2.2.2. Гидрохимия устьевой области Оби

Химический состав вод Обской и Тазовской губ в значительной степени определяется химическим составом вод их притоков [Иванова, 2008]. Только в северной части Обской губы на состав вод заметное влияние оказывает Карское море. Преобладающие в бассейне Оби торфянистоглеевые, суглинистые и торфяноболотного типа почвы способствуют формированию поверхностных вод малой минерализации, гидрокарбонатного класса со значительным содержанием органических веществ.

Воды Тазовской губы имеют меньшую минерализацию, чем пресные воды Обской губы, что связано с меньшей минерализацией вод основных притоков Тазовской губы – рек Пур и Таз, водосборы которых почти целиком находятся в зоне вечной мерзлоты и избыточного увлажнения на бедных растворимыми солями оглееных почвах тундры и лесотундры.
В южной и средней частях Обской губы общая минерализация колеблется в летний период в пределах 78–138 мг/л, в среднем равняясь 101,7 мг/л, в Тазовской губе – от 41 до 98 мг/л, при средней величине 59,6 мг/л. В районе слияния губ происходит взаимное влияние вод на общий уровень их минерализации. В периоды, когда преобладает сток из Тазовской губы, минерализация в указанном районе Обской губы существенно понижается и становится ниже, чем в южной и северной ее частях. В периоды нагонных явлений, наоборот, возрастает минерализация вод в северной части Тазовской губы. Однако наиболее заметное влияние на динамику минерализации пресных вод оказывают течения со стороны Карского моря. В результате притока морских вод минерализация в северной части Обской губы возрастает до 242–11998 мг/л, в среднем − до 7335,3 мг/л [Четверова, Потапова, 2008].

На сезонную динамику минерализации эстуарных вод существенное влияние, кроме морских вод, оказывает гидрологический режим Оби и ее притоков. Общей закономерностью является увеличение минерализации со снижением объемов речного стока и возрастанием доли грунтового питания рек. Максимум минерализации приходится на зимние месяцы. Например, в южной части Обской губы в зимнее время общая сумма ионов может достигать значений, превышающих 200 мг/л.
Как уже было сказано, в ионном составе пресных вод ОбьТазовской области преобладают гидрокарбонаты. Их содержание в период открытой воды в Обской губе варьирует от 48 до 92 мг/л, в Тазовской губе – от 24 до 61 мг/л. При этом концентрация ионов кальция изменяется соответственно от 6 до 20 мг/л и от 2 до 13 мг/л, сульфатов – от 3 до 14 мг/л и от 2 до 9 мг/л, хлоридов – от 4 до 14 мг/л и от 3 до 9 мг/л, натрия и калия – от 2 до 17 мг/л и от 1 до 12 мг/л, магния – от 2 до 9 мг/л и от 1 до 5 мг/л.
В северной части Обской губы под воздействием морских вод происходит не только увеличение общей минерализации вод, но и смена доминирующего комплекса ионов – преобладающая роль речных гидрокарбонатнокальциевых ионов замещается морскими хлориднонатриевыми ионами. Этот процесс наблюдается в диапазоне солености от 0,5 до 1,5 ‰. Концентрация хлоридов в летнее время достигает 6543 мг/л, сумма натрия и калия – 4245 мг/л, магния – 346 мг/л, кальция – 130 мг/л, гидрокарбонатов – 122 мг/л.
С увеличением минерализации возрастает и жесткость воды. В пресноводной зоне Обской губы вода характеризуется как мягкая и очень мягкая – ее жесткость варьирует от 0,4 до 1,6 мгэкв./л, в северной части губы этот показатель может достигать 35 мгэкв./л. В Тазовской губе вода мягкая, ее жесткость изменяется от 0,2 до 0,9 мгэкв./л. В подледный период эти значения возрастают на 30–50 %.
Таким образом, воды южной и средней частей Обской губы и воды Тазовской губы являются маломинерализованными, гидрокарбонатного класса, кальциевой группы, мягкие. В северной части Обской губы пресная вода сменяется морской с соответствующими изменениями в ионном составе. Под влиянием вод Карского моря вода в губе становится высокоминерализованной, хлориднонатриевого класса, жесткой. Отсюда следует, что условия обитания гидробионтов в районе смешения пресных и морских вод по фактору минерализации весьма нестабильны [Четверова, Потапова, 2008].
Взаимодействие пресных и соленых вод разделяет воды Обской губы не только по солевому составу, но и характеру распределения органических веществ. Большая часть содержащейся в речной воде органики осаждается в барьерной зоне «маргинального фильтра», что стимулирует исключительное развитие здесь бактерий и последующих, связанных с ними звеньев биоценоза. В результате из воды удаляется не только органика, но и происходит осаждение металлов и взвешенных веществ. Установлено, что процессы седиментации усиливаются при солености в поверхностном горизонте вод 1,3–4,8 ‰ и придонном слое 11,4–20 ‰. Поскольку участок смешивания соленой и пресной воды является непостоянным и зависит от характера течений, то эта высокопродуктивная зона может формироваться на сравнительно больших площадях, обеспечивая благоприятные условия для развития тех видов гидробионтов, которые приспособлены к обитанию в лабильной по минерализации и ионному составу среде.
Следует отметить, что, помимо положительного влияния, смешение пресных и морских вод может оказывать и существенное отрицательное воздействие на экосистему устьевой области, поскольку указанная зона является аккумулятором многих химических ингредиентов, токсичных для гидробионтов и загрязняющих их среду обитания. Иными словами, в определенных условиях биологически активные зоны эстуариев могут становиться источником вторичного загрязнения акватории водоема. Следует не забывать, что в Обской губе зона смешения пресных и морских вод является местом нагула и зимовки таких ценных промысловых видов рыб, как ряпушка, муксун, омуль, нельма и корюшка.
Как уже было сказано, воды рек приносят в Обскую и Тазовскую губы большое количество биогенов и органических веществ гумусового происхождения, в том числе гуминовые и фульвокислоты. Это обстоятельство способствует увеличению цветности воды, высокой окисляемости и повышению концентрации ионов водорода (судя по снижению величин рН). Вместе с болотными и грунтовыми водами в эстуарии поступает и большое количество гидрокарбоната закисного железа, которое, наряду с органикой, способствует в подледный период быстрому расходу растворенного в воде кислорода, вызывая заморные явления.
Наиболее существенное снижение величины рН отмечается в водах Тазовской губы, где водородный показатель даже в летние месяцы достигает в среднем 6,7, варьируя в пределах 6,0–7,1. В пресноводной части Обской губы значения рН изменяются от 6,7 до 7,4 (в среднем составляя 7,2), в северной части – от 6,9 до 8,1 (в среднем – 7,4). Только в северной части губы активная реакция среды может сдвигаться в щелочную сторону за счет влияния вод Карского моря.
Содержание в воде Обской и Тазовской губ органических веществ высокое и снижается с юга на север. В Обской губе наиболее отчетливо этот процесс проявляется, начиная от створа бухты Новый Порт, а в Тазовской губе – от мыса Поворотный. Значения перманганатной окисляемости здесь становятся ниже на 30–50 %. Так, в южной части Обской губы окисляемость варьирует от 5,2 до 16,0 мгО2/л (в среднем 9,8 мгО2/л), а в средней части – от 1,7 до 9,6 мгО2/л (в среднем 5,37 мгО2/л). По указанным выше причинам в северном районе губы этот показатель вновь возрастает до 12,8–37,0 мгО2/л (в средняя 22,0 мгО2/л). В Тазовской губе перманганатная окисляемость изменяется в пределах от 2,6 до 13,6 мгО2/л. В южной части губы эта величина составляет 12,6 мгО2/л, в средней – 9,13 мгО2/л, в северной – 8,00 мгО2/л. Таким образом, воды Тазовской губы, по сравнению с пресноводной частью Обской губы, отличаются более высокой концентрацией легко окисляемой органики [Четверова, Потапова, 2008].
С концентрацией в водах Обской и Тазовской губ органических соединений тесно связано содержание биогенов, из которых особая роль в жизни гидробионтов принадлежит соединениям азота, фосфора и кремния. Известно, что концентрация биогенов находится в прямой зависимости от количества поступаемой в водоемы органики и скорости ее деструкции в результате биохимических и биологических процессов. В ОбьТазовской устьевой области закономерным является снижение в воде содержания биогенов с юга на север и от зимы к лету, что прежде всего связано с сезонной динамикой температурного режима и степенью развития фитопланктона. С начала весны и до глубокой осени – в период вегетации водорослей − биогены вовлекаются в процесс фотосинтеза и их концентрация в воде снижается. К концу зимы, по мере отмирания фитопланктона, деструкции органики микроорганизмами и превалирования химических процессов восстановительного характера, содержание биогенов вновь возрастает до максимальных значений.
Из неорганических форм азота в водах Обской и Тазовской губ содержатся аммонийные, нитритные и нитратные ионы. Концентрация ионов аммония в период открытой воды в Обской губе варьирует в пределах 0,07–0,63 мг/л. В южной части губы концентрация аммония составляет в среднем 0,41 мг/л, в средней части – 0,23 мг/л, в северной части – 0,36 мг/л. В водах Тазовской губы аммонийный азот содержится в более низких концентрациях – 0,12–0,35 мг/л, в среднем 0,25 мг/л. Это связано с более активным развитием в Тазовской губе, как более теплой и мелководной, фитопланктона.
Содержание нитратов в водах Обской губы варьирует в летнее время в пределах 0,01–0,19 мг/л, в водах Тазовской губы – 0,01–0,16 мг/л. С юга на север содержание нитратов в Обской губе снижается в последовательности: 0,062, 0,054 и 0,040 мг/л, в Тазовской губе – 0,085, 0,050 и 0,040 мг/л.
Содержание фосфатов в южной части Обской губы в период открытой воды варьирует в пределах 0,07–0,33 мг/л, в среднем составляя 0,159 мг/л, в средней части губы – 0,07–0,23 мг/л (0,138 мг/л), в северной части губы – 0,05–0,23 мг/л (0,148 мг/л). В Тазовской губе, несмотря на отмеченное выше более высокое развитие водорослей, концентрация фосфатов выше, чем в Обской, варьируя от 0,12 до 0,40 мг/л, при средней величине – 0,214 мг/л.
Содержание кремния в южной части Обской губы изменяется в пределах от 0,8 до 4,7 мг/л (в среднем 3,25 мг/л), в средней части губы – от 0,1 до 5,0 мг/л (2,14 мг/л), в северной части губы – от 2,0 до 4,2 мг/л (3,20 мг/л). В пределах Тазовской губы содержание кремния варьирует от 0,1 до 5,0 мг/л. В южной части этой губы средняя концентрация кремния составляет 2,55 мг/л, в средней части – 1,40 мг/л, в северной части − 0,90 мг/л.
В водах Обской и Тазовской губ содержится сравнительно много железа, что характерно для водоемов бассейна р. Обь в целом. В Обской губе в период открытой воды содержание железа варьирует от 0,02 до 1,88 мг/л. Наиболее высокие значения отмечаются в южной части губы – 0,15–1,88 мг/л (в среднем 0,554 мг/л). При продвижении к северу концентрация этого элемента заметно снижается. В средней части губы она составляет 0,05–0,78 мг/л (в среднем 0,214 мг/л), в северной части – 0,02–0,08 мг/л (в среднем 0,048 мг/л). В Тазовской губе концентрация железа общего близка к уровню в водах Обской губы и изменяется от 0,08 до 1,87 мг/л при средней величине 0,660 мг/л.
Важнейшим химическим элементом для жизни гидробионтов является кислород. Воды Обской и Тазовской губ даже в период открытой воды имеют сравнительно невысокие концентрации этого элемента, что связано с активным поглощением кислорода донной взвесью (особенно во время волнений), богатой органическими веществами и биогенами. Особенно активно это происходит во время ветровых волнений, когда донные отложения оказываются в толще воды. Концентрация кислорода в воде Обской губы в летние месяцы при температуре воды 3–15 °С колеблется в пределах 7,2– 11,2 мг/л (64–88 % нормального насыщения). При сравнительно малых глубинах эстуариев и значительном перемешивании водных масс содержание кислорода у дна лишь на доли миллиграмма ниже, чем у поверхности. Осеннее похолодание воды приводит к увеличению в ней содержания растворенного кислорода. При температуре воды в поверхностном слое 1–8 °С и у дна 3–8 °С концентрация кислорода возрастает до 10,4–13,5 мг/л (89–96 % насыщения). С наступлением ледостава и прекращением поступления кислорода из атмосферы происходит постепенное снижение его концентрации в воде. В этот период низкое содержание кислорода имеют и воды, приносимые в эстуарии реками. Доминирующая роль речного стока в данном процессе определяет направленность развития заморных явлений в эстуариях с юга на север. Наиболее существенное снижение кислорода в южной части Тазовской губы (до 30–50 % насыщения) происходит уже в конце ноября – начале декабря, а в южной части Обской губы – в конце декабря. Более раннее наступление замора в Тазовской губе, чем в Обской, связано с особенностями его развития в бассейне р. Пур.
В январемарте вся южная часть Тазовской губы и значительный район южного участка Обской губы находятся под влиянием замора. В Обской губе замор распространяется с юга на север вдоль восточного берега, в Тазовской губе он более выражен у западного берега. Знание направления развития замора успешно используется местным населением при промысле рыбы: в Обской губе основной лов в это время ведется у западного, а в Тазовской губе – у восточного берега.
К концу мая – началу июня заморная зона достигает своих максимальных размеров, охватывая практически всю южную часть Обской губы и большую часть Тазовской губы, за исключением незначительной северной ее акватории. Граница заморного фронта в Обской губе проходит по диагонали от мыса Сетного (западный берег) к мысу Парусный (восточный берег), а в Тазовской губе – от мыса Поворотный до устьевого участка р. АнтиПаюта. В Тазовской губе замор достигает своих северных рубежей раньше, чем в Обской: до мыса Поворотный в районе фарватера заморные воды доходят уже в марте.
Таким образом, общая протяженность распространения замора в бассейне Оби – от устья р. Кеть до мыса Парусного в Обской губе – составляет около 2х тыс. км, а площадь заморной зоны, включая заморную зону рек Пур и Таз, – 1,3 млн км2. Скорость продвижения замора, его интенсивность и в итоге область распространения различаются по годам и зависят от ряда метеорологических и гидрологических факторов. Многолетние наблюдения в районе пос. Новый Порт позволили ранжировать замор по степени его интенсивности на пять уровней – от очень сильного до очень слабого. Периодичность возникновения сильных заморов – один раз в 25–30 лет, слабых заморов – один раз в 10–15 лет. В Тазовской губе выделено три района: участок устойчивых заморных явлений (до створа залив ЯптоСалеПаюта – р. Хальмеряха), участок неустойчивого замора (до створа мыс Поворотный – р. Антипаюта), незаморный участок – далее к Обской губе. В незаморной зоне Обской и Тазовской губ концентрация кислорода составляет 72–94 % нормального насыщения. На этом участке сдерживающую роль в развитии замора вглубь эстуариев играет поступление насыщенной кислородом воды малых рек, что особенно прослеживается по различным заливам и бухтам, куда эти реки впадают и где влияние притока вод Оби, Пура и Таза менее выражено.
Весеннее освежение вод в Обской губе обычно начинается в конце мая – начале июня и происходит в течение 7–15 суток. Кислород поступает в заморную зону с водами половодья путем инвазии через разрыхленный весенним солнцем лед и непосредственно из атмосферы в районе заберегов. Определяющую роль в этом процессе играет речной сток. Разрушение заморной зоны в Тазовской губе наступает на 10–14 дней позже, чем в Обской губе, что связано прежде всего с более поздним вскрытием ее основных притоков [Кузнецов и др., 2011].
Установлено, что заморные воды в Обской губе не просто разбавляются весенними водами Оби, а вытесняются достаточно компактной массой, образуя продвигающийся на север гидрофронт. Соединившись в середине июня с заморными водами Тазовской губы, в конце июня масса «заморных» вод продолжает движение к устью Обской губы, постепенно смешиваясь с морскими водами. Схема вытеснения заморных вод из Обской губы привелена на рис. 12.
Рассмотренные выше особенности гидрологического и гидрохимического режима Обской и Тазовской губ оказывают существенное влияние на жизнь обитателей этих эстуариев, обусловливая как качественный состав гидробионтов, так и уровни их численности и биомассы в разные сезоны года и разные годы. В частности, рыбы, оказавшись в пределах того или иного заморного участка, стремятся выйти за его пределы [Экология рыб…, 2006]. В большинстве случаев это им удается, однако не всегда. В годы острого проявления дефицита растворенного кислорода наблюдается массовая гибель рыб, как, например, это имело место весной 2007 г. Интересно, что отложенная в пределах заморной зоны икра сиговых рыб весной не погибает, по крайней мере, в массе. Причины этого усматривают [Кузнецов и др., 2008] в наличии в заморной зоне локальных участков с повышенным содержанием кислорода и повышенной устойчивости эмбрионов рыб к дефициту этого элемента.