Н. Соловьева1, В. Джонс1, В. Даувальтер2, П. Апплеби3, Б. Кондратенок4
Арктические регионы особенно чувствительны к загрязнению, восстановление арктических экосистем происходит сравнительно медленно [3, 15]. Наряду со значительно возросшим глобальным уровнем загрязнения в прошедшем столетии, происходили и глобальные изменения климата, что могло усилить влияние загрязнения, особенно в Арктике. Основная цель междисциплинарного проекта TUNDRA – оценка изменений тундровых экосистем в бассейне р. Уса за прошедшее столетие, включая климатический, антропогенный и социальный аспекты. Данная работа посвящена обсуждению результатов исследований, проведенных в рамках проекта TUNDRA, по изучению долговременного воздействия атмосферного загрязнения на озерные экосистемы в бассейне р. Уса. В 14 озерах, расположенных вдоль трех градиентов атмосферного загрязнения с центрами в Инте, Усинске и Воркуте (рис. 1), был проведен химический анализ проб воды, в колонках донных отложений из этих озер был произведен анализ диатомовых водорослей, тяжелых металлов и сферических угольных микрочастиц (СУМ). Последние, как продукты высокотемпературного сгорания нефти и газа, позволяют оценить уровень атмосферного загрязнения в любой период времени в прошлом. Многие тяжелые металлы, также как и СУМ, являются индикаторами антропогенного загрязнения [7]. Диатомовые водоросли отличаются повсеместным распространением, их кремневые створки не подвергаются разложению и сохраняются в донных отложениях, позволяя определять видовой состав диатомовых сообществ, существовавших в озерах многие тысячелетия назад. Поскольку диатомовые водоросли особенно чувствительны к изменению кислотно-основных свойств воды и содержанию биогенных элементов (азота и фосфора), они могут быть использованы для реконструкции значений pH и трофности водоемов в прошлом [4]. Отдельные колонки донных отложений были датированы с использованием радиоактивного свинца 210Pb [2] . Данные по сезонной гидрохимии, СУМ и тяжелым металлам в поверхностном слое донных отложений были использованы для оценки современного уровня загрязнения водоемов. Большинство обследованных озер можно отнести к типично арктическим водоемам с низким уровнем минерализации, нейтральной или слабощелочной реакцией водных проб, содержанием сульфат-ионов, не превышающим фоновых концентраций. Относительно закисленными можно считать озера 4.5 и 4.6, имеющих значения pH 5.36 и 4.80 соответственно. В этих озерах отмечено также самое низкое содержание ионов кальция. Тем не менее, концентрации сульфат-ионов в озерах 4.5 и 4.6 значительно ниже, чем в закисленных озерах Кольского п-ва [9], и в настоящий момент говорить о закислении не приходиться. Уровень карбонатной щелочности и содержание ионов кальция в остальных озерах достаточно высоки, следовательно, их можно считать устойчивыми к возможному антропогенному закислению. Для каждого озера были также рассчитаны уровни критической кислотной нагрузки (годовое количество кислотных осадков), для чего были использованы данные о содержании сульфат-ионов в снежном покрове, предоставленные д-ром П. Криттенденом и Т. Уолкером, и результаты математической обработки данных диатомового анализа [5]. Критическую кислотную нагрузку рассчитывали только с учетом сульфат-ионов, потому что они составляют около 90 % всех кислотных выбросов в исследуемом районе. Результаты показывают, что при современных концентрациях сульфат-ионов в атмосферных осадках угроза антропогенного закисления для исследуемых водоемов отсутствует. В целом, концентрация сульфат-ионов в атмосферных осадках и в самых загрязненных озерах (например, вблизи Воркуты) более чем в 10 раз ниже, чем в озерах Кольского п-ва [9, 10] или Великобритании [5]. Для каждого озера были вычислены изменения pH за индустриальный период. При расчете была использована диатомовая модель ALPE [14]. Закисления не обнаружено ни в одном из исследованных озер. Напротив, реконструированные значения pH для озера 1.1, расположенного в 30 км западнее Воркуты, свидетельствуют о наличии подщелачивающего эффекта со времени начала промышленного освоения района, т.е. с 1920-1930 гг. Подщелачивающим эффектом атмосферных выбросов (цементная и угольная пыль) можно частично объяснить и характерные изменения в растительном покрове, наблюдаемые вокруг Воркуты. Концентрация СУМ в поверхностном слое донных отложений отражает современный уровень атмосферного загрязнения. Наибольшие содержания СУМ в верхних слоях донных осадков зафиксированы вблизи индустриальных центров и особенно в районе г. Воркута (рис. 2). Значительные содержания СУМ в озерах из Воркутинской трансекты коррелируют с высоким уровнем выбросов с предприятий Воркуты, которые в 8-9 раз превышают объем выбросов в Инте и Усинске. Содержания СУМ в озерных отложениях коррелируют с объемами добычи угля. Действительно, наиболее высокие содержания СУМ получены для периода между 1970 и 1980 гг., когда добыча угля в Воркуте также была на максимальном уровне. Атмосферное загрязнение носит локальный характер. Так, в озерах 2.1, 2.2 и 3.1, расположенных более чем в 30 км от источников загрязнения, содержания СУМ в 5-7 раз ниже, чем в озерах, расположенных вблизи индустриальных центров. Содержания тяжелых металлов в озерных отложениях отражают как антропогенное загрязнение, так и химический состав подстилающих пород. В связи с этим интерпретация содержания тяжелых металлов в донных отложениях не всегда однозначна. Так, содержания мышьяка и свинца в поверхностных осадках и в колонках донных отложений в целом положительно коррелируют с содержанием СУМ, т.е. возрастают вблизи индустриальных центров, достигая максимума в районе г. Воркута. С другой стороны, относительно высокие содержания меди характерны для всех озер, а максимальное зафиксировано для незагрязненного озера 3.2, расположенного в предгорьях Урала, что можно объяснить особенностями геохимии подстилающих пород этого предгорного озера. Диатомовые сообщества исследованных озер состоят из мелких бентосных видов, главным образом, родов Fragilaria, Stauroforma и Navicula, которые типичны для северных тундровых озер Урала [1, 8, 13]. Виды из рода Fragilaria характерны для мелких арктических озер. Планктонные виды в основном представлены родом Aulacoseira, встречающимся в нескольких глубоких озерах. За последние 100-150 лет в большинстве озер не обнаружено значительных изменений в видовом составе диатомовых водорослей, которые могли бы свидетельствовать об антропогенном воздействии. Только для озера 1.1 отмечено, начиная с 70-х годов, значительное увеличение относительной численности A. subarctica, что можно объяснить подщелачиванием водоема в результате атмосферного загрязнения предприятиями Воркуты. Резюме. Проведенные исследования свидетельствуют об отсутствии антропогенного закисления обследованных озер, о чем говорят изменения в диатомовых сообществах. Концентрация сульфат-ионов в атмосферных осадках в бассейне р. Уса значительно ниже, чем в индустриальных районах Европы. Относительно высокие содержания меди, обнаруженные практически во всех образцах озерных отложений, по-видимому, связаны с геохимическими особенностями исследованного района. Атмосферное загрязнение носит локальный характер. Концентрации СУМ, свинца и мышьяка повышены в озерах, расположенных вблизи источников загрязнения. Озера Воркутинской (1.1, 2.5) и Интинской (3.3) трансект испытывали наиболее высокую антропогенную нагрузку. По реконструированным значениям рН установлен подщелачивающий эффект в результате атмосферного загрязнения для озер, расположенных вблизи Воркутинского промышленного узла. Возможным продолжением проекта могут быть детальные исследования ихтиофауны и зообентоса загрязненных водоемов, поскольку диатомовые водоросли, как правило, малочувствительны к содержанию тяжелых металлов. Только в этом случае будет возможно полностью оценить современную экологическую обстановку в обследованных районах и предложить пути к ее улучшению. ЛИТЕРАТУРА 1. Гецен M.В., Стенина A. С., Патова E.Н. Альгофлора Большеземельской тундры в условиях антропогенного воздействия. Екатеринбург: Наука, 1994. 183 с. 2. Appleby P.G., Oldfield F. The calculation of 210Pb dates assuming a constant rate of supply of unsupported 210Pb to the sediment // Catena, 1978. № 5. P. 1-8. 3. Arctic environmental change of the last four centuries / J. Overpeck, K. Hughen, D. Hardy et al. // Science, 1997. Vol. 278. P. 1251-1256. 4. Battarbee R.W. Holocene lake sediments, surface water acidification and air pollution // Quaternary Proceeding, 1992. № 2. P. 101-110. 5. Critical loads of acidity: an empirical diatom-based palaeolimnological model / R.W. Battarbee, T.E.H. Allott, S. Juggins et al. // Ambio, 1996. Vol. 25, № 5. Р. 366-369. 6. Dauvalter V. Heavy metals in lake sediments of the Kola peninsula, Russia // The science of the total environment, 1994. Vol. 158. P. 51-61. 7. Dauvalte V. Disturbance and recovery in Arctic lands: an ecological perspective // Heavy metal concentrations in lake sediments as an index of freshwater ecosystem pollution / Ed. R.M.M. Crawford. Kluwer Acad. Publ., 1997. P. 333-351. 8. Getsen M.V., Stenina A.S. Modern ecosystem quality in east-european Arctic // Proc. Intrn. Symp. "Ecological effects of arctic airborne contaminants" (Reykjavik, October 4-8, 1993). Reykjavik, 1993. P. 84. 9. Moiseenko T. Acidification and critical loads in surface waters: Kola, Northern Russia // Ambio, 1994. Vol. 23. № 7. Р. 418-424 10. Quality formation of surface waters and bottom sediments under conditions of anthropogenic loads on water catchments within the Arctic area /T. Moiseenko, I. Rodyushkin, V. Dauvalter et al. Apatity, 1996. 263 p. 11. Rose N.L., Harlock S., Apple by P.G. The spatial and temporal distributions of spheroidal carbonaceous fly-ash particles (SCP) in the sediment records of European mountain lakes // Water, air and soil pollut., 1999. Vol. 113. P. 1-32. 12. Smol J.P. Palaeoclimate proxy data from freshwater diatoms // Vern. Int. Ver. Limnol., 1988. Vol. 23. P. 837-844. 13. Stenina, A.S, Patova, E.N. Algae as indicators of environmental pollution in the Arctic // Proc. AMAP Intrn. symp. on environmental pollution in the Arctic (Tromsш, Norway, June 1-5, 1997), Tromsш, 1997. Vol. 1. P. 309-310. 14. Surface-sediment and epilithic diatom calibration set for remote european mountain lakes (AL:PE Project) and their comparison with the surface waters acidification programme (SWAP) calibration set / N.G. Cameron, H.J.B. Birks,, V.J. Jones et al. // J. Paleolimnol., 1999. Vol. 22. P. 291-317. 15. The regional impacts of climate change: an assessment of vulnerability: IPCC special report / Eds. R.T. Watson, M.C. Zinyowera, R.H. Moss et al. // A special report of IPCC working group II. November 1997.
Логотип -
Начало -
Общие
сведения -
Структура -
Научная деятельность 3448 посещений с 10.10.2001 |