Hydrogeochemistry of the Ivano-Arakhleisky lakes.pdf Введение Многочисленными исследованиями озер Центральной части России, Западной Сибири, Прибайкалья и Забайкалья [Леонова и др., 2007; Замана Л.В., Борзенко, 2010; Moiseenko et al., 2013; Шварцев и др., 2014; Гаськова и др., 2017; Дину, 2018; Масленникова и др., 2018 и др.] показано, что озерные системы имеют зональную и региональную специфику условий формирования их геохимических параметров. Более того, они реагируют на изменения окружающей среды [Моисеенко и др., 2013, Савичев и др., 2015; Перязева и др., 2016; Fei et al., 2015]. В последние полвека Ивано-Арахлейские озера активно изучаются, в особенности состав их водных биогеоценозов, так как озера заселены рыбой и используются в рыбохозяйственном отношении [Пья-нов и др., 1995; Итигилова и др., 2013]. Проведены эколого-экономические исследования территориаль-но-аквальной экосистемы района с 1995 г. получившего статус «Ивано-Арахлейский государственный природный ландшафтный заказник». В то же время гидрогеохимический анализ проводился фрагментарно [Цыбекмитова и др., 2013]. Между тем в последние десятилетия Ивано-Арахлейские озера испытывают большую антропогенную нагрузку, так как на территории работает сельскохозяйственное предприятие, деятельность которого привела к формированию значительных площадей измененных ландшафтов, также активно используются озера и в рекреационных целях. В связи с этим определение диапазонов и темпов изменения гидрохимических показателей озер имеет важное научное и практическое значение, поскольку при изменении физико-химических показателей среды меняется биологическая составляющая водоемов, состав биогеоценозов и, как следствие, кормовая база ихтиофауны. Кроме того, меняется химический и минералогический состав донных осадков - высокоинформативный материал для палеоклиматических реконструкций [Пти-цын и др., 2014]. Сама по себе проблема формирования химического состава вод и его трансформация во времени представляют огромный интерес для современной теоретической гидрогеохимии. Приведенным перечнем не исчерпываются научные и прикладные проблемы, связанные с динамикой функционирования озер. Объект и методы исследований На территории Центрального Забайкалья в Беклемишевской впадине расположено около двух десятков озер, природа которых остается спорной. По одним данным, они являются реликтами крупного озерного бассейна мелового возраста, по другим -остатками ледниковых образований [Ивано-Арахлейский заказник..., 2006]. Климат района характеризуется как умеренно влажный. Такое положение обусловлено горным характером рельефа. Количество годовых осадков составляет 350-380 мм, при этом на теплый период приходится большая их часть (280-320 мм). Среднегодовая температура воздуха равна -3,2 °С. По данным [Географический анализ..., 1985], расчетная среднегодовая величина испарения с поверхности озер Беклемишевской впадины составляет 295 мм. В настоящем сообщении приведены результаты гидрохимических исследований на озерах Ивано-Арахлейской лимнической системы, выполненных с разрывом более чем в 20 лет в разные фазы климатического увлажнения территории. Результаты 1993 г. характеризуют гидрохимический режим озер в фазу нарастания увлажненности. Начало ее приходится на 1982 г. Данные за 2004 и 2012 гг. относятся к фазе аридизации климатических условий, наступившей в 1999 г. [Обязов, 2010, с. 36]. Все рассматриваемые озера (рис. 1) локализованы в Беклемишевской тектонической впадине, расположенной между Яблоновым хребтом, который обрамляет ее с юго-востока, и Осиновым хребтом, являющимся отрогом хребта Цаган-Хуртей, - с северо-запада. 113°0'0-В > 10'30'С О'О'Т owe 0'0"С WC Рис. 1. Схема локализации озер Ивано-Арахлейской системы Fig. 1. Scheme of localization lakes of the Ivano-Arakhleisky system Впадина протяженностью более 100 км представляет собой слабо всхолмленную равнинную местность с абсолютными отметками 950-980 м. Сложена она осадочными отложениями позднемезозойско-го и кайнозойского возрастов. Ее горное обрамление выполняют магматические и метаморфические породы протерозоя и палеозоя. Характерной особенностью озерных котловин является то, что они находятся на водорозделах по отношению к бассейнам речных систем, т. е. уровень озер лежит выше уровня ближайших рек. Большинство водотоков, питающих озера, представлено ручьями, протяженность которых не превышает 25 м. Озерно-речная система Беклемишевской впадины относится к бассейнам стока рр. Селенга и Лена. Местный водораздел в Беклемишевской впадине проходит между озерами Иван и Арахлей. В ландшафтах преобладают луговые равнины, лесостепи, переходящие вверх по склонам в тайгу. Большинство водоемов проточные, чаще водотоки представлены ручьями, длина которых не превышает 10 км. Озера не имеют гидравлической связи между собой, так как разделены водоразделами с небольшими (40-60 м) куполообразными относительными превышениями и тектоническими разломами. В приходной части водных балансов озер на долю атмосферных осадков приходится от 37 до 53 %, а на приток 48-63 %. В расходной части баланса доля испарения варьирует от 57 до 80 %, а сток от 20 до 44 %. При этом озера, не имеющие постоянного поверхностного стока, характеризуются преобладанием испарения в расходной части баланса [Ивано-Арахлейский заказник..., 2002]. Химико-аналитические измерения водных проб выполнены по общепринятым методикам. Концентрации Ca и Mg определялись методом атомной абсорбции в закисно-ацетиленовом пламени на спектрофотометре SOLAAR 6M. Для определения Na и K использован пламенно-эмиссионный метод. Потен-циометрически с применением ионселективных электродов находились pH, Eh, Cl-. Титрование применялось для определения содержания СО2, CO3-, HCO3-. Металлы (Fe, Mn, Cu, Pb, Co, Ni и др.) анализировались атомно-абсорбционным методом на SOLLAR 6М c электротермическим атомизатором Zeeman/3030. Биогенные элементы фосфор и кремний определялись колориметрическими методами. Соединения азота (нитраты и нитриты) проанализированы по-тенциометрическим и колориметрическим методами соответственно [Новиков и др., 1990]. Сульфат-ион определялся турбидиметрическим методом в виде сернокислого бария. Статистическая обработка результатов измерений и оценка их неопределенности для всех компонентов осуществлялись по алгоритмам в соответствии с международными требованиями, изложенными в документах [ISO 5725-6:1994, ISO/IEC Guide 98-3:2008]. Результаты и их обсуждение По классификации П.В. Иванова [Иванов, 1948] Ивано-Арахлейские озера делятся на средние с площадью поверхности 10,1-100,0 км2 (Арахлей, Шак-шинское, Иргень, Иван, Тасей, Большой Ундугун) и очень малые с площадью поверхности 0,1-1,0 км2 (Малый Ундугун, Дедулина, Олозойка, Большое Гужирное, Малое Гужирное, Большой Хутэл-Нур, Малый Хутэл-Нур, Сиротинка, Кергенду). Большинство водоемов мелководны (около 1-5 м), за исключением оз. Арахлей, средняя глубина которого составляет 10,2-13,1 м. Отличие морфометрических характеристик обусловливает также разный объем воды в озерах, меняющийся как в многолетнем, так и сезонном разрезе из-за изменения общей увлажненности территории и водности самих озер [Ивано-Арахлейский заказник..., 2002]. Во влажные периоды происходит увеличение акватории озер и разбавление воды, а в засушливые у многих озер сокращается водная поверхность, происходит концентрирование вод. К примеру, многолетние колебания уровня озер Арахлей и Шакшинское составляют 219 и 201 см. Площадь акватории озер в период засухи сокращается на 4,7 и 3,6 км2 соответственно. Малые озера Большое Гужирное и Малое Гужирное усыхают до размеров больших луж. В сезонной динамике колебания не столь значительны и составляют 0,3 м на оз. Арахлей и 0,4 м на оз. Шакшинское с максимумами в наиболее дождливый период (июль-август) и минимумами в период ледостава. Малые озера в ледостав промерзают до дна. По величине минерализации (по Овчиникову [Алехин, 1970]) озера Ивано-Арахлейской системы делятся на ультрапресные, пресные и солоноватые. К ультрапресным относятся крупные озера Арахлей и Шакшинское, Иван, Тасей, Иргень, Большой Ундугун и несколько малых - Большой Хутел Нур, Малый Хутел Нур, Малый Ундугун, Сиротинка (табл. 1). Подразделение озерных вод по солености показало, что подавляющая часть принадлежит к ультрапресным, на их долю приходится 67% от общего количества. В целом проявляется зависимость мор-фометрических характеристик от минерализации воды. Для озер c объемом водной массы от 0,0001 до 0,001 км3 минерализация изменяется от 100 до 1 000 мг/л, а при меньших объемах может достигать 5 000 мг/л и более (рис. 2). По средним оценкам минерализация воды ультрапресных озер колеблется от 89,5 до 163,6 мг/л (среднее 127,8 мг/л) с минимумом для оз. Большой Ундугун и максимумом для оз. Арахлей. Величина рН варьирует от 7,19 до 8,25 со средним значением 8,06. В химическом составе преобладает среди анионов HCO3-, а среди катионов чаще Ca2+, химический состав НС03-Са-М§ (по классификации Щукарева [Посохов, 1975]). При достижении минерализации 163,0 мг/л доминирующим становится Mg2+, химический состав меняется на HCO^Mg-Na-Са. Одновременно растет значение рН вод. По количеству биогенных элементов выделяется оз. Арахлей с наиболее высоким содержанием общего фосфора Р0бщ. (0,12 мг/л) и оз. Большой Хутел-Нур с концентрацией 0,88 мг/л, при этом доминирующим соединением является нитратная форма (NO3 ) и аммонийная формы (NH4). Повышенными концентрациями тяжелых металлов выделяются озера Малый Хутел-Нур (Mn, Fe, Pb, Ni), Большой Ундугун (Zn), Малый Ундугун (Co), Иван (Си), Иргень (Pb, Mo) и Шакшин-ское (Cd). В отличие от макро-, связь микрокомпонентов с основными гидрохимическими показателями среды соленостью и рН воды отсутствует. В толще воды различие в содержаниях макрокомпонентов хорошо прослеживается по наиболее глубоким озерам Арахлей, Иргень и Тасей. Чаще изменяются значение рН, соленость и содержания CО2, HCO3-, SO42-, при этом с глубиной накапливается гидрокарбонат-ион, а концентрация сульфат-иона, напротив, снижается (см. рис. 3). Сезонные изменения основных гидрогеохимических показателей отчетливо проявляются по оз. Арахлей (см. табл. 2). Относительно высокая минерализация воды отмечается в апреле, что главным образом связано с поступлением обогащенных солями речных вод, питающих озеро после ледостава. В этот период концентрируются HCO3-, С1-, Na+, Mg2+, напротив, содержание Ca2+, К+, SO42- и СО2 снижается. С июня по август имеет место постепенное снижение солености, что обусловлено разбавлением вод менее минерализованными атмосферными осадками и поступающим в озера поверхностным стоком. В разные климатические фазы наиболее значительные изменения характерны для ультрапресных озер малого Большой Хутэл-Нур и средних по площади Иргень и Иван, минерализация которых в засушливый период увеличилась в среднем на 72,8, 42,3 и 31,2 мг/л соответственно, в меньшей степени изменения затронули оз. Тасей, соленость вод которого выросла всего на 5,7 мг/л (табл. 3). В целом в этой группе озер за рассматриваемый период соленость вод увеличилась в среднем на 31,7 мг/л. Увеличение минерализации произошло за счет накопления среди анионов HCO3- и C1-, а среди катионов Mg2+, Na+ и К+, напротив, содержания SO42- и Ca2+ снизились. Таблица 1 Основные морфометрические и физико-химические показатели озер Ивано-Арахлейской лимнической системы Table 1 The main morphometric and physico-chemical characteristics of Lakes of the Ivano-Arakhleisky limbic system е он е о н у [-1 .М. .Б .з о .з о р £ л s X н н « з л л « « & ем а ра С н о ир С н н .Б а Т £ о л О р £ л S ^ X е w а р < .Б Ультрапресные Пресные Солоноватые F км2 11,6 0,9 11,6 33,2 51,8 14,5 15,2 0,2 2,0 59,0 0,5 0,2 0,1 0,1 0,4 h м 4,5 3,0 2,0 1,8 4,4 3,1 3,1 6,0 2,0 10,2 1,5 1,6 0,15 0,19 0,13 pH - 7,47 7,59 8,03 8,11 8,28 8,38 8,16 8,24 8,25 8,10 8,52 8,65 9,40 8,73 8,59 М 89,5 92,7 114 121 123 137 144 145 149 164 311 321 951 1200 4718 СО32- 0,6

Скачать электронную версию публикации