Поток СО2 на границе с атмосферой в северо-восточной части Черного моря

Н. А. Орехова*, Е. В. Медведев, И. Н. Мукосеев, А. В. Гармашов

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

* e-mail: natalia.orekhova@mhi-ras.ru

Аннотация

Углекислый газ является одним из климатообразующих веществ, его поступление в атмосферу и дальнейшее перераспределение в водах Мирового океана играют значительную роль в формировании климата на Земле и влияют на характеристики вод. Изучение внутренних морей, таких как Черное море, позволяет исследовать влияние атмосферного СО2 на характеристики вод и оценить вклад региональных экосистем в общий бюджет СО2 вод Мирового океана. В работе приведены количественные оценки потока СО2 на границе с атмосферой, проанализирована его направленность, выделены факторы, определяющие величину потока СО2 в северо-восточной части Черного моря в холодный период. Для анализа использованы данные, полученные в ходе экспедиционных исследований на НИС «Профессор Водяницкий» в декабре 2022 г. Величина потока углекислого газа на границе вода – атмосфера рассчитывалась с учетом скорости ветра и градиента рСО2 между поверхностью моря и приводным слоем атмосферы. По данным прямого определения рСО2, значения потока СО2 в декабре 2022 г. изменялись в широких пределах от ‒0.05 до ‒8.74 ммоль·м‒2·сут‒1, среднее значение соответствовало ‒2.11 ± 1.79 ммоль·м‒2·сут‒1. Установлено, что в холодный период года поток СО2 был направлен из атмосферы в поверхностный слой вод. Таким образом, воды Крымского побережья служат стоком атмосферного СО2. Локальные минимумы потока наблюдались в юго-восточной части Крымского побережья. При анализе корреляционной связи потока СО2 с температурой, скоростью ветра и ΔрСО2 наиболее сильная связь выявлена со скоростью ветра (‒0.93), слабая – с ΔрСО2 (0.22). Следовательно, интенсивность потока СО2 на границе с атмосферой определялась скоростью ветра. Однако направление потока зависело от ΔрСО2. Вклад температуры проявлялся в изменении концентрации СО2 в водной толще.

Ключевые слова

поток СО2, Черное море, углекислый газ, парциальное давление углекислого газа, цикл углерода

Благодарности

Работа выполнена с использованием средств гранта № 169-15-2023-002 от 01.03.2023 Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

Для цитирования

Поток СО2 на границе с атмосферой в северо-восточной части Черного моря / Н. А. Орехова [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2024. № 1. С. 57–67. EDN GNFAZA.

Orekhova, N.A., Medvedev, E.V., Mukoseev, I.N. and Garmashov, A.V., 2024. Sea-Air CO2 Flux in the Northeastern Part of the Black Sea. Ecological Safety of Coastal and Shelf Zones of Sea, (1), pp. 57–67.

Список литературы

  1. Uptake and storage of carbon dioxide in the ocean: The global СO2 survey / R. A. Feely [et al.] // Oceanography. 2001. Vol. 14, no. 4. P. 18–32. https://doi.org/10.5670/oceanog.2001.03
  2. Global carbon budget 2022 / P. Friedlingstein [et al.] // Earth System Science Data. 2022. Vol. 14, iss. 11. P. 4811–4900. https://doi.org/10.5194/essd-14-4811-2022
  3. Decrease in air-sea CO2 fluxes caused by persistent marine heatwaves / A. Mignot [et al.] // Nature Communications. 2022. Vol. 13. 4300. https://doi.org/10.1038/s41467-022-31983-0
  4. Revised estimates of ocean-atmosphere CO2 flux are consistent with ocean carbon inventory / A. J. Watson [et al.] // Nature Communications. 2020. Vol. 11. 4422. https://doi.org/10.1038/s41467-020-18203-3
  5. Dynamics of air–sea CO2 fluxes in the northwestern European shelf based on voluntary observing ship and satellite observations / P. Marrec [et al.] // Biogeosciences. 2015. Vol. 12, iss. 18. P. 5371–5391. https://doi.org/10.5194/bg-12-5371-2015
  6. Biogeochemical consequences of ocean acidification and feedbacks to the earth system / M. N. Gehlen [et al.] // Ocean Acidification / J. P. Gattuso, L. Hansson (eds.). Oxford : Oxford University Press, 2011. Chapter 12. P. 230–248. https://doi.org/10.1093/oso/9780199591091.003.0017
  7. The variability of partial pressure of carbon dioxide (pCO2) in a river-influenced coastal upwelling system: A case of the Northeast Pacific Coast / C. I. Addey [et al.] // Journal of Geoscience and Environment Protection. 2021. Vol. 9, no. 7. P. 133–148. doi:10.4236/gep.2021.97009
  8. Park J. A re‐evaluation of the coherence between global‐average atmospheric CO2 and temperatures at interannual time scales // Geophysical Research Letters. 2009. Vol. 36, iss. 22. L22704. doi:10.1029/2009GL040975
  9. Evolution of carbon sinks in a changing climate / I. Y. Fung [et al.] // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2005. Vol. 102, iss. 32. P. 11201–11206. doi:10.1073/pnas.0504949102
  10. Borges A. V., Gypens N. Carbonate chemistry in the coastal zone responds more strongly to eutrophication than to ocean acidification // Limnology and Oceanography. 2010. Vol. 55, iss. 1. P. 346–353. https://doi.org/10.4319/lo.2010.55.1.0346
  11. Иванов В. А., Белокопытов В. Н. Океанография Черного моря. Севастополь, 2011. 212 с. EDN XPERZR.
  12. Ковалёва И. В., Суслин В. В. Интегральная первичная продукция в глубоководных районах Черного моря в 1998–2015 годах // Морской гидрофизический журнал. 2022. Т. 38, № 4. С. 432–445. EDN MYVMZX. doi:10.22449/0233-7584-2022-4-432-445
  13. Медведев Е. В., Моисеенко О. Г., Хоружий Д. С. Многолетние изменения карбонатной системы Черного моря с 1932 по 2010 гг. // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2013. Вып. 27. C. 318–321. EDN VBFSCR.
  14. Хоружий Д. С. Изменчивость потока СО2 на границе раздела вода – атмосфера в прибрежных водах Черного моря на разных масштабах времени в 2010–2014 гг. // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 5. С. 434–445. EDN YMQLZJ. doi:10.22449/0233-7584-2018-5-434-445
  15. Хоружий Д. С. Использование приборного комплекса AS-C3 для определения парциального давления углекислого газа и концентрации неорганического углерода в морской воде // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2010. Вып. 23. С. 260–272. EDN WLBMPX.
  16. Толокнов Ю. Н., Коровушкин А. И. Система сбора гидрометеорологической информации // Системы контроля окружающей среды. 2010. Вып. 13. С. 50–53.
  17. Garmashov A. Hydrometeorological monitoring on the stationary oceanographic platform in the Black sea // 20th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2020 : proceedings. Sofia, 2020. Book 3.1. P. 171–176. doi:10.5593/sgem2020/3.1/s12.023
  18. Wanninkhof R. Relationship between wind speed and gas exchange over the ocean revisited // Limnology and Oceanography: Methods. 2014. Vol. 12, iss. 6. P. 351–362. doi:10.4319/lom.2014.12.351
  19. Millero F. J. The Marine Inorganic Carbon Cycle // Chemical Reviews. 2007. Vol. 107, iss. 2. P. 308–341. doi:10.1021/cr0503557
  20. Controls on surface water carbonate chemistry along North American ocean margins / W.-J. Cai [et al.] // Nature Communications. 2020. Vol. 11. 2691. https://doi.org/10.1038/s41467-020-16530-z
  21. Демидов А. Б. Сезонная изменчивость и оценка годовых величин первичной продукции фитопланктона в Черном море // Океанология. 2008. Т. 48, № 5. С. 718–733. EDN JSJSHX.

Текст статьи

Русскоязычная версия (PDF)

Англоязычная версия (PDF)