Классификация и типология озер является актуальной теоретической проблемой лимнологии. С начала ХХ века изучаются экосистемы водоемов и делаются попытки сгруппировать озера на типы и группы, классы и подклассы в зависимости от их сходства или различия.В настоящее время существует множество классификаций, устанавливающих происхождение озерных котловин, закономерности их строения и характер протекающих в них гидрохимических и гидробиологических процессов.
Детальное изучение водоемов г. Якутска начинается с конца 70-х годов и проводится многими контролирующими и научными организациями РС (Я). В основном ведутся работы по исследованию гидрологического, гидрохимического и гидробиологического состава озерных вод г. Якутска. Однако работы по систематизации всех существующих данных и анализа эколого-географических факторов формирования водоемов г. Якутска не проводятся.
Целью данной работы является разработка модели эколого-географического анализа факторов, обуславливающих формирование водоемов г. Якутска на основе общепринятых и общеизвестных классификаций озер. При разработке модели, охвачен каждый природный компонент, который в той или иной степени влияет на формирование озерной системы.
Основная задачаданной работысостоит в обобщении существующих классификаций и разработке рекомендаций по выработке подходов к классификации озер г. Якутска, как единого природного комплекса, исходя из основных особенностей природных условий на исследуемой территории.
Материалы и методы. Материалом исследования послужили городские озера, расположенные на территории г. Якутска Республики Саха (Якутия). Это пять крупных озер – Белое, Хатынг-Юрях, Ытык-Кюель, Сергелях и Сайсары. Оценка водоемов г. Якутска проведена с использованием общеизвестных классификаций. Все химико-аналитические работы проведены в лаборатории физико-химических методов анализа НИИПЭС СВФУ (аттестат аккредитации РОСС.RU.0001.517741) с помощью методов потенциометрии, титриметрии, фотометрии, капиллярного электрофореза, атомной абсорбции и флуориметрии. Для полноты проведения классификации использованы результаты гидробиологических исследований озер г. Якутска по материаламк.б.н. Т.А. Саловой (н.с.ИБПК СО РАН) и А.В. Татариновой (аспирант СВФУ им. М.К. Аммосова).
Результаты и обсуждение. Модель состоит из трех подсистем: озерные экосистемы, водные экосистемы и экологическое состояние вод (рис. 1) [10].
Рис. 1. Модель эколого-географического анализа факторов, обуславливающих формирование озер г. Якутска
Озерные экосистемы в свою очередь делятся на морфогенетические, морфометрические и гидрологические классификации.
Морфогенетические классификации. М.А. Первухин считает, что тип озера является функцией истории развития его в определенных физико-географических условиях, а не только результата генезиса котловины. Также, что морфология озера только на ранних стадиях развития полностью определяется происхождением. По мере эволюции озер различия между генетическими типами могут затушевываться. В соответствии с классификацией М.В. Первухина озерные котловины подразделяются на 8 классов и 2 подкласса [7]. Котловины озер г. Якутска относятся к ледниковому классу гидрогенному подклассу. Озера, относящиеся к ледниково-гидрогенному классу, образуются в результате эрозионной и аккумулятивной деятельности речных или морских долин. В данной ситуации озера г. Якутска образовались в результате русловых процессов р. Лена.
Д.Д. Квасов отмечал, что возникновение озерных котловин произошло в различное время, и предложил классификацию, основанную на их возрасте и происхождении. Всего им выделено 5 классов и 24 типа озер [5]. По данной классификации озера г. Якутска относятся к 5 классу 21 типу, то есть к озерам, которые продолжают возникать в настоящее время (озера речных долин и дельт).
Согласно лимногенетической классификации, разработанной в Лаборатории озероведения Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова выделено 14 типов, 29 подтипов, 64 вида и целый ряд подвидов и разновидностей озер [8]. Озера г. Якутска относятся к речным озерам (старицы). Это отчленившиеся от рек протоки, в настоящее время существующие на возвышенных островах, в поймах и на террасах больших рек в виде стоячих озерных водоемов. Отчленившиеся от малых рек меандры известны как подкововидные старицы.
Морфометрические классификации. В 1948 г. П.В. Иванов предложил классификацию озер мира по величинам площадей их водной поверхности, расположив классы водоемов в геометрической прогрессии со знаменателем, равным 10: озерки (площадь зеркала равна 0,001-0,01 км2 и 0,02-0,1 км2), очень малые (0,1-1,0 км2), малые (1,0-10 км2), средние (10,1-100 км2), большие (100,1-1000 км2), очень большие (1000,1-10000 км2) и великие озера мира (10000,0-100000 км2) [4]. Озера г. Якутска по данной классификации относятся к очень малым (Белое, Хатынг-Юрях, Сергелях и Сайсары) и среднему (Ытык-Кюель) классу. По величине площади самым крупным озером г. Якутска является Ытык-Кюель, площадь зеркала составляет 0,89 км2.
Классификация по средней и максимальной глубине приводится в монографии «Экологические основы биопродуктивности озер различных природных зон» С.П. Китаева [6]. Из табл. 1 следует, что озера г. Якутска по средней глубине относятся к очень малым и малым. По максимальной глубине к очень малым, малым и средним.
Таблица 1
Классификация по средней и максимальной глубине (по Китаеву С.П., 1984)
Средняя глубина |
Показатели, м |
Озера г. Якутска |
Максимальная глубина |
Показатели, м |
Озера г. Якутска |
очень малые
|
меньше 2
|
Ытык-Кюель, Хатынг-Юрях, Сергелях |
с очень малой
|
меньше 3,12
|
Ытык-Кюель, Хатынг-Юрях, Сергелях |
малые |
2-4 |
Белое, Сайсары |
с малой |
3,12-6,25 |
Сайсары |
средние |
4-8 |
- |
со средней |
6,25-12,5 |
Сергелях |
большие |
8-16 |
- |
с повышенной |
12,5-25 |
- |
очень большие |
больше 16 |
- |
с большой |
25-50 |
- |
с очень большой |
более 50 |
- |
По расчлененности берегов озера обычно делят на [9]: сильно расчлененные (Сергелях), слабо расчлененные (Белое, Сайсары) и мало расчлененные (Хатынг-Юрях, Ытык-Кюель).
Гидрологические классификации. Б.Б. Богословского разработал классификацию озер по водному балансу, основанную на процентном соотношении составляющих баланса. Он выделил две большие группы озер:
- Бессточные озера не имеют ни поверхностного, ни подземного стока и теряют воду практически только на испарение.
- Сточные озера потери воды происходит, помимо испарения, путем поверхностного или подземного стока.
Б.Б. Богословский также разработал фундаментальную классификацию континентальных водоемов по внешнему водообмену. Создание такой классификации стало возможным, поскольку в процессе обмена вод и транспортируемых ими веществ водные объекты объединяются в общую систему. При этом каждому виду водоемов свойственен определенный характер и интенсивность водообмена. В связи с этим водообмен может быть положен в основу единой классификации водных объектов. В соответствии с этой классификацией выделено два резко отличных друг от друга класса водных объектов: транзитные и аккумулятивные. По усредненным многолетним данным исследуемые озера относятся к аккумулятивным водоемам к третьему и четвертому подклассу (табл. 2) [2].
Таблица 2
Классификация континентальных водоемов по величине внешнего водообмена (по Б.Б. Богословскому, 1960)
Класс |
Подкласс |
Озера |
Транзитные |
Т1 |
- |
Т2 |
- |
|
Транзитно-аккумулятивные |
ТА |
- |
Аккумулятивно-транзитные |
АТ |
- |
Аккумулятивные |
А1 |
- |
А2 |
- |
|
А3 |
Ытык-Кюель |
|
А4 |
Белое, Хатынг-Юрях, Сергелях и Сайсары |
Классификация характеристик водных экосистем делится на гидрофизические, гидрохимические и гидробиологические классификации.
Гидрофизические классификации.В классификации, предложенной в 1892 г. Ф. Форелем, все озера мира были подразделены на три основных типа [3]:
- полярные, с температурой воды tmin<tmax<4 °С;
- умеренные, с температурой воды tmax< 4 °С<tmin;
- тропические, с температурой воды tmax>tmin> 4 °С.
По термической классификации Ф. Фореля исследуемые озера относятся к умеренному типу.
Среди других гидрофизических классификационных признаков можно выделить такой показатель, как прозрачность воды. С.П. Китаев назвал отношение прозрачности по белому диску к средней глубине озера коэффициентом относительной прозрачности и в зависимости от его величины подразделил озера на пять типов: с очень низкой (менее 0,25), низкой (0,25-0,5), средней (0,5-1), высокой (1-2) и очень высокой (более 2) прозрачностью [6]. По данной классификации исследуемые озера относятся к среднему типу.
Гидрохимическая классификация вод О.А. Алекина основана на принципе деления вод по количественному соотношению между преобладающими катионами и анионами. В первую очередь по преобладающему аниону воды делятся на 3 класса: гидрокарбонатный и карбонатный, сульфатный, хлоридный. Каждый класс, в свою очередь, делится по преобладающему катиону на 3 группы: кальциевую, натриевую и магниевую, а каждая группа делится на 4 типа вод, определенных соотношением между ними. Озера г. Якутска преимущественно относятся к гидрокарбонатно-натриевым и гидрокарбонатно-магниевым водам со слабощелочной и щелочной средой и умеренно-жесткой водой [1].
Гидробиологические классификациипроведеныпо оценке степени загрязнения по показательным организмам и видовому разнообразию по системе Вудивиса. Индекс определяется по разработанной таблице, в которой группы организмов зообентоса расположены в порядке их исчезновения из биоценозов по мере увеличения загрязнения. Определив, таким образом, индекс Вудивиса, затем с помощью следующей таблицы нужно оценить качество воды исследуемого водоема, то есть озер по шести балльной шкале, принятой в Госгидромете [3].
В данном случае, исследуемые водоемы относятся к грязной – Сайсары, загрязненной – Белое, Сергелях и умеренно-загрязненной – Хатынг-Юрях, Ытык-Кюель. Таким образом, данное распределение можно объяснить тем, что озера расположенные в центре города относятся к классам грязных и загрязнённых, а периферийные озера к классу умеренно-загрязненных.
В классификации экологического состояния вод рассматривается качество вод и трофический статус.
Классификации качества вод. В последнее десятилетие в системе Росгидромета и других службах, широкое практическое применение получил удельный комбинаторный индекс загрязнённости воды (УКИЗВ). Представляет собой комплексный относительный показатель степени загрязнённости поверхностных вод. Он условно оценивает долю загрязняющего эффекта, вносимую в среднем одним из показателей качества воды, в общую загрязнённость воды, обусловленную одновременно присутствием ряда загрязняющих веществ. Данный метод комплексной оценки позволяет однозначно оценить загрязнённость воды одновременно по широкому перечню ингредиентов и показателей качества воды, классифицировать воду по степени загрязнённости [3].В результате полученные расчетные данные позволяют отнести исследуемые озера г. Якутска по УКИЗВ к третьему – загрязненному классу.
Классификации трофического статуса. В соответствии с классической классификацией А. Тинемана и Э. Наумана озера принято делить на олиготрофные, мезотрофные, эвтрофные и дистрофные. К дистрофным озерам относятся неглубокие, бедные биогенными элементами водоемы с кислой средой и значительным содержанием гуминовых соединений. Эвтрофный тип, как правило, представлен неглубокими озерами с богатым минеральным питанием, с оптимальными условиями развития планктонных организмов. Олиготрофные озера – водоемы с холодной прозрачной водой и низкой продуктивностью. В современной гидрологии и гидроэкологии выделяют промежуточные уровни трофической классификации: мезотрофные (между олиготрофными и эвтрофными) и гипертрофные [3].В результате, озера г. Якутска относятся к мезотрофным озерам.
Заключение. Таким образом, в результате изучения классификаций озер получаем модель эколого-географического анализа факторов, влияющих на формирование озер г. Якутска (табл. 3). На основе предлагаемой модели создана классификационная матрица озер г. Якутска, что позволила получить целостную картину эколого-географических факторов, обуславливающих формирование озер г. Якутска.
Таблица 3
Классификационная матрица озер г. Якутска
Классификации |
Озера |
|||||||
Белое |
Ытык-Кюель |
Хатынг-Юрях |
Сергелях |
Сайсары |
||||
Классификация озерных систем |
Морфогенетические
|
По озерным котловинам (Первухин, 1937) |
Ледниково-гидрогенные |
Ледниково-гидрогенные |
Ледниково-гидрогенные |
Ледниково-гидрогенные |
Ледниково-гидрогенные |
|
По возрасту и происхождению (Квасов, 1986) |
Современные озера |
Современные озера |
Современные озера |
Современные озера |
Современные озера |
|||
Лимногенетическая классификация (Жирков, 2007) |
Речные (старицы) |
Речные (старицы) |
Речные (старицы) |
Речные (старицы) |
Речные (старицы) |
|||
Морфометрические |
По величине площади (Иванов, 1948) |
Очень малые |
Средние |
Очень малые |
Очень малые |
Очень малые |
||
По глубине (Китаев, 1984) |
Средняя |
Малые |
Очень малые |
Очень малые |
Очень малые |
Малые |
||
Максимальная |
Средние |
Очень малые |
Очень малые |
Очень малые |
Малые |
|||
По расчлененности берегов (Самохин, 1980) |
Слабо расчлененные |
Мало расчлененные |
Мало расчлененные |
Сильнорасчлененные |
Слабо расчлененные |
|||
Гидрологические |
По водному балансу (Богословский, 1980) |
Сточное |
Сточное |
Сточное |
Сточное |
Сточное |
||
По внешнему водообмену (Богословский, 1980) |
Аккумулятивное |
Аккумулятивное |
Аккумулятивное |
Аккумулятивное |
Аккумулятивное |
|||
Классификация водных экосистем |
Гидрофизические |
Термическая классификация (Форель, 1892) |
Умеренные |
Умеренные |
Умеренные |
Умеренные |
Умеренные |
|
По прозрачности воды (Китаев, 1984) |
Средняя |
Средняя |
Средняя |
Средняя |
Средняя |
|||
Гидрохимические |
По типам вод |
Алекин, 1953 |
Гидрокарбонатно-натриевые |
Гидрокарбонатно-натриевые |
Гидрокарбонатно-натриевые |
Гидрокарбонатно-натриевые |
Гидрокарбонатно-натриевые |
|
По минерализации |
Средне-минерализованные |
Средне-минерализованные |
Средне-минерализованные |
Средне-минерализованные |
Средне-минерализованные |
|||
По рН показателю |
Слабощелочная |
Слабощелочная |
Слабощелочная |
Слабощелочная |
Слабощелочная |
|||
По жесткости воды |
Умеренно-жесткая |
Умеренно-жесткая |
Умеренно-жесткая |
Умеренно-жесткая |
Умеренно-жесткая |
|||
Гидробиологические |
По видовому разнообразию (по индексу Вудивиса) |
Загрязненные |
Умеренно-загрязненные |
Умеренно-загрязненные |
Загрязненные |
Грязные |
||
Экологическое состояние |
Качество вод |
Удельный комбинаторный индекс загрязненности воды (УКИЗВ)
|
Слабозагрязненные |
Загрязненные |
Загрязненные |
Загрязненные |
Загрязненные |
|
Трофический статус
|
По Тинеману, 1977 |
Мезотрофные |
Мезотрофные |
Мезотрофные |
Мезотрофные |
Мезотрофные |
Рецензенты:
Нюкканов А.Н., д.б.н., профессор ФГБОУ ВПО «ЯГСХА», г. Якутск;
Николаева Н.А., к.г.н., с.н.с. ИФТПС СО РАН, г. Якутск.