Для установления характера гипоксии в 2008 году были продолжены сезонные гидрохимические исследования Амурского залива. В них проводились измерения следующих параметров: солености, рН, общей щелочности, концентрации кислорода, главных биогенных элементов (силикаты, фосфаты, нитраты, нитриты, аммоний), гумусового вещества, хлорофилла а. На каждой станции, с помощью зонда RBR XR-620, проводилось вертикальное зондирование водной толщи, используя датчики температуры, электропроводности, флуоресценции хлорофилла и мутности. Во все сезоны, за исключением зимнего, на каждой станции определялась прозрачность воды с помощью диска Секки. На основании данных измерений рН и щелочности рассчитывалась концентрация растворенного неорганического углерода – DIC, парциального давления углекислого газа – pCO2 и рНinsitu. Используемый набор гидрохимических параметров позволил объяснить механизм формирования и разрушения гипоксии в исследуемом районе.

Содержание кислорода в придонном слое залива изменяется в широких пределах в зависимости от сезона (рис. 2).

Рисунок 2 - Сезонное распределение кислорода (мкМ) в придонном слое воды Амурского залива в 2008 году. a – зима, б – весна, в – лето, г – осень. Красным цветом закрашена область, где концентрация растворенного углерода меньше “пороговой” величины (76 мкМ)

Максимальная концентрация наблюдаются в зимний сезон, когда она может превышать значение 500 мкМ. При этом в отдельных местах с пониженной соленостью вод (устьях рек Раздольной и Шмидтовки, в районе Второй Речки) обнаруживаются весьма низкие, в сравнении с окружающими водами, концентрации кислорода (130-300 мкМ). Именно для этих локальных мест наблюдаются экстремально высокие содержания фосфатов, аммония, силикатов, NDIC=DIC*35/S (рис. 3 – 6).

Рисунок 3 - Сезонное распределение растворенного неорганического фосфора (мкМ) в придонном слое воды Амурского залива в 2008 году. a – зима, б – весна, в – лето, г – осень. Красным цветом закрашена область, где концентрация фосфатов больше “пороговых” величин, приведенных в Таблице 2

Рисунок 4 - Сезонное распределение растворенного неорганического азота (мкМ) в придонном слое воды Амурского залива в 2008 году. a – зима, б – весна, в – лето, г – осень. Красным цветом закрашена область, где концентрация растворенного неорганического азота больше “пороговых” величин, приведенных в Таблице 2

Рисунок 5 - Сезонное распределение растворенного кремния (мкМ) в придонном слое воды Амурского залива в 2008 году. a – зима, б – весна, в – лето, г – осень. Красным цветом закрашена область, где концентрация силикатов больше “пороговых” величин, приведенных в Таблице 2

Рисунок 6 - Сезонное распределение нормализованного неорганического углерода (моль/кг) в придонном слое воды Амурского залива в 2008 году. a – зима, б – весна, в – лето, г – осень

Минимальное содержание кислорода наблюдалось в придонных водах в августе и составляло около 18 мкМ (около 7% от насыщения). Столь низкие концентрации кислорода в литературе квалифицируются как гипоксия. Существенно, что для летнего сезона пространственное расположение областей аномального содержания фосфатов, аммония, силикатов, NDIC и кислорода в придонном горизонте практически совпадает. Этот факт свидетельствует о том, что формирование гипоксии и обогащение придонных вод биогенными элементами, неорганическим углеродом происходят вследствие протекания одних и тех же процессов. Сезонная изменчивость пространственного распределения нитратов (рис. 7) отличается от распределения других биогенных элементов, в частности фосфатов (ср. рис. 7 и 3).

Рисунок 7 - Сезонное распределение нитратов (мкМ) в придонном слое воды Амурского залива в 2008 году. a – зима, б – весна, в – лето, г – осень

Главная причина образования гипоксии – микробиологическое окисление диатомий, осевших из фотического слоя на дно залива. Основанием для этого вывода служит тот факт, что расположение минимумов концентраций кислорода в придонном слое воды практически совпадает с расположением максимумов концентраций биогенных элементов (фосфатов, аммония, силикатов) и неорганического углерода (рис. 2 - 6). Окисление происходит на границе раздела вода/дно. Гипоксия возникает там, где глубина бассейна больше глубины фотического слоя. Из вертикального распределения условной плотности и хлорофилла (рис. 8), следует, что нижняя граница фотического слоя соответствует глубинам 10-15 м.

Рисунок 8 - Вертикальные профили условной плотности (а) и концентрации хлорофилла а (б) для станций расположенных в области гипоксии западнее по-ва Шкота. Февраль – 1, май – 2, август – 3, октябрь – 4.

Совокупность приведенных выше фактов позволяет представить процесс формирования гипоксии следующим образом. В приповерхностных слоях создается “избыточная” биомасса фитопланктона, т.е. такая биомасса, которая не успевает утилизироваться зоопланктоном. “Избыточный” фитопланктон образует флоккулы и быстро оседает на дно, где подвергается микробиологическому разложению с потреблением кислорода и выделением силикатов, фосфатов, ионов аммония и углекислого газа. Это проявляется в виде аномалий повышенного содержания этих элементов в придонном слое воды.

Осенью в октябре месяце, в районе летней гипоксии содержание кислорода возрастает (рис. 2г), что указывает на процесс разрушения гипоксии. Анализ распределения гидрологических и гидрохимических характеристик в осенний период свидетельствует о том, что основной причиной разрушения гипоксии является заток в Амурский залив холодных, кислородосодержащих вод (рис. 2 г-7 г), появляющихся на шельфе залива Петра Великого в результате развивающегося в этот период Приморского апвеллинга [9]. Возникновение в осенний период ветрового и конвективного перемешивания не только способствует разрушению гипоксии, но и поставляет из придонного горизонта в фотический слой Амурского залива биогенные элементы, которые используются для создания новой продукции органического вещества. В результате этих процессов гидрохимические аномалии в придонном слое в области гипоксии исчезают, а содержание кислорода в зимний сезон достигает 550 мкМ.
Основной вопрос в возникновении гипоксии заключается в том, за счет чего создается ”избыточная” биомасса фитопланктона. Общепринятым ответом является – эвтрофикация вод залива.