Некоторые биогеохимические особенности озерных термокарстовых экосистем субарктики Западной Сибири при климатических изменениях

Озерно-болотные экосистемы субарктики Западной Сибири являются уникальными природными индикаторами климатических изменений, они наиболее чувствительны к изменениям климата в виду их пограничного положения в пределах криолитозоны [1; 2]. До недавнего времени ландшафт мерзлых бугристых болот находился в достаточно стабильном состоянии. Наблюдалась своеобразная «пульсация» поверхности, обусловленная взаимными переходами элементов ландшафта. Общая схема этого процесса может выглядеть следующим образом: просадка участка плоскобугристого болота с образованием мочажины -«эмбрионического» озера, затем озеро начинает расти и, достигнув определенного размера, сбрасывает свои воды в другой водоем, образуется хасырей (спущенное озеро), в хасырее происходит мерзлотное пучение, что приводит к образованию мерзлых бугров - началу цикла развития термокарстовых озер. Этот процесс хорошо дешифрируется на космических снимках за многолетний цикл наблюдений, их анализ позволяет говорить, что в настоящее время на севере Западной Сибири происходят процессы деградации многолетней мерзлоты и увеличения количества термокарстовых озер [1].

С возрастанием антропогенного влияния на природную среду, локальное загрязнение в ходе хозяйственной деятельности человека и глобальное загрязнение через дальний атмосферный перенос, вопрос о накоплении микроэлементов во всех звеньях водных экосистем приобретает все большее значение [3]. Термокарстовые озера как объекты гидрохимического и биогеохимического исследования слабо изучены для севера Западной Сибири, имеются лишь фрагментарные данные по гидрохимическому составу озерных вод и биогеохимическим процессам, протекающим в термокарстовых озерах [4; 5; 6; 7].

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Изученные нами водные объекты представляют собой термокарстовые озера с берегами сложенными торфяными сфагновыми мхами, донные отложения представлены торфяным детритом. Термокарст развивается за счет вытаивания сингенетических и эпигенетических сегрегационных льдов, растущих и погребённых повторно-жильных и пластовых льдов. В результате образуются озёра, западины и другие отрицательные формы рельефа, разделённые обычно плоскобугристыми торфяниками высотой 2-4 м. Наиболее крупные термокарстовые озёра, возникающие в торфяниках, имеют размеры до 1 км и более [8]. Вода озер богата гуминовыми веществами, за счет этого она окрашена в темные цвета. Все термокарстовые озера данного района относят к ультропресным с преимущественно атмосферным питанием, температура воды в мелкокотловинных озерах мало отличается от температуры воздуха [9].

Пробы озерных вод отбирались с поверхности (30-35 см) в химически чистые полипропиленовые стаканы объемом 250 мл, затем воду фильтровали на месте или в течение 4 часов после отбора через мембранные фильтры (MILLEX Filter Unit) с диаметром пор 0,45 мкм с использованием стерильных шприцов.

В качестве модельного биогеохимического объекта опробования выбран вид Menyanthes trifoliata L. -Вахта трехлистная (Рисунок 1). Типично пресноводный (условно-пресноводный) олиготрофный олиго-бетамезотробный гидрогигрофит, встречающийся во всех флористических провинциях Сибири [10; 11]. Вахта трехлистная наиболее активно по сравнению с другими травянистыми растениями участвует в биогеохимических процессах озерно-болотных экосистем данной территории. При разложении ветоши и корней вахты в течение года теряется до 97 % макроэлементов [12].

Водные растения после отбора проб, тщательно промывались водой и помещались в осмотические пакеты фирмы Osmofilm для высушивания до воздушно-сухого состояния и избегания различного рода загрязнений.

Элементный состав проб определяли на квадрупольном ICP-MS (Agilent Technologies, 7500 се) с добавлением внутреннего стандарта In + Re. Предел обнаружения 1 нгр/л-1 мг/л в анализируемом растворе. Погрешность 0,1 нгр/л.

Вахта трехлистная в лесотундровой зоне Западной Сибири

Полученные в результате анализов данные по составу вод термокарстовых озер и макрофитов позволяют говорить о динамике содержания некоторых химических элементов.

По усредненному содержанию химические элементы в траве Вахты трехлистной, произрастающей в экосистемах разных стадий развития, располагаются в следующем порядке:

химические элементы в траве Вахты трехлистной

химические элементы в траве Вахты трехлистной

Общая динамика содержания химических элементов в Вахте трехлистной во всех четырех экосистемах одинакова. Но имеются некоторые различия, так в Вахте произрастающей на литорали термокарстового озера наиболее, по сравнению с другими экосистемами, накапливаются такие элементы как: K, Sb, Pb и Ba. Вахта произрастающая в старом хасырее наиболее богата такими макроэлементами как Mg, Ca, Mn и микроэлементами Co, Rb, Sr, Cs. Минимальными концентрациями в растениях всех экосистем характеризуются редкоземельные элементы, малоподвижные в пресных водах и биологически недоступные растениям Tb, Dy,Ho, Er, Yb, U.

В ходе работы был посчитан коэффициенты биологического накопления химических элементов в Вахте трехлистной относительно воды (Кб) для каждой из четырех стадий развития озерных экосистем (Рисунок 2).

Наибольшими коэффициентами обогащения характеризуются макроэлементы необходимые растениям в процессе жизнедеятельности K, Mn, Na, а также некоторые микроэлементы Rb, Sr, Ba, Pb. Что вероятно говорит о специфичности их накопления, а также о возможном загрязнении водоемов.

Значения Коэффициента биологического накопления (Кб) химических элементов в Вахте трехлистной относительно воды термокарстовых озер четырех озерных экосистем разных стадий развития

  1. Термокарстовые озера субарктики Западной Сибири представляют собой мелкокотловинные озера с темным цветом воды, торфяным дном. Являются стадиями перехода элементов ландшафта от плоскобугристого болота до хасырея (спущенное озеро), в котором, в последствие происходит промерзание грунта и мерзлотное пучение с возобновлением плоскобугристого болота.
  2. Во всех исследованных озерных водах складывается благоприятная обстановка для накопления ряда химических элементов (Fe, La, Ce, Pr, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb, Cr, Mn, Co, Ni) до уровня превышающего кларк речной воды.
  3. Общая динамика содержания химических элементов в Вахте трехлистной во всех четырех экосистемах одинакова. Но имеются некоторые различия, так в Вахте произрастающей на литорали термокарстового озера наиболее, по сравнению с другими экосистемами, накапливаются такие элементы как: K, Sb, Pb и Ba. Вахта произрастающая в старом хасырее наиболее богата такими макроэлементами как Mg, Ca, Mn и микроэлементами Co, Rb, Sr, Cs
  4. Наибольшим Коэффициентом накопления (Кб) характеризуются макроэлементы, необходимые растениям в процессе их жизнедеятельности и содержащимися в них в больших количествах
  5. В траве Вахты трехлистной сильно накапливаются некоторые тяжелые металлы, такие как, Pb, Zn, Sr и другие, источниками которых могут служить глобальные факторы (атмосферный перенос, водный режим и
  6. др.), так и различного рода локальные загрязнения происходящие в результате антропогенной нагрузки на экосистемы севера Западной Сибири (нефтяные «качалки», «лисьи хвосты» сжигаемого газа и др.) [14].

  

ЛИТЕРАТУРА

  1. Кирпотин С.Н., Полищук Ю.М., Брыксина Н.А. Динамика площадей термокарстовых озер в сплошной и прерывистой криолитозонах Западной Сибири в условиях глобального потепления // Вестник Томского государственного университета. - 2008. - № 133. - С. 185­189.
  2. Кравцова В.И., Быстрова А.Г. Изменение размеров термокарстовых озер в различных районах России за последние 30 лет // Криосфера земли. - 2009. - Т. XIII, № 2. - С. 16-26.
  3. Куликова Н.Н., Парадина Л.Ф., Сутурин А.Н., Таничева И.В., Ижболина Л.А., Ханаева И.В., Тимошкин О.А. Микроэлементный состав круглогодично вегетирующих макроводорослей каменистой литорали оз. Байкал (Россия) // Альгология. - 2008. - Т. 18, № 3. - С. 244­255.
  4. Леонова Г.А. Биогеохимическая индикация загрязнения водных экосистем тяжелыми металлами // Водные ресурсы. - 2004. - Т. 31, № 2. - С. 215-222.
  5. Леонова Г.А., Аношин Г.Н., Бычинский В.А. Биогеохимические проблемы антропогенной химической трансформации водных экосистем // Геохимия. - 2005. - № 2. - С. 182-196.
  6. Pokrovsky O.S., Shirokova L.S., Kirpotin S.N., Audry S., Viers J., and Dupre B. Effect of permafrost thawing on organic carbon and trace element colloidal speciation in the thermokarst lakes of western Siberia // Biogeosciences. - 2011. - № 8. - Р. 565-583.
  7. Audry S., Pokrovsky O.S., Shirokova L.S., Kirpotin S.N., Dupre B. Organic matter mineralization and trace element post-depositional redistribution in Western Siberia thermokarst lake sediments / S. Audry, O.S. Pokrovsky, L.S. Shirokova, S.N.Kirpotin, B. Dupre // Biogeosciences Discuss. - 2011. - № 8. - Р. 8845-8894.
  8. Козлов С.А. Оценка устойчивости геологической среды на морских месторождениях углеводородов в Арктике // Нефтегазовое дело, -2005. - № 2, С. 15-24.
  9. Орехов П.Т. Аквальные природные комплексы северной тайги Западной Сибири // Криосфера Земли. - 2010. - Т. XIV, № 2. - С. 23-28.
  10. Свириденко Б.Ф., Мамотнов Ю.С., Свириденко Т.В. Использование гидромакрофитов в комплексной оценке экологического состояния водных объектов Западно-Сибирской равнины. - Омск: Амфора, 2011. - 231 с.
  11. Конспект флоры Сибири: Сосудистые растения / Сост. Л.И. Малышев, Г.А. Пешкова, К.С. Байков и др. - Новосибирск: Наука, 2005. -362 с.
  12. Паршина Е.К. Деструкция растительного вещества в болотных экосистемах таежной и лесотундровой зон Западной Сибири. - Автореф. дис. ... канд. биол. наук. - Томск, 2009. - 24 с.
  13. Справочник по геохимическим поискам полезных ископаемых / Под. ред. А.П. Соловова. - М.: Недра, 1990. - 335 с.
  14. Леонова Г.А., Аношин Г.Н., Андросова Н.В., Бадмаева Ж.О., Ильина В.Н. Экологическая экспертиза состояния озер Ямало-Ненецкого автономного округа методом биогеохимической индикации // Экология Сибири, Дальнего Востока и Арктики: Тезисы докладов международной конференции. Томск. - 2001. - С. 153.
Фамилия автора: Р.М. Манасыпов
Год: 2012
Город: Алматы
Категория: Экология
Яндекс.Метрика