исследованием чего занимается ученый лимнолог
История лимнологии, область исследования, отрасли и исследования
лимнология Это наука, которая изучает континентальные водоемы как экосистемы, связанные с наземными экосистемами и атмосферой. Описывает и анализирует физические, химические и биологические факторы внутренних вод, чтобы объяснить их состав, структуру, энергию и живые организмы..
Термин «лимнология» происходит от слов Лимна (божественность, связанная с водой) и логотипы (договор или учеба). Впервые он был использован Франсуа Альфонсом Форелем, швейцарским ученым, который считался отцом этой дисциплины за его большой вклад в 19 веке.
Лимнология замечательно развивалась на протяжении всей своей истории; Первоначально это включало только изучение озер, которые считались суперорганизмами, без связи с окружающей средой. В настоящее время при изучении внутренних вод рассматривается взаимодействие с окружающей средой и его значение в циклах вещества и энергии..
история
Древняя лимнология
Первые вклады в познание озер возникают в древней Европе, с изолированными наблюдениями, без взаимосвязей между ними..
Между 1632 и 1723 гг. А. ван Левенхук сделал первые описания водных микроорганизмов, благодаря появлению микроскопа, что означало важный прогресс в познании водной жизни..
В 1786 году была опубликована первая классификация водных микроорганизмов, проведенная датским биологом Отто Фридрихом Мюллером под названием Инфузория Fluviatilia et Marina Анимакула.
С появлением первых биологических станций знания в области лимнобиологии достигли своей полноты. В 1888 году первая экспериментальная станция была основана в лесах Чехии, в Чешской Республике. Впоследствии число биологических станций в Европе и США быстро увеличивалось.
Ученые того времени внесли большой вклад в познание жизни в водоемах с пресной водой. Они подчеркивают исследования в области таксономии, механизмов питания, распределения, миграции, среди других.
Современная лимнология
Современная лимнология возникла в конце 19-го века, когда П.Э. открыл сообщество пресноводных планктонов. Мюллер, в 1870 году.
В 1882 году Раттнер заявляет, что лимнология включает экологические взаимодействия, помимо описательного изучения биотических ассоциаций, которые происходят в водоеме..
В 1887 году С.А. Forbes опубликовал эссе под названием Озеро как микрокосм, в котором он анализирует озеро как систему в динамическом равновесии вещества и энергии с живыми организмами.
В 1892 году Ф. А. Форель опубликовал результаты своих исследований на озере Леман (Швейцария), посвященных геологии, физико-химической характеристике и описанию живых организмов озера..
В 1917 году Коул включил вторую задачу по лимнологии; изучение циклов материи с особым акцентом на биогеохимические циклы.
В 1935 году Уэлч определил лимнологию как исследование биологической продуктивности внутренних вод. Это определение впервые включает в лимнологию подход к продуктивности и изучению лотосных систем (рек и ручьев), а также лентиков (озер)..
В 1975 году Хатчинсон и Гольтерман характеризуют лимнологию как междисциплинарную науку, которая зависит от геологии, метеорологии, физики, химии и биологии..
В 1986 году Lehman описывает две области исследования, связанные с лимнологией. Первое направление было сфокусировано на физико-химических (термодинамических) свойствах водоемов. Вторая область, которая изучает биологические процессы на уровне популяций и сообществ, контролируемых естественным отбором..
В течение 1990-х годов, столкнувшись с растущим спросом на воду и глобальной угрозой ее сокращения в количестве и качестве, появляется прикладное видение лимнологии, которое фокусируется на управлении окружающей средой..
Современная Лимнология
Лимнология XXI века сохраняет представление о важности знания лентических и лотосных систем для обеспечения рационального использования водных ресурсов, которое позволяет человечеству пользоваться водными ресурсами и их социальными, экономическими и природными благами..
Область исследования
Лимнология считается отраслью экологии, которая фокусируется на континентальных водных экосистемах, включая озера, лагуны, грунтовые воды, пруды, ручьи и реки..
Изучить как поток вещества и энергии, так и состав, структуру и динамику живых организмов, присутствующих во внутренних водах на уровне отдельных лиц, видов, популяций и сообществ..
Понимание всех процессов и механизмов, которые формируют биоразнообразие и физико-химические реакции континентальной водной среды, требует интеграции множества научных дисциплин, таких как химия, физика, биология, климатология, гидрология, геология и другие..
Лимнология также объединяет процессы, присущие внутренним водам, с наземными экосистемами. Рассмотрим влияние дренажа воды и вклад вещества и энергии из бассейнов. Кроме того, он принимает во внимание обмены между водоемами и атмосферой.
Изучение внутренних вод также включает в себя выявление экологических угроз и описание их воздействия на экосистему. Кроме того, это подразумевает поиск решений, таких как смягчение последствий изменения климата, борьба с экзотическими видами и восстановление экосистем..
ветви
Ветви лимнологии возникают в зависимости от типа изучаемого континентального водоема..
Лимнология стоячей воды
Эта ветвь лимнологии изучает лентические экосистемы, более известные как озера. Он включает в себя как природные поверхностные воды, так и водохранилища, пруды или искусственные плотины.
Лимнология проточных вод
Лимнология современных вод изучает экосистемы лотоса, такие как реки или ручьи, характеризующиеся преимущественно горизонтальным и однонаправленным потоком воды..
Лимнология подземных вод
Эта отрасль изучает процессы, которые произошли в подземных водоемах. Это включает в себя исследования биогеохимических процессов, которые формируют химические характеристики подземных вод.
Лимнология соленых озер
Эта ветвь изучает соленые озера, которые составляют 45% континентальных озер мира. Его исследования посвящены особенностям этих экосистем, включая их химическое, физическое и биологическое описание..
Недавние исследования
Исследования в тропических озерах
Большая часть исследований в лентических средах была проведена в озерах северных умеренных регионов. Тем не менее, биогеохимическая динамика крупных тропических озер отличается от таковой, зарегистрированной для умеренных.
В 2018 году Ли и его коллеги опубликовали статью о геохимии отложений и вкладе в круговорот углерода и питательных веществ в тропическом озере, расположенном в Малави (Восточная Африка)..
Результаты указывают на значительный вклад отложений в биогеохимические бюджеты озера. Кроме того, они показывают, что скорость седиментации значительно возросла за последние десять лет.
Исследования в плотинах или искусственных плотинах
Количество прудов и искусственных дамб быстро увеличилось за последние годы.
Даже если хорошее понимание природных озер может помочь в понимании искусственных экосистем, они могут представлять множество характеристик, которые отличают их от природных экосистем. Из-за этого, исследования в искусственной среде имеют большое значение в настоящее время.
Значор и др. (2018) проанализировали данные 36 переменных среды, полученных за 32 года в небольшом водохранилище в Чешской Республике. Целью исследования было выявление тенденций изменения климатических и биогеохимических характеристик..
Почти все переменные среды демонстрировали переменные тенденции с течением времени. Изменения тенденций были также определены. Например, растворенный органический углерод имел тенденцию к линейному непрерывному росту.
Это исследование также показало изменение тенденций в конце 80-х и в течение 90-х годов. Авторы интерпретируют это изменение как ответ на некоторые социально-экономические изменения, которые произошли в регионе..
Другим важным результатом этого исследования является изменение гидравлических условий плотины, которое произошло в 1999 году. Это произошло после увеличения объема удержания плотины в результате административного решения, принятого после периода сильных дождей..
Этот пример показывает, как исследования в области лимнологии могут показать нам влияние социально-экономических факторов и политических решений на функционирование искусственных экосистем. В свою очередь, это может помочь нам понять влияние на природные экосистемы.
Исследования по палеолимнологии
Novaes Nascimento и сотрудники опубликовали в 2018 году статью о палеобиологических исследованиях в перуанских Андах, которые воссоздают историю озера Миски, небольшого убежища с морской водой, расположенного на высоте 3750 метров над уровнем моря..
Результаты, полученные карбонатной стратиграфией и сообществом ископаемых диатомовых водорослей, показали снижение уровня озера в течение среднего голоцена, однако это никогда не высыхало полностью.
История показывает, что озеро Миски было частью ландшафта на протяжении 12 700 лет, хотя многие мелкие андские озера высохли.
Лимнология: предмет, задачи и методы иследования
Предметом изучения лимнологии является весь комплекс внутриводоемных, или лимнических процессов, протекающих в озере в тесной связи с водосбором.
Региональная лимнология занимается исследованием лимнических процессов в условиях конкретной территории, с учетом физико-географических условий и в тесной связи с водосбором, обусловленные длительным их развитием в голоцене. Как показывает практика исследований озер Беларуси, особенности их генезиса, гидрологического режима, процесса накопления донных отложений, эволюции лимносистем имеют специфические черты, характерные только для данной территории.
Методы исследований лимнологии
Озера представляют собой сложные гидрологические и гидроэкологические экосистемы. Поэтому для их изучения применяется весь комплекс гидролгических методов исследований.
Стационарные исследования озер и водохранилищ ведутся на озерных станциях и гидрологических постах.
Полустационарные исследования, как правило, сопровождают стационарные исследования, проводятся сезонно по специальной программе в соответствии с поставленными практическими и научными задачами.
Экспедиционные исследования ведутся проводятся в связи с научными задачами ряда научных и проектных учреждений. Исследования проводятся эпизодически, или сезонно, в которых решаются конкретные научные задачи.
Комплексный лимологический метод изучения озер и водохранилищ включает ряд приемов картирования озер, донных отложений и водной растительности, методик химического анализа донных отложений и озерных вод и др. современных методик.
В лабораторных условиях изучаются физические и химические свойства грунтов и воды, водной растительности. Валовый химический анализ донных отложений ведется на сложных приборах, таких как пламенный фотометр, атомный спектроанализатор, нефелометр, калориметр и др.
Для изучения физико-географических условий водосборов озер в голоцене в лимнологии используется комплекс палинологических методов: споровопыльцевой, диатомовый, остракодовый, палеокарпологический и др. Для определения абсолютного возраста отложений используется радиоуглеродный метод.
При изучении отдельных процессов широко внедряются в изучение озер и водохранилищ математическое моделирование. В меньшей степени используется натурное или физическое моделирование. При натурном моделировании проводятся эксперименты максимально приближенные к естественным условиям водоема. Например, использование меченого песка в прибрежной зона с целью изучения динамики течений и транспорта наносов в прибрежной зоне.
Лимнология – наука об озерах и других внутренних водах
Термин лимнология происходит от греческих слов λίμνη, limne, “озеро” и λόγος, logos, “знание”. Лимнология – это наука об внутренних водах, к которым относятся ручьи, озера, реки, водно-болотные угодья и водохранилища. Лимнология является разделом гидрологии, изучающим геологические, химические, биологические и физические характеристики внутренних вод, которые могут быть искусственными или естественными, солеными или пресными, а также стоячими или проточными. Наука тесно связана с гидробиологией и водной экологией, фокусирующихся на водных организмах. Пейзажная лимнология – ветвь лимнологии, изучающая сохранение и управление морскими экосистемами с точки зрения ландшафта.
История лимнологии
Швейцарский ученый Франсуа-Альфонс Форель считается основателем лимнологии, и его наблюдения вдохновили множество других ученых, в том числе ботаника Эйнара Наумана и зоолога Августа Тиенмана, которые организовали Международное общество лимнологии (ISL) в 1922 году. Форель начал интересоваться и наблюдать за природой в возрасте 13, и его ранние исследования рассматривали связь между биологическими, физическими и химическими свойствами Женевского озера. Он определил лимнологию как океанографию озер, но затем расширился и включил изучение всех внутренних вод. Лимнология – это интегративная дисциплина, в которой взаимодействуют биология, физика и химия, что позволяет понять водную экосистему более всеобъемлющим образом.
Физические свойства водной экосистемы
Сочетание волн, течений и тепла, среди других сезонных вариаций условий окружающей среды, помогает идентифицировать физические свойства морской системы. Количественный анализ водного объекта зависит от различных особенностей, таких как водно-болотные угодья, ручьи, реки и эстуарии, а также структура среды, окружающей водный объект. Процесс формирования озер помогает классифицировать водные объекты, а глубина воды определяет зоны внутри озера. Скорость течения воды и геология окружающей территории определяют морфометрическую систему потоков и рек. Эстуарии также включены в исследования лимнологии. Типичные водно-болотные угодья, такие как болота, топи и трясины отличаются по характеру, размеру и форме.
Световая интеграция
Теория светлой зональности рассматривает, как проникновение солнечного света в толщу воды влияет на структуру водоема. Световые зоны определяют различные уровни производительности в озерной экосистеме. Эвфотическая или фотическая зоны относятся к глубинам столба воды, куда проникает солнечный свет и где могут расти растения. Остальная часть толщи воды, которая не получает достаточного солнечного света для роста растений, известна как афотическая зона. Альбедо измеряет количество электромагнитного излучения, которое отражается при попадании солнечного света на поверхность воды.
Термическая стратификация
Термическая стратификация, также называемая термической зональностью, представляет собой метод классификации слоев водных объектов в водной экосистеме, базирующийся на основе изменения температуры в каждом слое. Нагрев уменьшается экспоненциально с глубиной, и поэтому вода сильнее нагревается на поверхности и становится все более холоднее по мере увеличения глубины. Тепловая стратификация водоема имеет три слоя. Эпилимнион – это верхний слой, который близок к поверхности воды, и является наиболее теплым слоем, который испытывает циркуляцию ветра. Второй слой, испытывающий резкое снижение температуры, называется термоклином. Нижний слой, который является равномерно холодным, называется гиполимнион. Летом верхний слой водоема всегда теплее нижнего. Однако зимой температура эпилимниона падает ниже 4 градусов Цельсия, что равно температуре нижнего слоя. Верхний слой расширяется, становится светлее, а затем замерзает.
Химические свойства водной экосистемы
В естественной среде на химический состав воды влияют эрозия почвы, испарение, тип почвы, осадки и потоки. Все водные объекты имеют уникальный баланс неорганических и органических соединений или элементов.
Качество воды
Хотя считается, что на качество воды озер влияют сотни факторов, лишь несколько из них имеют наибольшее значение для здоровья водной экосистемы. Существует множество видов биологической деятельности, влияющих на концентрацию растворенного газа и питательных веществ, однако человеческая деятельность является единственным основным фактором, способствующим изменению качества воды.
Кислород
Растворенный кислород отвечает за многочисленные химические и биологические реакции, которые играют значительную роль в функционировании водной экосистемы. Различные природные процессы влияют на концентрацию кислорода в экосистеме, включая фотосинтез и дыхание. На профиль кислорода влияет ветер на поверхности воды, дыхание, фотосинтез и органические вещества, а это означает, что концентрация кислорода уменьшается точно так же, как и температурный профиль. Процесс фотосинтеза и солнечный свет контролируют концентрацию растворенного кислорода и являются определяющими факторами того, сколько фотосинтеза может произойти в трех водных слоях, где доступен свет. Концентрация растворенного кислорода уменьшает глубину тела воды. Водная жизнь поглощает растворенный кислород, высвобождая углекислый газ.
Фосфор и азот являются жизненно важными питательными веществами в водной системе. Хотя в большинстве исследований основное внимание уделяется аммиаку, нитриту и нитрату в качестве источников азота в воде, азот существует в воде и форме газа. Концентрация азота обычно высока в осенние и зимние месяца и ниже в весенние и летние. Низкая концентрация фосфора в водоемах считается ограничивающим фактором в скорости роста фитопланктона. Растворенный фосфор имеет характерный экосистемный цикл.
Биологические свойства водной экосистемы
Лимнология классифицирует все водные объекты в соответствии с их индексом трофического состояния. Индекс трофического состояния определяется количеством фосфора и азота среди других питательных веществ. Эвтрофные озера имеют высокий уровень питательных веществ и характеризуются высокой продуктивностью. Олиготрофные озера имеют низкий уровень питательных веществ и характеризуются низкой первичной продуктивностью. Дистрофические озера имеют желто-коричневую или чайную воду и высокий уровень гуминового вещества. Эвтрофикация озера может привести к увеличению количества водорослей.
Смертельная лимнология, или По ком стонет дно Карельской ламбы?
Черный юмор от суровых лимнологов Заполярья
С расширенным доступом
Если бы меня попросили описать одним словом мою текущую научную деятельность, то это было бы слово «смерть». Конечно, я прекрасно понимаю, что эта тема сильно табуирована, чему виной различные суеверия, страхи и тому подобные вещи. Однако, несмотря на это, мне всё же хочется поговорить об этом в контексте моей профессиональной научной деятельности. Отчасти потому, что это, как я сказал, запретно, а значит притягательно, а отчасти потому, что я давно ищу разные формы представления исследований, проводимых со своими коллегами-лимнологами, в научно-популярной форме. В конце концов, подумал я, а почему бы и нет? Тем более, что в таком ключе про исследования озер, коих видимо-невидимо на нашей стране, уверен, еще никто до меня не писал. В общем, задел готов. Поехали.
Тем, кто мало представляет, чем мы с коллегами занимаемся, поясню. Мы лимнологи, изучаем озера, главным образом на севере России (в Карелии, Мурманской области). Лично я специализируюсь на геохимии донных отложений озер и чаще всего изучаю поведение тяжелых металлов в водной среде и их накопление в озерном иле. Каждое лето и зиму мы выбираемся в экспедиции и отбираем образцы проб — воды и тех самых отложений или ила, далее везем их в лабораторию, анализируем, обдумываем полученные данные и пишем научные статьи. В общем, как вы поняли, я и мои коллеги часто бываем на озерах — и на больших (например, на Ладожском или на Имандре), и на совсем маленьких, почти лужах, которые в Карелии называют «ламбами», или «ламбушками», что по-фински означает «лесное озеро». В Мурманской области малые озера никаким отдельным словом не обозначаются, так что будут они просто «малыми озерами». В любом случае хоть в Карелии, хоть в Мурманской область, хоть в какой-нибудь Тмутаракани озера (как их ни назови) — это природные объекты повышенной опасности. Настолько повышенной, что на кону ни много ни мало жизнь человека. В нашем случае не просто человека, а ученого, в иных ситуациях даже светил науки. Это значит, что любой водоем, хоть маленький, хоть большой, при определенных обстоятельствах (неблагоприятных погодных условиях, технических неисправностях или просто людской дурости) может отправить на тот свет транзитом через дно озера любого, кто сядет в лодку или встанет на лед.
Полевые лимнологические работы в июле 2020 года на севере Мурманской области (слева — А. В. Гузева, справа — З. И. Слуковский). Фото М. Б. Малышевой
Умри, но стратификацию сохрани!
Если продолжать тему утопленников, то почти каждую мою экспедицию они так или иначе возникают то на одном озере, то на другом. Благо этими несчастными не становятся мои коллеги, потому что мы свято чтим технику безопасности. Я говорю об утопленниках прошлого, о трагичных историях, которые хранят многие водоемы нашей страны. Обычно о таких случаях мы узнаем от местных жителей, так как большую часть своих исследований проводим на водоемах, которые расположены в городах или сельской местности. Например, в 2018 году на берегу озера Хухтеру Лахденпохского района Республики Карелии местная жительница поведала, что несколько лет назад в этом водоеме утонул мужчина, и на его поиски даже водолазов вызывали, которые, переворошив всё дно, так никого и не нашли. Утопленник через несколько дней после их отъезда всплыл сам. Водолазы при этом, по ее словам, обнаружили в этом озере «двойное дно» — правда, что это такое, мы так понять и не смогли: эхолот (прибор для измерения глубин) никаких аномалий в этом озере не обнаружил, бурение донных отложений пробоотборником Limnos также прошло довольно успешно. Причем колонка отложений оказалась вполне представительной, о чем можно было судить по характерному распределению Pb, Cd и Sb, по которым можно судить о влиянии дальнего переноса загрязняющих веществ на Севере России.
Работы на озере Хухтерву Лахденпохского района Республики Карелии в июле 2018 года (в лодке — Е. В. Сыроежко и М. А. Медведев). Фото З. И. Слуковского
На другом водоеме, озере Окунёвом, расположенном в центре города Мурманска, в том же 2018 году утопленник «всплыл» прямо в СМИ. В частности, о случае гибели 46-летнего местного жителя сообщалось на сайте «Мурманского вестника» (Водолазы…, 2018). Примечательно в этом случае то, что я с коллегами буквально за неделю до печального случая работал и отбирал пробы воды и донных отложений с этого озера (Слуковский, 2018а). Как и в случае с озером Хухтерву, к делу были подключены водолазы, и именно с их помощью тело утонувшего мурманчанина было вытащено из водоема. Дальнейшие исследования колонок донных отложений продемонстрировали, что утопленник также никак не нарушил стратификацию осадков в озере Окунёвом (Slukovskii et al., 2020a). Больше всего нас интересовали распределения V и Ni (см. график), ведь именно эти два металла в большом количестве содержатся в выбросах ТЭЦ Мурманска, которая работает на мазуте (Попов, 2019). Графики, полученные в ходе работ, иллюстрируют непрекращающийся характер загрязнения городского водоема с середины прошлого века по сей день. Как это связано с утопленником? Да особенно никак. Но ведь мне нужно как-то оправдать научность этой публикации. Получается, под соусом запретной смертельной темы подаются вполне себе открытые эколого-геохимические данные. И городские озера в этом отношении — просто клад, ведь с ними всегда и повышенные концентрации элементов-загрязнителей вследствие антропогенной нагрузки, и несчастные утопленники вследствие рекреационной привлекательности и доступности озер для местного населения. Уверен, что другие Мурманские озера также имеют не одну подобную историю, большинство из которых, вероятно, задокументированы только в архивах правоохранительных органов.
Вертикальное распределение концентраций ванадия и никеля в колонке донных отложений озера Окунёвого (город Мурманск)
Продолжая тему правоохранительных органов, необходимо сказать, что утопленники, которые постоянно «встречают» нас на городских озерах, могут быть связаны с громкими криминальными историями. Совсем свежая история возникла в моей записной книжке, когда я приехал в славный город Архангельск в сентябре 2020 года для исследований местных водных объектов. Первым озером в нашем списке значилось озеро Бутыгино, на котором нужно было измерить глубины и провести отбор воды и донных отложений. Почти сразу выяснилось, что всего год назад леденящая душу новость, связанная с Бутыгиным, ошеломила жителей Архангельска. Ошеломила эта история и меня, ведь про кого-кого, а про маньяка-каннибала я точно не был готов узнать от коллег в первый же день нашей экспедиции. Жертвами маньяка стали три человека, останки их тел были найдены как раз на дне озера Бутыгино (В Архангельске…, 2019). Следствием было установлено, что убийца и жертвы были знакомы, и они даже выпивали вместе. Именно после пьянки маньяк совершил свои злодеяния, убив, расчленив и частично поев (поэтому и каннибал) своих собутыльников. Примечательно, что обвиняемый в тройном убийстве был признан психически вменяемым. Это при том, что данный товарищ употреблял в пищу не только людей, но и кошек, собак и других мелких животных и птиц, чьи останки были обнаружены в пакетах вместе с человеческими. Жуть, да и только. Однако, если задуматься, то водоемы довольно часто используются криминальными элементами в качестве мест, где можно скрыть орудия преступления (ножи, пистолеты) или самих жертв. Подобные случаи описаны в книгах, регулярно демонстрируются в фильмах, а также становятся топовыми новостями в СМИ. Чего только стоит недавняя история расчленителя Соколова из Санкт-Петербурга, который пытался утопить останки своей жертвы в реке Мойке, но был остановлен, так как сам упал в реку, а в его рюкзаке нашли части тела убитой девушки (Доцент-расчленитель…, 2019). В настоящий момент и архангельский маньяк, и питерский расчленитель находятся под стражей.
Заканчивая тему озер и убийц, не могу не отменить один факт. В 2018 году мы с коллегами начали свои исследования на озере Большом Вудъявре, расположенном рядом с городом Кировском (Слуковский, 2018б). Конечно, исследования этого водного объекта велись много лет и до нас. Но вот почему-то именно в это время, а именно 14 марта 2019 года, на экраны вышел восьмисерийный детективный сериал «Мертвое озеро» с Евгением Цыгановым в главной роли. «А что здесь такого?» — спросите вы. А то, что снимали фильм в Кировске, и в качестве ключевого («мертвого») водоема использовали упомянутый уже Большой Вудъявр. Совпадение? Думаю, да. В психологии это называется феноменом Баадера — Майнхоф, или иллюзией частности. То есть я не псих, а просто замечаю лишь то, что хочу замечать, и мне кажется, что это попадается мне всюду. Если интересно, почитайте. И сериал посмотрите. В любом случае будем считать, что вторая часть доказательства тезиса о смертельности лимнологических исследований закончена.
Афиша сериала «Мертвое озеро», снимавшегося в Кировске
О, «счастливчики»…
Пытаясь плавно перейти к следующим эпизодам, отмечу, что идея назвать сериал «Мертвым озером» совсем не уникальна. Дело в том, что простой поиск по картам «Яндекса» выдал мне пару десятков озер с названием «Мертвое». Такие объекты можно встретить в Хабаровском крае, на Чукотке, в Тюменской области, в Подмосковье и в Республике Беларусь. На самом севере Мурманской области есть озеро Могильное. Уверен, существует множество версий, почему эти озера были названы столь жуткими словами. Может, где-то было совершенно убийство или ритуальное жертвоприношение, а где-то просто не водится рыба, и местные жители решили, что вода в озере плохая и, следовательно, мертвая. В общем, насчет воды какого-либо из этих озер сказать без предметного анализа что-то очень сложно, но то, что на дне всех этих водоемов лежат тонны омертвевших остатков растений и животных, — неоспоримый факт. Именно эти остатки слагают донные отложения озер. Иногда эти отложения называют словом «сапропель», что в переводе с латинского означает «гнилой ил». Озера с большим содержанием этого самого ила, подверженные эвтрофированию и заболачиванию, вполне могут быть непригодны для обитания рыбы. Вот вам и вероятная причинно-следственная связь между названием какого-либо из Мертвых озер России-матушки и тем, почему эти озера могут быть лишены пользы для местного населения.
Автор статьи с бидоном сапропеля озера Грязного (Республика Карелия). Фото Е. М. Макаровой
Кстати, в неглубоком и богатом сапропелем небольшом озерке довольно легко утонуть, так как желеобразный водянистый ил может запросто засосать, если попытаться на него встать. Получится тот же эффект, что и с тонущим в болоте: чем больше барахтаешься, тем больше тебя засасывает. Так что и в этом отношении любое из найденных Мертвых озер может легко оправдать свое название. Причем же тут лимнологическая деятельность, моя и моих коллег? А вот притом, что именно донные отложения (ил или сапропель) чаще всего являются основными объектами наших исследований уже много лет. Им посвящены наши публикации в российских и иностранных журналах и почти все проекты различных научных фондов, дающих мне и моим коллегам деньги на всё новые и новые (смертельно интересные!) исследования омертвевших остатков некогда живых организмов. Кстати, надеюсь, вы понимаете, что частью донных отложений или сапропеля может стать не только листик березы, кусок сосновой коры, маленький окунь, гигантская непойманная кем-то щука, бентос или планктон, но и любой из упомянутых выше несчастных утопленников. Как бы это ни звучало ужасно, но утонувшего и разложившегося на частицы на дне какой-нибудь Карельской ламбы или малого озера Мурманской области человека вновь можно поднять в виде осадка в ходе наших лимнологических работ. Отдельные «счастливчики» могут даже «попасть» (опять-таки в виде донных отложений) на страницы какого-нибудь модного международного научного журнала. Не уверен, что кто-либо когда-либо задумывался о таком «воскрешении» после смерти, и тем более не уверен, что кто-либо мечтал о чем-то таком при жизни, но факт остается фактом: частью научной работы лимнолога может стать каждый. Ну, а если говорить совсем глобально, то, в принципе, в озера и в их донные отложения попадает всё, что умерло в пределах водосборной площади. Так что, по-хорошему, каждый из нас после смерти станет илом на дне. В общем, отложения, которые мы изучаем, также имеют прямое отношении к теме смерти. Это был третий вариант доказательства моего постулата из начала статьи.
Что ни озеро — то с металлами
И вот вы прекрасно поняли, что донные отложения в Карелии, Мурманской области и вообще на Севере во многом состоят из органического вещества (детрита). Самые нажористые сапропели могут иметь до 80% органики. Но бывает и меньше. Например, отложения озера Большого Вудъявра, где снимали упомянутый выше сериал, — это вообще не сапропель; органики в отложениях этого водоема не больше 15–17%. В общем, это я к тому, что вторую, иногда очень значительную, часть всех отложений озер составляют частицы горных пород или осадков водосборной территории. По уровню накопления тех или иных химических элементов иногда можно установить, что это за породы, есть ли в них рудная минерализация, классифицировать тип осадка и т. д. (Страховенко, 2011). А еще по уровню накопления отдельных элементов можно говорить о влиянии антропогенного фактора на жизнь водоема и его донные отложения (Даувальтер, 2012). Чуть выше в тексте статьи я уже упоминал некоторые из таких элементов (Pb, Cd, Sb, V, Ni), которые в экологической литературе объединяются в группу «тяжелых металлов». «Тяжелыми» их называют в основном из-за негативного (токсичного) влияния на живые организмы, включая человека. Именно поэтому оценка содержания этих элементов в разных средах, в том числе в отложениях озер, — очень важная составляющая научных исследований лимнологов. Если разобраться, то тяжелые металлы сегодня находят практически везде: в волосах детей, в нектаре растений, в шерсти кабана. Да-да, это всё реальные работы! При лимнологических исследованиях уровень накопления тяжелых металлов оценивается в воде, в донных отложениях и в живых организмах. В сапропелях, которые я часто изучаю, уровень накопления тяжелых металлов регулируется ГОСТом «Удобрения органические. Сапропели. Общие технические условия». Однако этот нормативный документ нужен только если вы собираетесь добывать озерные осадки и использовать их в сельском хозяйстве. В остальных случаях почти все донники (те, кто изучает донные отложения) используют фоновые концентрации тяжелых металлов на исследуемой территории или ПДК для почв.
За примерами того, насколько сильно концентрации тяжелых металлов в осадках озер могут превышать фон или ПДК, мне, как вы, думаю, понимаете, далеко ходить не надо. Городские озера и озера вблизи промышленных зон Севера России — прекрасная иллюстрация негативного влияния человеческой деятельности на водные экосистемы. В городе Петрозаводске сильному загрязнению подвержено озеро Ламба, которое, хоть и расположено на окраине, но много лет испытывало влияние местной ТЭЦ, работавшей с 1970-х по 2000-е годы на мазуте. Как итог в отложениях Ламбы отмечены ураганные концентрации V и Ni (Слуковский, 2020). Благо на сегодняшний день ТЭЦ перешла на использование газа, и уровень загрязнения озера и его сапропеля за последние 20 лет сильно сократился. Однако этот сапропель по-прежнему не стоит добывать ввиду высоких концентраций загрязнителей, хотя какое-то время назад существовала идея использования отложений озера Ламба для нужд местного ягодно-плодового питомника. К счастью, никто эту идею так и не осуществил. Не стоит использовать ни для чего хорошего и отложения из озер города Мурманска, которые тоже загрязнены уже упомянутыми V и Ni, ведь в столице Заполярья также работает мазутная ТЭЦ, причем используя с 1960-х годов это не самое экологичное топливо до сих пор (Slukovskii et al., 2020b). Самая печальная ситуация сложилась с озерами Ледовым и Семёновским. Кроме повышенных концентраций V и Ni, в обоих водоемах отмечены аномалии по Pb, Sb и нефтяным углеводородам, характерный запах которых выдавал что-то неладное с этими озерами еще при отборе проб (Guzeva et al., 2020). Так что нефтянка вкупе с тяжелыми металлами делает Мурманские озера одними из самых загрязненных водоемов на Северо-Западе России. Поспорить с ними в этом отношении могут только озера близ медно-никелевых комбинатов в Никеле и Мончегорске. Например, в отложениях озера Нюдъявр (см. рисунок), куда поступают стоки от металлургического производства, отмечены сумасшедшие концентрации Ni, Cu, Co и Cd (Даувальтер, Кашулин, 2011; Слуковский, Даувальтер, 2019). Похожая ситуация наблюдается и в городском озере Комсомольском, которое принимает лишь атмосферные выбросы от предприятия. Конечно, абсолютные значения тяжелых металлов в этом озере значительно ниже, чем в Нюдъявре, но набор загрязнителей, естественно, тот же (Slukovskii et al., 2020c). Исследователи атмосферных аэрозолей отмечают влияние металлургического производства в Мончегорске по маркерным элементам (Ni и Cu) даже на расстоянии около 400 км (Виноградова, Иванова, 2013). Я в свою очередь могу добавить, что повышенные (но не такие, как близ Мончегорска, конечно) концентрации этих двух металлов в самых верхних слоях донных отложений мы отметили в озерах севера Карелии. Значит, и правда долетают. Не врут исследователи атмосферных аэрозолей.
Вертикальное распределение концентраций никеля, меди, кобальта и кадмия в донных отложениях озера Нюдъявр (Мурманская область)
Привет от самураев
Безусловно, повышенные концентрации тяжелых металлов влияют на жизнь в озере или любом другом водоеме. Самый худший сценарий — это гибель того или иного вида или группы живых организмов. И хотя есть организмы, которые вполне себе приспосабливаются даже к самым ужасным условиям обитания, отдельные организмы антропогенного стресса в виде тяжелых металлов выдержать не могут. Чувствуете, чем снова запахло? Да, я снова о смерти. Именно для этого промежуточного вывода и были написаны два абзаца про тяжелые металлы, которые можно назвать самыми главными убийцами среди всех элементов Периодической системы Менделеева. На их счету не одно преступление против человечества, как в глобальном смысле, когда мы говорим о загрязнении больших территорий нашей планеты, так и в локальном, можно сказать, личностном, когда речь идет о конкретных жертвах среди людей. Хорошим примером может стать известный нам еще с древних времен Pb. Им травились еще во времена Римской империи, когда строили водопровод со свинцовыми трубами (Delile et al., 2017). Естественно, Pb попадал таким образом в воду, которую пили жители великого государства. Свинцом травились большие любители вина вплоть до конца XIX века, ведь ацетат Pb добавляли в этот алкогольный напиток для подслащивания и консервации. Известны случаи, когда люди гибли от отравления свинцом, который попал в их пищу из припоев консервных банок. Чаще всего такие жертвы встречались среди путешественников, которым и без того приходилось несладко, потому что путешествие — это само по себе стресс, а тут еще и свинцовый «подарок» (Слуковский, 2019б). В медицине отравление Pb называют «сатурнизмом» (от лат. saturnus (по имени планеты)). На сегодняшний момент сатурнизм — это самый распространенный вид отравлений тяжелыми металлами.
Фотоэкспозиция в мемориале в память о жертвах отравления ртутью в городе Мейсеи (Япония)
Что в итоге?
Захар Слуковский, канд. биол. наук, ст. науч. сотр. Института проблем промышленной экологии
Севера Кольского научного центра РАН и Института геологии Карельского научного центра РАН
Литература
Виноградова А. А., Иванова Ю. А. Загрязнение воздушной среды в центральной Карелии при дальнем переносе антропогенных примесей в атмосфере // Известия Российской Академии наук. Сер. географическая. 2013. № 5. С. 98–108.
Даувальтер В. А. Геоэкология донных отложений озер / В. А. Даувальтер. Мурманск: Изд-во МГТУ, 2012. 242 с.
Даувальтер В. А., Кашулин Н. А. Эколого-экономическая оценка необходимости извлечения донных отложений оз. Нюдъявр Мончегорского района Мурманской области // Вестник МГТУ. 2011. Т. 14. № 4. С. 884–891.
Зилов Е. А. Химия окружающей среды: Учебное пособие / Е. А. Зилов. — Иркутск: Иркут. ун-т, 2006. 148 с.
Попов А. Три факта о Мурманской ТЭЦ // Кислород. Life. 2019.
Слуковский З. Жил такой Юкко. Интернет-журнал «Лицей». 2019а.
Слуковский З. Озера с запашком. Интернет-журнал «Лицей». 2018а.
Слуковский З. Пока не растаял лед. Интернет-журнал «Лицей». 2018б.
Слуковский З. И. Далеко летит: миграция и аккумуляция свинца // Природа. 2019б. № 5. С. 29–34.
Слуковский З. И., Даувальтер В. А. Морфология и состав техногенных частиц донных отложений оз. Нюдъявр, Мурманская область // Записки РМО. 2019. № 3. С. 102–117. DOI: 10.30695/zrmo/2019.1483. С. 102-117
Слуковский З. И., Даувальтер В. А. Особенности накопления свинца, сурьмы и кадмия в отложениях малых озер юга Карелии // Труды Карельского научного центра РАН. № 4. 2020. С. 75–94. DOI: 10.17076/lim1198
Страховенко В. Д. Геохимия донных отложений малых континентальных озер Сибири: дис. … д-ра геолого-минерал. наук: 25.00.09. Новосибирск, 2011.
Утопления. Всемирная организация здравоохранения. 2020.
Delile H., Keenan-Jones D., Blichert-Toft J., Goiran J. P., Arnaud-Godet F., Albarède F. Rome’s urban history inferred from Pb-contaminated waters trapped in its ancient harbor basins. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2017. No 114 (38). P. 10059–10064.
Guzeva A. V., Slukovskii Z. I., Myazin V. A. Geochemical features of lakes located in an urbanised area of the Russian Arctic (Murmansk region) // Limnology and Freshwater Biology 2020 (4): 511–512.
Harada M. Minamata disease: methylmercury poisoning in Japan caused by environmental pollution // Critical Reviews in Toxicology. 1995. No 25(1). P. 1–24. doi: 10.3109/10408449509089885.
Kasuya M., Teranishi H., Aoshima K., Katoh T., Horiguchi H., Morikawa Y., Nishijo M., Iwata K. Water Pollution by Cadmium and the Onset of Itai-itai Disease // Water Science & Technology. 1992. No 25 (11). P. 149–156.
Slukovskii Z., Dauvalter V., Guzeva A., Denisov D., Cherepanov A., Siroezhko E. The Hydrochemistry and Recent Sediment Geochemistry of Small Lakes of Murmansk, Arctic Zone of Russia. Water. 2020, 12, 1130.
Slukovskii Z. I., Dauvalter V. A., Denisov D. B., Siroezhko E. V., Cherepanov A. A. Geochemistry features of sediments of small urban arctic Lake Komsomolskoye, Murmansk region // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020c. Vol. 467. No 012004. DOI: 10.1088/1755-1315/467/1/012004.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.