Spatio-Temporal Variability and Transformation of Nutrients in the Gulf of Ob after Seasonal Ice Melt

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

We investigated the spatial and temporal variability of nutrients (P, Si, N) concentration in the northern part of the water area of the Gulf of Ob, where the zone of interaction between fresh and marine waters is located. The data were obtained in July 2016 and 2019. These years differed significantly: in 2016 we found warm (up to 14°C) and oxygenated (up to 130%) waters, in 2019 the temperature did not exceed 8°C and oxygen saturation 90%. Differences were observed in the content of dissolved silicon and forms of nitrogen, their concentrations were higher in 2019. Significant differences in the content of biogenic elements in water in the studied years from the mean annual values were revealed. Possible factors determining these differences are the seasonality and heterogeneity of river runoff, as well as the time of ice-freeing of the water area, which affects the production and destruction characteristics of the water area.

About the authors

A. A. Polukhin

Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences

Email: polukhin@ocean.ru
Moscow, Russia

S. V. Stepanova

Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

References

  1. Агатова А.Н., Лапина Н.М., Торгунова Н.И. Пространственно-временная изменчивость органического вещества и скоростей его трансформации в Обской губе // Океанология. 2013. Т. 53. № 2. С. 175. https://doi.org/10.7868/S0030157413010012
  2. Артамонов К.В., Лапин С.А., Лукьянова О.Н. и др. Особенности гидрохимического режима Обской губы в период открытой воды // Океанология. 2013. Т. 53. № 3. С. 357–366.
  3. Беляев Н.А., Федулов В.Ю., Кравчишина М.Д. и др. Содержание органического углерода в растворенной и взвешенной формах в водах Карского моря // Океанология. 2024. Т. 64. № 2. С. 217–272. https://doi.org/10.31857/S0030157424020038
  4. Борисенко Г.В., Маккавеев Е.П., Стунжас П.А. Концентрация и диффузные потоки биогенных элементов в системе “поровые воды–наддонные воды” в эстуарии реки Оби // Океанология. 2021. Т. 61. № 1. С. 32–40. https://doi.org/10.31857/S0030157420060039
  5. Демидов А.Б., Шеберстов С.В., Гагарин В.И. Оценка годовой величины первичной продукции Карского моря // Океанология. 2018. Т. 58. № 3. С. 391–403. https://doi.org/10.7868/S003015741803005X
  6. Демидов А.Б., Гагарин В.И, Еремеева Е.В. и др. Вертикальная изменчивость первичной продукции и хлорофилла в Карском море в середине лета: вклад подповерхностных максимумов в интегральные величины // Океанология. 2021. Т. 61. № 5. С. 737–752. https://doi.org/10.31857/S003015742105004X
  7. Дриц А.В., Никишина А.Б., Семенова Т.Н. и др. Пространственное распределение и питание массовых видов зоопланктона в эстуарии реки Оби // Океанология. 2016. Т. 56. № 3. С. 414–428. https://doi.org/10.7868/S0030157416030047
  8. Завьялов П.О., Ижицкий А.А., Осадчиев А.А. и др. Структура термохалинных и биооптических полей на поверхности Карского моря в сентябре 2011 г. // Океанология. 2015. Т. 55. № 4. С. 514–525.
  9. Зацепин А.Г., Завьялов П.О., Кременецкий В.В. и др. Поверхностный опресненный слой в Карском море // Океанология. 2010. Т. 50. № 5. С. 698–708.
  10. Кузьмина И.Ю., Литвинова О.В., Кудашева Ф.Х. Изучение гидрохимического состава вод бассейна Обской губы // Вестник Башкирского университета. 2009. Т. 14. № 2. С. 381–384.
  11. Лапин С.А. Гидрологическая характеристика Обской губы в летнее-осенний период // Океанология. 2011. Т. 51. № 6. С. 984.
  12. Лапин С.А., Мазо Е.Л., Маккавеев Е.П. Комплексные исследования Обской губы (июль-октябрь 2010 г.) // Океанология. 2011. Т. 51. № 4. С. 758–762.
  13. Лапин С.А. Специфика формирования зон повышенной продуктивности в Обском эстуарии // Труды ВНИРО. 2014. Т. 152. С. 146–154.
  14. Лапин С.А. Особенности формирования пресноводного стока в эстуарных системах Оби и Енисея // Труды ВНИРО. 2017. Т. 166. С. 139–150.
  15. Лисицын А.П. Маргинальный фильтр океанов // Океанология. 1994. Т. 34. № 5. С. 735–747.
  16. Лисицын А.П., Виноградов М.Е. Международная высокоширотная экспедиция в Карское море (49-й рейс НЭС “Дмитрий Менделеев”) // Океанология. 1994. Т. 34. № 4. С. 643–651.
  17. Маккавеев П.Н., Стунжас П.А., Мельникова З.Г. и др. Гидрохимическая характеристика вод Западной части Карского моря // Океанология. 2010. Т. 50. № 5. С. 730–739.
  18. Маккавеев П.Н., Стунжас П.А., Хлебопашев П.В. О выделении вод Оби и Енисея в распределенных линзах Карского моря в 1993 и 2007 гг. // Океанология. 2010. Т. 50. № 5. С. 740–747.
  19. Маккавеев П.Н., Мельникова З.Г., Полухин А.А. и др. Гидрохимическая характеристика вод западной части Карского моря (по материалам 59-го рейса НИС “Академик Мстислав Келдыш”) // Океанология. 2015. Т. 55. № 1. С. 113–119.
  20. Маккавеев П.Н., Мошаров С.А., Налбандов Ю.Р. и др. База данных “Гидрохимические и гидрофизические характеристики Обской губы и прилегающего приустьевого района Карского моря” // Свидетельство № 2019622094 о государственной регистрации базы данных, Российская Федерация; заявитель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук. 2019 г.
  21. Михайлов В.Н. Устья рек России и сопредельных стран: прошлое, настоящее и будущее. М.: ГЕОС, 1997. 413 с.
  22. Обзорные ледовые карты Северного ледовитого океана. https://www.aari.ru/data/realtime
  23. Пивоваров С.В. Химическая океанография Арктических морей России. СПб.: Гидрометеоиздат, 2000. 86 с.
  24. Полухин А.А., Флинт М.В. Памяти Павла Антоновича Стунжаса (1940–2020) // Океанологические исследования. 2020. Т. 48. № 4. С. 172–176. https://doi.org/10.29006/1564-2291.JOR-2020.48(4).11
  25. Семенков Н.Н., Мирошников А.Ю., Асадулин Э.Э. и др. Объект макроарена как источник загрязнения Карского моря цезием–137 глобальных выпадений // Доклады Академии наук. 2015. Т. 463. № 1. С. 99. https://doi.org/10.7868/S0869565215190196
  26. Стунжас П.А., Маккавеев Л.Н. Объем вод Обской губы как фактор формирования гидрохимической неоднородности // Океанология. 2014. Т. 54. № 5. С. 622. https://doi.org/10.7868/S0030157414050128.
  27. Суханова И.Н., Флинт М.В., Сергеева В.М. и др. Структура сообществ фитопланктона Енисейского эстуария и прилежащего Карского шельфа // Океанология. 2015. Т. 55. № 6. С. 935. https://doi.org/10.7868/S0030157415060192
  28. Суханова И.Н, Флинт М.В., Сахарова Е.Г. и др. Фитопленозы Обского эстуария и Карского шельфа в позднее селений сезон // Океанология. 2018. Т. 58. № 6. С. 882–898. https://doi.org/10.1134/S003015741806014X
  29. Флинт М.В., Полухин А.А., Стунжас П.А. Петр Николаевич Маккавеев // Океанологические исследования. 2020. Т. 48. № 2. С. 233–234. https://doi.org/10.29006/1564-2291.JOR-2020.48(2).19
  30. Флинт М.В., Поярков С.Г., Римский-Корсаков Н.А. Экосистемы Российской Арктики–2015 (63-й рейс научно-исследовательского судна “Академик Мстислав Келдыш”) // Океанология. 2016. Т. 56. № 3. С. 499–501. https://doi.org/10.7868/S0030157416030060
  31. Флинт М.В., Поярков С.Г., Римский-Корсаков Н.А. и др. Экосистемы морей Сибирской Арктики – 2019: весенние процессы в Карском море (76-й рейс научно-исследовательского судна “Академик Мстислав Келдыш”) // Океанология. 2020. Т. 60. № 1. С. 154–157. https://doi.org/10.31857/S0030157420010104
  32. Эстуарно-дельтовые системы России и Китая / Под ред. В.Н. Короткова и др. М.: ГЕОС, 2007. 445 с.
  33. Chikina M., Kokarev V., Basin A. et al. Decadal Stability of Macrobenthic Zonation along the Estuarine Gradient in the Ob Bay, the Largest Siberian Estuary // Diversity. 2023. V. 15. № 6. P. 754. https://doi.org/10.3390/D15060754
  34. Demidov A.B., Gagarin V.I., Vorobieva O.V. et al. Spatial and vertical variability of primary production in the Kara Sea in July and August 2016: the influence of the river plume and subsurface chlorophyll maxima // Polar Biology. 2018. V. 41(3). P. 563–578. https://doi.org/10.1007/S00300-017-2217-X
  35. Drake T.W., Tank S.E., Zhulidov A.V. et al. Increasing alkalinity export from large Russian Arctic rivers // Environmental science & technology. 2018. V. 52. № 15. P. 8302–8308.
  36. Drits A.V., Pasternak A.F., Nikishina A.B. et al. The dominant copepods Senecella siberica and Limnocalanus macrurus in the Ob Estuary: ecology in a high-gradient environment // Polar Biology. 2016. V. 39 (9). P. 1527–1538. https://doi.org/10.1007/S00300-015-1878-6
  37. Drits A.V., Pasternak A.F., Flint M.V. Distribution and Grazing of Dominant Zooplankton Species in the Ob Estuary: Influence of the Runoff Regime // Estuaries and Coasts. 2017. V. 40 (4). P. 1082–1095. https://doi.org/10.1007/S12237-016-0201-2
  38. Feng D., Gleason C.J., Lin P. et al. Recent changes to Arctic river discharge // Nature Communications. 2021. V. 12. P. 6917. https://doi.org/10.1038/S41467-021-27228-1
  39. Frey K.E., McClelland J.W., Holmes R.M. et al. Impacts of climate warming and permafrost thaw on the riverine transport of nitrogen and phosphorus to the Kara Sea // Journal of Geophysical Research: Biogeosciences. 2007. V. 112. № G04588. https://doi.org/10.1029/2006JG000369
  40. Froelich P.N., Bender M.L., Lucdike N.A. et al. The marine phosphorus cycle // Am.J. Sci. 1982. V. 282. № 4. P. 474–511.
  41. Gordeev V.V., Martin J.M., Sidorov I.S. et al. A reassessment of the Eurasian river input of water, sediment, major eLennents, and nutrients to the Arctic Ocean // American Journal of Science. 1996. V. 296(6). P. 664–691.
  42. Groisman P., Shugart H., Kicklighter D. et al. Northern Eurasia Future Initiative (NEFI): facing the challenges and pathways of global change in the twenty-first century // Progress in Earth and Planetary Science. 2017. V. 4(1). P. 1–48. https://doi.org/10.1186/s40645-017-0154-5
  43. Holmes R.M., McClelland J.W., Peterson B.J. et al. Seasonal and annual fluxes of nutrients and organic matter from large rivers to the Arctic Ocean and surrounding seas // Estuaries and Coasts. 2012. V. 35. № 2. P. 369–382.
  44. Holmes R.M., Coe M.T., Fiske G.J. et al. Climate change impacts on the hydrology and biogeochemistry of Arctic rivers // Climatic change and global warming of inland waters. 2013. P. 1–26.
  45. Holmes R.M., McClelland J.W., Tank S.E. et al. Arctic Great Rivers Observatory // Water Quality Dataset. 2021. Version 20211118. https://www.arcticgreatrivers.org/data
  46. Howarth R., Chan F., Conley D.J. et al. Coupled biogeochemical cycles: eutrophication and hypoxia in temperate estuaries and coastal marine ecosystems // Frontiers in Ecology and the Environment. 2011. V. 9(1). P. 18–26. https://doi.org/10.1890/100008
  47. Ko E., Gorbunov M.Y., Jung J. et al. Effects of nitrogen limitation on phytoplankton physiology in the western Arctic Ocean in summer // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2020. V. 125(11). P. e2020JC016501. https://doi.org/10.1029/2020JC016501
  48. Kubryakov A., Stanichny S., Zatsepin A. River plume dynamics in the Kara Sea from altimetry-based lagrangian model, satellite salinity and chlorophyll data // Remote sensing of environment. 2016. V. 176. P. 177–187. https://doi.org/10.1016/J.RSE.2016.01.020
  49. Li Y., Jin H., Chen J. et al. Nitrogen removal through sediment denitrification in the Yangtze Estuary and its adjacent East China Sea: A nitrate limited process during summertime // Science of The Total Environment. 2021. V. 795. P. 148616. https://doi.org/10.1016/J.SCITOTENV.2021.148616
  50. Makkaveev P.N., Polukhin A.A., Nalbandov Yu.R. et al. Interannual variability of hydrochemical parameters and frontal zone dynamics in the Ob’ Inlet and Yenisei Gulf // 26th General Assembly of the International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG). 2015. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.26472.37122
  51. Novikhin A. The Ob and Yenisei Gulfs, Kara Sea // Loicz reports & studies. 2002. № 23. P. 77–86.
  52. Osadchiev A.A., Izhitskiy A.S., Zavialov P.O. et al. Structure of the buoyant plume formed by Ob and Yenisei river discharge in the southern part of the Kara Sea during summer and autumn // J. Geophys. Res. Oceans. 2017. V. 122. P. 5916–5935. https://doi.org/10.1002/ 2016JC012603
  53. Osadchiev A., Konovalova O., Gordey A. Water exchange between the Gulf of Ob and the Kara Sea during ice-free seasons: The roles of river discharge and wind forcing // Frontiers in Marine Sciences. 2021. V. 126. P. e2020JC016486.
  54. Paerl H.W., Hall N.S., Peierls B.L. et al. Evolving Paradigms and Challenges in Estuarine and Coastal Eutrophication Dynamics in a Culturally and Climatically Stressed World // Estuaries and Coasts. 2014. V. 37. P. 243–258. https://doi.org/10.1007/s12237-014-9773-x
  55. Parsons T.R., Maita Y., Lalli C.M. A manual of chemical and biological methods for seawater analysis. Oxford, Pergamon Press, 1984. 173 p.
  56. Peterson B.J., Holmes R.M., McClelland J. et al. Increasing river discharge to the Arctic Ocean // Science. 2002. V. 298. № 5601. P. 2171–2173.
  57. Polukhin A. The role of river runoff in the Kara Sea surface layer acidification and carbonate system changes // Environmental Research Letters. 2019. V. 14. № 10. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ab421e
  58. Shiklomanov A.I., Holmes R.M., McClelland J.W. et al. Arctic Great Rivers Observatory // Discharge Dataset. 2021. Version 20211118. https://www.arcticrivers.org/data
  59. Valderrama J.C. The simultaneous analysis of total nitrogen and total phosphorus in natural waters // Marine chemistry. 1981. V. 10 (2). P. 109–122.
  60. Vedenin A.A., Galkin S.V., Kozlovsky V.V. Macrobenthos of the Ob Bay and adjacent Kara Sea shelf // Polar Biology. 2015. V. 38 (6). P. 829–844. https://doi.org/10.1007/s00300-014-1642-3
  61. Vitousek P.M., Mooney H.A., Lubchenko J. et al. Human domination of Earth’s ecosystem // Science.1997. V. 277. P. 494–499.
  62. Vitousek P.M. Nutrient Cycling and Limitation: Hawai’i as a Model System. Princeton: Princeton University Press, 2018. https://doi.org/10.1515/9780691190341
  63. Zhang Q., Fisher T.R., Trentacoste E.M. et al. Nutrient limitation of phytoplankton in Chesapeake Bay: Development of an empirical approach for water-quality management // Water Research. 2021. V. 188. P. 116407. doi.org/10.1016/j.watres.2020.116407

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).