблюдений 1924– 2000 гг. Показано, что уменьшение величины pH действительно наблюдалось на протя- жении 1980–2000 гг., несмотря на высокий уровень шумов и межгодовых флуктуаций. Скорость уменьшения pH в верхнем слое черноморских вод в этот период составля- ла около 0,2/10 лет. Делается вывод, что такая высокая скорость увеличения кис- лотности вод явилась не только результатом роста концентрации углекислого газа в атмосфере, но и следствием интенсификации восходящих движений в подповерхност- ном слое, приводящей к подъему вод с более низкими значениями pH. Одним из важнейших показателей химического состава морской воды, меняющегося с уве- личением парциального давления углекислого газа в атмосфере, является величина pH (фактически — индекс кислотности). Из-за антропогенных выбросов парниковых газов в атмосферу должно присходить уменьшение pH в водах Мирового океана. Оно отра- жает увеличение кислотности морской воды вследствие поглощения ею части избыточного атмосферного СО2. Опубликованные оценки показывают, что около 30% углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу в результате хозяйственной деятельности, поглощается Ми- ровым океаном, что и приводит к уменьшению величины pH верхнего (деятельного) слоя вод [1, 2]. В дальнейшем это уменьшение должно распространиться и на промежуточные, и на глубинные воды. По мнению ряда исследователей [3], скорость изменения pH в океане в современную эпоху беспрецедентна и в перспективе потенциально опасна для морской биоты. Вместе с тем были выявлены резкие межгодовые изменения pH в некоторых частях Мирового океана, сопровождающие, в частности, интенсивные события Эль-Ниньо и не- посредственно не связанные с антропогенной деятельностью [4]. На геологических времен- ных масштабах (T ∼ 10 4 лет и более) относительно быстрые изменения содержания СО2 в атмосфере и последующее уменьшение величины pH в океане (сравнимые с современ- ными) наблюдались, например, около 40 млн лет тому назад — в период так называемого климатического оптимума миоцена. Уровень концентации СО2 в атмосфере тогда был на полпорядка-порядок выше, чем сейчас, величина pH была аномально низкой, а температура воды в Мировом океане аномально высокой (как минимум на 5 ◦С больше, чем в настоящее время). Причиной таких изменений считается резкое усиление выбросов СО2 в атмосферу из-за интенсификации вулканической активности в этот период [5]. Таким образом, актуа- лен вопрос об относительной роли естественных и антропогенных изменений в химическом составе не только воздуха, но и морской воды для различных временных масштабов. При- чем различные факторы могут быть более или менее значимыми в различных регионах Мирового океана. Поэтому необходимо решать поставленный выше вопрос не только для открытой части океана, но и для окраинных частей морях. Для Черного моря изменение величины pH по данным длительных наблюдений во всей толще вод не анализировалось. 146 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №2 Рис. 1. Вертикальный профиль pH в Черном море (а), осредненный для каждого стандартного горизонта по всем данным. Пространственное распределение станций (б ), на которых в 1924–2000 гг. проводилось определение рН Такой анализ по данным, полученным в XX веке (начиная с 1924 г.), и составляет главную цель исследований автора настоящего сообщения. Для анализа были использованы данные океанографического банка Морского гидро- физического института НАН Украины [6] с 1924–2000-е годы. Всего за этот период было отобрано 44 635 проб морской воды, по которым определялась величина pH от приповерх- ностных и до придонных горизонтов по всей акватории Черного моря (рис. 1, б ). Осреднен- ный по всему массиву данных профиль pH иллюстрирует рис. 1 а, из которого видно, что pH в верхнем слое быстро уменьшается с глубиной. Между приповерхностными горизонта- ми и ядром холодного промежуточного слоя (ХПС), т. е. в деятельном слое, это уменьшение достигает 0,5 (приблизительно от 8,4 до 7,9). Такая вертикальная структура вод и приводит к уменьшению pH в центрах циклонических круговоротов. Они расположены в мористой части акватории, оконтурены Основным Черноморским течением и характеризуются по- дъемом вод с более низкими величинами pH. В результате сезонной и межгодовой изменчивости циркуляции и структуры вод Черно- го моря, а также наличия интенсивных мезомасштабных процессов наблюдается значитель- ная изменчивость величины pH на всех горизонтах. При этом значимый линейный тренд по всему ряду данных не выделяется ни на одном горизонте (рис. 2). Частично это может быть связано с недостаточным количеством данных наблюдений при наличии пространст- венно-временной изменчивости pH значительной амплитуды в широком диапазоне масшта- бов. Это, в частности, проявляется в повышенных коэффициентах вариации величины pH в деятельном слое. Даже сезонный цикл не выделяется с достаточной точностью на всей акватории Черного моря, что приводит к значительным погрешностям при определении среднегодовой величины pH, поскольку сезонная изменчивость величины pH в поверхост- ном слое достигает 0,15 (в среднем по всему Черному морю) (см. рис. 3). Основные особенности годового хода pH в деятельном и промежуточном слоях опреде- ляются сезонной изменчивостью циркуляции и структуры вод. В результате зимней интен- сификации циркуляции вод Черного моря пикноклин в центральной части моря поднимает- ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №2 147 Рис. 2. Временной ход среднегодовых значений pH, осредненных по всему морю на горизонтах 0 м (а), 10 м (б ), 100 м (в) и 1000 м (г) Рис. 3. Сезонный ход среднемесячных значений pH на поверхности, осредненных по всему Черному морю ся ближе к поверхности, в основном это приводит к понижению величины pH во внутренних частях моря от лета к зиме. Причем такая закономерность наблюдается не только в дея- тельном слое (рис. 3), но и в промежуточных водах под ХПС (рис. 4). Конечно, в промежуточном слое (в том числе и на горизонте 100 м) данных наблюдений существенно меньше, чем в поверхностном, сезонный сигнал слабее, а уровень мезомасш- табных шумов выше. Тем не менее, сравнивая пространственное распределение pH на гори- зонте 100 м для зимы и лета (см. рис. 4, а и б ), можно констатировать понижение величины pH в промежуточных водах внутренних частей моря в зимние месяцы. 148 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №2 Рис. 4. Пространственное распределение pH на горизонте 100 м для февраля–марта (а) и авгус- та–сентября (б) a б Таким образом, плохое разрешение сезонного хода и высокий уровень мезомасштабных шумов могут приводить к существенным погрешностям при определении среднегодовых величин pH. Однако недостаточно хорошее разрешение годового хода pH в некоторые из анализируемых периодов XX столетия и мезомасштабные шумы не являются главными при- чинами невозможности выделения значимого тренда. Не менее важно наличие интенсивной межгодовой и десятилетней изменчивости pH. Известно [7, 8], что основной причиной зимней интенсификации циркуляции вод Черного моря является осенне-зимнее усиление циклонической завихренности поля ветра в регионе, достигающей максимума в январе. Циркуляция вод наиболее интенсивна в марте-апреле, т. е. она запаздывает относительно вынуждающего действия ветра на 2–3 мес. Аналогич- ная закономерность (но с существенно большим временным запаздыванием) наблюдается и на десятилетнем масштабе. Завихренность в поле ветра, осредненная по десятилетиям, обнаруживает квазипериодический характер. В 1950–1960-е гг. она была минимальна, а в 1970–1980-е гг. — максимальна. В 1990-е гг. завихренность снова уменьшилась, причем амплитуда колебаний вертикальной компоненты скорости, обусловленная обсуждаемыми изменениями завихренности поля ветра, составляет порядка 10−6 см/с [8, 9]. С типичным запаздыванием около 5 лет pH в деятельном слое реагирует на изменчивость поля ветра. В 1990-е гг. величина pH в приповерхностном слое уменьшилась на 0,2. Таким образом, амплитуда десятилетних колебаний pH близка к амплитуде сезонной изменчивости. Если считать, что наблюдаемые изменения pH обусловлены вариациями вертикальной компоненты вектора скорости течений, то эти изменения (десятилетнего масштаба) можно оценить в 2 м/год (или около 2 ·10 −6 см/с), принимая во внимание тот факт, что типичный вертикальный градиент величины pH в верхнем слое составляет 0,1/10 м (см. рис. 1). Эта оценка совпадает с оценкой десятилетней изменчивости вертикальной скорости в проме- жуточном слое Черного моря, выполненной в работах [8, 9] на основе совместного анализа завихренности поля ветра и термических изменений на горизонте 100 м. Для сезонного масштаба соответствующая оценка дает на порядок большую величину изменчивости вер- тикальной скорости (т. е. 2·10−5 см/с), что соответствует общепринятым представлениям [7]. Таким образом, можно констатировать, что величина pH в Черном море подвержена значительным изменениям на различных пространственно-временных масштабах. На фоне этих изменений антропогенно обусловленный рост pH с временными масштабами 50–100 лет в XX веке не выделяется. Вместе с тем в последнее десятилетие прошлого столетия выделя- лось значительное (более чем на 0,2) уменьшение величины pH в поверхностном слое, выз- ванное главным образом предшествующим усилением циклонической завихренности в поле ветра и усилением восходящих движений во внутренних частях Черного моря. Необходимо отметить, что полученный результат не доказывает отсутствие антропо- генно обусловленного увеличения кислотности деятельного слоя морской воды. Сравнивая временной ход pH на поверхности и на горизинте 10 м, можно отметить, что уменьшение величины pH на поверхности в последнее десятилетие XX столетия существенно больше, чем в подповерхностном слое. Это означает, что поглощение избыточного углекислого газа водами Черного моря вносит некоторый вклад в уменьшение величины pH на десятилетнем масштабе. С увеличением концентрации СО2 в атмосфере этот вклад может возрасти. Одна- ко в прошлом столетии естественная изменчивость pH морской воды в регионе преобладала. Автор выражает признательность научному сотруднику Морского гидрофизического института НАН Украины И. Г. Шокуровой за помощь в подготовке материала. ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №2 149 1. IPCC4 Assessment (Topics 1, 2). 2007. – P. 1–14. 2. Fierer N., Colman B. J., Schimel J. P., Jackson R. B. Predicting the temperature dependence of microbial respiration in soil: a continental-scale analysis // Global Biogeochem. Cycles. – 2006. – 20. – GB3026. 3. Kerr R. Ocean Acidification Unprecedented, Unsettling / Science. – 2010. – 328. – P. 1500–1501. 4. Normille D. Hard Summer for Corals Kindles Fears for Survival of Reefs // Ibid. – 2010. – 329. – P. 1001. 5. Pearson P.N. Increased CO2 during Middle Miocene // Ibid. – 2010. – 330. – P. 763–764. 6. Развитие морских наук и технологий в Морском гидрофизическом институте за 75 лет / Под общ. ред. В. Н. Еремеева. – Севастополь: Мор. гидрофиз. ин-т НАН Украины, 2004. – 704 с. 7. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. 4. Черное море, вып. 1. Гидрометеорологические условия / Под ред. А.И. Симонова, Э.И. Альтмана. – Ленинград: Гидрометеоиздат, 1991. – 430 с. 8. Полонский А.Б., Шокурова И.Г. Десятилетняя изменчивость характеристик пикноклина и геостро- фической циркуляции вод Черного моря в зимний период // Метеорология и гидрология. – 2009. – № 4. – С. 75–92. 9. Полонский А.Б., Шокурова И. Г. Долгопериодная изменчивость температуры пикноклина в Черном море в ХХ и начале ХХI столетия // Доп. НАН України. – 2011. – № 9. – С. 103–110. Поступило в редакцию 21.06.2011Морской гидрофизический институт НАН Украины, Севастополь Член-кореспондент НАН України О.Б. Полонський Мiнливiсть pH у водах Чорного моря в XX столiттi: чи збiльшується кислотнiсть морської води? Проведено оцiнку швидкостi зменшення величини pH у водах Чорного моря в XX сто- лiттi (або передбачуваного збiльшення кислотностi вод, обумовленого зростанням кон- центрацiї вуглекислого газу в атмосферi) з використанням даних спостережень за пе- рiод 1924–2000 рр. Показано, що зменшення величини pH дiйсно спостерiгалося впродовж 1980–2000 рр., незважаючи на високий рiвень шумiв i мiжрiчних флуктуацiй. Швидкiсть зменшення pH у верхньому шарi чорноморських вод у цей перiод дорiвнювала близько 0,2/10 рокiв. Робиться висновок, що така висока швидкiсть збiльшення кислотностi вод стала результатом не тiльки зростання концентрацiї вуглекислого газу в атмосферi, а й наслiд- ком iнтенсифiкацiї висхiдних рухiв у пiдповерхневому шарi, яка призводить до пiдйому вод з бiльш низькими значеннями pH. Corresponding Member of the NAS of Ukraine A.B. Polonsky Variability of pH in Black sea waters in the XX century: does the sea water acidity increase? The goal of the paper is to assess the rate of pH decreasing for the XX century (or the expected increase of acidity due to rising the concentration of atmospheric carbon dioxide) using data of 1924–2000. It is shown that the pH decreasing really has been observed during 1980–2000 in spite of a high level of interannual fluctuations. Rate of pH decreasing in the upper layer of Black sea waters was about 0.2 per 10 yrs for this period. This is concluded that such high rate of increasing the water acidity was not only a result of rising the concentration of atmospheric carbon dioxide, but also a consequence of the intensification of upward motion in the subsurface layer leading to the rising of waters with lower pH. 150 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №2

Изменчивость рН в водах Черного моря в ХХ столетии: увеличивается ли кислотность морской воды?

Institution

Ähnliche Einträge