«СМЕШИВАТЬ, НО НЕ ВЗБАЛТЫВАТЬ»
С 17-го по 19-е июня на стационаре Института природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН на озере Арахлей прошел второй семинар по интеграционному проекту СО РАН «Прогнозное моделирование и междисциплинарные комплексные исследования многолетней динамики состояния экосистем меромиктических озёр Сибири».
Е.С. Задереев, к.б.н., учёный секретарь проекта
В прошлом году он начался с рабочего совещания на стационаре Института биофизики СО РАН на озере Шира. Тогда участники проекта решили, что в Забайкалье нужно будет не только обсудить планы и промежуточные результаты работы, но и организовать совместный выезд за пробами на один из объектов исследований — озеро Доронинское. Этот солёный содовый водоём расположен в забайкальской степи, недалеко от федеральной трассы, между Улан-Удэ и Читой. Участники проекта из Института общей и экспериментальной биологии СО РАН и ИПРЭК СО РАН ведут там регулярные совместные работы. Сейчас к ним присоединились и команды из других организаций.
16 июля в Читу с оборудованием прибыл научный десант из Новосибирска, Красноярска и Иркутска, а уже на следующий день учёные встретились с коллегами из Улан-Удэ, которые накануне разбили свой лагерь на Доронинском. Нам так и не удалось узнать у организаторов семинара, как они договаривались с погодой, но весь день был штиль. Два раза над забайкальскими сопками сгущались тучи, вдали грохотала гроза, но ни капли дождя не упало на цветущую степь. Для того чтобы провести максимум измерений и отборов проб за минимальное время, на озере одновременно работало четыре лодки. И даже такому количеству плавсредств пришлось курсировать туда—обратно, высаживая одну партию исследователей с их приборами на берег и доставляя на центр водоёма других. Понять, как устроен этот водный объект, за один день даже сверхплотной работы невозможно, для этого не хватит и года. Оставив часть проб экспонироваться в Доронинском, учёные на внедорожниках отправились на Арахлейский стационар.
 |
Участники семинара на берегу озера Арахлей
(фото С.В. Цыренжапова).
|
Несмотря на то, что предыдущий рабочий день длился 20 часов (привезённые пробы необходимо было ещё и предварительно обработать), семинар начался утром вовремя. Открывая совещание, координатор проекта академик Андрей Георгиевич Дегерменджи ещё раз напомнил всем участникам его основную цель — понимание условий, в которых озеро становится (или наоборот перестает быть) меромиктичным. «Мы должны стремиться к тому, чтобы вывести формулу меромиктичности, которая позволит предсказывать вероятность реализации таких условий на любом водоёме», — напутствовал участников семинара академик.
Напомним, что меромиктичным называется озеро, которое из-за наличия постоянной неоднородности в вертикальном распределении плотности воды не перемешивается до дна в течение длительного периода времени. В рамках интеграционного проекта работы ведутся на трёх меромиктичных озерах: Шира и Шунет в Хакасии и Доронинское в Забайкалье. На территории Восточной Сибири подобных объектов больше нет. В мире их достаточное количество, но пока ещё наука не может предсказывать условия, при которых возникает или пропадает меромиктичность. Переход экосистемы из одного состояния в другое приводит к кардинальным изменениям в биоте и качестве воды в озере и может вызывать такие катастрофические явления, как гибель рыбы и даже людей, живущих на берегах такого водоёма, поэтому задача изучения этого свойства не перестает быть актуальной.
В первой части семинара обсуждали хакасские озера. Было показано, как можно использовать гидрофизические математические модели для понимания процессов перемешивания воды под влиянием различных факторов (д.ф.-м.н. В. М. Белолипецкий, Институт вычислительного моделирования СО РАН, Красноярск), а созданную на их основе комплексную экологическую модель — для анализа влияния климатических факторов и особенностей стратификации на биоту озера (к.б.н. Е. С. Задереев, Институт биофизики СО РАН, Красноярск).
Серия докладов была посвящена описанию состояния водоёма в прошлом. Если мы планируем предсказать, когда и как озеро сменит свой режим перемешивания в будущем, желательно знать о том, наблюдались ли такие же события раньше. В этой области можно отметить прогресс. Научный сотрудник ИБФ СО РАН к.б.н.
В. В. Зыков и старший научный сотрудник Лимнологического института СО РАН к.б.н. А. Д. Фирсова рассказали об использовании пигментов и остатков различных водорослей в донных осадках в качестве маркеров реконструкции состояния водного объекта в прошлом. Старший научный сотрудник Института геологии и минералогии СО РАН к.х.н. Т. И. Маркович представила результаты датировки донных кернов из озера Шира и оценки скоростей накопления донных осадков. На сегодня уже получены данные, позволяющие проследить его историю на протяжении последних четырёх тысяч лет.
 |
Почти всё готово к работе на озере Доронинское
(фото Е.С. Задереева).
|
Вторая часть семинара касалась исключительно Доронинского. Без сомнения, это уникальный водный объект. Содовое озеро с соленостью около 15 граммов на литр в верхних слоях воды и около 30 граммов на литр в придонных неперемешиваемых слоях. По словам заведующего лабораторией геоэкологии и гидрогеохимии ИПРЭК СО РАН к.г.-м.н. Л. В. Заманы, для гидрохимиков до сих пор остается непонятным, как в нём может совместно существовать кислород и сероводород. По данным научного сотрудника этой же лаборатории к.г.-м.н. С. В. Борзенко, особенности цикла серы таковы, что как в нижних, так и в верхних слоях озера может присутствовать сероводород, производимый в ходе различных биохимических реакций. И это ещё одна особенность Доронинского. Протекание подобных процессов в водных экосистемах было описано совершенно недавно, и здесь ещё много непонятного.
Учёные из ИПРЭК СО РАН и ИОЭБ СО РАН подошли к работам комплексно. Физики под руководством заместителя директора ИПРЭК СО РАН д.ф.-м.н.
Г. С. Бордонского с помощью анализа космических снимков исследовали свойства льда и определили места вероятных геологических разломов на дне озера. Возможно, эти данные пригодятся химикам и гидрологам в анализе баланса воды и солей.
На Доронинском наблюдается интересное явление: выход соды на поверхность льда. Обычно при замерзании солёной воды соли (к которым относится и сода, являющаяся натриевой солью угольной кислоты) вытесняются в подледный слой, что вызывает конвекцию (перемешивание) поверхностных вод подо льдом. В Доронинском за счёт низкой влажности воздуха возможно капиллярное прохождение соли сквозь лёд и выход её на поверхность. Местные жители даже используют её для изготовления самодельного мыла. Учёным ещё предстоит понять, может ли это явление повлиять на стабильность водной толщи в зимнее время. По словам ведущего программиста лаборатории геофизики криогенеза ИПРЭК СО РАН к.х.н. П. Ю. Лукьянова, детальные измерения профилей солености и температуры в разное время года показывают, что «ступенька» плотности в зимнее время минимальная, и не совсем понятно, что же удерживает озеро от полного перемешивания.
Доронинское крайне интересно для биологов. Необычный химический состав и меромиктические условия создают уникальные условия для жизни бактерий. В результате исследований в водоёме удалось выделить сложнейшую сеть микробных взаимоотношений, в которой десятки видов дополняют друг друга в сложных циклах трансформации химических и органических соединений. Многие из этих видов, как рассказала учёный секретарь ИПРЭК СО РАН к.б.н. Е. Б. Матюгина, ответственны за ряд необычных свойств этого объекта.
Старший научный сотрудник ИОЭБ СО РАН к.б.н. С. П. Бурюхаев представил данные, характеризующие продуктивность экосистемы озера в разное время года. Такие водоёмы многие учёные рассматривают и как природные биореакторы, и как модели возникновения и поддержания жизни в экстремальных условиях. Именно это подчеркнул в своем докладе заведующий лабораторией ИОЭБ СО РАН д.б.н. Б. Б. Намсараев. Содовые озера, подобные Доронинскому, занимают почётное место в ряду экстремальных водных экосистем, поддерживающих жизнь уникальных бактериальных сообществ.
Кроме бактерий в озере, как и в любом другом водоёме, существует, пусть и редуцированная, но не менее важная для экосистемы трофическая цепь фитопланктон-зоопланктон. Научный сотрудник лаборатории водных экосистем ИПРЭК СО РАН к.б.н. П. В. Матафонов рассказал об исследованиях бентосных (донных) видов животных, чьё распределение четко характеризует наличие меромиксных условий. Начиная с определенных глубин, высшая жизнь на дне озера отсутствует — сероводород не является благоприятной средой для животных. Интересные предварительные результаты получены и при физическом моделировании условий меромиксии в лабораторных условиях. П. В. Матафонов продемонстрировал лабораторные аквариумы, в которых устойчиво поддерживаются слои воды с различной соленостью и концентрацией кислорода: на границе кислородного и бескислородного слоёв развиваются сообщества бактерий и животных, очень похожие на те, что наблюдаются в озере. Однако, как заметил академик А. Г. Дегерменджи, подобное физическое моделирование, при всей его перспективности, требует наличия или разработки основ теории подобия экосистем и, конечно же, более строгих экспериментальных подходов.
В последнем докладе директор ИПРЭК СО РАН д.г.-м.н. А. Б. Птицын представил своё видение актуальных исследований, которые возможны на меромиктичных озерах. В этом и ценность подобных проектов: они не только позволяют общими усилиями решить конкретную научную проблему, но и открывают новые возможности для долговременной совместной работы.
Как было отмечено в заключительной дискуссии, чтобы ответить на основной вопрос проекта, можно использовать три подхода: физическое моделирование, математическое моделирование или долговременные исследования, в ходе которых, сравнивая состояние озера при разных климатических и гидрологических условиях, можно выделить факторы, влияющие на устойчивость подобного состояния. Все эти подходы так или иначе были представлены во время семинара. Без сомнений, это и есть современная лимнология — исследования, в которых новые знания получаются в результате интеграции физиков, математиков, химиков и биологов.
В конце хочется отметить прекрасные условия проведения семинара на Арахлейском стационаре. Радушие и организованность хозяев сделали комфортной практически круглосуточную работу. Хочется поблагодарить всех сотрудников ИПРЭК СО РАН, принявших участие в организации и проведении семинара. Отдельное спасибо участники семинара выражают директору института А. Б. Птицыну и координатору проекта в ИПРЭК СО РАН Е. Б. Матюгиной.
стр. 1, 2
|
