Источник: Р.Д. Косьян, "Динамические процессы береговой зоны моря". Москва, Научный мир 2003
     

      Интенсивное освоение прикавказского шельфа Черного моря, быстрый рост приморских городов, курортных объектов, сельскохозяйственная деятельность на побережье способствуют росту антропогенного воздействия на водные экосистемы. Наиболее сильное антропогенное влияние морская акватория испытывает от береговых источников — объектов индустриальной и хозяйственной деятельности людей.

     Современные уровни загрязнения морской воды, взвеси и донных осадков различными загрязняющими веществами на российском шельфе Черного моря подробно рассмотрены в монографиях анализируются в монографиях "Техногенное загрязнение…, 1996" и "Геоэкология шельфа…, 2001". В настоящей главе дается краткая характеристика основных источников поступления загрязняющих веществ в береговую зону, рассмотрены возможные механизмы их переноса на акваторию шельфа и их выноса на континентальный склон под действием гидродинамических факторов.

     Основными источниками поступления большей части загрязняющих веществ в морскую среду прикавказского шельфа Черного моря являются малые реки, ливневые стоки и сточные коллекторы бытовых вод вблизи больших городов Анапы, Новороссийска, Геленджика, Туапсе и Сочи. В реки и непосредственно в море через глубоководные выпуски в 1994 г. было сброшено 83 млн. куб. м загрязненных сточных вод. 37 предприятий сбрасывает сточные воды непосредственно в море, в том числе 12 предприятий — без очистки. Из них 23 предприятия относятся к непрерывно действующим источникам загрязнения, остальные действуют в режиме залповых сбросов, некоторые из них вообще не контролируются (например, ливневые канализации в Анапе и Геленджике) (Геоэкология шельфа и морских берегов морей России, 2001).

     Загрязнение морской воды и донных осадков шельфа нефтепродуктами традиционно определяется количеством нефти и нефтепродуктов, поступающих в море в результате аварий судов или с промышленными стоками с берега. Поскольку в состав нефтепродуктов входят фенолы, то нефтяное загрязнение сопровождается также фенольным. Источниками загрязнения являются морские порты; судо- и вагоностроительный заводы; нефтеперерабатывающие предприятия и предприятия по обеспечению нефтепродуктами в Туапсе; нефтеперевалочная база "Шесхарис" в Новороссийске; муниципальные сооружения по очистке вод (Геоэкология шельфа и морских берегов морей России, 2001).

     Нефтепродукты в речных стоках выносятся в море в растворенном состоянии и сорбированными на взвеси, преимущественно в периоды ливневых дождей и паводков. Кроме этого потенциальным источником загрязнения морской среды нефтепродуктами является морской терминал и береговые сооружения для отгрузки нефти в районе Ю.Озереев-ки (вблизи г. Новороссийска), строительство которого осуществляется Каспийским Трубопроводным Консорциумом (КТК) будет завершено в 2001 году. В период эксплуатации морского терминала возможны несанкционированные сбросы загрязненных балластных вод и аварийные утечки нефти при загрузке танкеров, которые могут привести к существенному загрязнению морской среды нефтепродуктами прибрежно-шельфовой зоны на прилегающей акватории.

     По имеющимся на сегодняшний день данным наблюдений на участке побережья от Новороссийска до Туапсе содержание нефтепродуктов в морской воде составляет в среднем 0,03 мг/л и изменяется в диапазоне от 0,005 до 0,2 мг/л. Наиболее высокие значения содержания нефтепродуктов отмечались у выхода из Новороссийской бухты, в районе п.Джубга и у г.Туапсе (Техногенное загрязнение…, 1996).

     Юго-восточнее Туапсе, на участке шельфа от Лазаревского до Адлера среднее содержание нефтепродуктов в морской воде также составляло в среднем 0,03 мг/л и изменялось в диапазоне от 0,01-0,08 мг/л.

     Наибольшее загрязнение донных осадков нефтепродуктами в Прикавказской зоне Черного моря наблюдаются в районе портов и в бухтах, где их содержание в 30-100 раз выше, чем на прилегающих к ним акваториях шельфа.

     В прибрежной полосе содержание нефтепродуктов, как правило, не превышает 30 мг/кг сухого осадка (Техногенное загрязнение…, 1996). Ширина этой зоны меняется от сотен метров до 2-3 км. Далее, в сторону открытого моря содержание нефтепродуктов возрастает до 50 мг/кг. Во внешней зоне шельфа содержание нефтепродуктов наиболее высокое: от 50 до 100 мг/кг и выше. Смена зон с низким содержанием нефтепродуктов зонами с более высокими его значениями объясняется изменением гранулометрического состава осадков. По мере удаления от берега осадок обычно становится более мелкодисперсным с лучшей адсорбционной способностью.

     Поскольку в состав нефти входят фенолы и полиядерные ароматические углеводороды (ПАУ), то нефтяное загрязнение сопровождается также фенольным и ПАУ загрязнением донных осадков. Кроме этого ПАУ образуются в результате горения и переработки нефтепродуктов и других органических веществ. В морскую среду ПАУ попадают в результате атмосферного переноса с суши и с береговым стоком. Большое количество ПАУ вырабатывается и выбрасывается в воздух или воду при работе двигателей морских судов.

     В Геленджикской бухте содержание ПАУ в донных отложениях менялось в довольно широких пределах: от 2,0 до 4300 мкг/кг сухого остатка (Техногенное загрязнение … , 1996). Наименьшее содержание ПАУ наблюдалось на выходе из бухты в открытое море. В открытой части побережья, в районе Южной Озереевки содержание ПАУ варьировало в пределах от менее 10 до 56 мкг/кг сухого осадка, а среднее составляло 18 мкг/кг. В этом же районе концентрация фенолов в поверхностном слое осадков колебалась от менее 0,01 мг/кг до 0,67 мг/кг сухого осадка. Среднее содержание фенолов составляло 0,09 мг/кг сухого осадка.

     Основной объем тяжелых металлов выносится в море в растворенном виде и во взвеси ливневыми водостоками и паводковыми речными водами. Маловодные реки, характерные для района от Туапсе до Анапы, весной выносят взвесь с повышенным и высоким содержанием меди и цинка, которые в большом количестве поступают в речные воды при химической обработке виноградников и садов. Техногенная деятельность на берегу и прилегающих к нему акваториях также приводит к увеличению поступления загрязняющих веществ с речными и ливневыми стоками.

     Наиболее высокие значения концентрации тяжелых металлов в морской воде и донных осадках характерны для районов примыкающих к устьевым участкам побережья. Содержание тяжелых металлов обычно возрастает по мере перехода от песчано-алеври-товой фракции к пелитам. Поэтому в средней и нижней частях шельфа, где преобладают илистые осадки, их содержание значительно выше по сравнению с прибрежной зоной. Исключение составляет кадмий, максимум содержания которого приходится на крупноалевритовую фракцию.

     Синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) поступают в морскую среду преимущественно с бытовыми стоками. Максимальные концентрации синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ) в поверхностных водах в районе Туапсе по данным "Ежегодников качества морских вод … ., 1994; 1995" за 1994-1995 гг. составляли 0,25-0,43 мг/л предельно допустимой концентрации (ПДК). Среднее содержание СПАВ составляло менее 0,25 ПДК. В последние годы отмечается устойчивая тенденция увеличения загрязнения морских вод СПАВ на всем протяжении кавказского побережья Черного моря.

     Содержание синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ) в донных осадках обычно высокое и среди них преобладают анионные соединения (АПАВ).

     Смыв удобрений и пестицидов с полей и виноградников в реки и непосредственно в море является основным источником поступления хлорорганических пестицидов, нитратов, нитритов, аммонийного азота и фосфатов в прибрежно-шельфовую зону.

     Как правило, все загрязняющие вещества из перечисленных выше источников поступают в береговую зону моря в растворенном виде и сорбированными на взвеси. Их дальнейшее перераспределение, перенос, изменение концентрации, отложение взвеси на дно, переход в донные осадки и последующая ресуспензия в прибрежно-шельфовой зоне определяется комплексом гидродинамических факторов: штормовыми волнениями, циркуляцией вод, пространственно-временными характеристиками течений, сгонно-нагонны-ми явлениями.

     Штормовые волнения. Важным гидродинамическим фактором перераспределения загрязняющих веществ между береговой зоной и шельфом являются штормовые волнения. Их воздействие приводит к взмучиванию донных осадков в прибрежной зоне и переносу в сторону моря разрывными течениями, компенсационными противотечениями и вынужденными инфрагравитационными волнами. Выносимая из береговой зоны взвесь, с сорбированными на ней загрязнителями, при слабых течениях у дна будет отлагаться на дно в средней и нижней частях шельфа. При косом подходе штормовых волн к берегу, в зоне их разрушения формируются интенсивные вдольбереговые течения, которые перемещают осадки, взвесь, прибрежную воду и загрязняющие вещества вдоль берега. При штормах очень редкой повторяемости взмучивание рыхлого поверхностного слоя донных осадков возможно и на шельфе до глубин 70-80 м. Оценки этого процесса приведены ниже.

     Течения. Одним из важнейших гидродинамических факторов переноса и перераспределения поллютантов на шельфе являются стационарные течения. Режим течений на российском шельфе Черного моря определяется Циклоническим Кольцевым Течением (КЦТ), которое направлено вдоль береговой линии с юго-запада на северо-восток, а его стрежень располагается над верхней частью континентального склона. Результаты анализа детальных измерений на шельфе подробно рассмотрены в главе 4. Главной их особенностью является бимодальный характер направлений - перенос вод вдоль берега в двух диаметрально противоположных направлениях: северо-западном (западном) и юго-восточном (восточном). При этом, северо-западное направление преобладает над юго-восточным как по повторяемости направлений, так и по величине скорости. Средний вектор течения за продолжительные (более 6 месяцев) периоды на большей части шельфа всегда направлен на северо-запад и в конкретном районе его направление согласуется с направлением береговой линии. За пределами шельфа в районе глубин 500-600 м (верхняя часть континентального склона) течение имеет мономодальный режим и направлено на запад. На внешней части шельфа (глубины 50-100 м) перенос вод вдоль берега в западном направлении в несколько раз превышает перенос вод в восточном направлении. Ближе к берегу разность между повторяемостью противоположно направленных переносов вод уменьшается и вблизи береговой линии (глубина 10-15 м) перенос вод в противоположных направлениях почти равновероятен.

     Смена одного направления течения обуславливается прохождением прибрежных антициклонических вихрей (ПАВ) и происходит довольно быстро, за 2-4 часа. Во время такой смены скорости течения в большинстве случаев отмечается поворот вектора скорости течения по часовой стрелке. ПАВ перемещаются в том же направлении, что и поток КЦТ (на запад, северо-запад). В их передней части орбитальное движение направлено к берегу, а в тыловой — от берега в море. По данным многолетних наблюдений установлено, что в районе северокавказского побережья Черного моря за год наблюдается от 19 до 46 антициклонических вихрей, со средней продолжительностью их действия от 3 до 6 суток.Модальные (наиболее часто повторяющиеся) значения скорости течений в шельфо-вой зоне на поверхности моря в подавляющем большинстве случаев изменяются в диапазоне 5-15 см/c, а в придонном слое — 0-5 см/c. Максимальные скорости течений на шельфе достигают 70-80 см/с на поверхности моря и 50-60 см/с у дна, иногда они могут достигать 100-130 см/с на поверхности и 80-100 см/с у дна (Титов, 1989). Обычно это наблюдается в периоды времени, когда стрежень КЦТ прижимается к бровке шельфа или когда хорошо развитый циклонический меандр КЦТ выходит на внешнюю часть шельфа.

     Отмеченные выше особенности характера течений играют важную роль в экологии шельфовой зоны. Поскольку линейные размеры ПАВ больше ширины шельфа, то их проникновение в береговую зону будет способствовать ее самоочищению вследствие поступления в нее чистых вод открытого моря при прохождении переднего фронта ПАВ и выносу из нее тонкодисперсной взвеси и загрязняющих веществ в растворенной форме в моменты прохождения тылового фронта. Преобладание течений вдоль изобат на внешней части шельфа также будет способствовать вентиляции шельфа, и выносу загрязняющих веществ за его пределы. С другой стороны преобладающее среднее течение вдоль берега может приносить загрязнители из смежных участков шельфа, а ПАВ переносить их к берегу.

     Кроме этого в периоды сильных скоростей течений в средней и низкой частях шельфа они могут эродировать донные осадки и распределять их по глубине экмановского донного пограничного слоя. В этом случае возможен вынос взвеси на континентальный склон, как это будет показано далее.

     Экмановский донный пограничный слой. Он формируется при стационарном движении жидкости на вращающейся поверхности. Движение воды в донном погранслое определяется балансом сил: градиента давления, силы Кориолиса и донного трения. В результате модуль скорости течения увеличивается по величине ото дна до значения скорости геострофического течения на верхней границе погранслоя, а вектор скорости изменяется по направлению с высотой. Если смотреть в сторону дна с поверхности моря, то в северном полушарии вектор скорости течения отклоняется против часовой стрелки относительно скорости геострофического течения по мере приближения ко дну.

     Ветровой апвеллинг. На распределение гидрохимических параметров загрязнения морской воды существенное влияние оказывает ветровой апвеллинг. При сильных северо-восточных ветрах с берега, которые обычно имеют место в этом районе в зимний период, происходит сгон прибрежных загрязненных вод в сторону моря и их замещение глубинными, более чистыми водами. В результате при длительных ветрах этого направления происходит очищение шельфовых вод от загрязнителей.

     Паводковый сток рек. На российском участке кавказского шельфа от Керченского пролива до Сочи крупные реки практически отсутствуют. Множество небольших рек рассредоточены вдоль берега и суммарный вынос ими наносов составляет в среднем около 108 кг/год (Кочетов, 1991). Основная масса наносов размером < 0,1 мм с сорбированными на них загрязняющими веществами, поступает на шельф в зимне-весенний период во время паводкового стока рек и оседает в его пределах. Во время экстремальных паводков, период повторения которых составляет примерно 10-15 лет, мощные речные струи могут достигать бровки шельфа и поставлять материал на континентальный склон. Однако такой механизм поступления осадков на континентальный склон наиболее вероятен только на участках шельфа южнее Архипо-Осиповки, где его ширина составляет 4-8 км и где сосредоточены наиболее крупные реки кавказского побережья Черного моря.

     В периоды времени между экстремальными паводками речные наносы тонкодисперсных фракций распределяются течениями на шельфе и оседают в его пределах, поскольку модальные значения (наиболее вероятные) скоростей обычно менее 10 см/с, при которых, как будет показано ниже, будет преобладать адвективный перенос взвеси вдоль шельфа и оседание частиц взвеси на дно.

...