Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Введение

Комплексные исследования водных экосистем являются неотъемлемой частью рационального природопользования. В этих исследованиях важное место занимает изучение донных отложений, которые представляют собой хранилище наиболее полной информации о процессах, происходящих в водоеме, как в прошлом, так и в настоящем. В ходе различных внутриводоёмных процессов они накапливают вещества совершенно разной природы, в том числе и токсичные, и при определенных условиях могут поставлять их обратно в водную толщу, иногда, таким образом, превращаясь в источник вторичного загрязнения водоема. Уникальной особенностью озерных донных отложений является то, что скорости накопления донных осадков в них в десятки, а иногда и в сотни раз выше, чем в прилегающих морях [3].

Без знания форм поставки вещества в бассейн почти невозможен анализ закономерностей морского и озерного осадконакопления [5]. Для познания причинно-следственных связей современного осадконакопления представляет несомненный интерес взвесь, прежде всего, как материал образования донных отложений и как одна из форм существования химических элементов [3, 5]. Взвешенные частицы влияют на многие характеристики водоема, такие как прозрачность воды, температура, состав растворенных компонентов, адсорбцию токсичных веществ, а также на состав и распределение отложений и на скорость осадкообразования [3, 4]. С этой точки зрения изучению взвеси уделяется очень большое значение.

Происхождение водного взвешенного вещества может быть как аллохтонным, так и автохтонным. В верхнем слое водной толщи происходит мобилизация взвеси различной природы, и далее осадочный материал оседает на дно водоема. Основными источниками аллохтонной взвеси являются почвы водосборного бассейна, поэтому в ее составе доминируют минеральные частицы и остатки наземной растительности. Автохтонное взвешенное вещество является результатом биологических и химических процессов, происходящих в водоёме. Взвешенное органическое вещество в составе автохтонной взвеси формируется в результате продуцирования фитопланктоном и далее по трофической цепи зоопланктоном и деструкторами органического вещества, а также из остатков прибрежной растительности. Неорганическая автохтонная взвесь образуется в результате различных химических и физических внутриводоёмных процессов, как например осаждение соединений железа и марганца. Концентрация взвешенных частиц связана с сезонными факторами и гидрохимическим режимом озера, а также зависит от антропогенных факторов.

Взвешенное вещество в озерах северо-запада России изучено очень слабо [10]. Поэтому целью настоящей работы было изучить количественное распределение и вещественный состав взвешенного вещества в малых озёрах Кенозерского национального парка.

На территории Архангельской области пролегает густая сеть рек и озер. Одним из типично озерных районов является территория Кенозерского национального парка на юго-западе области. Объектами настоящего исследования являются озера южной части парка, относящиеся к разным водосборным бассейнам: Масельгское (водосбор Балтийского моря) и Вильно (водосбор Белого моря). Озёра представляют собой водоёмы ледникового происхождения, и между ними проходит континентальный водораздел бассейнов Северного Ледовитого и Атлантического океанов (озовая гряда) (рис. 1). Оба озера относятся к лентическому типу и являются маловодообменными [1, 7].

Рис. 1. Карта-схема расположения станций отбора проб в озёрах Кенозерского национального парка, июль 2011 и 2012 гг.

Морфометрические параметры озер в меженный период представлены в таблице 1. Исследуемые озера отличаются между собой размерами, сложностью рельефа котловины, степенью открытости и стратификацией вод. Так, оз. Масельгское отличается более сложным рельефом дна по сравнению с Вильно, для него характерны значительные понижения уровня дна. Дно оз. Вильно плоское, без значительных понижений, с постепенным свалом глубин.

Таблица 1 – Морфометрические параметры исследуемых озёр [1]

Материалы и методы

На рисунке 1 приведена карта-схема, на которой обозначены точки отбора проб. Пробы воды отбирали в период летней межени в июле 2011 и 2012 гг. в пелагической части озёр. В оз. Масельгское, характеризующемся четко выраженной сезонной вертикальной стратификацией, пробы отбирались на глубоководной станции в его северной части – 20 м (при средней глубине 2,9 м), в мелководном оз. Вильно глубина станции отбора составляла 5 м (при средней глубине 2,3 м).

Воду для анализа отбирали с помощью горизонтального поликарбонатного батометра Aquatic Research и переливали в чистые пластиковые канистры. В лаборатории взвесь отделяли методом фильтрации [2, 4] под вакуумом через ядерные фильтры диаметром 47 мм с размером пор 0,45 мкм. После фильтрации пробы высушивали при температуре 60ºС, а затем гравиметрически определяли концентрации взвеси. Микроскопическое исследование взвеси проводили в Институте океанологии им. П.П. Ширшова РАН на сканирующем электронном микроскопе Vega 3 SEM (TESCAN) с системой микроанализаторов фирмы Oxford Instruments (Великобритания) INCA Energy (Oxford Instruments Analytical). Образцы размерами примерно 5х5 мм перед просмотром напыляли золотом. Содержание растворённого кислорода в воде в 2011 г. определяли с помощью зонда-оксиметра WTW Oxy 330i, а в 2012 г. – по методу Винклера.

Результаты и их обсуждение

В результате исследований были получены количественные и качественные характеристики взвешенного вещества озёр Масельгское и Вильно.

Для мелководного нестратифицированного озера Вильно средняя для двух июльских экспедиций концентрация взвешенных веществ составила 2,85 мг/л. Это значение в несколько раз выше июльских концентраций взвеси в мезотрофных озерах бореальной зоны – в озере Кенозеро, расположенном в северной части Кенозерского национального парка [10], и озере Траут (США, штат Висконсин) [8]. В июле 2011 г. концентрация взвеси в озере не превышала 4,10 мг/л (максимальное количество в поверхностном слое на глубине 0,5 м). Глубже её концентрация снизилась практически в 2 раза (до 1,71 мг/л), и у дна вновь возросла до 2,33 мг/л (рис. 2). Средняя концентрация взвеси в июле 2011 г. составляла 2,71 мг/л. Близкое значение средней концентрации взвешенных веществ было получено и для июля 2012 г. – 2,96 мг/л. Так же, как и в 2011 г., наблюдалось снижение концентрации взвеси на глубине 2 м до 1,87 мг/л (при среднем значении для остальных горизонтов 3,33 мг/л) и повышение у дна до значений, близких к поверхностному горизонту.

Рис. 2. Концентрации взвешенных веществ и растворённого кислорода в озёрах КНП:

а) оз. Вильно; б) оз. Масельгское

Средняя концентрация взвешенного вещества в озере Масельгском в июле 2011 и 2012 гг. составила 5,25 мг/л. Наблюдается общая тенденция к повышению концентрации взвеси к придонным слоям водной толщи. Однако, по сравнению с оз. Вильно характер распределения взвеси был более неоднороден. Максимальные концентрации взвеси для аэробной зоны зафиксированы в поверхностном горизонте. В этой зоне было отмечено снижение количественного содержания взвеси от поверхности к глубинным слоям. При смене условий на анаэробные происходит резкое увеличение концентрации взвеси с 1,29–1,61 мг/л (на отметке 12 м) до 7,57–10,00 мг/л (на отметке 16 м). Средняя концентрация взвеси в бескислородной зоне составляла 9,46 мг/л (среднее за два года). Причиной повышения концентрации взвешенных частиц в придонных слоях, по всей видимости, является ресуспензия донных осадков, обусловленная гидродинамическим режимом озера на изученном участке.

Изучение взвеси под электронным микроскопом показало, что в составе взвеси поверхностных горизонтов преобладали биогенные частицы, в основном отдельные клетки и колонии микроводорослей, среди которых доминировали диатомовые водоросли (Bacillariophyta). Среди обнаруженных нами диатомей наиболее часто встречаются пеннатные водоросли семейства фрагилариевых (Fragilariaceae) рода астерионеллы (Asterionella), семейства табелляриевых (Tabellariaceae), центрические диатомовые. Также в составе взвеси исследованных озер присутствовали перидинеивые водоросли, представленные видами церациума (Ceratium) и перидиниума (Peridinium). Среди характерных для пресных озёр золотистых водорослей наиболее часто встречались виды малломонаса (Mallomonas) и динобриона (Dinobryon). Также в составе взвеси встречались споры и пыльца. Доля минеральных частиц в составе взвеси была незначительной.

Отличительной чертой качественного состава биогенной взвеси обоих озёр, собранной в июле 2012 г., было наличие на всех горизонтах в большом количестве цианобактерий.

В придонных слоях преобладали минеральные частицы пелитового и алевритового размеров, поступающие в воду в результате взмучивания поверхностного слоя донных осадков.

Во взвеси, отобранной в оз. Масельгское на глубине 12 м, обнаружены частицы оксидов марганца. Вероятно, что в этом слое, при повышении концентрации растворенного кислорода по мере приближения к поверхности озера, происходило окисление растворенного марганца, концентрация которого в придонной слое была очень высокой [9].

Выводы

В июле 2011 и 2012 гг. концентрация взвеси в озерах Масельгское и Вильно в Кенозерском национальном парке была сравнительно низкой, но в несколько раз выше, чем минимальные концентрации в мезотрофных озерах бореальной зоны. Повышенные концентрации взвеси в придонных горизонтах обусловлены гидродинамикой водоемов.

В поверхностных слоях исследованных озёр в составе взвеси преобладали биогенные частицы (клетки и колонии диатомовых водорослей, цианобактерий и золотистых водорослей, характерных для пресноводных водоёмов), доля минеральных частиц была незначительной. В придонных слоях преобладали минеральные частицы пелитового и алевритового размеров.

Авторы признательны С.А. Забелиной (ИЭПС УрО РАН) за помощь в организации экспедиции, В.А. Карлову (ИО РАН) за помощь в работе на сканирующем электронном микроскопе.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ №12-05-90829_мол_рф_нр, гранта РФФИ-Север № 11-05-98802_а, Проекта УрО РАН № 12-У-5-1014, Проекта Президиума РАН №12-П-5-1021 и проекта “Трансевропейский меридиональный морской эколого-геохимический разрез” Программы № 23 фундаментальных исследований Президиума РАН.

Рецензенты:

Пересыпкин Валерий Иванович, доктор геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией химии океана ФГБУН Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН, г.Москва.

Субетто Дмитрий Александрович, доктор географических наук, профессор, заведующий кафедрой физической географии и природопользования Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена, г.Санкт-Петербург.