Озера Мурманска оказались сильно загрязнены металлами

Группа российских ученых установила повышенный уровень загрязнения тяжелыми металлами малых озер, расположенных в Мурманске. В результате изучения пяти водоемов оказалось, что главными источниками этой проблемы стали выбросы ТЭЦ, угольного порта и мусоросжигательного завода, а большая часть загрязнителей накопилась за последние 10–20 лет. Результаты опубликованы в журнале Water. Исследования поддержаны грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда.

Загрязнение водоемов Мурманской области — одна из важнейших проблем региона. Жители используют озера для отдыха, и от купания или эксплуатации воды из этих водоемов в других целях люди могут получить серьезные проблемы со здоровьем. Кроме того, из-за развитой промышленности и водного транспорта на местные водоемы постоянно идет большая нагрузка. Поэтому необходимо изучить загрязненность и токсичность озер, чтобы в будущем применить ограничительные и предупредительные меры, тем самым обезопасив граждан. Озера Мурманска оказались практически неизученными, особенно с точки зрения анализа химического состава донных отложений, которые служат надежными источниками знаний о самом водоеме.

«Основными объектами исследования стали озера Семеновское, Среднее, Окуневое, Ледовое и один водоем без названия, который наша научная группа назвала «Южным». Каждое мы проанализировали на pH, щелочность, а также на содержание ионов кремния, фосфора и азота, химический состав воды и донных отложений. Именно в озерных осадках мы выявили повышенные концентрации токсичных тяжелых металлов, в первую очередь ванадия, никеля, свинца, сурьмы и вольфрама. Сравнение содержаний металлов в донных отложениях озер Мурманска проводилось с использованием данных по фоновым концентрациям элементов в осадках наиболее чистых водоемов Севера России. В частности, мы учли ранее проводившиеся работы на территории Карелии, региона с относительно благоприятной экологической обстановкой», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Захар Слуковский, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории водных экосистем Института проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН и лаборатории геохимии, четвертичной геологии и геоэкологии Карельского научного центра РАН.

Главными источниками загрязнения озер Мурманска исследователи считают выбросы ТЭЦ, угольного порта и мусоросжигательного завода, расположенных в непосредственной близости от водных объектов. К примеру, на влияние ТЭЦ указывает накопление ванадия и никеля, которые содержатся в виде примесей в мазуте, используемом предприятием в качестве основного топлива. В донных отложениях изученных озер концентрации металлов в 3–10 раз превышают обычный уровень. Наибольшее накопление отмечено в самых верхних слоях озерных осадков, которые образовались за последние 10–20 лет.

Кроме ванадия и никеля, в донных отложениях мурманских озер выявлено повышенное содержание свинца, чье происхождение ученые связывают с использованием этилированного бензина с 1930-х по 2000-е годы в России — свинец использовали для повышения октанового числа бензина, а также наличие этого метала связано с влиянием дальнего переноса загрязнителей из других районов Мурманской области и соседних европейских стран. В частности, аналогичные работы, проводившиеся на территории Финляндии, Швеции, Норвегии и других государств, говорят о повышенном уровне накопления свинца в донных отложениях озер начиная с середины XIX века — это следствие сжигания ископаемого угля на заводах и фабриках. Дальность такого переноса может достигать нескольких тысяч километров. С этим же процессом связывается глобальное загрязнение окружающей среды сурьмой, которая также содержится в топочных углях.

Проведенные исследования очень важны, учитывая, что изученные городские озера используются жителями и гостями города для отдыха. Одной из возможных опасностей для людей может быть ловля рыбы в этих озерах и использование ее в пищу, так как тяжелые металлы хорошо мигрируют по цепочке донные отложения — беспозвоночные — рыба. Конечным звеном этой цепи может стать человек.

Опасные связи, или Что нужно знать об экологии северных озер

Захар Слуковский
«Природа» №12, 2019

Об авторе Захар Иванович Слуковский — кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории геохимии, четвертичной геологии и геоэкологии Института геологии Карельского научного центра РАН. Область научных интересов — экологическая геохимия, геоэкология, биогеохимия, биоиндикация.

Мне часто встречаются люди (и молодые, и в возрасте), живущие на Севере и не знающие о точном или даже приблизительном количестве озер в нашем регионе. Вот пример. Летом 2017 г. я был в небольшой экспедиции на юго-западе Карелии, вблизи границы с Финляндией. Занимаясь поиском подходящего водоема для отбора проб донных отложений, мы заехали в Сортавалу — городок, расположенный на берегу Ладожского озера. Городские водоемы — одна из основных тем моих исследований, поэтому навигатор привел нас к озерку под названием Айранне. Увидев вблизи него женщин 40–45 лет, удящих рыбу, я подошел поинтересоваться, тот ли это водный объект, о котором нам сообщил прибор. И дело даже не в том, что я не доверяю последнему слову техники, а в том, что названия озер (особенно небольших водоемов) на картах могут отличаться от тех, которые есть на самом деле, и, соответственно, местные жители должны об этом знать. Однако ответ одной из женщин, стоявших на берегу озера с удочкой в руках, ввел меня в ступор.

— Это Ладожское озеро, — без доли сомнения поведала она. Хотя на самом деле Ладожское озеро расположено в нескольких километрах от того места, где находились мы, о чем я после паузы поспешил сообщить ей, но получил еще более неожиданное продолжение разговора.

— Так в Карелии всего два озера: Ладожское у нас и Онежское там, — махнула женщина в сторону, подразумевая восток региона, после чего уставилась на поплавок, показывая всем видом, что дальнейший диалог вести бессмысленно. Я подождал пару мгновений, отходя от ее неожиданного утверждения и, усмехнувшись не то от ее невежества, не то от осознания своей беспомощности в сложившейся ситуации, ушел к машине разгружать вещи и начинать работу.

Куда без геологии?

Согласно оценкам специалистов из Института водных проблем Севера Карельского научного центра РАН, на территории Карелии насчитывается около 61 тыс. озер [1]. В Мурманской обл., расположенной севернее, их еще больше — около 100 тыс. [2]. В сумме это примерно соответствует общему числу озер в Финляндии, площадь территории которой — как раз Карелия и Мурманская обл. , взятые вместе. Однако все и вся на свете знают, что именно Финляндия — страна тысячи озер (это стало ее брендом), а вот о Карелии или Мурманской обл. такое слышно редко. Даже местные жители, как вы уже поняли, этого не осознают, хотя я уверен, та же женщина из Сортавалы сообщила бы мне, что в Финляндии много озер. Именно эта информация раскручивается при помощи средств массовой информации и рекламы.

Изучением озер и в России, и за рубежом занимаются специалисты-лимнологи. Если учесть, что озеро — самостоятельная сложная экосистема с множеством факторов, влияющих на ее образование и развитие, то в лимнологию люди приходят из разных областей знаний: биологии, экологии, географии и др. Я пришел из геологии, а вернее — из геохимии. «Что же геологического, а тем более геохимического, — спросите вы, — можно найти в озерах?» К счастью, очень много всего, начиная от происхождения озер, котловины которых могли образоваться на месте тектонических разломов или карстовых провалов, и заканчивая накоплением донных отложений, происходящим благодаря эрозии, т. е. размыву берегов и переносу частиц от литорали на дно. Именно для изучения донных отложений, которые можно также назвать илами или осадками, нужны знания по геохимии. А если речь идет о современных отложениях, сформировавшихся за последние 100–150 лет, то нужны знания по экологической геохимии. В этой молодой дисциплине акцент делается на вещества или элементы с пометкой «загрязнители». За последние полтора века их было принесено в окружающую среду, и в том числе в озера, столько, сколько не приносило человечество за всю предшествующую историю. Например, в результате дальнего переноса загрязняющих веществ аэрозолями ежегодное поступление на территорию Республики Карелия тяжелых металлов — одних из самых опасных загрязнителей — составляет около 1,5 т [3]. И это речь лишь о четырех металлах — Pb, Cu, Ni и Cd. Повышенные содержания не менее опасных Tl, Sb, Zn, Hg и др. также фиксируются в озерах, расположенных даже в самых чистых районах севера России [4–6]. Однако о количестве их ежегодного привноса на территорию Карелии пока ничего не известно.

С другой стороны, мы хорошо знаем источники поступления большинства металлов и факты их негативного воздействия на живые организмы, населяющие озера. В самой Республике Карелия, где я провожу лимнологические исследования с 2013 г., главная опасность исходит от крупнейшего города в регионе — Петрозаводска с населением около 300 тыс. человек — и предприятия по добыче и переработке железной руды, расположенного вблизи городка Костомукши (около 30 тыс. жителей) [1, 5, 7]. Кроме того, металлы могут накапливаться в результате выбросов железнодорожного транспорта, поскольку через всю республику, с юга на север, проходят пути Октябрьской железной дороги. Этот маршрут, проложенный еще в начале ХХ в., приводит нас в Мурманскую обл., ради освоения недр которой его и задумывали. Здесь с 1930-х годов и по сей день активно работают многочисленные горнодобывающие и металлургические предприятия, которые также выбрасывают в окружающую среду загрязняющие вещества [8]. В первую очередь это касается выбросов Ni и Cu от предприятий по добыче и переработке медно-никелевой руды (рис.  1). В озерах, расположенных вблизи г. Мончегорска, концентрации этих металлов многократно превышают фоновый уровень [9]. Пожалуй, в данном случае нет большого смысла объяснять, как в таких водоемах живется их обитателям. Специалисты из Института проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН говорят, что в районе есть озера, где какая-либо жизнь убита выбросами металлургического производства на корню. Однажды им пришлось констатировать этот факт демонстрацией пустых сетей. Представьте удивление местных жителей, наблюдавших за бесполезными стараниями ученых во время установки снасти и едва скрывавших усмешку. Для большинства мончегорцев отсутствие рыбы в отдельных водоемах рядом с комбинатом — давно не секрет.

Грязь с тухлятиной

Но и наличие рыбы и других живых организмов в озерах промышленных районов и урбанизированных территорий — не показатель чистоты. Лишь достигнув критических значений концентраций, тяжелые металлы могут привести к гибели отдельных видов, во всех остальных случаях металлы, мигрируя по цепям питания от бентоса или планктона к рыбе, обычно накапливаются в жизненно важных органах: печени, почках, жабрах и костях [10]. Проводя работы по исследованию экосистемы оз. Ламба, расположенного в Петрозаводске рядом с ТЭЦ, мы обнаружили аномальные концентрации V и Ni как в донных отложениях водоема, так и в организмах обитающих в нем окуня и плотвы^*. Оба металла — результат выбросов предприятия, применяющего в качестве топлива мазут, в котором естественные примеси — V и Ni. Использование оз. Ламба и подобных ему водоемов в рекреационных целях, в том числе для рыбной ловли, что регулярно происходит на городских водоемах (рис. 2), чревато миграцией этих тяжелых металлов прямо на обеденный стол любителей летней или зимней ловли. Кстати, диалоги с рыбаками не о рыбалке, а об их улове, никогда не приводили к успеху в виде отказа от ловли в загрязненном водоеме. Цифры, называемые мной и коллегами, обычно воспринимались с большим сомнением и подозрением. Доверия к ученым и результатам их работ в современном обществе, увы, очень мало, тем более если рыба выглядит как рыба, вода — как вода, а донные отложения — как обычные донные отложения. На осадках, когда достаешь их из озера, не написано, что они чем-то загрязнены. Мы и сами узнаем (или не узнаем) об этом лишь после получения химического анализа. Что же говорить о простых смертных?

Внешне донные отложения озер, действительно, мало что могут поведать об их геохимических особенностях, особенно если речь о содержании микроэлементов, к которым относятся и тяжелые металлы. Большинство осадков, с которыми нам с коллегами приходится работать в Карелии и Мурманской обл., имеют темно-бурый, зеленовато-бурый или черный цвет. Однажды, увидев меня за работой, мой старший сын воскликнул: «Что за грязь ты изучаешь!». И правда, первая ассоциация при виде наших отложений — с грязью, которую мы можем наблюдать в лужах, в сточных канавах или у дорог после размыва почвы. Запах осадков — болотный, иногда отдающий тухлятиной, что связано с выходом сероводорода [11].

Основными приборами, которые мы используем при изучении озерных илов, служат дночерпатель Экмана — Берджи и пробоотборник Limnos. Второй более ценен, поскольку позволяет отбирать вертикальные столбики (лимнологи называют их колонками) отложений с ненарушенной последовательностью залегания слоев (рис. 3). Чаще всего эти слои (от 1 см и толще) условны, а их выделение продиктовано одним лишь желанием установить время начала антропогенного воздействия на экосистему водоема. Визуальные методы, как вы поняли, тут не работают. Проще говоря, фоновые слои осадка, образовавшиеся в доиндустриальное время, будут такие же по цвету, запаху и консистенции, как и слои, чье происхождение связано с эпохой расцвета и развития промышленности и транспорта. Однако содержания тяжелых металлов в них будут сильно отличаться. Чтобы не привнести металлы в образцы отложений, все последующие процедуры выполняются с использованием приспособлений из пластика, керамики, стекла и других материалов, не загрязняющих пробу. Подчас колонки отложений добыты в очень труднодоступных районах (тайге, болотах, горных массивах), и к выбору методов исследования проб необходимо подходить с запредельной осторожностью. Цена ошибки очень высока.

В лаборатории образцы донных отложений разбираются на самые разные виды анализов — гранулометрический, диатомовый, прокаливание, оценка возраста по изотопам Pb и Cs и, конечно, химический. Содержание тяжелых металлов мы выполняем на масс-спектрометре с индуктивно связанной плазмой в Институте геологии Карельского научного центра РАН. Этот прибор позволяет оценить концентрации около 50 различных элементов — от Li до U. Но с точки зрения экологической геохимии и лимнологии нас интересуют элементы, представляющие угрозу живым организмам. Обычно этот набор из 7–16 металлов зависит от озера и антропогенной нагрузки на него.

По следам Андрэ Тэсье

Самые распространенные загрязнители озер на севере России — Pb, Zn, Cd, Tl, Sb, Sn, Tl и Bi. Представителями этой омерзительной восьмерки в той или иной степени отравлены все изученные нами озера, что говорит о дальнем распространении загрязнителей. Согласно датировкам, полученным нами и коллегами из Норвегии и Финляндии и из других учреждений России, рост концентраций указанных элементов начался с середины ХIХ в. , что хорошо согласуется с началом деятельности многих крупных заводов и фабрик в Европе и США. Если вас удивляет это факт, можно обратиться к исследованиям кернов ледников Гренландии [12], где получены аналогичные закономерности, только в качестве депонирующей среды выбраны не осадки озер, а лед.

Всякий, кто изучал загрязнение почв или донных отложений водных объектов тяжелыми металлами, знает, что их повышенные валовые концентрации не всегда свидетельствуют об экологическом неблагополучии среды. Конечно, подключив методы биологической индикации к геохимическим исследованиям, можно ответить на большинство экологических вопросов. Но, во-первых, это не всегда получается по финансовым и кадровым причинам, а во-вторых, как правило, удается ответить на многие вопросы, но не на все. И главное, геохимическая картина состояния донных отложений окажется неполной, что войдет в диссонанс с тем трудом, который был вложен в экспедицию или подготовку образцов. Важно проводить анализ форм нахождения тяжелых металлов. Именно такая работа может показать всю глубину проблемы загрязнения, с которой столкнулся лимнолог.

40 лет назад в журнале Analytical Chemistry вышла статья трех ученых во главе с профессором А. Тэсье из Национального института научных исследований (National Institute of Scientific Research) Университета Квебека в Канаде [13]. В публикации приводилось описание процедуры последовательной экстракции тяжелых металлов в речных отложениях с использованием различных реагентов. Ученые взяли за основу представление, что тяжелые металлы, попадая в среду донных отложений или почвы, связываются в комплексы, основу которых составляют либо карбонаты, либо гидрооксиды железа и марганца, либо органическое вещество [14]. Часть металлов остается в минеральной фазе, т.е. связано с первичными минералами, с которыми они и поступили в депонирующую среду. Еще часть находится в нестабильном положении (в подвижных формах) и может с легкостью высвободиться обратно. В случае донных отложений металлы перейдут обратно в воду, инициируя процесс повторного загрязнения водоема.

Проблеме выделения подобных форм тяжелых металлов посвящено огромное количество научной литературы. Существуют попытки видоизменить или опровергнуть выводы Тэсье и его коллег. Однако до сих пор их работа 1979 г. остается востребованной у экологических геохимиков по всему миру. Только в одной базе данных Web of Science ссылок на нее на момент написания этих строк насчитывается 6653, а в поисковой системе Google Scholar еще больше — 12 253. Это значит, что с момента выхода статьи канадских ученых на нее ежегодно в разных уголках мира ссылаются в среднем более 300 раз. И нельзя забывать, что это лишь те ссылки, которые можно учесть. В реальности цитируемость данной публикации выше.

Два озера — две судьбы

Изучая по методике Тэсье донные отложения озер Карелии и Мурманской обл., мы больше всего хотели понять, какова роль органического вещества в аккумуляции тяжелых металлов? Для каждого металла в отдельности эта роль может быть совершенно разной, если принять во внимание их различные свойства. Почему именно органика? Все просто: отложения большинства озер северной таежной зоны — это илы с большим и даже очень большим содержанием органического вещества [11]. Для отложений, в которых содержание органики превышает 30% сухой массы, существует специальный термин — сапропель. Так вот, встречаются озера с сапропелем, где доля органики достигает 80%, остальное приходится на кремнезем, соединения алюминия, железа и некоторые другие. Особенно это распространено в болотистой местности, где совершенно нет источников поступления минеральной фракции в отложения озер. И следовательно, основную массу илов здесь формирует органика.

Еще одна причина, по которой методика Тэсье важна в лимнологических работах, связана с оценкой подвижности металлов и рисков повторного загрязнения озер. Металлы, которые в донных отложениях не связаны никакими фазами, наиболее опасны для живых организмов, да и для функционирования всей экосистемы в целом. Именно такие металлы поступают в организмы рыб и в водную растительность, потому второе название этой формы нахождения — биодоступная. Органическая фаза тоже биодоступна, но лишь в случае непосредственного поглощения донных отложений, например, во время питания, что с успехом делают бентосные организмы и рыбы-бентофаги (плотва, лещ). Эти две формы нахождения металлов в донных отложениях должны быть проанализированы в первую очередь, чтобы получилась полная картина состояния водной среды озера.

В 2017 г. Российский фонд фундаментальных исследований поддержал наш проект по изучению форм нахождения тяжелых металлов в донных отложениях малых озер северо-запада России. К тому моменту у нас уже была создана хорошая база данных для озер, которые важно исследовать, используя средства нового гранта. С одной стороны, решено было продолжать изучать озера городской среды, с другой — взять курс на анализ водоемов, ранее выделенных в качестве пригодных для добычи сапропеля [15], т.е. в обоих случаях есть как фундаментальные цель и задачи, так и практический смысл лимнологических исследований. Подготовку проб по методике последовательной экстракции металлов проводили в Институте химии и технологии редких элементов и минерального сырья Кольского научного центра РАН, у специалистов, которые уже имели опыт работы с сильно загрязненными грунтами, отобранными на территории Мурманской обл.

Результатов получилось много, и они настолько разнообразны, что привести их все в одной научно-популярной статье не представляется возможным. Да в этом и нет необходимости, ведь общую суть можно изложить и вкратце. В первую очередь стоит отметить, что почти во всех изученных озерах Карелии и Мурманской обл. доминирующие формы нахождения тяжелых металлов — минеральная фаза и форма, связанная с органическим веществом донных отложений. Соотношение этих форм зависит от общего количества органики в самих осадках: чем больше в них органического вещества, тем большую значимость приобретает данная форма нахождения металлов. Например, мы получили совершенно разные картины поведения металлов в осадках при изучении двух малых озер на юго-западе Карелии. В одном из них (Райватталанлампи) содержание органического вещества составляет всего 26%, а в другом (Лиункунлампи) — 88%. В Лиункунлампи большинство металлов сорбируется органикой, особенно Cu, Zn, Cd, Sb и Pb (рис. 4), а в Райватталанлампи тесную связь с органикой имеют лишь Cu и Zn. Также в обоих водоемах велика роль подвижных форм Zn, Cu, Tl и Pb. Так, в осадках Лиункунлампи подвижность Cd достигает 40%, а Pb — 50%. Все изученные металлы в этих озерах — результат дальнего переноса загрязнителей. В основном это выбросы Санкт-Петербурга, расположенного в 150 км от района исследования [16].

Совсем иную ситуацию можно наблюдать в озерах городской среды. Помните про V и Ni в осадках и рыбе в оз. Ламба? Оба металла обладают высокими концентрациями в органической и биодоступной формах (рис. 5). Рыбы получают в свой рацион эти металлы именно потому, что загрязнители создают соответствующие экологические риски для развития экосистемы, находясь в потенциально опасных формах. Формы решают все. Поведение других металлов (Pb, Bi, Mo, Zn, Cu, Co) здесь также напрямую зависит от органического вещества, которого в илах Ламбы около 50%. В этом же озере выявлено сильное влияние соединений железа (составляющих до 16% от общей массы илов) на аккумуляцию таких металлов, как V, Ni, Zn и Cd. Последний в отложениях многих изученных озер имеет высокие концентрации в биодоступной форме, что с учетом его распространенности как глобального загрязнителя крайне негативно сказывается на развитии подобных водоемов.

Китай готов!

Органика играет значительную роль в формировании повышенного фона тяжелых металлов и в малых озерах городской среды Мурманской обл. В небольшом озере Комсомольском, расположенном в центре г. Мончегорска, выявлены высокие концентрации Ni, Cu, Co, Pb, Sb и Sn в современных осадках (рис. 6). В них установлены 12—50-кратные превышения содержаний металлов над фоном. Особенно печальная картина складывается, естественно, по Ni и Cu, ведь рядом с городом, как уже отмечалось, дымит медно-никелевый комбинат. Однако судьба этих двух металлов, одновременно поступающих в окружающую среду города и его окрестностей, различна. Медь в большей степени тяготеет к органической фазе, наравне с Mo и Sb, а Ni сосредоточен в минеральной и подвижной формах. Второй факт делает Ni более опасным загрязнителем, чем Cu, ввиду эффекта вторичного загрязнения. Кроме того, в случае с Ni, в донных отложениях Мончегорска минеральная фаза — не только природные минералы из первичных пород, но и нерастворимые техногенные частицы, вылетающие из трубы комбината (рис. 7). Они представляют собой продукт плавления или обжига руды, перерабатываемой на промышленном предприятии. Их удалось выявить благодаря использованию сканирующего электронного микроскопа [9]. В основном эти образования имеют сферическую или кляксовидную форму и размеры от нескольких до сотен микрометров. Ранее подобные выделения были обнаружены в снежном покрове вокруг Мончегорска. Найденные в илах частицы — тоже наследие исторических выбросов медно-никелевого производства [17]. А еще это значит (так как предприятие продолжает работу), что подобные образования могут содержаться в воздухе Мончегорска, даже прямо сейчас, пока вы читаете данный текст. Собственно, это же относится и к другим районам Севера, подверженным антропогенной нагрузке.

Значение проведенных и проводимых работ важно с различных позиций. В текущем году в Республике Карелия вновь появился интерес к озерным сапропелям со стороны бизнеса. Еще в советские и ранние российские годы в регионе проводились масштабные геологоразведочные работы по оценке потенциала добычи этого полезного ископаемого. Было изучено более 200 перспективных озер [15]. Однако пока добыча отложений ни в одном из них не ведется, хотя известно, что озерный сапропель может применяться очень широко: в сельском хозяйстве, медицине, промышленности, природоохранных мероприятиях. Причем по информации, которую сообщили в рамках международной научной конференции «Озера Евразии», прошедшей в мае этого года в Казани, нашим сапропелем заинтересовались и за границей. Китай готов покупать и использовать осадки российских озер для рисовых плантаций. Я не проверял, связаны ли указанные факты (интерес к российскому сапропелю со стороны отечественного бизнеса и со стороны Китая), но допускаю, что это так. Но даже если не так, то этой связи будет легко образоваться в случае настойчивости обеих сторон. А уж в настойчивости одной из них (сами догадайтесь, какой) сомневаться не приходится. Кстати, сейчас ученые из Поднебесной — одни из лидеров по количеству исследований и публикаций, посвященных тяжелым металлам в донных отложениях водных объектов. Пожалуй, это будет хорошая возможность для налаживания международных связей по научной линии.

Автор благодарит своих коллег А. С. Медведева, Е. В. Сыроежко, Д. Г. Новицкого и М. А. Медведева за помощь в отборе проб донных отложений озер, О. П. Корытную, А. С. Парамонова, С. В. Бурдюха, М. В. Эхову и В. Л. Утицину за качественное проведение аналитических исследований, а также профессора В. А. Даувальтера за помощь в обсуждении результатов и моральную поддержку.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 18-05-00897 «а»).

Литература
1. Филатов Н. Н., Литвиненко А. В., Фрейндлинг В. А. и др. Каталог озер и рек Карелии. Петрозаводск, 2001.
2. Аннотированный экологический каталог озер Мурманской области: центральный и юго-западный районы Мурманской области (бассейн Баренцева моря, Белого моря и Ботнического залива Балтийского моря). Ч. 1. Апатиты, 2013.
3. Vinogradova A. A., Kotova E. I., Topchaya V. Yu. Atmospheric transport of heavy metals to regions of the North of the European territory of Russia // Geography and Natural Resources. 2017; 38(1): 78–85. DOI: 10.1134/S1875372817010103.
4. Даувальтер В. А. Халькофильные элементы (Hg, Cd, Pb, As) в донных отложениях водных объектов водосбора Белого моря в пределах Кольского полуострова // Геохимия. 2006; (2): 237–240. DOI: 10.1134/S0097807810040093.
5. Слуковский З. И. Микроэлементый состав донных отложений малых озер как индикатор возникновения экологических рисков в условиях урбанизированной среды Республики Карелии // Водное хозяйство России. 2018; (6): 70–82.
6. Стародымова Д. П., Шевченко В. П., Кокрятская Н. М. и др. Геохимия донных осадков малого озера (водосбор Онежского озера, Архангельская область) // Успехи современного естествознания. 2016; (9): 172–177.
7. Лозовик П. А., Галахина Н. Е. Изменения химического состава реки Кенти в результате техногенного влияния // Труды Карельского научного центра РАН. 2017; (3): 21–35.
8. Dauvalter V., Kashulin V., Sandimirov S. et al. Chemical composition of lake sediments along a pollution gradient in a Subarctic watercourse // J. Environ. Sci. Health A Tox. Hazard. Subst. Environ. 2011; 46: 1020–1033.
9. Слуковский З. И., Даувальтер В. А. Морфология и состав техногенных частиц донных отложений оз. Нюдъявр, Мурманская область // Записки РМО. 2019; (3): 102–117. DOI: 10.30695/zrmo/2019.1483.102-117.
10. Моисеенко Т. И. Влияние геохимических факторов водной среды на биоаккумуляцию металлов в организме рыб // Геохимия. 2015; 3: 222–233.
11. Синькевич Е. И., Экман И. М. Донные отложения озер восточной части Фенноскандинавского кристаллического щита. Петрозаводск, 1995.
12. McConnell J. R., Edwards R. Coal burning leaves toxic heavy metal legacy in the Arctic // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2008; 34: 12140–12144.
13. Tessier A., Campbell P. G., Bisson M. Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals // Analytical Chemistry. 1979; 51(7): 844–851.
14. Даувальтер В. А. Факторы формирования химического состава донных отложений. Мурманск, 2002.
15. Минерально-сырьевая база Республики Карелия. Кн. 2. Неметаллические полезные ископаемые. Подземные воды и лечебные грязи. Петрозаводск, 2006.
16. Опекунов А. Ю., Мануйлов С. Ф., Шахвердов В. А. и др. Состав и свойства донных отложений р. Мойки и Обводного канал (Санкт-Петербург) // Вестник Санкт-Петербургского университета. 2012; 7(2): 65–80.
17. Gregurek D., Melcher E., Pavlov V. A. et al. Mineralogy and mineral chemistry of snow filter residues in the vicinity of the nickel-copper processing industry, Kola Peninsula, NW Russia // Mineralogy and Petrology. 1999; 65: 87–111.

---

^* См.: Слуковский З. И. Сантиметры истории, или Как тяжелые металлы маркируют события промышленного века в отдельно взятом водоеме // Природа.  2018. № 7. С. 23–29.

озер и водохранилищ | Геологическая служба США

• Школа водных наук ДОМАШНЯЯ СТРАНИЦА • Темы поверхностных вод •

Озера и водохранилища

Источники/использование: общественное достояние.

Озера являются важным компонентом естественного круговорота воды.

Фото: Лиза МакКеон, Геологическая служба США

Если бы людям пришлось выбирать свой любимый водоем , они могли бы выбрать кристально чистое озеро, расположенное в горах. Однако не все озера чистые или находятся рядом с горами. В мире полно озер всех типов и размеров.

Озеро на самом деле является еще одним компонентом поверхностных вод Земли . Озеро – это место, где поверхностные воды

стока (и, возможно, некоторая просачивание грунтовых вод) скопились в пониженном месте по сравнению с окружающей сельской местностью. Дело не в том, что вода, образующая озера, попадает в ловушку, а в том, что вода, попадающая в озеро, поступает быстрее, чем может уйти, либо через отток в реку, просачивание в землю, либо за счет испарения . А если рядом живут люди, то на уровень воды может влиять забор воды на нужды человека.

Водохранилище для многих людей то же самое, что и озеро. Но на самом деле водохранилище – это рукотворное озеро, которое образуется при строительстве плотины на реке. Речная вода скапливается за плотиной, образуя водохранилище.

 

Источники/Использование: Некоторое содержимое может иметь ограничения. Посетите СМИ, чтобы узнать подробности.

 

Любите ли вы посещать озера?
Если да, то почему бы и нет проголосуйте за свой любимый водоем в нашем Центре Активности .

 

 

Озера бывают разных видов

Источники/использование: общественное достояние. Посетите СМИ, чтобы узнать подробности.

Озеро Байкал — самое большое, старейшее и самое глубокое пресноводное озеро в мире.

Авторы и права: NASA Visible Earth

На Земле огромное разнообразие пресноводных озер , от прудов для рыбалки до озера Байкал в Сибири. Озеро Байкал — старейшее, самое большое и самое глубокое пресноводное озеро в мире. Имея почти милю в глубину и вмещая более 23 000 кубических километров воды, ему потребовался бы общий объем всех Великих озер, чтобы наполнить его, если бы оно когда-либо было осушено.

(Источник: НАСА)

Большинство озер содержат пресную воду, но некоторые, особенно те, из которых вода не может уйти через реку, могут быть отнесены к соленым озерам . На самом деле, некоторые озера, такие как Большое Соленое озеро в штате Юта, более соленые, чем океаны. В большинстве озер обитает много водных организмов, но не все. Мертвое море на Ближнем Востоке не зря называют «Мертвым» — оно слишком соленое для водной жизни! Озера, образованные эрозионной силой древних ледников , такие как Великие озера, могут иметь глубину в тысячи футов. Некоторые очень большие озера могут иметь глубину всего несколько десятков футов — озеро Пончартрейн в Луизиане имеет максимальную глубину всего около 15 футов.

Некоторые соленые озера образовались в древние времена, когда они были соединены с морями

и когда ливни могли быть более сильными. Эти озера уменьшались со времен последнего ледникового периода. Древнее озеро Бонневиль в Соединенных Штатах когда-то было таким же большим, как озеро Мичиган, а Большое Соленое озеро когда-то было примерно в 14 раз больше, чем сейчас.

 

Люди используют (и злоупотребляют) озера

Источники/использование: общественное достояние.

Озеро Гринлейк в Сиэтле, штат Вашингтон. Городские озера очень ценятся местными жителями для отдыха.

Авторы и права: Говард Перлман, Геологическая служба США

Озера высоко ценятся за их рекреационные, эстетические, живописные качества и водоснабжение, а вода, которую они содержат, является одним из самых ценных природных ресурсов. Озера представляют собой важную среду обитания и пищевые ресурсы для разнообразных рыб, водных организмов и диких животных. Но экосистемы озер хрупки. Озерные экосистемы могут подвергаться быстрым изменениям окружающей среды, что часто приводит к значительному снижению их эстетических, рекреационных и водных экосистемных функций. Подвергается внешнему воздействию от

атмосфера , их водосборные бассейны и подземные воды , озера могут изменяться с течением времени. Человеческая деятельность может еще больше ускорить темпы изменений. Однако, если причины изменений известны, вмешательство человека (практика управления озерами) иногда может контролировать или даже обращать вспять пагубные изменения.

Городские озера, подобные этому в Сиэтле, штат Вашингтон, высоко ценятся местными жителями. Там, где существуют городские озера, вы найдете множество пешеходов и бегунов, людей, наслаждающихся греблей на каноэ и плаванием, пикников и, конечно же, множество собак и уток. Воду иногда можно использовать для водоснабжение для нужд города , а также.

Однако у городских озер есть особые потребности. Необходимо постоянно контролировать качество воды; мэру города нехорошо заболеть от купания в загрязненной воде. Поступление питательных веществ, таких как фосфор и азот из удобрений, необходимо ограничить, чтобы предотвратить чрезмерный рост водорослей. А там, где есть дикие животные, такие как утки, есть вероятность проблем с бактериями.

 

Характеристики озер

Ниже приведены некоторые из наиболее важных основных факторов, которые придают уникальный характер экосистеме каждого озера.

• Климат: Температура, ветер, осадки и солнечная радиация — все это критически влияет на гидрологические и химические характеристики озера и косвенно влияет на состав биологического сообщества. Осадки являются основным фактором, влияющим на сток и доставку питательных веществ и наносов.
• Атмосферные поступления: Осадки, такие как кислотные дожди , и сухие частицы могут быть основными источниками некоторых загрязняющих веществ в озере. Каждое озеро также получает косвенные атмосферные поступления в виде стока с его водораздела.
• Подземные породы и почвы в водоразделе : Тип почвы влияет на возможность стока и эрозии. Физические характеристики подземной породы определяют объем, характер и качество притоков и оттоков подземных вод .
• Физиография: Площадь, топография поверхности, наличие расположенных вверх по течению озер и водно-болотных угодий , высота над уровнем моря и уклон водораздела озера влияют на сток поверхностных вод , а также на количество и характер химических веществ и
  отложений , поступающих в озеро . Взаимодействие с землепользованием людей может сильно изменить то, как эти факторы влияют на сток и вынос питательных веществ и наносов.
• Землепользование: Тип, расположение, протяженность и история землепользования/землепользования (например, сельское хозяйство, сельские и городские развитые районы) могут сильно влиять на количество притока и оттока поверхностных и подземных вод, а также как количество и типы отложений, питательных веществ и химических веществ (природных или синтетических), которые переносятся в озеро из водораздела.
• Морфометрия озера: Характеристики размера, формы и глубины озера имеют решающее значение для определения течений и перемешивания озера, а также для его термических и химических характеристик стратификации.
•  

Общие экологические проблемы в озерах и возможные причины

Озера подвержены множеству проблем, которые могут уменьшить их эстетическую красоту, рекреационную ценность, качество воды и пригодность среды обитания. Среди наиболее распространенных проблем озера эвтрофикация , процесс физических, химических и биологических изменений («старение»), связанный с обогащением озера питательными веществами, органическими веществами и илом. Эвтрофные условия могут проявляться при следующих условиях:

• Цветение водорослей
  Обширный и быстрый рост планктонных (плавающих и взвешенных) водорослей, вызванный повышенным поступлением питательных веществ (в основном фосфора, но иногда азота), является обычным явлением. проблема в озерах. Озера обычно стареют на протяжении столетий, но этот процесс может быть быстро ускорен деятельностью человека, которая вызывает увеличение отложений и приток питательных веществ в озеро. Ускоренная эвтрофикация и чрезмерный рост водорослей снижает прозрачность воды, препятствует росту других растений и может привести к значительному истощению запасов кислорода, накоплению неприглядных и разлагающихся органических веществ, неприятному запаху и гибели рыбы.
   
• Отложения/мутность
  Увеличение отложений может нанести ущерб качеству воды и среде обитания многих водных видов. Такие явления обычно вызываются проливными дождями, вызывающими эрозию и интенсивный сток.
   
• Кислородное истощение
  Уменьшение растворенного кислорода до уровня менее 3 мг/л (миллиграммов на литр) в воде может быть вредным или смертельным для водных организмов. Кислород может расходоваться из-за органического разложения. Длительная низкая концентрация кислорода может привести к гибели рыбы.
   
• Рост водных растений
  Нормальный рост растений обычно полезен для экосистемы озера; среди других преимуществ растения служат убежищем для рыб и других организмов. Однако в некоторых озерах рост водных растений («сорняков») может стать чрезмерным и создавать серьезные неудобства для пользователей озера, мешая плаванию, катанию на лодках и другим развлекательным мероприятиям. Другие причины чрезмерного роста растений включают повышенное содержание питательных веществ в воде, инвазию экзотических видов и накопление органических отложений.
   
• Изменения уровня воды
  Сильные колебания уровня воды (уровня озера) могут создавать большие трудности для жилых домов на берегу озера, пристаней для яхт и предприятий. Эти изменения чаще всего связаны с погодными аномалиями (длительные периоды аномально высоких или низких осадков ), но также могут быть связаны с деятельностью человека, такой как забор воды для использования .
   
• Видовые сдвиги
  Популяции желательных видов животных и растений могут резко сократиться или исчезнуть, чтобы быть замененными другими, менее желательными видами. Сдвиги видов могут быть вызваны интродукцией инвазивных видов, которые могут практически не иметь естественного контроля над ростом своей популяции.

 

_{Значок активности создан Eucalyp с сайта www.flaticon.com}

Самое старое и самое глубокое озеро в мире полно жизни. Люди меняют это.

Озеро Байкал W0zny

Озеро Байкал — старейшее и самое глубокое озеро в мире. Ему не менее 20 миллионов лет, а его самая нижняя точка составляет примерно милю в глубину. Сибирское озеро содержит больше воды, чем все Великие озера Северной Америки вместе взятые, что составляет более одной пятой всей воды, содержащейся в озерах, болотах и ​​реках. Он образовался в результате смещения тектонических плит, в результате чего образовалась долина, заполненная водой. Этот сдвиг продолжается и сегодня со скоростью от 1 до 2 сантиметров в год, а это означает, что самое большое озеро в мире становится только больше. Более того, озеро Байкал  (название означает «природное озеро» на монгольском языке) богато кислородом сверху донизу, а это означает, что жизнь может процветать в его самых дальних глубинах. В большинстве глубоких озер нижние воды лишены кислорода. Избыток кислорода помогает поддерживать богатое разнообразие жизни. Большинство видов в озере, которое часто называют «Галапагосскими островами России» , не встречаются больше нигде в мире. ЮНЕСКО включила Байкал в список Всемирного наследия, назвав его «самым выдающимся образцом пресноводной экосистемы», заявив, что «его возраст и изоляция создали одну из самых богатых и необычных пресноводных фаун в мире, которая имеет исключительную ценность для эволюционной науки». ” Поэтому кажется особенно трагичным, что озеро Байкал , как и многие критически важные экосистемы по всему миру  , сейчас находится в осаде из-за изменения климата. Его дикая природа сталкивается с растущими опасностями из-за повышения температуры и загрязнения. В некоторых местах неочищенные сточные воды способствовали росту зеленых водорослей, которые поглощают кислород, практически не оставляя остатков для других морских обитателей.

Бухта Ая, на северо-восточном побережье Байкала. Sergio Tittarini

«Эти угрозы, взаимодействуя вместе, толкают озеро на неизвестную территорию, о результате которой мы можем только догадываться», — сказал Джордж Суонн, исследователь из школы географии Ноттингемского университета и соавтор недавнего исследования. в журнале PLOS ONE , в котором исследуются риски, которые изменение климата представляет для озера.

Изменение климата привело к повышению температуры воды в озере, что привело к сокращению ледяного покрова. Исследователи ожидают, что эта тенденция сохранится. До сих пор неясно, в какой степени эти изменения затронули диатомовые водоросли, микроскопические водоросли, лежащие в основе пищевой цепи и помогающие поддерживать экосистему.

Тюлень-нерпа Пер Харальд Олсен

Исследователи обнаружили тревожный факт: количество диатомовых водорослей быстро сокращается по мере нагревания озера. Это плохо, поскольку эти водоросли обеспечивают необходимыми питательными веществами других существ в воде, таких как планктон, рыбы и единственный в мире пресноводный тюлень, нерпа, обитающий только в озере Байкал. В настоящее время нерпа в безопасности, но «потенциальный риск заключается в том, что по мере изменения диатомовых водорослей это может со временем привести к воздействию дальше по пищевой цепочке, что в конечном итоге повлияет на нерпу и их пищу», — сказал Суонн.

Ученые обнаружили, что другие диатомовые водоросли заменяют местные виды диатомовых водорослей. Вторгшиеся диатомовые водоросли, которые чаще встречаются в других частях мира, легче и растут быстрее. Это изменение оказывает волновое воздействие на озеро, вызывая сдвиг в характере питания и, возможно, в естественном круговороте энергии и питательных веществ в озере.

Озеро Байкал расположено в горной Сибири, на юге России. Карты Google

«Мы уже видим изменения в численности популяций различных видов зоопланктона, питающихся водорослями», — сказал Суонн. «Мы также можем предположить, что более теплое озеро может стать более уязвимым для инвазивных видов, некоторые из которых, в том числе некоторые водные растения, уже закрепились в заливах и прибрежных районах». Ученые узнали об изменениях в экосистеме, изучив отложения, извлеченные из озера.

«После смерти диатомовые водоросли погружаются в толщу воды, а их окаменелые останки накапливаются вместе с другим илом на дне озера», — сказал Суонн. «Мы собрали грязь, содержащую эти окаменелости, со всего озера, и использовали микроскоп, чтобы изучить, какие виды присутствовали. К тому времени, датируя этот ил, мы сможем увидеть, как изменились виды диатомовых водорослей на озере Байкал за последние 100 лет».

В то время как все озеро прогревается, сокращение местных диатомовых водорослей в настоящее время ограничивается только одной частью озера, его южной котловиной. Кроме того, в то время как береговая линия озера Байкал страдает от загрязнения — на длинных участках береговой линии уже цветут водоросли —  пока нет доказательств того, что это наносит ущерб диатомовым водорослям в более глубоких открытых водах.

Замерзшее озеро Байкал в Ирткутске, Сибирь. Pixabay

«Хотя изменение климата влияет на северный бассейн — например, сезонный лед истончается по мере нагревания озера — это все еще очень враждебное место для роста большинства диатомовых водорослей, и наши данные показывают, что только самые специализированные виды продолжать процветать», — сказал Суонн. «Это вполне может измениться в будущем».

Более того, в то время как загрязнение достаточно велико, чтобы ухудшить качество воды вдоль береговой линии, по мере проникновения вглубь озера она разбавляется чистой водой. «Однако мы не можем рассчитывать на то, что этот процесс продолжится в будущем», — сказал он. «Мы знаем, что эти прибрежные районы могут служить ранними индикаторами будущих широкомасштабных изменений».