Libmonster ID: UA-2134

Заглавие статьи ИНФОРМАЦИЯ СО ДНА АЛЬПИЙСКИХ И АРКТИЧЕСКИХ ОЗЕР
Автор(ы) Т. МОИСЕЕНКО
Источник Наука в России,  № 6, 2006, C. 32-37

Член-корреспондент РАН Татьяна МОИСЕЕНКО, Институт водных проблем РАН

Арктические и высокогорные озера не подвержены прямым антропогенным вмешательствам, и потому, изучая их донные отложения, можно многое узнать о глобальных изменениях окружающей среды. Оказывается, загрязнение верхних слоев атмосферы и трансграничный перенос воздушных масс из индустриальных центров стали причиной существенных экологических изменений этих, казалось бы, девственных водоемов.

Палеоэкологические исследования озер занимают ведущее место в крупных международных программах: созданной для исследований в Европе и Африке PEP (полюс-экватор-полюс), CAPE (циркумполярная окружающая среда в прошлом), MOLAR (изучение горных озер), LIMPACTs (влияние человеческой деятельности на водные экосистемы) и др. И не случайно это направление оказалось чрезвычайно информативным. Полученные результаты показывают причинно-следственную связь развития промышленности в Европе с закислением и загрязнением тяжелыми металлами и радионуклидами высокогорных озер в Альпах, Татрах, Пиренеях.

стр. 32


СЛОИ "ПАМЯТИ" ВОДОЕМА

Почему именно высокогорные и арктические озера позволяют диагностировать глобальные изменения окружающей среды? Дело в том, что на их водосборе отсутствуют прямые источники загрязнения (например, сельскохозяйственные или промышленные стоки). Это позволяет говорить о решающем влиянии трансграничного переноса веществ на химический состав вод, который формируется за счет атмосферных осадков, зачастую содержащих тяжелые металлы, кислотообразующие соединения серы, азота, токсические вещества и радионуклиды. Почвы же и растительность, способные удерживать и преобразовывать загрязняющие компоненты, здесь слабо развиты, а иногда отсутствуют. В итоге все вещества довольно быстро поступают в озера.

Низкие температуры, ультрапресный и олиготрофный характер этих водоемов обусловливают их слабую способность к самоочищению, а значит, аккумуляцию привносимых веществ в донных отложениях. По данным проекта MOLAR скорость седиментации в альпийских и арктических озерах составляет не более 1 мм в год. К тому же в холодном климате экосистемы очень уязвимы, что приводит к быстрой реакции биологических сообществ на смену абиотических факторов, будь то колебания температур, кислотно-щелочного баланса или воздействие токсичных веществ. Отмирая, организмы оказываются погребенными на дне в соотношениях, соответствующих условиям их обитания и трофическому статусу. Поэтому анализ створок диатомовой флоры (микроскопических одноклеточных растений) и остатков беспозвоночных организмов в сочетании с данными по геохимическому составу и возрасту слоев отложений позволяют реконструировать условия, в которых много столетий назад жили эти существа. Иными словами, мы получаем информацию о состоянии озерных и наземных экосистем и на ее основе можем восстановить в исторической ретроспективе изменения, вызванные вариациями климата и антропогенной деятельностью.

Отметим: диатомовые водоросли - неотъемлемая часть и важнейшая составляющая большинства пресноводных сообществ. По экологической пластичности, широте распространения и биологической продуктивности они превосходят подобные им организмы и фактически не имеют аналогов. А качественный и количественный их спектр тесно связан с химическим составом вод и температурными условиями, поэтому диатомеи часто используют в качестве биоиндикаторов, указывающих степень и характер антропогенной нагрузки на водоем. Например, устанавливают скорость и интенсивность эвтрофирования водоемов (известные работы ученых отечественной школы доктора географических наук Натальи Давыдовой из Института озероведения РАН и кандидата географических наук Людмилы Каган из Института проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН), закисления вод (исследования диатомологов Ричарда Баттерби из Лондонского университета и Ингмара Ренберга из Лулио университета - Швеция), нагрузки токсичных компонентов (в этой области лидируют специалисты нашего института, в первую очередь кандидат биологических наук Лев Разумовский).

Но чтобы прочесть информацию, таящуюся на дне озер, необходимо обладать обширными знаниями об особенностях питания (трофности) и устойчивости к токсичным компонентам (токсирезистентности) разных видов диатомовой флоры, а также об их экологической валентности - условиях среды (в первую очередь температуре и кислотности), наиболее благоприятных для развития. Ученые создали соответствующие базы данных и продолжают их совершенствовать. В последние годы для палеоэкологической реконструкции стали использовать и другие организмы: представителей зоопланктона кладоцер и зообентоса - хирономид. По роговым остаткам можно определить их видовую принадлежность и соответственно - условия обитания. Однако эти методы пока не получили столь широкого распространения.

стр. 33


Стратиграфические профили относительной численности (%) индикаторных видов диатомовой флоры, групп диатомовых водорослей по pH-оптимуму (acb - ацидобионты, acf - ацидофилы, circ - циркумнейтралы, alkf - алкалофилы) и теоретических значений pH в толще донных отложений.

В 1998 г. в рамках проекта MOLAR специалисты из Института проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН под моим руководством провели исследования, позволившие реконструировать динамику антропогенных нагрузок на Европейском Крайнем Севере. Для данной работы был выбран Кольский полуостров, расположенный на пути трансграничного переноса воздушных масс из Европы в Арктику. Накопленные данные свидетельствуют: в этот процесс вовлечены высокие слои атмосферы, и он протекает в длительный зимний период, но с наступлением лета направление переноса меняется на противоположное, и в результате загрязняющие вещества осаждаются на территории полуострова.

Надо сказать, что с 40-х годов XX в. здесь функционируют крупные медно-никелевые производства. Но сильно загрязненные, "тяжелые" воздушные массы не поднимаются высоко в атмосферу, благодаря чему нагрузка на горные озера тут соответствует общерегиональному фоновому уровню. Качество вод верховых озер в горных массивах, сложенных гранитогнейсами, формируется преимущественно за счет атмосферных осадков, что определяет их высокую уязвимость даже к небольшим антропогенным нагрузкам.

НА ПУТИ ИЗ ЕВРОПЫ В АРКТИКУ

Итак, выбранное нами для изучения горное озеро расположено в Чуна-тундрах (горная местность в западной части Кольского полуострова) на высоте 475,3 м над уровнем моря; его глубина составляет 18 м. Колонки донных отложений отобрали на максимальной глубине (в зоне аккумуляции) и разделили на слои толщиной 1 см. Химический состав проб анализировали методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии. А возраст слоев донных отложений определили радиометрическим методом в Ливерпульском университете на основе хронологии 210Pb.

По гидрохимическим характеристикам этот олиготрофный ультрапресный водоем типичен для северной и горной тундр. Среднее содержание тяжелых металлов в воде составляет: никеля - 1,1, меди - 1,3, кадмия - 0,13, свинца - 0,5 мкг/л, что характерно для условно-фоновых отдаленных районов Кольского Севера. При этом pH колеблется в пределах 5,8 - 6,4, т.е. закисление озера проявляется слабо. Но уязвимость его к кислотным выпадениям велика. Мы сопоставили полученные данные с характеристиками озер, обладающих прозрачными водами, с pH вод ниже 5 и преобладанием в ионном составе техногенных сульфатов. И для объекта наших изысканий рассчитали показатель критической нагрузки - допустимый уровень выпадения кислотообразующих веществ на водосборе: он составил 0,3 г серы на м2 в год. Превышение этого уровня даже на 0,02 г серы на м2 в год будет приводить к дальнейшему снижению pH вод. Однако представляло интерес выявить, когда и с какой скоростью начали развиваться уже проявившиеся процессы закисления.

Диатомовый анализ по стандартным методикам с уточнением общепринятых экологических характеристик видов по многочисленным литературным источникам выполняла Людмила Каган. Теоретические значение pH для каждого слоя определяли по предложенному Ингмаром Ренберном уравнению, позволяющему рассчитать pH с высокой степенью достоверности. В нем учтено процентное соотношение групп видов с одинаковым pH-оптимумом: ацидобионтов, предпочитающих среду с pH < 5,5, ацидофилов, развивающихся при pH > 5,5, но ниже 7, циркумнейтралов, обитающих при pH = 7 и алькалофилов, живущих при pH > 7.

По составу и динамике сообществ диатомей в донных отложениях озера в Чуна-тундрах реконструировали его экологическое состояние и внешние воздействия в историческом интервале. Всего в толще осадков обнаружено 90 видов и разновидностей, среди которых до 70%

стр. 34


Концентрации металлов (мкг/г сух. веса) в слоях донных отложений озера в Чуна-тундрах (историческая ретроспектива).

относятся кацидофилам, развивающимся преимущественно в кислой среде. Из них больше всего насчитывается Brachysira brebissonii - до 50% и Frustulia rhomboids v.saxonica - до 18%. В глубоких же слоях отложений видовое разнообразие диатомей максимально. Преобладают виды родов Eunotia (26) и Pinnularia (14), что свидетельствует о слабокислом естественном состоянии водоема. Установленное значение pH в доиндустриальный период (слои 5 - 10 см) близко к 6,5, что типично для озер Кольского Севера.

Однако начиная со слоев 5 - 6 см, сформированных в конце XIX в., выявлены перестройки в сообществе: снижается численность циркумнейтралов и алькалофилов (P.viridis, E.arcus, Nitzschia palea), в то же время увеличивается число ацидобионтов (E.exigua, E.monodon, E.serra, P.biceps). Факты свидетельствуют: на данном этапе в динамике pH вод обозначился переход в более кислый интервал. Следует также отметить, что диатомей реагируют на все динамические процессы, происходящие в химическом составе озера в течение вегетационного сезона. К ним следует отнести пиковое снижение pH в период половодья, которое в настоящее время приобрело повсеместное явление вследствие подкисления талых вод накопленными сульфатами техногенного происхождения.

В конце XIX в. на Кольском полуострове обитали преимущественно коренные жители - саамы, и никаких локальных источников промышленного загрязнения тогда не было. Вместе с тем шла активная индустриализация Европы, а необходимость очистки выбросов еще не была осознана. Сжигание угля, мазута, выплавка металлов приводили к загрязнению атмосферы кислотообразующими веществами. Вовлеченные в транспортные потоки в высоких слоях, они переносились и, осаждаясь на водосбор, могли в той или иной степени способствовать закислению вод. Сообщения скандинавских специалистов свидетельствуют также, что уже к 40 - 50 годам XX в. многие озера этого региона стали безжизненными вследствие переноса и осаждения техногенных сульфатов из Европы.

Анализ полученных нами данных показал: негативные изменения становятся более явными со слоев 3 - 4 см, которые сформировались в середине XX в. По отношению к природному состоянию численность циркумнейтралов и алькалофилов еще более снизилась (в 1,5 и 3 раза соответственно), а доля ацидобионтов выросла в 10 раз. Следует отметить появление в этих осадках редкой, свойственной лишь кислым, дистрофным озерам формы диатомей Stenopterobia intermedia, уродливых форм среди циркумнейтралов - E.praerupta и E.arcus, а также разрушение в области шва у створок P.viridis. Этот период характеризуется минимальным значением pH, рассчитанным по соотношению видов диатомовых водорослей.

СЕВЕРНАЯ ХЕМОСФЕРА В "ЗЕРКАЛЕ" ДЕВСТВЕННЫХ ОЗЕР

Ретроспективный анализ геохимического состава донных отложений XX в. выявил аккумуляцию ряда металлов, несмотря на их низкое содержание в воде. Скажем, накопление никеля, меди и кобальта отмечается с 40-х годов и однозначно связано с индустриальным развитием Кольского региона и началом переработки медно-никелевых руд. Нас же интересовал вопрос, отражено ли в этом "зеркале" глобальное обогащение северной хемосферы тяжелыми металлами? В последние годы мировую научную общественность очень тревожит накопление в окружающей среде кадмия и свинца.

Анализ показал: рассматриваемые экосистемы накапливают свинец с конца XIX в. Тогда Кольский Север не был еще развит индустриально, а потому начальный этап аккумуляции тяжелого металла может быть связан лишь с переносом загрязненных воздушных масс из Европы. Следует отметить, что наши данные согласуются с результатами исследований амери-

стр. 35


Распределение Pb и Cd в донных отложениях озер на территории Европейской России.

канских ученых в Арктике, отмечающих глобальное обогащение северной хемосферы свинцом.

Динамика накопления кадмия сложнее: его концентрация снижается к концу XIX в. и повышается к 30 - 40 годам XX в., затем несколько уменьшается к середине 70-х и вновь растет до сегодняшнего дня.

Принимая во внимание развитие закисления изученного нами водоема, объяснимо сходство в поведении таких лабильных элементов, как кадмий и цинк. Ведь хорошо известна их способность к активной диффузии из донных отложений в низком интервале pH вод, за счет чего, по-видимому, и уменьшилось накопление в конце XIX в. В ходе же последующего промышленного развития региона процессы аккумуляции начинают превалировать. Сопряженные пики снижения pH и содержания кадмия в середине 70-х годов XX в. могут быть связаны с переходом Кольских медно-никелевых производств к переработке норильской руды и резким увеличением выброса диоксида серы*, что зафиксировала "память" донных отложений.

Итак, первые признаки аккумуляции тяжелых металлов в отдаленном девственном водоеме в Чуна-тундрах по времени совпадают с началом индустриализации Старого Света, подтверждая развитие глобального загрязнения атмосферы Северного полушария. Связана с переносом кислотообразующих веществ из Европы в конце XIX в. и тенденция к антропогенному закислению озера, реконструированная по составу диатомовых комплексов в донных отложениях. Но верно ли это для других регионов?

Чтобы ответить на вопрос, мы в 2003 - 2004 гг. проанализировали колонки донных отложений отечественных озер - Кентеньявр (на Кольском полуострове, в тундре), Глубокое (в средней полосе Европейской России) и Хмелевское (Кавказские горы). В основе выбора объектов исследований - тот же принцип максимальной удаленности от прямых источников загрязнения. И для всех водоемов были выявлены общие закономерности. Хмелевское озеро расположено на высоте около 2000 м над уровнем моря, не имеет стока, и его питание происходит только за счет атмосферных осадков. Геологическая структура водосбора представлена преимущественно гранитами, что определяет его уязвимость к кислотным нагрузкам. Индустриальной деятельности здесь, разумеется, нет. И все же анализ проб воды показал: озеро закислено - pH ~5,5, а содержание свинца 2 мкг/л.

Напомним: в воде озера в Чуна-тундрах содержание свинца на порядок ниже, чем в Хмелевском, и pH более 6. Следовательно, аналогичные процессы в Кавказских горах протекают более интенсивно? Первые же результаты изучения химического состава донных отложений озер показали рост накопления наиболее опасных элементов свинца и кадмия в исторической ретроспективе. Значит, тревога ученых по поводу глобального обогащения окружающей среды этими элементами и другими тяжелыми металлами не беспочвенна. Ведь тенденции выявлены в трех природно-климатических зонах - от тундры до субтропиков. Как видно, высокогорные озера Кавказа, очень далекие от индустриальных центров России, тем не менее накапливают свинец и кадмий даже в большей степени по сравнению с другими регионами из-за загрязнения верхних слоев атмосферы.

Для получения более полной информации о современных глобальных тенденциях изменения окружающей среды требуются дальнейшие детальные исследования группы кавказских горных озер. Кстати, выявленные здесь процессы согласуются с теми, что развиваются в отдаленных районах Альпийских гор. Поэтому изучение таких водоемов актуально для констатации загрязнения различных слоев атмосферы и оценки антропогенной нагрузки на природу. Однако изыскания эти очень трудоемкие и дорогие как в части отбора проб (когда озера труднодоступны и необходима аренда вертолета), так и измерений и датирования.

На основе анализа диатомовой флоры могут быть дешифрированы и климатические вариации. Такая работа выполнена нами для Кольского Севера на озере в Чуна-тундрах. Мы отобрали 3-метровую колонку донных отложений специальным замораживающим пробоотборником, диатомовый анализ флоры и реконструкцию температур выполнила Надежда Соловьева в Лондонском университете. Полученная характеристика динамики температур за последние тысячелетия не выявила четких тенденций к потеплению климата на Кольском Севере. Вероятно, требуются дополнительные исследования.

В заключение хочется подчеркнуть: проведенные нами работы крайне актуальны. А палеоэкологический метод высоко информативен для реконструкции глобальных изменений окружающей среды и климата.

 


* См.: Л. Леонтьев. Экологическая проблема Норильска: пути решения. - Наука в России, 2006, N 5 (прим. ред.).


© elibrary.com.ua

Permanent link to this publication:

https://elibrary.com.ua/m/articles/view/ИНФОРМАЦИЯ-СО-ДНА-АЛЬПИЙСКИХ-И-АРКТИЧЕСКИХ-ОЗЕР

Similar publications: LRussia LWorld Y G


Publisher:

Иван МилютинContacts and other materials (articles, photo, files etc)

Author's official page at Libmonster: https://elibrary.com.ua/SkyJack

Find other author's materials at: Libmonster (all the World)GoogleYandex

Permanent link for scientific papers (for citations):

ИНФОРМАЦИЯ СО ДНА АЛЬПИЙСКИХ И АРКТИЧЕСКИХ ОЗЕР // Kiev: Library of Ukraine (ELIBRARY.COM.UA). Updated: 30.06.2014. URL: https://elibrary.com.ua/m/articles/view/ИНФОРМАЦИЯ-СО-ДНА-АЛЬПИЙСКИХ-И-АРКТИЧЕСКИХ-ОЗЕР (date of access: 28.11.2021).


Comments:



Reviews of professional authors
Order by: 
Per page: 
 
  • There are no comments yet
Related topics
Rating
0 votes
Related Articles
IN THE INTERESTS OF ENERGY STABILITY
4 days ago · From Україна Онлайн
Аварии на топливе Westinghouse случались и ранее, начиная с 1979 года, когда произошла крупнейшая в истории США авария на АЭС Три-Майл-Айленд, в результате которой зафиксировано расплавление 50% активной зоны реактора. Далее Westinghouse делала попытки торговать с Чехией, однако опасные эксперименты по замене оригинального топлива окончились досрочной его выгрузкой из 1-го энергоблока АЭС Темелин в январе 2007 года, по причине его сильной деформации. Вышедшие из строя вэстингхаусовские тепловыводящие сборки на 3-м энергоблоке Южно-Украинской АЭС были в экстренном порядке заменены на стандартные ТВЭЛовские.
Catalog: Экология 
5 days ago · From Naina Kravetz
HISTORY OF ROADS AND GROUND TRANSPORT ACCORDING TO ARCHEOLOGICAL DATA
Catalog: История 
7 days ago · From Україна Онлайн
BASIC UNIT FOR THE AMERICAN ACCELERATOR
8 days ago · From Україна Онлайн
TRANSITION TO CONTROLLED EVOLUTION OF THE BIOSPHERE
Catalog: Биология 
8 days ago · From Україна Онлайн
DEVONIAN PALEOSOILS OF THE ANDOMA MOUNTAIN
8 days ago · From Україна Онлайн
Безопасно ли брать кредит в Интернете?
Catalog: Экономика 
9 days ago · From Україна Онлайн
Знакомьтесь! Google: Платформа для маркетинга
9 days ago · From Україна Онлайн
Как узнать актуальный курс валют на сегодня?
Catalog: Экономика 
9 days ago · From Україна Онлайн
EUROPEAN NORTH: HISTORY OF EXPLORATION IN DOCUMENTS
Catalog: География 
10 days ago · From Україна Онлайн

Actual publications:

Latest ARTICLES:

ELIBRARY.COM.UA is an Ukrainian library, repository of author's heritage and archive

Register & start to create your original collection of articles, books, research, biographies, photographs, files. It's convenient and free. Click here to register as an author. Share with the world your works!
ИНФОРМАЦИЯ СО ДНА АЛЬПИЙСКИХ И АРКТИЧЕСКИХ ОЗЕР
 

Contacts
Watch out for new publications: News only: Chat for Authors:

About · News · For Advertisers · Donate to Libmonster

Ukraine Library ® All rights reserved.
2009-2021, ELIBRARY.COM.UA is a part of Libmonster, international library network (open map)
Keeping the heritage of Ukraine


LIBMONSTER NETWORK ONE WORLD - ONE LIBRARY

US-Great Britain Sweden Serbia
Russia Belarus Ukraine Kazakhstan Moldova Tajikistan Estonia Russia-2 Belarus-2

Create and store your author's collection at Libmonster: articles, books, studies. Libmonster will spread your heritage all over the world (through a network of branches, partner libraries, search engines, social networks). You will be able to share a link to your profile with colleagues, students, readers and other interested parties, in order to acquaint them with your copyright heritage. After registration at your disposal - more than 100 tools for creating your own author's collection. It is free: it was, it is and always will be.

Download app for smartphones