Scientific journal

International Journal of Applied and fundamental research

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

На юге Восточного Забайкалья на приграничной с Китаем и Монголией территории в водные климатические периоды насчитывается несколько сотен солоноватых и соленых бессточных озер [1]. Они приурочены к полуаридной зоне Даурских степей, происхождение их связано с испарительным концентрированием наполняющих водоемы пресных вод. Озера играют важную экологическую роль из-за положения на глобальном пролетном пути птиц, поскольку служат местами их гнездования или остановок при сезонных миграциях. Определенное значение имеют эти водоемы и в рыбохозяйственном отношении, некоторые озера при высоких уровнях и опреснении зарыблялись ценными видами (омуль, пелядь, сазан). За редким исключением, озера имеют небольшие размеры, в большинстве до 1–2 км2, в засушливые годы многие из них, в том числе крупные, высыхают. Изменение гидрологического режима приводит к изменению гидрохимических и гидробиологических характеристик и перестройке озерных экосистем в целом [9].

Целью выполненных исследований было изучение гидрохимических характеристик озер в текущую фазу аридизации климата для последующего выявления зависимости их от гидрологического режима озер.

1. Динамика наполнения и высыхания озер

Основные гидрохимические характеристики, в особенности химический состав и соленость воды, изменяются при наполнении и высыхании озер, обусловленными колебаниями атмосферного увлажнения. По наблюдениям на наиболее крупном оз. Барун-Торей, имеющем при максимальном наполнении водную поверхность около 580 км2, в межгодовых колебаниях его уровня выделяются циклы продолжительностью от 8–10 до 35 лет [10]. Во второй половине прошлого века наиболее высокие уровни в этом озере отмечались в 1963–1965 и 1998 годы при минимуме в 1982 г. [11], тогда как в первой половине, по литературным данным, Торейские озера (рис. 1) почти полностью высыхали трижды – в 1903–1904, 1921–1922 и 1944–1947 годы [8].

Об изменении водности озер за более продолжительный период можно судить по дендрохронологическим данным, поскольку, как показали исследования, в климатических условиях Восточного Забайкалья лимитирующим фактором кольцевых приростов деревьев служит атмосферное увлажнение [3]. Большинство отмеченных выше экстремумов, за исключением минимума в начале и максимума в конце прошлого века, практически совпадают с дендрохронологическими данными по сосне расположенного вблизи Торейских озер Цасучейского бора. Исходя из древесно-кольцевых хронологий (рис. 2), можно полагать, что эти самые большие в регионе водоемы (общая площадь акваторий до 880 км2) высыхали также около 1860 г. и 1890 г., тогда как в первой половине 19 столетия гидрологический режим их был относительно устойчив, в течение 60 лет, по меньшей мере, озера были постоянно наполнены водой. Возможно, в этот период сформировались террасы высотой около 2 м, наблюдающиеся в котловинах некоторых озер (к примеру, у оз. Хилганта). Заслуживает особого внимания совпадение минимумов стандартизированных значений приростов с известными периодами сильных засух в европейской части России – засухами 1890–1892, 1921–1924, 1946, 1975 годов. Представленная дендрохронологическая шкала выходит, таким образом, за рамки узко региональной. Согласно этой хронологии, климатические колебания в регионе со второй половины XIX века усилились, так как амплитуды между экстремальными значениями индексов в циклах прироста существенно возросли.

Рис. 1. Водная поверхность озер Барун-Торей (слева) и Зун-Торей в 2001 и 2009 гг. (космоснимки из Google)

Рис. 2. Стандартизированная обобщенная древесно-кольцевая хронология по ширине годичных колец Pinus sylvestris Цасучейского бора (сглаженной линией показан полиноминальный тренд 6-го порядка)

Первая декада текущего столетия в северной части Даурского экорегиона по метеорологическим и дендрохронологическим [2] данным характеризуется как засушливая. При этом текущая фаза аридизации, начавшаяся в 1999 г., отличается, судя по индексам прироста, наибольшей сухостью климата за последние 200 лет. Причиной резкого усиления аридности стало наложение на низкую атмосферную увлажненность более высокой по сравнению с предшествующим периодом увлажнения температуры воздуха теплого сезона (рис. 3). В результате озеро Барун-Торей, имеющее при максимальном уровне глубину до 4,8 м, к 2009 г. превратилось в небольшие лужи (рис. 1), а более половины озер полностью высохли [6]. Частичное наполнение озер произошло в июне 2013 г. в связи с прорывом на территорию тихоокеанских муссонов [4], но уже следующим летом из-за крайне малого количества осадков большинство их снова исчезло.

2. Соленость и химический состав озерных вод

По результатам выполненного в 2006–2009 гг. опробования соленость воды в озерах рассматриваемой территории достигала 329 г/л, в большинстве случаев она не превышала 25 г/л. Величина pH изменялась в пределах 8,61–9,75. По преобладающему аниону соленые озера относятся к карбонатным (НСОз-+СО32-) и хлоридным (таблица), озера с преобладанием сульфата (сульфатные) в период исследований не выявлены. Сульфаты в количестве более 20 % в сумме химических эквивалентов анионов (нижняя граница, определяющая название химического типа воды по классификации С.А. Щукарева) установлены как второй или третий по значимости анион в пятой части озер. Карбонаты доминируют преимущественно при солености до 10 г/л, более соленые карбонатные озера встречаются редко, в них хлорид является вторым анионом, определяющим химический тип воды. При содержании солей до 1,5 г/л состав воды гидрокарбонатный натриево-магниевый. Заметную долю среди катионов в таких озерах может иметь кальций. Встречаются озера с магниево-натриевым составом, как правило, минерализация воды в этих случаях не превышает 5 г/л. С ростом солености независимо от преобладания карбоната или иона хлора смешанный катионный состав сменяется исключительно натриевым. Соленые озера с минерализацией от 25 до 50 г/дм3 чаще всего являются хлоридными. Среди рассольных озер (соленость более 50 г/л) выделяются сульфатно-хлоридные и хлоридные. Соленость последних в 3 озерах в отдельные периоды превышала 200 г/л (208–329 г/л). По данным других авторов, минерализация рапы в наиболее соленом в регионе озере Борзинском в августе 2006 г. была 310 г/л [12], а в октябре 2012 г. – 347 г/л [13], тогда как летом 2011 г., по нашим наблюдениям, озеро полностью высыхало.

Рис. 3. Интегральные кривые температуры воздуха (1) и атмосферных осадков (2) в теплый период года в Даурском экорегионе [11]

Гидрохимические типы и минерализация воды (мг/л) соленых озер Юго-Восточного Забайкалья

Примечания: В скобках после названия озера – дата отбора пробы;

*по данным О.А. Скляровой.

Зависимости между общей минерализацией и составом макрокомпонентов наиболее ярко выражены по натрию и хлору (рис. 4), при этом по натрию все фигуративные точки практически находятся на прямой линии. Это позволяет использовать его в качестве надежного показателя степени испарительного концентрирования питающих озера вод, в частности, при термодинамическом моделировании метаморфизации химического состава и озерной седиментации по мере сгущения рапы.

Рис. 4. Зависимость концентраций натрия и хлора от минерализации воды в соленых озерах Юго-Восточного Забайкалья

Многие авторы показали, что соленые озера являются концентраторами ряда микроэлементов (Li, Sr, F, P, Br, As, Se, W, U и некоторых других). То же характерно и для озер региона. Наиболее высокие концентрации, по нашим данным (химик-аналитик Хвостова Т.Е.), имел фтор (до 144 мг/л).

Ведущими процессами формирования гидрохимических характеристик соленых озер принято считать концентрирование рапы вследствие испарения и выпадение солей в осадок по достижению их растворимости, вследствие чего происходит направленная трансформация химического состава от карбонатного типа к сульфатному и далее к хлоридному. Такая последовательность по схеме акад. Н.С. Курнакова, предложенной в первой трети прошлого столетия, объясняется осаждением солей по мере насыщения ими озерных вод, сначала наименее растворимых карбонатов кальция и магния, затем сульфатов кальция, натрия и т.д. Термодинамическими расчетами концентрирования пресных вод некоторых питающих соленые озера родников нами показано, что объяснить только этими процессами формирование химического состава часто невозможно [5, 7]. Необходимо учитывать гидробиологические процессы в самих озерах – продуцирование и деструкцию органических веществ и сульфатредукцию. С первыми связано обогащение озерных вод карбонатными компонентами, со вторым – удаление сульфатов из воды вследствие перевода серы в сульфидную форму и переход ее в виде сульфидов (преимущественно сульфида железа) в донные осадки. Протекание сульфатредукции в одном из озер подтверждает рис. 5, поскольку наличие пурпурных бактерий, использующих в процессе своей жизнедеятельности сульфидную серу в качестве донора электронов, наглядно свидетельствует о присутствии сероводорода в озерной воде.

Рис. 5. Бактериальный мат и пурпурные бактерии в прибрежной зоне озера Хоточей (50°18.402’ с.ш., 114°57.816’ в.д.). Фото 10.08.2013

Таким образом, соленые озера Юго-Восточного Забайкалья в рассматриваемую фазу атмосферного увлажнения, несмотря на общую для территории засушливость климатических условий, характеризуются широким диапазоном минерализации и разнообразием химического состава водных масс, что определяется особенностями водного баланса конкретного водоема и протекающих в нем абиотических и биотических процессов. В отсутствии озер собственно сульфатного типа, которые, по существующим представлениям, должны возникать на определенной стадии эвапоритизации водоемов, доминирующую роль могут играть продуцирование органического вещества и восстановление сульфатов непосредственно в водной толще.

Исследования выполнены при поддержке междисциплинарного интеграционного проекта СО РАН № 38 «Минеральные озера Центральной Азии – архив палеоклиматических летописей высокого разрешения и возобновляемая жидкая руда».