Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

6.2. Осаждение минералов на обсохшее и подводное дно Аральского моря

Полученные к настоящему времени данные по современному ионно-солевому составу вод Аральского моря позволили впервые оценить балансовым методом полную массу и минеральный состав солей, осевших на дно в ходе высыхания моря. Посредством сравнения ионно-солевого состава вод моря до начала высыхания [Вейнбергс И.Г., 1979] и в настоящее время, с учетом изменения общего объема вод за этот период, были подсчитаны полные массы солеобразующих ионов, выведенных из водной толщи и, предположительно, осевших на дне подводном и обсохшем.

Укажем здесь лишь их конечные результаты (в миллиардах тонн и процентных долях, см. также рис. 6.1): карбонат кальция – 0,07 (2 %); карбонат магния – 0,1 (2 %); гипс CaSO4 > 2H2O – 2,3 (49 %); мирабилит Na2SO4 > 10H2O  – 1,9 (40 %); галит NaCl – 0,4(8 %).

6_1.tif

Рис. 6.1. Рассчитанная по новым данным массовая структура минералов, осевших на дно Аральского моря за весь период его высыхания и осолонения с 1960 по 2008 г.

Таблица 16

Результаты анализа состава донных отложений (в % по массе)

Станция, район

Т5

Т2

В1

А0902

А0906

Среднее
по 5 пробам

запад, суша (50 м от воды)

запад, прибойная зона

запад, склон

котловина

восток, склон

Глубина, м

0

1

7

36

2

 

Na2O

0,89

3,07

1,98

Na2SO4∙10H2O

97,40

19,48

MgО

4,63

3,14

2,95

0,54

0,53

2,36

Al2О3

7,09

6,59

6,42

0,15

0,18

4,09

SiО2

23,09

28,46

22,08

0,14

1,05

14,96

P2O5

0,07

0,09

0,05

   

0,04

NaCl

5,53

3,68

5,47

1,08

2,45

3,64

K2O

1,48

1,53

1,49

0,09

0,09

0,94

CaSO4∙2H2O

18,19

18,24

38,20

0,56

73,17

29,67

CaO

11,49

13,01

4,90

TiО2

0,50

0,49

0,41

0,28

Cr

 

0,04

 

<0,01

MnO

0,05

0,05

0,03

0,03

Fe2О3

4,71

4,20

3,85

0,02

0,10

2,58

Rb

0,01

0,01

<0,01

Sr

0,16

0,25

0,24

<0,01

0,44

0,22

Zr

0,03

0,02

0,04

0,02

BaO

0,02

<0,01

Потери при прокаливании

22,19

19,30

15,74

0,01

21,88

15,82

Далее, исходя из этой информации и известных составов основных осаждающихся минералов, были оценены массы последних. Действительно, поскольку гидрокарбонат-ион потребляется только при осадке карбонатов кальция и магния, зная общее уменьшение полного содержания 04.wmf и Mg2+, можно рассчитать массы выпавших карбонатов и затраченного при этом кальция. Оставшаяся невязка в уменьшении содержания кальция задает массу выпавшего гипса и потребленного при этом сульфат-иона. В свою очередь, невязка в содержании сульфат-иона должна объясняться садкой мирабилита, массу которого можно теперь подсчитать вместе с массой потребленного в этом процессе натрия. Оставшийся после этого существенный дефицит в бюджете натрия может объясняться только садкой галита, причем можно рассчитать массу последнего, а также потребленного при этом хлор-иона. Дефицит хлора можно найти и непосредственно из данных ионно-солевого состава, и две этих оценки должны быть близкими, что и произошло. Таким образом, можно надеяться, что описанная выше цепочка расчетов дает реалистичные результаты.

Важным выводом из этих расчетов является то, что садка мирабилита к настоящему времени оказалась почти столь же массивной, сколь и садка гипса, а садка галита уже началась. Общая масса выпавших на дно минералов составила около 4,8 миллиардов тонн.

Учитывая, что период высыхания моря составил к настоящему времени 49 лет, скорость соленакопления оценивается в 0,1 миллиарда тонн в год (или, в среднем, около 3 кг на квадратный метр в год). Эти расчеты также качественно подтверждаются впервые выполненным анализом валового химического состава проб донных отложений (верхние 1–2 см наилка), отобранных на 5 станциях в поперечном сечении западного бассейна моря. Анализы проб выполнены рентгеноспектральным методом по нашему заказу в Центральной лаборатории анализа вещества Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, исполнители: И.А. Рощина, С.М. Черногорова.

Обращают на себя внимание следующие особенности. Прежде всего, верхний слой донных осадков в глубокой части моря (станция А0902) почти полностью (более чем на 97 %) состоит из мелких кристаллов мирабилита.

Однако на мелководных станциях, как на западном, так и на восточном побережьях, а также на обсохшем дне мирабилита в верхнем слое грунта не обнаружено вовсе. Очевидно, это должно быть связано с тем, что если в глубокой части моря температура всегда составляет 5 °С и ниже, то на мелководьях она в течение по крайней мере теплой половины года гораздо выше (15–25 °С в момент экспедиции), и недостаточно низка для садки мирабилита при современной солености. Зато в мелководных пробах отмечено значительное содержание гипса (от 18 % в прибойной зоне западного побережья до более 73 % у восточного берега, вблизи бывшего острова Возрождения). По нашему предположению, такое уменьшение относительной доли гипса в осадках с востока на запад определяется ролью терригенного SiO2, весьма значительной у западного берега в зоне интенсивного эолового пылевого выноса с плато Устюрт, но гораздо более скромной в глубокой части моря и у песчаного восточного побережья. Наконец, во всех пробах обнаружен галит NaClв количествах от 1 % до почти 6 %, что подтверждает сделанный нами ранее по изменениям ионно-солевого состава водной массы моря и достаточно неожиданный вывод о начавшейся уже садке галита (рис. 6.2–6.4). Пропорции между массами мирабилита, гипса и галита в донных осадках, оцененные балансовым методом и полученные при прямом анализе проб, оказались качественно довольно близкими (40:49:8 и 38:60:8, соответственно).

6_2.tif

Рис. 6.2. Мирабилит-галитовые осадки

Термохалинная структура вод западного бассейна Большого Аральского моря, наблюдаемая в каждой из экспедиций за исследуемый период, характеризовалась «трехслойной» структурой распределения величин солености и температуры, что хорошо описывается T,S-кривыми, построенными по данным наблюдений. Наиболее теплые воды в каждой из съемок относятся к верхнему перемешанному слою. Тип вод с наименьшими значениями температуры и солености, выделяющийся на каждой из кривых, относится к промежуточному, менее соленому слою толщи западного бассейна. Отметим, что год от года в этом слое, как и в верхнем перемешанном, происходит рост значений солености. За период с 2009 по 2012 гг. рост солености здесь составил приблизительно 10 г/кг. Третий слой – придонный, он характеризуется наличием максимальных значений солености и некоторым повышением температуры ко дну относительно промежуточного слоя. В противоположность верхнему слою, в придонном слое в период наблюдений происходило снижение величин солености (за исключением 2009–2010 гг.).

6_3.tif

Рис. 6.3. Осадки мирабилита предыдущей регрессии Арала

6_4_1.tif 6_4_2.tif

Рис. 6.4. Мирабилит, переходящий в тенардит

6_5.tif

Рис. 6.5. Берег залива Чернышова с тонким слоем гипса и мирабилита, переходящего в тенардит

Была проведена работа, посвященная результатам численных экспериментов, целью которых являлось установление причин возникновения «необычной» (по сравнению с соседними морями – Черным, Азовским, Каспийском) антициклонической циркуляции вод в поверхностном слое моря под воздействием преобладающих северо-восточных ветров.

Таким образом, в современных морфологических условиях Аральского моря при воздействии климатического северо-восточного ветра в поверхностном слое бассейна формируется антициклонический характер циркуляции вод. Отметим совпадение этого факта с приведенными выше результатами прямых наблюдений. Использование в экспериментах «инвертированного» относительно продольной оси бассейна рельефа дна немедленно привело к изменению знака циркуляции вод на противоположный, т.е. формированию циклонической завихренности в поверхностном слое бассейна. Аналогичные результаты были получены как для условий реальной стратификации водной толщи, так и отсутствия стратификации. Это позволяет заключить, что, несмотря на значительно сократившиеся размеры моря и глубокие изменения его гидрофизических характеристик, особенности донного рельефа бассейна продолжают являться основным фактором, определяющим «нетипичный» характер поверхностной циркуляции Аральского моря. Другим важным выводом, вытекающим из результатов выполненных модельных экспериментов, является установленное влияние стратификации на характер придонной циркуляции. В случае однородной водной толщи общее движение вод в придонном слое (здесь имеется в виду глубоководный участок котловины, расположенной вдоль западного берега бассейна) организуется в направлении против действия ветра и не обладает выраженной завихренностью. В этом случае знак циркуляции на глубоководном участке не изменяется с глубиной от поверхности до дна. Введение в эксперимент основанной на натурных наблюдениях стратификации вод резко меняет картину течений в придонном слое бассейна. В глубоководной части моря происходит формирование циклонического вихря, т.е. знак циркуляции меняется с глубиной на противоположный. Кроме того, общий поток распадается на несколько циклонических круговоротов суббассейнового масштаба (что косвенно подтверждается и некоторыми данными прямых наблюдений). «Инвертирование» распределения глубин качественно не изменяет картину течений в придонном слое как в случае стратифицированного, так и в случае однородного бассейна.

В целом Аральское море представляет собой яркий пример экосистемы подверженной мультистрессорному эффекту – гиперосолонения и аноксии.


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252