Морская карбонатная система представляет собой сложный комплекс химических равновесий, происходящих между океаном и атмосферой, регулирует скорости биогеохимических
процессов в морской экосистеме. Основными ее характеристиками являются общая щелочность,
рН, равновесное парциальное давление углекислого газа (рСО2), гидрокарбонатный (НСО3
−)
и карбонатный (СО3
2−) ионы, растворенный диоксид углерода (CO2), а также степень насыщенности воды арагонитом и кальцитом [1].
В работе использованы данные российской арктической экспедиции на архипелаге Шпицберген (РАЭ-Ш), полученные в сентябре 2022 года в заливах Исфьорд и Грёнфьорд, где были
проведены океанологические и гидрохимические работы. В химико-аналитической лаборатории РАЭ-Ш (пос. Баренцбург) были обработаны пробы морской воды на основные параметры
карбонатной системы (рН и общая щелочность). Измерение рН проводилось с помощью лабораторного рН-метра Mettler Tolledo Seven Compact S220, калибровка осуществлялась по трем
точкам с использованием буферных растворов 4.01, 7.0, 9.21 Mettler Tolledo. Для расчетов параметров карбонатной системы использовалась "шкала морской воды"(мкмоль/кг-SW). Определение общей щелочности предусматривало титрование пробы раствором соляной кислоты с
одновременным пропусканием через титруемую пробу потока свободного от CO2 воздуха до
точки эквивалентности рН 5.5 [1]. Титриметрический анализ производился с помощью цифровой бюретки Biohit Biotrate 50 ml. Для определения поправочного коэффициента к концентрации раствора соляной кислоты использовался раствор натрия тетраборнокислого 10-водного с
молярной концентрацией 0,02 моль/дм3
согласно [2]. Равновесное парциальное давление углекислого газа, содержание гидрокарбонатного и карбонатного ионов, растворенного диоксида
углерода, а также степень насыщенности воды арагонитом и кальцитом были рассчитаны в
программе Program Developed for CO2 System calculations [3]. Определение потоков углекислого
газа в системе океан-атмосфера производились с использованием кубической параметризации
Ваннинкова [4]. Для расчета использовались данные о концентрации диоксида углерода, измеренные на анализаторе монооксида и диоксида углерода CO12M от компании Environnement
S.A., скорости ветра в поверхностном слое атмосферы (до 2 метров) измеренные на метеорологическом комплексе Campbell scientific.
Поверхностное распределение общей щелочности в исследуемых заливах находится в пределах 1436-2099 мкмоль/дм3 и заметно отличается от значений для открытых океанов и морей, (2000-2500 мкмоль/дм3
). Так, в заливе Исфьорд общая щелочность находиться в пределах
1540-1711 мкмоль/дм3
, в заливе Грёнфьорд - 1436-2099 мкмоль/дм3
. Данное изменение величины щелочности можно объяснить влиянием терригенного стока речных долин и ледникового стока, что обеспечивает динамическое смешение морских и поверхностных вод. Величина рН в исследуемых заливах менялась от 7,7 - 8,12. Для залива Исфьорд характерно среднее
значение рН 7,97, для залива Грёнфьорд характерно 8,02. Парциальное давление углекислого
газа в воде варьировалось от 219 до 693 ppm. Распределение величин параметров карбонатной
системы характеризуется незначительными изменениями. В заливе Грёнфьорд продукты диссоциации угольной кислоты в виде гидрокарбонатного иона (НСО3
− ) и карбонатного иона
СО3
2− в среднем составляют 1667 мкмоль/дм3 (НСО3
−) и 83,5 мкмоль/дм3
(СО3
2−). В заливе Исфьорд средние значения составляют 1472 мкмоль/дм3
(НСО3
−) и 68 мкмоль/дм3
(СО3
−). Поверхностный слой морской воды достаточно насыщен арагонитом (арагонит больше 1),
такая среда благоприятно способствует образованию карбоната кальция (СаСО3), раковин и
скелетов. Степень насыщения морских вод арагонитом составляет от 1,04 (Исфьорд) и 1,27
(Грёнфьорд). Рассчитанные концентрации растворенного СО2 варьируются от 11,5 мкмоль/дм3
до 36 мкмоль/дм3
. Направление потока СО2 между океаном и атмосферой зависит от разницы
между парциальным давлением СО2 в воздухе и в воде. В случае, если парциальное давление
(р СО2) в воздухе выше, то будет происходить инвазия СО2, если р СО2 воздуха ниже, то будет
происходить эвазия СО2 [5]. Расчет потока СО2 на границе раздела вода-атмосфера показал
распределение отрицательных значений в заливах Исфьорд (-0,4 ммолях/м2 *сут) и Грёнфьорд
(-2,9 ммолях/м2 *сут). Данные величины характеризуют процесс инвазии СО2. Морские воды
архипелага характеризуются достаточно равномерным распределением параметров карбонатной системы в поверхностном слое. Залив Грёнфьорд несколько отличается от залива Исфьорд
тем, что он находится под более значительным влиянием речного и ледникового стока, что можно видеть по распределению концентраций общей щелочности, гидрокарбонатов. Поверхностные воды архипелага отмечаются достаточным насыщением арагонитом. Данный показатель
является важным для оценки морской экосистемы в условиях асидификации, так как арагонит
выступает в роли строительного материала для большого числа морских организмов: кораллов,
моллюсков. В исследуемых заливах зафиксирована инвазия углекислого газа в поверхностные
воды.