Гидролого-гидрохимическая характеристика вод шельфа и лиманов Одесской области
Площадь Черного моря составляет 413,5 км2, средняя глубина — 1271 м, объем воды — около 540 тыс. км3, длина береговой линии — 4100 км. Северо-западная часть Черного моря, от устья Дуная до мыса Тарханкут, мелководна. Она образовалась в голоцене в результате затопления южной части Причерноморской низменности, т. е. является шельфом. Черное море оказывает заметное влияние на природу, являясь регулятором температур и фактором развития береговой циркуляции атмосферы. Благодаря огромному объему сравнительно теплой воды (в открытой части зимой температура не ниже +6°) над морем формируется область пониженного давления. Ее взаимодействие с «осью Воейкова» во многом обусловливает циркуляцию воздуха над территорией области, особенно в холодную половину года.
Континент, в свою очередь, влияет на природу прилегающей части моря (температура воды, режим волнений и течений). От поверхностного и подземного стоков во многом зависят гидролого-гидрохимические свойства морских прибрежных вод. Сток терригенных частиц и абразионный снос определяют состав донных отложений.
Площадь шельфа, примыкающая к берегам Одесской области, составляет около 40 тыс. км2. Гидролого-гидрохимические особенности его вод определяются ветровым и температурным режимами атмосферы, конфигурацией береговой линии, рельефом дна моря, стоком поверхностных вод, водообменом с глубоководной частью Черного моря. В лиманах эти особенности определяются поверхностным стоком, степенью сообщения с морем, рельефом дна и климатическими условиями.
Море. Средняя глубина шельфа составляет около 50 м, с колебаниями от 0 до 180 м. Поверхность шельфа выровнена (амплитуда расчлененности до 25 м) и слабо наклонена в сторону глубоководной впадины моря. Положительные формы рельефа представлены в основном банками (Одесская, Днестровская, Шаганская и др). Банки в генетическом отношении являются древними прибрежно-морскими аккумулятивными формами, речными прирусловыми валами и остатками водоразделов. Отрицательные формы — желоба (Днестровский, Одесский, Сасыкский) представляют собой древние долины рек, частично заполненные лиманными и морскими донными отложениями.
Динамика вод обусловлена режимом волнений, течений и колебаниями морского уровня. Поскольку на Черном море практически отсутствуют приливы и отливы (их максимальная величина не превышает 8 см), то его динамические показатели тесно связаны с ветровым режимом и со стоком Дунайских, Днепровских и Днестровских вод.
Ветровое поле обусловливает перенос основного количества ветровой энергии с северо-востока и востока на юго-запад и запад (соотношение — 6:4). В том же направлении распространяется большее число волн и течения. На Одесском побережье по величине и повторяемости преобладают сгоны над нагонами.
Над морем обычны градации ветров 1—4 м/с (повторяемость — 43—54%). Максимальными являются ветры со скоростями 20—26 м/с (изредка до 33—40 м/с), повторяемость которых колеблется от 0,04 до 3,80%. Штили составляют 2—8%, в среднем за многолетний период — около 5%.
Волны прибрежных акваторий по происхождению в основном ветровые (80—89%). Это дает возможность делать расчеты волн и их энергии по ветровым характеристикам. Максимальной из наблюдавшихся была высота волны 4,1 м при длине 95 м. Среднегодовое число штормов с высотой волны более 1,25 м колеблется от 15 до 60 (1945—1972).
Наиболее часты волны высотой до 0,5 м (35—45%), а волны градации 0,5—1,0 м составляют около 25—35%. Сильные штормовые волны высотой более 2 м в среднем повторяются в течение 2—5% годового времени. Штормы обычно приходят с востока, юго-востока и северо-востока в 1,2—3,3 раза чаще, чем от других морских румбов. Трансформация волн на мелководье происходит плавно. В некоторых случаях волновое воздействие на берега блокируется отмелями банок.
Мелководность шельфа обусловливает волновое перемешивание толщи воды до глубин 50—60 м, что способствует их обогащению кислородом, азотом и водородом.
Течения у берегов двух типов: дрейфовые открытого моря и прибрежно-морские в береговой зоне. Дрейфовые являются частью кругового течения западной части Черного моря, которое направлено против часовой стрелки с востока на запад. Их режим во многом зависит от ветровых ситуаций, повторяемость колеблется от 60 до 90%, скорости достигают 0,1—0,4 м/с. Вблизи устьев рек они усиливаются обычно на 0,08—0,1 м/с. В Одесском заливе и в Жебриянской бухте отмечаются локальные циркуляции вод, повторяемость которых 60—65%. Во время южных, юго-западных и западных ветров скорости течений открытого моря замедляются, а сильные ветры (более 15 м/с) могут изменить их направление на противоположное. Прибрежно-морские течения возникают под влиянием ветров, волн и сгонно-нагонных явлений. Преобладают энергетический и градиентный их виды. Максимальные скорости отмечены во время сильных штормов на глубине 0—3 м (2—2,5 м/с). На глубине 3—5 м скорость падает до 0,8—1,2 м/с, а на глубине 5—10 м — до 0,3—0,9 м/с.
Колебания уровня происходят в пределах от +0,66 м до —2,23 м. Средний многолетний уровень обеспеченностью 50% составляет —0,33 м. Среднемесячные амплитуды достигают 1,0— 1,2 м (в январе—феврале), а в июле — 0,4—0,5 м.
Море у берегов замерзает не ежегодно. Ледовый режим определяется суровостью зим. Первый лед может появиться не ранее 16 ноября и не позже 21 февраля. Около берега в суровые зимы число дней с 10-балльным льдом достигает 27—98, в умеренные — 5—77, а в мягкие — 2—4. Среднее многолетнее число дней со сплошным льдом равно 53. Наибольшая толщина льда в районе Одесского залива достигает 70—90 см, а при торошении — от 1—2 до 3—4 м. В суровые зимы кромка сплошного льда находится на расстоянии до 20—30 км от берега, а плавучего — еще на 10—15 км дальше. При ветрах отмечается дрейф льда со скоростью 2,5—3,0 узла.
Над шельфом выделяются три типа водных масс: речная, поверхностная морская и донная морская. Речная вода обнаруживается на акваториях, примыкающих к устьевым областям Дуная, Днестра, Южного Буга и Днепра. Она обогащена питательными минеральными и органическими соединениями, особенно фосфором, азотом и кислородом. Соленость не превышает 6—7‰, цвет — желтовато-коричневый, прозрачность колеблется от 0,1 до 1,3 м. Максимальная температура летом 25—27°, зимой — минус 0,4. В этих водах хорошо развиваются морская трава, водоросли, фито- и зоопланктон. Здесь сосредоточены нерестилища рыб, места откорма молоди и личинок. Поверхностная морская вода образуется на остальной части акватории шельфа в теплый период года слоем в 20—30 м. Летом ее температура колеблется от 12 до 26°, соленость — от 10 до 18,5‰. Прозрачность меняется от 3 до 24 м, цвет — от желто-зеленого до сине-зеленого. В этом типе вод находится основное место скопления промысловых рыб. Донная вода располагается от 20—30 м до поверхности дна. Лучше всего ее признаки заметны летом, когда замедляется ветровое и волновое перемешивание вод. Осенью, с началом активизации перемешивания, различия между поверхностной и донной водой сглаживаются. Средняя соленость донной воды 19,5‰, температура меняется от 0,2 зимой до 13,5° осенью. Донная вода формируется в основном юго-восточнее о-ва Змеиного. На этом участке температура поверхностной воды зимой не опускается ниже 2,5°.
Лиманы. В пределах области насчитывается 15 лиманов, занимающих низовья бывших речных долин и вытянутых в основном с севера на юг. Морфологические характеристики основных лиманов показаны в табл. 7. Окончательное формирование лиманов произошло в результате голоценовой трансгрессии вод Черноморского бассейна в речные долины и последующего отчленения образовавшихся морских заливов от основной акватории аккумулятивными образованиями — косами и пересыпями. Физико-химические свойства лиманных вод, а также другие характеристики их природных свойств зависят от степени сообщаемости лиманов с морем (замкнутые, разомкнутые или эпизодически сообщающиеся с морем), от величины стока в них речных вод и количества приносимых ими твердых наносов. Все лиманы мелководны, что способствует активному перемешиванию вод. В них концентрируются терригенные и органогенные взвеси, что влияет на прозрачность воды, цвет, проникновение света в ее толщу.
Замкнутость лиманов, непостоянство речного стока, малое количество атмосферных осадков и высокая испаряемость приводят к сезонным колебаниям уровня (в целом более низким, чем в море), концентрации солей в лиманных водах, активному накоплению донных отложений. В разомкнутом Днестровском лимане, в связи с впадением в него крупной реки Днестр, вода опреснена, а его уровень обычно выше морского. Динамика уровня и соленость воды имеет важное значение для бальнеологии, рыбного хозяйства, обоснования гидротехнического строительства, эксплуатации судоходных каналов и пр.
Из замкнутых лиманов лучше всех изучен Куяльницкий. Наблюдения за уровнем этого лимана, ведущиеся с 1860 г., показали, что в многолетнем ходе годовых уровней отмечается цикличность в чередовании подъемов и спадов в относительно устойчивом интервале экстремальных среднегодовых уровней. За этот период на долю многоводных лет приходится примерно 34%. Длительные периоды спада уровня (10—20 лет) проходят на фоне менее продолжительных периодов подъема (1—6 лет). Можно выделить два наиболее характерных цикла уровенного режима Куяльницкого лимана — маловодный (1860—1929) и многоводный (1930—1952).
Диапазон годовых колебаний уровня Куяльницкого лимана за весь срок наблюдений составляет 6,57 м. При этом наивысший уровень —1,30 м пришелся на 1942 г., а наинизший —7,87 м на 1867 г. Следует подчеркнуть, что высота поверхности воды в лимане никогда не превышает уровень моря. В настоящее время, после очередного минимума 1962 г., уровень лимана поднимается. Периодам повышения уровня Куяльницкого лимана соответствуют периоды понижения солености лиманных вод и наоборот. Так, минимальная соленость (29‰) пришлась на время максимального уровня (начало 40-х гг. XX в.), а максимальная (269‰) — на начало 20-х гг., когда уровень был одним из самых низких. Соленость в других замкнутых лиманах также значительно выше чем в море и колеблется: в Хаджибейском — от 20 до 120‰, в Придунайских приморских — от 20 до 200‰.
В лиманах эпизодически сообщающихся с морем повышается зависимость гидролого-гидрохимического режима от влияния моря. Например, в лимане Сасык амплитуда колебания уровня составляет 168 см (от +70 см до —98 см). Наивысшая соленость 19—20‰ отмечается при отчленении его от моря, когда уровни минимальны. Минимальная соленость — около 2—37‰ — отмечена в периоды интенсивного стока вешних вод рек Когильник и Сарата, а также соединения с морем через прорвы. Этими же причинами обусловлены и внутригодовые колебания солености. Аналогичны колебания гидролого-гидрохимических характеристик в лиманах Бурнас, Шаганы, Алибей.
Наиболее типичным открытым лиманом в пределах области является Днестровский. Здесь гидролого-гидрохимический режим вод определяется сложным взаимодействием стока Днестра (70%) и проникновением в лиман морских вод (30%). В соответствии с влиянием тех или иных вод акватория лимана делится на четыре части: предпроливная и южная осолоненные (9,0‰), средняя переходная (0,03—5‰) и северная опресненная (0,02— 1,2‰). От Цареградского пролива, соединяющего море с Днестровским лиманом, до порта Белгород-Днестровский прорыт канал глубиной 1,8—2,0 м. В канале, особенно во время нагонов с моря, соленость может повышаться до 17‰. Разница между годовыми уровнями лимана и моря в среднем не превышает ±5 см. Постоянная связь с морем способствует незначительности максимальных отклонений уровней от средних величин (—25 см в 1921 г. и +18 см в 1966 г.). В отличие от замкнутых лиманов в разомкнутых ярко выражена циркуляция вод, обусловленная стоком рек, проникновением морских вод и сгонно-нагонными явлениями. Усиление циркуляции отмечается в периоды активизации ветров.