ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ОЗЕРОВЕДЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИНОЗ РАН)
ОТЧЕТ
о выполнениинаучно-исследовательских работ
в рамках Договора по исследованию водоемов во Всеволожском районе Ленинградской области
Санкт-Петербург
Содержание
- Введение
- Литологический анализ (к.г.н., н.с. Д.Д.Кузнецов)
- Радиоуглеродный анализ (к.г.н., доцент М.А. Кулькова)
- Палинологический анализ (к.г.н., рук. группы палеолимнологии Т.В. Сапелко)
- Диатомовый анализ (к.г.н., н.с. А.В Лудикова)
- Анализ содержания фосфора (к.г.н., зав. лаб. гидрохимии Н.В. Игнатьева)
- Анализ содержания металлов (м.н.с. М.О. Гусева)
- Расчет вероятности антропогенного воздействия (к.г.н., рук. группы палеолимнологии Т.В. Сапелко, инженер А.В. Терехов)
- Заключение (к.г.н., рук. группы палеолимнологии Т.В. Сапелко)
В марте 2016 г. в жилом массиве г. Всеволожска сотрудниками ИНОЗ РАН проведено исследование водоемов с целью установления происхождения и истории их развития (рис. 1). Для этого в верхнем водоеме (60º01,9’ с.ш.; 30º39,1’ в.д., ~53м над уровнем моря) со льда с помощью специального бура отобраны керны донных отложений в 5 разных точках (рис.2). Измеренная глубина водоема составляет 1-2 м. Два других водоема из изучаемой системы находятся на более низких абсолютных отметках (менее 50м над уровнем моря) (рис.1).
Рис. 1. Карта района исследований (https://yandex.ru/maps)
Отобранные керны донных отложений были упакованы в специальные пластиковые труды и полиэтиленовую пленку и транспортированы в лабораторию Института озероведения РАН. В лабораторных условиях керны были вскрыты и проведено подробное литологическое описание (рис. 3). Затем все керны были разобраны на образцы по 2см. Образцы из одинаковых горизонтов отобраны на разные виды анализов, что позволяет провести комплексное исследование донных отложений. Образцы отбирались на радиоуглеродный, палинологический, диатомовый анализы, а также на содержание органического, неорганического и общего фосфора, содержание органического вещества (определение потерей при прокаливании донных осадков (ППП) и металлов в донных отложениях.
|
|
В результате проведенного комплексного палеолимнологического исследования получены данные по древней и современной истории развития водоема.
Рис. 2. Полевые работы на верхнем водоеме. Отбор кернов донных отложений.
Литологический анализ
По всей акватории водоема проводился отбор кернов донных отложений с подробным описанием литологических слоев и фотографированием.
точка 1, в центре, глубина около 1,5 м
М,
гиттия с большим количеством неразложившихся макроостатков, от осадка сильнейший гнилостный запах, бур уперся в древесину (5-7 см)
точка 2, в 20 м к северу, глубина 1,3 м
2,40-3,40 м, верх размыт (~50 см), внизу древесный торф,
точка 3, у западного берега
1,46-2,46 м, керн фрагментарно размыт, нижние 10 см древесина
точка 4, между точками 1 и 3, глубина 1,2 м
М
2,07-2,44 м – черная влажная с большим количеством макроостатков гиттия,
2,43-2,44 м – глинистая примазка, граница нечеткая, меняется цвет и влажность
2,44-3,07 м – бурая (рыжевато-бурая) плотная торфянистая гиттия
М
2,25-2,57 м – влажная черная гиттия с макроостатками
|
|
2,57-3,24 м – торфянистая гиттия, 3,02-3,05 м – древесный торф, 3,10-3,12 м – древесина
3,24-3,25 м – темно-серый алеврит
3) 2,27-3,27 м, осадок сходный
4) 2,94-3,44 м,
2,94-3,44 м – торфянистая гиттия
3,14-3,20 м – древесный торф, низ более гомогенный – однородная гиттия, граница не выражена
точка 5, 10 м от южного берега (от растительности)
2,70-3,20 м – торфянистая гиттия
точка 6, между точками 4 и 2
2,85-3,25 м – торфянистая гиттия, не фотографировали, не отбирали
точка 4,
5) 2,47-2,97 м – торфянистая гиттия,
6) 2,66-3,16 м – торфянистая гиттия, в ту же лунку
7) 2,78-3,28 м,
2,78-3,19 м – торфянистая гиттия, нижняя граница четкая
3,19-3,21 м – серый сильно опесчаненный алеврит, нижняя граница постепенная
3,21-3,28 м – бурый алеврит
Описанные литологические слои из разных кернов, отобранных в разных точках водоема были сопоставлены между собой по выделенным литологическим границам, т.е проведен литостратиграфический анализ (рис.3).
Рис. 3. Литостратиграфия озерных отложений в 5 точках, где проводился отбор кернов донных отложений.
В основании полученных кернов были вскрыты темно-серые алевриты (рис.4), сформированные в принципиально иных условиях, чем вышележащие торфянистые гиттии. Далее в результате изменения климатических условий происходит понижение уровня водоема, что отразилось в увеличении песчаной фракции в донных отложениях. Содержание органического вещества здесь минимально и не превышает 2% (табл.1, рис.5). На следующем этапе происходит смена характера осадконакопления, начинает накапливаться торфянистая гиттия. Увеличвается содержание органического вещества. Для этого литологического слоя характерны стабильно высокие значения содержания органического вещества (ППП – 90-98%).
|
|
Рис. 4. Литологическое описание и возраст донных отложений изученного водоема.
Верхняя часть отложений представляет собой обводненную черную гиттию с большим количеством макроостатков. Литологическая граница, отмеченная на глубине 2,57 м, свидетельствует о подъеме уровня воды. Представляет интерес период эрозии, отмеченный на глубинах 2,40-2,45 м, значения ППП здесь резко снижаются до 35% с последующим восстановлением до средних значений. Причиной такого значительного поступления минерального вещества в водоем является, скорее всего, антропогенная деятельность на водосборной территории, такая, например, как распашка окружающей территории или гидротехнические работы, приведшие к увеличению поверхностного стока в озеро.
Рис. 5. График динамики содержания органического вещества по результатам анализа потерей при прокаливании донных отложений.
Таблица 1. Результаты анализа потерей при прокаливании
| керн | номер | глубина, м | ППП, % |
| 2 (2,25-3,25) | 3,25-3,23 | ||
| 3,23-3,18 | |||
| 3,18-3,13 | |||
| 3,13-3,11 | |||
| 3,11-3,09 | |||
| 3,09-3,07 | |||
| 3,07-3,05 | |||
| 3,05-3,03 | |||
| 3,03-3,01 | |||
| 3,01-2,99 | |||
| 2,99-2,97 | |||
| 2,97-2,95 | |||
| 2,95-2,93 | |||
| 2,93-2,91 | |||
| 2,91-2,89 | |||
| 2,89-2,87 | |||
| 2,87-2,85 | |||
| 2,85-2,83 | |||
| 2,83-2,81 | |||
| 2,81-2,79 | |||
| 2,79-2,77 | |||
| 2,77-2,75 | |||
| 2,75-2,73 | |||
| 2,73-2,71 | |||
| 2,71-2,69 | |||
| 2,59-2,57 | |||
| 2,55-2,53 | |||
| 2,53-2,51 | |||
| 2,51-2,49 | |||
| 2,49-2,47 | |||
| 2,45-2,435 | |||
| 2,435-2,42 | |||
| 2,42-2,4 | |||
| 2,4-2,38 | |||
| 2,38-2,36 | |||
| 2,34-2,32 | |||
| 2,3-2,28 | |||
| 2,28-2,26 | |||
| 5 [7] (2,78-3,28) | 2а | 3,26-3,24 | 1,5 |
| 4а | 3,22-3,20 | 1,1 | |
| пп1 | 1,2 | ||
| пп2 |
- Радиоуглеродный анализ
На радиоуглеродный анализ изучено 3 образца. Получены три датировки абсолютного возраста донных отложений (С14), которые были откалиброваны с помощью специальной калибровочной программы, в результате чего получен календарный возраст этих отложений (рис.6). Калибровка образцов осуществлялась с помощью программы OxCal 4.2 (Bronk Ramsey, 2009) с использованием калибровочной кривой IntCal 13 (Reimer et.al., 2013). В лаборатории изотопных исследований РГПУ им. Герцена получены радиоуглеродные датировки для начала накопления торфянистой гиттии: 9177 + 80 лет назад (лабораторный номер SPb-2022) и 9168 + 70 лет назад (лабораторный номер SPb-2023), что соответствует 10200-10500 тысяч календарных лет назад. Для контакта торфянистой гиттии и верхнего слоя влажной черной гиттии была получена радиоуглеродная датировка 8140 + 70 лет назад (лабораторный номер SPb-2024) или 9000-9300 лет назад.
Рис.6. Результаты калибровки радиоуглеродных датировок.
- Палинологический анализ
С помощью палинологического анализа изучены образцы из разреза донных отложений. Техническая обработка образцов проводилась по стандартным методикам (Гричук, 1940; Berglund & Ralska-Jasiewiczowa, 1986) с некоторыми дополнениями. Образцы обрабатывались пирофосфатным методом с применением тяжелой жидкости (CdI+KI). Определение зерен пыльцы и спор производилось по определителям: Куприянова и Алёшина (1972), Moore et al.(1991), Reille (1999), а также с помощью коллекционного материала Института озероведения РАН. Для построения спорово-пыльцевой диаграммы использовались компьютерные программы TILIA2, TILIA GRAPH2 и TGView (Grimm, 1987; 1991). Процент содержания таксонов рассчитывался от общего состава пыльцы деревьев, трав и спор, который принимался за 100%.
По данным палинологического анализа на водосборный бассейн озера был покрыт лесной растительностью с преобладанием березы (рис.7). Хвойные породы, которые представлены сосной и елью, занимали небольшие площади. Вокруг озера также произрастали ива и ольха серая. Среди споровых абсолютно господствуют папоротники. В травянистом покрове преобладают осоковые. В основном преобладают травы, характерные для нарушенных субстратов, что свидетельствует об освобождении новых территорий суши после понижения уровня крупного водоема. На освободившихся территориях заселялись виды, неприхотливые к почвам, такие как подорожник, кипрей, песчанка злаколистная и другие. Далее в результате изменения климатических условий происходит понижение уровня водоема, что отразилось в увеличении песчаной фракции в донных отложениях. По данным палинологического анализа в это время несколько меняется состав травянистого покрова (рис.7), состав древесных пород примерно схож с предыдущим периодом. Далее по данным палинологического анализа климат в это время становится теплее. В период накопления торфянистой гиттии на водосборе озера получили распространение сосново-березовые леса, где в результате потепления климата в качестве примеси появляются широколиственные породы (рис.7). Среди широколиственных отмечены липа, вяз, ясень. Появляется лещина, ольха (Alnus incana и Alnus glutinosa). Увеличивается количество и разнообразие споровых растений, среди которых появляется сфагнум. Площадь открытых ландшафтов невелика и возможно связана с первыми поселениями древнего человека на берегах озер. Об этом свидетельствует характер травянистого покрова, в котором присутствуют рудеральные виды, связанные с поселениями человека. В период формирования верхней части отложений (20-30 верхних сантиметров) по данным палинологического анализа характер растительности схож с современным (рис.4). Преобладают антропогенные ландшафты. Развивается прибрежно-водная растительность.
Рис. 7. Спорово-пыльцевая диаграмма. Условные обозначения: 1- 1 - черная влажная гиттия; 2 - торфянистая гиттия; 3 – песок; 4 - алеврит
- Диатомовый анализ.
В результате проведенного диатомового анализа в поверхностном слое донных отложений обнаружено 56 видов и внутривидовых таксонов диатомей, из них 24 с относительной численностью более 1%. Характерной особенностью диатомового комплекса является преобладание мелких и тонкостенных форм, что характерно для высокотрофных водных объектов. Наибольшей относительной численности (13% от общего числа видов) достигают планктонная Cyclotella meneghiniana и донная Navicula capitata. Численность донной Nitzschia linearis составляет 7,5%, содержание остальных видов не превышает 4,5%. По местообитанию доминируют донные диатомеи (50,3%), за ними следуют обрастатели (30,4%), численность планктонных видов составляет 19,2%. Из донных видов наиболее характерны представители родов Navicula и Nitzschia, а также Stauroneis anceps. Обрастатели представлены родами Fragilaria, Gomphonema, Achnanthes и Cocconeis. Из диатомеий планктона численности более 1% достигают лишь Cyclotella meneghiniana, Aulacoseira cf islandica, Fragilaria ulna var. acus. По отношению к трофности преобладают виды-обитатели мезо-эвтрофных и эвтрофных водоемов (42% и 32%, соответственно). Численность диатомей, характерных для мезотрофных вод составляет 9,3%.
Среди диатомей с известным отношением к сапробности наиболее многочисленную группу составляют α-мезо- и α-мезо-полисапробы (47,8%), способные развиваться в загрязненных и сильно загрязненных органическим веществом водах со значительным дефицитом кислорода. Не намного уступают им по численности β-мезосапробы (41,6%) – обитатели умеренно загрязненных водоемов с незначительным дефицитом кислорода.
Таким образом, можно говорить о том, что в настоящее время водоем характеризуется достаточно высокой биогенной нагрузкой и высокой степенью загрязнения органическим веществом.
- Анализ содержания фосфора
Содержание общего (ТР) и неорганического (IP) фосфора в твердой фазе донных отложений водоема было проанализировано в двух пробах (п/п 1 и п/п 2) поверхностного осадка (наилки), в верхней части колонки 2 в интервале от 2.26 до 2.77 м от поверхности воды и в нижней части колонки 2 в слое 3.18 – 3.23 м. Полученные результаты представлены в таблице 2 и на рисунке 8.
Таблица 2. Содержание фосфора в донных отложениях. Условные обозначения: ТР – общий фосфор, IP – неорганический фосфор, ОР – органический фосфор.
| Горизонт, м | IР | OР | TР |
| мг г-1 в.с.н. | |||
| п/п 1 | 3,639 | 1,096 | 4,734 |
| п/п 2 | 4,344 | 0,568 | 4,912 |
| 2,26 - 2,28 | 1,220 | 0,307 | 1,527 |
| 2,28 - 2,30 | 1,219 | 0,285 | 1,504 |
| 2,30 - 2,32 | 1,627 | 1,330 | 2,957 |
| 2,32 - 2,34 | 0,646 | 1,080 | 1,726 |
| 2,34 - 2,36 | 1,857 | 1,825 | 3,682 |
| 2,36 - 2,38 | 1,535 | 1,114 | 2,649 |
| 2,38 - 2,40 | 1,434 | 0,722 | 2,156 |
| 2,40 - 2,42 | 3,260 | 0,921 | 4,181 |
| 2,42 - 2,435 | 5,963 | 1,521 | 7,484 |
| 2,435 - 2,45 | 4,830 | 1,890 | 6,721 |
| 2,45 - 2,47 | 3,474 | 1,693 | 5,168 |
| 2,47 - 2,49 | 1,816 | 1,573 | 3,389 |
| 2,49 - 2,51 | 1,503 | 0,923 | 2,426 |
| 2,51 - 2,53 | 1,342 | 0,831 | 2,173 |
| 2,53 - 2,55 | 1,354 | 0,883 | 2,237 |
| 2,55 - 2,57 | 1,441 | 1,075 | 2,516 |
| 2,57 - 2,59 | 1,274 | 0,642 | 1,916 |
| 2,59 - 2,61 | 1,180 | 1,349 | 2,529 |
| 2,61 - 2,63 | 0,977 | 0,703 | 1,680 |
| 2,63 - 2,65 | 1,083 | 0,317 | 1,400 |
| 2,65 - 2,67 | 1,103 | 0,166 | 1,269 |
| 2,67 - 2,69 | 1,203 | 0,129 | 1,332 |
| 2,69 - 2,71 | 1,191 | 0,377 | 1,568 |
| 2,71 - 2,73 | 1,265 | 0,969 | 2,234 |
| 2,73 - 2,75 | 1,144 | 0,183 | 1,326 |
| 2,75 - 2,77 | 1,151 | 0,154 | 1,305 |
| 3,18 - 3,23 | 1,853 | 0,444 | 2,297 |
Содержание ТР варьирует в диапазоне 1.269 – 8.514 мг г-1 (здесь и далее значения концентраций относятся к воздушно-сухой навеске осадка – в.с.н.), IP – 0.646 – 5.963 мг г-1, органического фосфора (ОР), рассчитанного как разность между общим содержанием фосфора и содержанием его неорганической составляющей, – 0.129 – 1.890 мг г-1. Содержание ОР в сером алеврите нижней части колонки составляет 19 % ТР, в торфянистом осадке глубже ~ 2.5 м оно изменяется от 12 до 53 %, составляя в среднем 30 % ТР, что является достаточно высоким значением. Этот участок вертикального профиля фосфора (2.50 – 2.77 м) в целом представляет собой экспоненциально убывающую кривую с некоторыми флуктуациями, обусловленными несущественными изменениями в условиях осадконакопления в разные годы, характерную для естественных водоемов. В слое 2.42 – 2.435 м расположен абсолютный максимум содержания общего фосфора. К этому же слою относится и абсолютный максимум содержания неорганического фосфора, который составляет здесь 80 % ТР. На основании имеющихся данных трудно сказать, с чем связано наличие данного максимума – с резким возрастанием поступления фосфора в озеро вследствие антропогенного воздействия или с диагенетической трансформацией фосфорсодержащих соединений в толще осадка. Вероятно, данный слой колонки осадка расположен в зоне геохимического барьера, где, возможно, происходит активное накопление химических элементов. Очевидно, в течение последних 300 лет (период накопления слоя осадка до глубины ~ 2.5 м) условия осадконакопления претерпевали значительные изменения, связанные, главным образом, с антропогенным вмешательством в функционирование экосистемы озера. В условиях равномерного осадконакопления верхний слой колонки осадка должен был бы представлять собой экспоненциально убывающую с глубиной кривую. Содержание ТР в наилке закономерно существенно выше, чем в более глубоких слоях осадка, однако, содержание ОР здесь невысокое – 12 – 23 % ТР. Очевидно, на современном этапе фосфор поступает в озеро в основном в составе неорганических соединений.
Рис. 8. Вертикальное распределение форм фосфора в донных отложениях. Условные обозначения: ТР – общий фосфор, IP – неорганический фосфор, ОР – органический фосфор
- Анализ содержания металлов
На содержание металлов изучено 42 образца по всей мощности донных отложений (каждые 2 см), а также поверхностные пробы донных отложений (табл.3). Фиксировалось содержание таких металлов, как алюминий, магний, кремний, калий, титан, марганец, железо, кальций, сера, хром, кобальт, никель, медь, стронций, барий, ванадий, цинк, цирконий и свинец. Максимальные значения в доинлустриальный период определены для Al, Si, K, Sr, Ba. Для индустриального периода характерно высокое содержание металлов Si, Al, Mg, Ca, K, Ti, Fe, Cr, Ni, V, Pb. При этом для поверхностного слоя донных отложений Al, Si, Ti, Fe, Cr, Co, Sr, Ba, V, Zn, Zr, Pb. Однако на накопление металлов в донных отложениях влияют и природные, и антропогенные факторы, поэтом у мы использовали специальную авторскую методику для разделения влияния природных и природных факторов.
Таблица 3. Содержание металлов.
| Проба | Средняя глубина, м | мг/г Al | Mg | Si | K | Ti | Mn | Fe | Ca | S | мкг/г Cr | Co | Ni | Cu | Sr | Ba | V | Zn | Zr | Pb |
| 2А | 3,25 | 62,6 | 7,0 | 640,7 | 10,9 | 1,0 | 0,1 | 2,5 | 9,2 | н/д | ||||||||||
| 4А | 3,21 | 59,5 | 16,8 | 652,2 | 11,2 | 1,5 | 0,0 | 1,8 | 8,8 | н/д | ||||||||||
| 3,24 | 51,0 | 4,3 | 446,5 | 8,9 | 2,5 | 0,2 | 3,9 | 9,1 | 0,0 | |||||||||||
| 3,21 | 7,1 | 19,4 | 36,2 | 1,6 | 1,0 | 0,8 | 4,2 | 29,2 | 0,8 | |||||||||||
| 3,16 | 13,1 | 39,1 | 49,6 | 2,5 | 1,5 | 0,9 | 4,9 | 25,7 | 1,0 | |||||||||||
| 3,12 | 7,3 | 32,4 | 19,8 | 1,4 | 1,1 | 0,7 | 4,7 | 35,3 | 1,1 | |||||||||||
| 3,10 | 4,4 | 23,1 | 20,4 | 1,5 | 1,1 | 0,5 | 3,9 | 29,6 | 0,9 | |||||||||||
| 3,09 | 3,9 | 36,9 | 12,7 | 1,0 | 0,8 | 0,5 | 3,5 | 26,7 | 0,8 | |||||||||||
| 3,06 | 2,5 | 51,5 | 7,7 | 0,6 | 0,5 | 0,3 | 2,3 | 21,2 | 0,6 | |||||||||||
| 3,04 | 3,0 | 26,0 | 11,2 | 0,7 | 0,4 | 0,3 | 2,9 | 24,9 | 0,6 | |||||||||||
| 3,02 | 0,4 | 26,8 | 7,3 | 0,7 | 0,3 | 0,3 | 2,6 | 26,3 | 0,4 | |||||||||||
| 3,00 | 1,6 | 35,7 | 3,5 | 0,5 | 0,1 | 0,2 | 2,4 | 25,6 | 0,5 | |||||||||||
| 2,98 | 1,4 | 16,0 | 6,8 | 0,6 | 0,2 | 0,2 | 2,2 | 22,3 | 0,4 | |||||||||||
| 2,96 | 2,1 | 37,2 | 6,3 | 0,6 | 0,3 | 0,2 | 2,0 | 19,9 | 0,5 | |||||||||||
| 2,94 | 1,2 | 13,2 | 6,3 | 0,5 | 0,3 | 0,2 | 1,9 | 20,4 | 0,4 | |||||||||||
| 2,92 | 1,4 | 25,6 | 5,3 | 0,6 | 0,3 | 0,2 | 2,0 | 21,7 | 0,3 | |||||||||||
| 2,90 | 1,3 | 19,4 | 5,8 | 0,6 | 0,3 | 0,2 | 2,0 | 21,0 | 0,4 | |||||||||||
| 2,88 | 1,3 | 4,5 | 2,7 | 0,4 | 0,2 | 0,2 | 1,7 | 21,0 | 0,4 | |||||||||||
| 2,86 | 1,7 | 19,2 | 6,0 | 0,5 | 0,4 | 0,2 | 2,6 | 27,3 | 0,5 | |||||||||||
| 2,84 | 1,9 | 19,8 | 5,7 | 0,6 | 0,6 | 0,2 | 2,8 | 27,0 | 0,5 | |||||||||||
| 2,82 | 2,5 | 44,0 | 9,8 | 0,7 | 0,6 | 0,3 | 2,8 | 25,4 | 0,4 | |||||||||||
| 2,80 | 3,3 | 35,8 | 25,7 | 0,9 | 0,4 | 0,3 | 2,7 | 25,2 | 0,5 | |||||||||||
| 2,78 | 1,3 | 14,0 | 10,0 | 0,6 | 0,3 | 0,3 | 3,0 | 25,1 | 0,5 | |||||||||||
| 2,76 | 2,7 | 27,4 | 6,5 | 0,5 | 0,4 | 0,3 | 3,0 | 25,6 | 0,5 | |||||||||||
| 2,74 | 1,4 | 31,4 | 5,5 | 0,5 | 0,4 | 0,4 | 3,3 | 27,9 | 0,5 | |||||||||||
| 2,72 | 2,0 | 38,7 | 8,4 | 0,7 | 0,5 | 0,4 | 3,6 | 27,1 | 0,6 | |||||||||||
| 2,70 | 2,6 | 42,6 | 6,5 | 0,5 | 0,4 | 0,5 | 3,7 | 29,3 | 0,5 | |||||||||||
| 2,68 | 1,4 | 39,5 | 5,1 | 0,5 | 0,3 | 0,5 | 3,8 | 29,1 | 0,5 | |||||||||||
| 2,66 | 1,0 | 12,7 | 6,0 | 0,5 | 0,4 | 0,5 | 3,5 | 24,6 | 0,4 | |||||||||||
| 2,64 | 1,2 | 17,6 | 7,6 | 0,5 | 0,3 | 0,6 | 4,1 | 28,0 | 0,4 | |||||||||||
| 2,62 | 2,3 | 11,5 | 4,3 | 0,5 | 0,4 | 0,6 | 4,2 | 28,2 | 0,4 | |||||||||||
| 2,60 | 2,4 | 42,7 | 2,9 | 0,5 | 0,4 | 0,7 | 4,7 | 29,7 | 0,4 | |||||||||||
| 2,58 | 0,6 | 15,3 | 3,5 | 0,5 | 0,4 | 0,8 | 5,7 | 31,6 | 0,5 | |||||||||||
| 2,56 | 2,6 | 33,9 | 6,7 | 0,5 | 0,4 | 1,0 | 7,0 | 36,1 | 0,5 | |||||||||||
| 2,54 | 1,3 | 9,6 | 6,8 | 0,6 | 0,4 | 0,7 | 5,2 | 29,2 | 0,4 | |||||||||||
| 2,52 | 1,9 | 13,3 | 9,6 | 0,7 | 0,4 | 0,7 | 5,6 | 23,7 | 0,4 | |||||||||||
| 2,50 | 1,2 | 13,1 | 11,6 | 0,8 | 0,5 | 0,8 | 6,1 | 22,0 | 0,4 | |||||||||||
| 2,48 | 2,5 | 9,5 | 18,4 | 1,1 | 0,7 | 0,6 | 5,5 | 19,4 | 0,4 | |||||||||||
| 2,46 | 3,1 | 17,0 | 19,2 | 1,1 | 0,6 | 0,5 | 4,6 | 18,9 | 0,4 | |||||||||||
| 2,443 | 45,1 | 7,7 | 259,9 | 6,3 | 3,4 | 0,5 | 12,0 | 12,9 | 0,2 | |||||||||||
| 2,428 | 55,6 | 2,4 | 314,5 | 7,2 | 4,0 | 0,5 | 12,9 | 11,8 | 0,1 | |||||||||||
| 2,41 | 34,8 | 10,8 | 185,5 | 5,2 | 2,9 | 0,7 | 11,1 | 18,7 | 0,4 | |||||||||||
| 2,39 | 13,0 | 23,7 | 80,5 | 3,0 | 1,6 | 1,0 | 9,3 | 26,2 | 0,8 | |||||||||||
| 2,37 | 9,6 | 11,2 | 71,1 | 2,7 | 1,4 | 0,9 | 8,5 | 25,2 | 0,7 | |||||||||||
| 2,35 | 12,2 | 15,1 | 81,3 | 3,2 | 1,7 | 1,0 | 10,1 | 24,9 | 0,7 | |||||||||||
| 2,33 | 2,2 | 16,6 | 16,5 | 1,0 | 0,5 | 1,2 | 7,9 | 27,8 | 0,5 |
Рис. 9. Вертикальное распределение металлов по разрезу донных отложений
- Расчет вероятности антропогенного воздействия на экосистему водоема.
С целью расчёта процентного соотношения природных и антропогенных факторов влияния на озерные экосистемы группой палеолимнологии ИНОЗ РАН в последние годы (Сапелко и др., 2011; Sapelko et.al., 2013) разрабатывается методика для расчёта процента антропогенного влияния на экосистему озер на основе комплексного палеолимнологического исследования. Одной из составляющих разрабатываемой методики является математическая обработка полученных результатов. Суть расчетного метода заключается в том, что колебания концентраций содержания изучаемых компонентов в донных отложениях озер сглаживаются и, одновременно с этим учитываются пиковые значения за два периода: доиндустриальный (без влияния человека на окружающую среду) и индустриальный (в который возможно происходило влияние человека). Расчеты основаны на осреднении значений рядов за два периода и сравнении этих значений с учетом возможной погрешности и естественных колебаний. Максимальные значения, в случае нескольких выделяющихся пиковых значений в один период, определяются путем среднего арифметического всех пиков за один период. В результате для каждого изучаемого озера мы получаем природный фон накопления элементов, содержащихся в его донных отложениях. Комплексный палеолимнологический подход к изучению донных отложений изучаемого водоема позволяют объяснить природные условия накопления и динамику определяемых элементов. На основании этого природного фона мы может рассчитать в процентном соотношении роль воздействия природных и антропогенных факторов на экосистему озера.
С целью разделения влияния природных и антропогенных факторов на экосистему изучаемого озера и расчёта антропогенного влияния на основе комплексного палеолимнологического исследования проведена математическая обработка полученных данных. Обработка проводилась по динамике концентраций в донных отложениях озера ряда веществ, в числе которых: алюминий, магний, кремний, калий, титан, марганец, железо, кальций, сера, хром, кобальт, никель, медь, стронций, барий, ванадий, цинк, цирконий, свинец, а также органический, неорганический и общий фосфор. Ряды данных были разбиты на два периода: доиндустриальный, когда, предположительно, антропогенное загрязнение экосистемы озера практически отсутствовало, и на индустриальный. Значения рядов в каждом из периодов сглажены скользящей средней, после чего рассчитаны средние значения, а также среднеквадратические отклонения. Далее рассчитанные значения были использованы для установления вероятности антропогенного воздействия, по методике, опробованной ранее на некоторых озерах в рамках темы НИР ИНОЗ РАН. Согласно методике, вероятность антропогенного воздействия можно оценить по формуле:
где W, % - Вероятность антропогенного влияния
A – осредненная концентрация вещества за индустриальный период
N – осредненная концентрация вещества за доиндустриальный период
Hприр. – максимальная выявленная природная концентрация вещества
Таблица 4. Расчеты вероятности природной и антропогенной составляющих в накоплении изученных металлов в донных отложениях водоема.
| Превышение среднего за индустриальный период над средним за доиндустриальный, раз | Максимальное значение за доиндустриальный период, мг/г (* - мкг/г) | Превышение максимального над средним за доиндустриальный период, раз | Вероятность антропогенного воздействия, % | |
| Al | 3,5 | 51,0 | 5,5 | 54,9 |
| Mg | 0,4 | 51,5 | 2,0 | 0,0 |
| Si | 2,9 | 446,5 | 6,9 | 31,6 |
| K | 2,6 | 8,9 | 4,7 | 42,4 |
| Ti | 3,1 | 2,5 | 3,0 | 100,0 |
| Mn | 1,7 | 1,0 | 2,3 | 50,3 |
| Fe | 3,2 | 7,0 | 2,1 | 100,0 |
| Ca | 0,8 | 36,1 | 1,5 | 0,0 |
| S | 0,7 | 1,1 | 1,9 | 0,0 |
| Cr | 1,3 | 59,7* | 2,6 | 22,1 |
| Co | 3,9 | 4,6* | 2,6 | |
| Ni | 0,3 | 71,4* | 2,4 | 0,0 |
| Cu | 0,8 | 197,8* | 2,1 | 0,0 |
| Sr | 1,0 | 182,4* | 1,5 | 0,0 |
| Ba | 3,2 | 321,5* | 2,9 | 100,0 |
| V | 2,7 | 57,3* | 2,4 | 100,0 |
| Zn | 1,1 | 360,8* | 1,8 | 13,1 |
| Zr | 1,4 | 332,1* | 5,4 | 8,5 |
| Pb | 2,3 | 75,9* | 2,9 | 67,8 |
Рис. 9. Вероятность антропогенного фактора в процентах накопления металлов в донных отложениях современного периода.
Заключение
В результате проведенного комплексного палеолимнологического исследования получены данные по древней и современной истории развития водоема.
История развития водоема.
В основании полученных кернов были вскрыты темно-серые алевриты, сформированные в принципиально иных условиях, чем вышележащие торфянистые гиттии. Алевриты формировались в условиях глубоководного крупного водоема более 10 тысяч лет назад. По данным палинологического анализа на водосборный бассейн озера был покрыт лесной растительностью с преобладанием березы (рис.4). Хвойные породы, которые представлены сосной и елью, занимали небольшие площади. Вокруг озера также произрастали ива и ольха серая. Среди споровых абсолютно господствуют папоротники. В травянистом покрове преобладают осоковые. В основном преобладают травы, характерные для нарушенных субстратов, что свидетельствует об освобождении новых территорий суши после понижения уровня крупного водоема. На освободившихся территориях заселялись виды, неприхотливые к почвам, такие как подорожник, кипрей, песчанка злаколистная и другие.