Лёд и Снег · 2020 · Т. 60 · № 4

УДК 551.326.85:54 (282.247.211)

doi: 10.31857/S2076673420040063

Химический состав гидрокриогенной системы озёр Мунозеро и Урозеро

(Республика Карелия, Россия)

Институт водных проблем Севера, Карельский научный центр РАН, Петрозаводск, Россия

*efremova.nwpi@mail.ru

Chemical composition of the hydro-cryogenic system of lakes Munozero and Urozero

(Republic of Karelia, Russia)

A.V. Sabylina, T.A. Efremova*, O.I. Ikko

Institute of Northern Water Problems, Karelian Research Centre, Russian Academy of Sciences, Petrozavodsk, Russia

*efremova.nwpi@mail.ru

Received July 3, 2019 / Revised March 16, 2020 / Accepted June 10, 2020

Keywords: hydrocryogenic system, ice, involvement index, ion composition, Lake Munozero, Lake Urozero, nutrients, organic matter, snow, water

under ice.

Summary

The article presents the results of researches on the content of ions, biogenic and organic substances in the system

«snow on ice - ice - under the ice water» in two lakes - Munozero and Urozero (Russia, Republic of Karelia),

conducted in February 2019. Since the beginning of the 1990s, the southern and south-western parts of the catch-

ment and the water area of Lake Munozero have been undergone the anthropogenic impact by discharges of

domestic waste waters and feed from the trout farm. Influence of human activities upon the Lake Urozero is neg-

ligible. Composition of its under-ice water is bicarbonate-calcium. Among the inorganic forms of nitrogen-con-

taining compounds in snow, ice and the under-ice water, the nitrate ion prevails (85%). High concentrations of

total phosphorus (up to 10 μg/l) and organic nitrogen (up to 0.19 mg/l) in the lower layers of ice in the system

“ice-water” for the Lake Munozero are comparable with the content of them in the under-ice water. The ice cover

of both lakes Munozero and Urozero is characterized by a low content of organic carbon (on average, 1.0 and

0.8 mg/l), while in the under-ice water its concentration is 4 and 2 times higher, respectively. To determine the

intensity of the involvement of dissolved substances into the ice in combination with ice-forming water, the coef-

ficient of involvement K_v was used. Studies have shown that among the cations in the ice of both lakes, potassium

is more involved, while among the anions this is the sulfate ion. In Lake Munozero, undergone the anthropogenic

effects, the concentration of chlorine ions in the ice changes from 0.2 to 0.5 mg/l (17 and 36%-eq).

Citation: Sabylina A.V., Efremova T.A., Ikko O.I. Chemical composition of the hydro-cryogenic system of lakes Munozero and Urozero (Republic of Kare-

lia, Russia). Led i Sneg. Ice and Snow. 2020. 60 (4): 592-600. [In Russian]. doi: 10.31857/S2076673420040063.

Поступила 3 июля 2019 г. / После доработки 16 марта 2020 г. / Принята к печати 10 июня 2020 г.

Ключевые слова: биогенные вещества, гидрокриогенная система, ионный состав, коэффициент вовлечения, лёд, Мунозеро,

органические вещества, подлёдная вода, снег, Урозеро.

На основе исследований содержания минеральных, органических и биогенных веществ в гидро-

криогенной системе двух озёр Южной Карелии в феврале 2019 г. установлено, что в кристалло-

гидратах льда этих озёр среди катионов превалирует ион калия, а среди анионов - сульфат-ион.

Сильное антропогенное воздействие на оз. Мунозеро вызвало увеличение концентрации ионов

хлора в нижних слоях льда, содержания органического азота и общего фосфора, что стало срав-

нимо с их концентрациями в подлёдной воде.

Введение

чествам воды в конце 1980-х годов были отнесе

ны к уникальным водным объектам Карелии [1].

Кончезерская озёрно-речная система, состоя-

Озёрные воды Карельского региона (62 тыс. озёр)

щая из шести озёр - Мунозеро, Пертозеро, Габ-

характеризуются низкой минерализацией воды

озеро, Кончезеро, Укшозеро и Урозеро - распо

(в среднем 25 мг/л) и высоким содержанием ор

ложена в нижней левобережной части водосбора

ганических веществ гумусовой природы (сред

р. Шуя - одного из главных притоков Онежского

нее значение С_орг = 10 мг/л; цветность воды 50°).

озера. Эти озёра по своим высоким питьевым ка

Однако воды Кончезерской группы отличаются

 592 

А.В. Сабылина и др.

высокой минерализацией воды, которая изменя

ная вода, исследование изменений содержания

ется от 100 (Мунозеро) до 50 мг/л (Укшозеро). Ис

химических веществ во льду по мере роста его

ключение - низкоминерализованные воды Ур-

толщины в озёрах Мунозеро и Урозеро, а также

озера (26 мг/л). Воды озёр этой группы содержат

выяснение роли антропогенных факторов в фор

мало органических веществ гумусовой природы

мировании химического состава льдов Мунозе

(С_орг = 5 мг/л; цветность воды 20°) и небольшое

ра, где льдообразующие воды загрязнены.

количество биогенных веществ (P_общ = 5÷7 мкг/л;

Nобщ = 0,31 мг/л) [1, 2].

Для исследования химического состава гидро

Объекты и методы исследования

криогенной системы снег на льду - лёд - подлёд-

ная вода в Кончезерской группе озёр выбраны два

Озёра Мунозеро (62°14´ с.ш., 33°49´ в.д.) и Ур-

водоёма - Мунозеро и Урозеро. Первое озеро от

озеро (61°56´ с.ш., 34°05´ в.д.) расположены в ниж

носится к верхнему звену в системе озёр, второе -

ней левобережной части водосбора р. Шуя. Мун-

к нижнему. Мунозеро резко отличается по морфо

озеро находится в верхней части Кончезерской

метрии и химическому составу воды от других озёр

озёрно-речной системы, площадь его водной по

этой группы. Бассейн Урозера, как и большинство

верхности - 13,2 км², максимальная глубина -

озёр Карелии, сложен коренными породами Бал

50 м, средняя - 14,4 м [4]. Хозяйственно-бытовые

тийского кристаллического щита (граниты, базаль

сточные воды сбрасывают в мелководный южный

ты), выходящими на дневную поверхность, поэтому

район озера (10-30 м). Озеро характеризуется

химический состав его вод близок к водам региона.

малым годовым притоком (5-10 м³) и имеет замед

Исследование химического состава воды

ленный водообмен (около 15 лет). Ледяной покров

этих озёр имеет длительную историю - с 1925

на озере устанавливается в конце ноября, а толщи

по 2019 г. [1-3]. Сравнительный анализ дан

на льда варьирует от 40 до 60 см. Очищение ото льда

ных по химическому составу вод исследованных

происходит в конце апреля [5]. Территория водо

озёр с 1969 по 2019 г. показал, что химический

сборного бассейна озера отличается от других озёр

состав вод Урозера практически не изменил

Кончезерской группы по почвенно-геологическим

ся, тогда как вода Мунозера подверглась зна

условиям, особенность которых - наличие в его

чительному реформированию. До 1990 г. вода

бассейне тёмноцветных плодородных почв (буро

этого озера сохраняла свой природный хими

зёмов), основных пород (зеленокаменных сланцев,

ческий состав. Минерализация воды в среднем

амфиболитов, габбро-диабазов и карбонатов) [6, 7].

составляла 96 мг/л, невелика была в воде и кон

Урозеро - довольно обособленный водоём, не имеет

центрация иона Сl в (2,5 мг/л), доля которого

притоков и короткой протокой соединяется с Ук

в анионном составе равнялась 6%-экв. Сред

шозером. Площадь его зеркала - 13,4 км², макси

нее содержание ионов Na - 2,1 мг/л (6%-экв),

мальная глубина - 35 м, средняя - 12,0 м [4].

ионов K - 0,9 мг/л (4%-экв). Концентрация P_общ

Пробы снега на льду, льда и подлёдной воды

не превышала 7 мкг/л [1]. С начала 1990-х годов

в Мунозере отбирались на двух станциях в фев

южная и юго-западная части водосбора и аква

рале 2019 г. (рисунок). Станция М1 расположе

тория Мунозера подвергаются антропогенному

на в южном районе озера, в который сбрасывают

воздействию в результате сброса хозяйственно-

хозяйственно-бытовые сточные воды; станция

бытовых сточных вод пос. Марциальные воды,

М3 - в относительно чистом северо-западном

санаториев «Марциальные воды» и «Дворцы» в

районе этого озера, однако в 2003 г. здесь была

небольшую дамбу (площадь 0,07 км²), сообща

построена форелеводческая ферма. Для исследо

ющуюся с озером водотоком протяжённостью

вания гидрокриогенной системы в Урозере была

100 м. В 2003 г. в северо-восточной части аквато

выбрана одна станция в центре озера - Ур1. Керн

рии озера была введена в эксплуатацию фореле

льда вырезали пилой. По цвету его делили на два

водческая ферма. Выращивание товарной форе

образца: верхний слой и нижний слой. Это обу

ли в садках обогащает воду озера органическими

словлено тем, что наращивание льда происходит

остатками кормов и биогенными веществами.

снизу, а подлёдная вода, испытывающая антро

Задачи настоящей работы - изучение хими

погенное воздействие в течение продолжитель

ческого состава системы снег - лёд - подлёд

ного зимнего периода, имеет разный химический

 593 

Морские, речные и озёрные льды

1-2 суток, а льда и снега - 3-4 суток. При выпол

нении химических анализов использовали сле

дующие методы: атомно-абсорбционный (Ca²⁺,

Mg²⁺⁾; пламенно-фотометрический (K⁺, Na⁺); фо

тометрический с хлоридом бария и сульфоназо-III

(SO_42-); фотометрический с роданидом ртути и

нитратом железа (Cl^-); индофенольный (NH₄₊);

восстановление на кадмиевом редукторе с после

дующим определением нитритов (NO₃₎; фотохи

мическое персульфатное окисление в системе не

прерывного газового потока (С_орг) [8, 9].

Результаты и обсуждение

Величина рН во льду Мунозера изменялась

от 5,29 до 6,39, Урозера - от 5,52 до 5,71. В верх

них слоях льда она минимальна. Подлёдная вода

имеет слабощелочную реакцию среды в Мун-

озере (7,06-7,93) и нейтральную в Урозере

(7,00-7,06). Значение рН в снеге на льду - 6,97-

7,02, а в снежном покрове на побережьях Мун-

озера и Урозера - 5,61 и 5,29 соответственно.

Минерализация и ионный состав. По химиче-

скому составу снежного покрова на льду в тече

ние длительного зимнего периода (более пяти ме

сяцев) можно оценить уровень антропогенного

влияния. Выполненные исследования показа

ли, что минерализация снега на льду Мунозера

(10,9-13,4 мг/л) почти в 2 раза выше, чем Ур-

озера (7,5 мг/л), т.е. уровень локальных аэроген

ных выпадений на лёд Мунозера более высокий.

Из макрокомпонентов наибольшее выпадение

характерно для сульфатов и хлоридов. В Мун-

Схема расположения станций отбора проб в Мунозе

озере концентрация сульфат-иона в снегу равна

ре (М1, М3) и Урозере (Ур1) в феврале 2019 г.:

1,3-1,7 мг/л (20-21 %-экв), хлорид-иона - 0,6-

1 - Мунозеро; 2 - Пертозеро; 3 - Габозеро; 4 - Кончезе

0,9 мг/л (13-16 %-экв), а в снежном покрове Ур-

ро; 5 - Укшозеро; 6 - Урозеро

озера - 1,5 мг/л (31 %-экв) и 0,6 мг/л (17 %-экв)

Map presenting the water and ice sampling locations in

соответственно. Согласно литературным данным,

Lake Munozero (M1, M3) and Lake Urozero (Ур1) in

February 2019:

хлорид-ионы имеют в основном морское проис

хождение, а выпадение сульфатов сильнее свя

1 - Munozero; 2 - Pertozero; 3 - Gabozero; 4 - Konchezero;

5 - Ukshozero; 6 - Urozero

зано с антропогенным влиянием [10]. В нашем

случае аэрогенные выпадения SO_42- главным об

состав. Пробы воды отбирали батометром вме

разом обусловлены влиянием целлюлозно-бу

стимостью 1 л, а пробы снега со льда - совком в

мажного комбината, который расположен в

предварительно промытый пластиковый пакет на

20 км от Мунозера в г. Кондопога. При производ

тех же станциях, где отбирали пробы льда.

стве кондопожской газетной бумаги использу

Образцы снега, льда и подлёдной воды

ют сульфитный способ варки целлюлозы. В про

сразу доставляли в стационарную лабораторию.

бах снега, отобранных на побережье озёр вдали

Пробы подлёдной воды обрабатывали в течение

от населённых пунктов, минерализация низкая

 594 

А.В. Сабылина и др.

Таблица 1. Электропроводность æ, рН, ионный состав и сумма ионов Σ_и в различных объектах озёр Мунозеро и Урозеро

Дата,

Ca²⁺

Mg²⁺

Na⁺

K⁺

HCO^-

SO_42-

Cl^-

Σ_и

Станция

Объект

æ, мкСм/см

рН

2019 г.

мг/л

Мунозеро

Снег на льду

18,50

7,02

2,0

0,64

0,68

0,20

7,3

1,7

0,9

13,4

верхний слой

2,00

5,50

0,1

0,02

< 0,01

< 0,1

0,8

0,2

1,1

М3

Лёд

нижний слой

2,09

5,66

0,1

0,03

0,05

< 0,01

0,2

0,7

0,2

1,3

Подлёдная вода

134,0

7,56

13,8

5,55

4,59

1,28

62,1

11,6

5,8

104,6

26.02.

Снег на льду

15,40

6,97

1,5

0,55

0,51

0,17

6,3

1,3

0,6

10,9

верхний слой

1,81

5,29

0,1

0,01

< 0,01

0,01

< 0,1

0,8

0,2

1,1

Лёд

М1

нижний слой

5,37

6,39

0,6

0,18

0,20

0,10

2,0

0,9

0,5

4,5

Подлёдная вода

139,7

7,93

14,7

5,72

4,84

1,28

63,1

11,3

5,7

106,6

Снег на побережье

8,03

5,61

0,4

0,09

0,42

0,25

< 0,1

1,0

0,8

3,0

Урозеро

Снег на льду

11,9

6,48

1,0

0,37

0,64

0,16

3,2

1,5

0,6

7,5

верхний слой

1,90

5,52

0,2

0,03

0,09

0,06

0,2

0,6

0,1

1,3

Лёд

19.02.

Ур1

нижний слой

1,70

5,71

0,1

0,02

0,08

0,02

0,2

0,8

0,1

1,3

Подлёдная вода

35,8

7,06

2,6

1,33

2,06

0,55

12,7

5,0

1,2

25,4

Снег на побережье

6,5

5,29

0,4

0,06

0,30

0,14

< 0,1

1,0

0,6

2,5

(2,5-3,0 мг/л) (табл. 1). Многолетние исследо

процессы: адсорбционная и механическая окклю

вания (1996-2006 гг.) показали, что содержание

зия, адсорбция, дифференциация ионов под вли

сульфат-ионов в снежном покрове незагрязнён

янием электрических потенциалов [11, 12].

ных районов Южной Карелии в среднем равня

В период с 1959 г. по 1990 г. минерализация

ется 0,4 мг/л, а вблизи промышленных центров и

подлёдной воды в Мунозере составляла 93 мг/л,

крупных населённых пунктов - 2,1 мг/л [10].

а с 1990 по 2019 г. она возросла до 107 мг/л. Из

Во льду Урозера минерализация по толщи-

менения суммы ионов в подлёдной воде Урозера

не льда составляла 1,3 мг/л, а для Мунозера она

за 60-летний период не произошло. Воды обоих

колебалась от 1,1 до 4,5 мг/л. Максимальное со

озёр имеют гидрокарбонатно-кальциевый со

держание всех главных ионов в Мунозере уста

став (см. табл. 1). Анализ данных по содержанию

новлено в нижнем слое керна льда, в районе сбро

суммы главных ионов в подлёдной воде Мун-

са хозяйственно-бытовых сточных вод (станция

озера с 1959 по 2019 г. показал, что концентра

М1). В нижнем слое льда содержание ионов Са

ции ионов Ca и Mg не изменились, но с 1990 по

составляло 0,6 мг/л (56 %-экв), Mg - 0,18 мг/л

2019 г. увеличилось содержание ионов Na. Так, их

(36 %-экв), Na - 0,20 мг/л (6 %-экв), K - 0,10 мг/л

концентрация в 1959-1990 гг. в подлёдной воде

(2 %-экв). В обоих исследованных озерах в анион-

составляла 2,1 мг/л (9 %-экв), а с 1992 по 2019 г.

ном составе ледяного покрова преобладают суль

она увеличилась в 2,3 раза - 4,8 мг/л (15 %-экв).

фат-ионы. Концентрация их во льду Мунозера -

В анионном составе подлёдной воды также прои

0,7-0,9 мг/л, а в анионном составе их доля равна

зошли изменения, связанные в основном с содер

31-52 %-экв. В Урозере содержание сульфат-ио

жанием ионов Сl. Среднегодовая концентрация

нов изменяется от 0,6 до 0,8 мг/л (64-78 %-экв).

ионов Сl в 1959-1990 гг. - 2,3 мг/л (5 %-экв), а в

Содержание ионов Сl во льду Мунозера макси

2019 г. - 5,8 мг/л (12 %-экв). Увеличение содер

мально в районе сброса сточных вод - 0,5 мг/л

жания ионов Na и Сl связано со сбросом сточных

(24 %-экв). Во льду Урозера концентрация ионов

вод в южный район Мунозера. Концентрация

Сl низкая (0,1 мг/л, в среднем 15 %-экв), а со

сульфат-иона в воде изменилась незначительно:

держание ионов K и Na во льду примерно оди

с 11,3 мг/л (20 %-экв) до 11,5 мг/л (17 %-экв).

наковое (0,1 мг/л, в среднем 7 и 27 %-экв соот

Для оценки влияния выпуска хозяйственно-бы-

ветственно). Включению ионов и молекул из

товых сточных вод в южном и северном плёсах

льдообразующей воды в кристаллогидраты льда

Мунозера проведён статистический дисперси

способствуют следующие физико-химические

онный анализ (ANOVA) концентрации ионов Сl

 595 

Морские, речные и озёрные льды

в подлёдной воде, который показал, что разни

оз. Байкал, вовлечение К⁺ в ледяной покров лежит

ца в концентрации хлоридных ионов до 1990 г. и

в пределах 9-116% (в среднем 20%) [11, 15]. Вовле

после 1990 г. статистически значима как в озере в

чение щёлочно-земельных ионов Ca²⁺и Mg²⁺ в лёд

целом (p = 1,79∙10^-32 < 0,001; число степеней свобо

Мунозера выше в загрязнённом районе озера и со

ды dF = 51), так и в южном (p = 1,32∙10^-18 < 0,001;

ставляет 4 и 4% соответственно, а в чистом районе

dF = 24), и в северном (p = 6,76∙10^-15 < 0,001; число

на станции М3 - 1% (Ca²⁺) и 0,5% (Mg²⁺).

степеней свободы dF = 25) плёсах в отдельности.

При высокой скорости льдообразования в

Специфичность распределения химических ве-

лёд вовлекаются ионы в такой последовательно

ществ между льдом и водой характеризуется коэф

сти: K⁺ > Na⁺ > Ca²⁺ и очень незначительно -

фициентом вовлечения К_в, %. Значение отноше

Mg²⁺ [16]. Ледяной покров в довольно обособ-

ния минерализации льда (мг/л) к минерализации

ленном, лесном районе нахождения Урозера в

подлёдной воды для Мунозера находится в преде

ноябре 2018 г. образовался на 1,5 недели раньше,

лах 1,1-4,2%, а для Урозера - 5%. Например, для

чем в Мунозере. Это, несомненно, отразилось на

льда пресных озёр Европейской части России зна

активности вовлечения химических компонентов

чение К_в лежит в пределах 5-15% [11]. Величина К_в

в ледяной покров Урозера. Так, К_в для ионов Na⁺

в центральной части Онежского озера и Петроза

во льду Мунозера составляло в среднем 1,4%, а во

водской губы колеблется в пределах 3-4 и 3-12%

льду Урозера - 4%. Ионы Ca²⁺ и Mg²⁺ также во

соответственно [13]. Интенсивность вовлечения

влекаются в лёд, и их значения К_в в нижнем слое

главных ионов в лёд из льдообразующей воды не

льда Урозера составили 4 и 2% соответственно.

одинакова. По литературным данным, значение К_в,

В Мунозере на станции М1 (1), на станции М3 (2)

как правило, ниже 100% [11]. При исследовании

и на Урозере (3) отношение концентрации анио

интенсивности вовлечения в лёд растворённых ве

нов в нижнем слое льда к их содержанию в под

ществ из льдообразующей воды нами установлено,

лёдной воде уменьшается в следующем ряду:

что, несмотря на некоторые особенности вовле

Cl^- > SO_42- > HCO_3-

SO_42- > Cl^- > HCO_3-

SO_42- > Cl^- > HCO3

чения ионов в лёд озёр Мунозеро и Урозеро, про

0,3%

16%

слеживается общая закономерность, которую мы

отметили для Онежского озера [13]. Значения вели

Высокое значение К_в для сульфат-иона (6-

чин К_в(нижний ряд) катионов в верхнем (╧) и ниж

16%) характерно для ледяного покрова обоих ис

нем (╤) слоях льда Мунозера на станции М1 (1) и на

следованных водоёмов. Отметим, что интенсив

станции М3 (2) располагаются следующим образом:

ность вовлечения хлорид- и сульфат-ионов в лёд

связана с близостью их потенциалов ионизации,

K+ >> Na⁺<< Ca²⁺> Mg²⁺

K+ < Na⁺ = Mg²⁺ < Ca

равных соответственно 9,15 и 8,89 эВ, что близ

╧

0,1%

0,2%

<0,1% 0,4% 0,4%

0,7%

ко к потенциалу ионизации воды (9,6 эВ). Коэф

K⁺ > Na⁺ = Mg²⁺ = Ca²⁺

K+ < Na⁺ = Ca²⁺ > Mg

фициент вовлечения гидрокарбонат-иона в лёд

╤

8 %

4 %

<0,1% 1%

0,5%

очень низкий - 0-3%. Гидрокарбонат-ион очень

Избирательность вовлечения ионов метал

неустойчив в поверхностных водах, и определить

лов в лёд связана с величиной гидратационного

его потенциал ионизации довольно трудно.

потенциала. У щёлочно-земельных ионов (Ca²⁺,

Биогенные элементы. Содержание нитрат-

Mg²⁺) он близок к нулю (0,007 эВ), а у ионов ще

иона в снежном покрове на побережье Мун-

лочных металлов, особенно у К⁺, он выше нуля, с

озера (0,20 мгN/л) и Урозера (0,30 мгN/л) в 14 и

чем связано избирательное вовлечение K из воды

25 раз выше содержания аммонийного азота со

льдом [14]. Коэффициент вовлечения ионов K⁺ в

ответственно (табл. 2). Во льду и подлёдной воде

нижний слой льда в загрязнённом районе Мунозе

обоих озёр преобладающая форма азота N_орг, а

ра на станции М1 равен 8%, что в восемь раз выше,

среди минеральных форм азотсодержащих сое

чем в незагрязнённом на станции М3. Например,

динений превалируют нитраты (см. табл. 2). Так,

вовлечение ионов К⁺ в ледяной покров централь

средняя концентрация минеральных азотсодер

ной части Онежского озера составляет 10%, а в Пет-

жащих соединений во льду Мунозера составляет

розаводской губе, подверженной значительному

0,005 мгN/л, и на долю нитратного азота прихо

антропогенному воздействию, - 20% [13]. Для ле

дится 79%. В южном (станция М1) (1) и северном

дяного покрова многих озёр Сибири, в том числе и

(станция М3) (2) плёсах Мунозера и Урозера (3) в

 596 

А.В. Сабылина и др.

Таблица 2. Концентрация биогенных веществ в различных объектах озёр Мунозеро и Урозеро*

Р_мин

Р_общ

NO_2-

NH₄₊

NO_3-

N_орг

N_общ

Fe_общ

Дата, 2019 г.

Станция

Объект

мкг/л

мгN/л

мг/л

Мунозеро

Снег на льду

0,002

0,016

0,08

0,17

0,27

0,02

0,25

верхний слой

0,001

0,01

0,14

0,15

0,03

0.01

М3

Лёд

нижний слой

0,003

0,001

0,02

0,16

0,18

0,04

0.02

Подлёдная вода

0,002

0,03

0,13

0,29

0,05

2,26

26.02.

Снег на льду

0,002

0,014

0,05

0,03

0,10

0,02

0,26

верхний слой

0,002

0,001

0,01

0,02

0,03

0.0

Лёд

М1

нижний слой

0,003

0,001

0,01

0,19

0,20

0,10

0.07

Подлёдная вода

0,001

0,02

0,11

0,15

0,28

0,03

2,60

Снег на побережье

0,002

0,014

0,20

0,06

0,28

0,02

0,03

Урозеро

Снег на льду

0,001

0,009

0,22

0,05

0,28

0,07

0,04

верхний слой

0,001

0,01

0,09

0,10

0,04

0.01

Лёд

19.02.

Ур1

нижний слой

0,001

<0,01

0,13

0,04

0.01

Подлёдная вода

0,001

0,01

0,02

0,13

0,16

0,04

0,15

Снег на побережье

0,001

0,012

0,30

0,06

0,37

0,03

0,02

*Р_мин - фосфор минеральный; Р_общ - фосфор общий; N_орг - азот органический; N_общ - азот общий; Fe_общ - железо об

щее; Si - кремний общий.

двух образцах льда (верхний и нижний) наблюда

ляет интерес вовлечение фосфора в лёд из под

ется следующее распределение коэффициентов

лёдной воды в южном (1) и северном (2) плёсах

вовлечения К_в азотсодержащих соединений:

Мунозера по вертикальному профилю в кернах:

NH₄₊ < NO_3- < N_орг

NH₄₊ < NO_3- << N_орг

NH₄₊ < NO_3- < N_орг

Рмин < Робщ

╧

13%

108%

10%

50%

69%

14%

17%

NH₄₊ < NO_3- << N_орг

NH₄₊ >> NO_3- << N_орг

Рмин < Робщ

╤

127%

15%

123%

10%

100%

50%

100%

167%

Высокие концентрации органического азота

Повышенное содержание Р_общ в керне льда

(в среднем 0,13 мгN/л) и К_вв кернах льда Мун-

приурочено не к верхним слоям льда, как это было

озера показывают, что на химический состав льда

отмечено нами для Онежского озера [13], а к ниж

оказывает влияние антропогенное воздействие.

ним, и обусловлено это антропогенным влияни

В южном плёсе озера (станция М1), где влияние

ем коммунально-бытовых сточных вод и отходами

коммунально-бытовых сточных вод значительно,

форелеводческой фермы. Одна из причин пони

содержание N_орг в нижнем слое керна льда в 5 раз

женной концентрации Р_общ в верхних горизонтах

выше, чем в верхнем. В литоральной области Пе

ледяного покрова, по-видимому, связана с тем, что

трозаводской губы Онежского озера, испытыва

содержание Р_общ в льдообразующей воде в начале

ющей антропогенное воздействие, также отмече

ледостава ниже, чем в последующих фазах форми

ны высокие концентрации N_орг (0,24 мгN/л) [13].

рования льда. Это объясняется интенсивным пе

В Урозере содержание минеральных и органиче

ремешиванием водных масс в предшествующий

ских форм N во льду по вертикальному профилю

ледоставу осенний период. Нижние горизонты ле

не отличается (см. табл. 2).

дяного покрова формировались при более высоких

В исследуемых озёрах в системе снег на

значениях Р_общ в подлёдной воде в период зимней

льду - лёд - подлёдная вода концентрация Р_мин

стагнации. Отметим высокие концентрации Р_общ

варьирует от 0 до 2 мкг/л. Однако в снеге на льду

(10 мкг/л) в нижних слоях льда и его вовлечение в

Урозера содержание его повышено до 4 мкг/л,

лёд (К_в = 167%) вблизи форелеводческих садков.

что обусловлено аэрогенным влиянием про

Содержание его во льду в 1,7 раза выше, чем в под

мышленного центра г. Петрозаводск. Представ

лёдной воде (см. табл. 2). Накопление Р_общв ниж

 597 

Морские, речные и озёрные льды

Таблица 3. Содержание органическихи взвешенных веществ в в различных объектах озёр Мунозеро и Урозеро

Дата,

Взвешенное

Цветность,

Перманганатная

Станция

Объект

С_орг, мг/л

2019 г.

вещество, мг/л

градусы

окисляемость, мгО/л

Мунозеро

Снег на льду

< 0,1

0,69

1,2

верхний слой

< 0,1

0,23

0.7

М3

Лёд

нижний слой

< 0,1

0,46

0.9

Подлёдная вода

< 0,1

3,0

4,2

26.02.

Снег на льду

< 0,1

0,54

1,0

верхний слой

< 0,1

0,46

1.0

Лёд

М1

нижний слой

< 0,1

0,62

1.2

Подлёдная вода

< 0,1

3,6

4,4

Снег на побережье

< 0,1

1,11

1,2

Урозеро

Снег на льду

0,2

0,69

1,1

верхний слой

< 0,1

0,46

0.9

Лёд

19.02.

Ур1

нижний слой

0,2

0,38

0.8

Подлёдная вода

< 0,1

1,9

2,0

Снег на побережье

0,2

0,65

1,0

них горизонтах льда отмечено также во льдах неко

чения Si_общ в лёд из подлёдной воды Мунозера и

торых озёр Приморского края [11].

Урозера составляет 1 и 7% соответственно.

В Урозере концентрация минерального фос

Органическое вещество (ОВ). В снеге, собран

фора в нижнем слое льда в 2 раза выше, чем в

ном на льду озёр, цветность воды низкая и равна

верхнем (см. табл. 2). Коэффициент вовлечения

2-3°, перманганатная окисляемость (ПО) и кон

К_в общего фосфора в лёд в этом озере также вы

центрация С_орг изменяются в очень узких преде

сокий: в верхнем слое он равен 80%, в нижнем -

лах: 0,54-0,69 мгО/л и 1,0-1,2 мг/л соответственно

100%. Содержание Fe в снеге на льду Урозера

(табл. 3). Низки и косвенные показатели содержа

в 3,5 раза выше, чем в снеге на льду Мунозера

ния органических веществ во льду озёр: цветность

(0,02 мг/л), что обусловлено аэрогенным влия

воды 1°, ПО изменяется от 0,23 до 0,62 мгО/л.

нием г. Петрозаводск. Железо до 90% вовлекает

В Мунозере в нижних слоях льда значение ПО в

ся в лёд в форме растворимых и коллоидно-раст-

1,5-2,0 раза выше, чем в верхних. Концентрация

воримых соединений [11, 17]. Концентрация

Сорг в ледяном покрове Мунозера составляет 0,7-

Fe_общ в ледяном покрове Мунозера изменяется

1,2 мг/л, максимальные его величины также приу

от 0,03 до 0,10 мг/л. Максимальная концентра

рочены к нижним слоям льда южного плёса озера.

ция отмечена в нижнем слое льда на станции

Цветность воды в подлёдных водах Мунозера в

М1, где коэффициент вовлеченияFe_общ в верх

южном его районе составляет 12°, в северо-запад

нем слое льда в Мунозере изменяется от 60 до

ном - 9°. В соответствии с низкими величинами

100%, а в нижнем - от 80 до 323%. Содержание

цветности воды невелики и значения ПО - 3,0-

Fe_общ в Урозере во льду и подлёдной воде оди

3,6 мгО/л. В подлёдной воде Урозера эти показате

наковое - 0,04 мг/л. Коэффициент вовлечения

ли в 2 раза ниже, чем в Мунозере (см. табл. 3).

Fe_общпо всему керну льда в озере равен 100%.

Косвенные показатели органических веществ

Концентрация Si в снеге на льду озёр изме

указывают на очень низкое содержание гумино

няется от 0,04 (Урозеро) до 0,26 мг/л (Мунозе

вых веществ в подлёдной воде озёр. Коэффици

ро). Содержание Si во льду Мунозера колеблется

ент вовлечения К_в органических соединений С_орг

от 0 до 0,07 мг/л. Максимальные его концент

в лёд достаточно высокий в Мунозере и состав

рации отмечены в нижнем слое льда на станции

ляет от 17 до 27%. Максимальное его значение -

М1. В подлёдной воде концентрация Si в Мун-

в нижнем слое льда. Например, в Петрозавод

озере составляет в среднем 2,40 мг/л, в Урозе

ской губе Онежского озера вовлечение С_орг в лёд

ре - 0,15 мг/л (см. табл. 2). Коэффициент вовле

из подлёдной воды также высокое и составля

 598 

А.В. Сабылина и др.

ет 10-20% [13]. Поскольку гуминовых веществ

тионов в лёд обоих озёр в большей степени во

в подлёдной воде Мунозера (по косвенным по

влекался ион К, а среди анионов - сульфат-ион.

казателям) очень мало, очевидно, что в ледяной

На интенсивность их вовлечения значительно

покров более интенсивно вовлекаются органиче

влияют следующие параметры: показатель гид-

ские соединения антропогенного происхождения

ратационного потенциала, скорость льдообразо

и это - одна из причин накопления Р_общ и N_общ

вания и антропогенное воздействие.

во льду. Содержание взвешенных веществ в снеге

Минерализация подлёдных вод в Мунозере

на льду и на побережье Мунозера очень низкое

(107 мг/л) увеличилась за последние 30 лет на

(< 0,1 мг/л), в Урозере - чуть выше (0,2 мг/л), что

10 мг, что связано с ростом антропогенной на

обусловлено аэрогенным влиянием г. Петроза

грузки. Изменение суммы ионов в подлёдной

водск. В ледяном покрове и в льдообразующей

воде Урозера (25,4 мг/л) за 60-летний период не

воде в обоих исследованных озёрах взвешенных

произошло. Воды обоих озёр имеют гидрокарбо

веществ мало (< 0,1-0,2 мг/л) (см. табл. 3).

натно-кальциевый состав.

Содержание органических веществ в систе

ме снег - лёд - подлёдная вода в исследуемых

Заключение

озёрах низкое. В снеге на льду озёр она соста

вила 1,0-1,2 мг/л, в ледяном покрове - 0,7-

Сравнительный анализ химического соста-

1,2 мг/л, в подлёдной воде Мунозера - 4,3, Уро

ва исследуемых озёр показал, что минерализация

зера - 2,0 мг/л. Коэффициент вовлечения С_орг в

снега на льду Мунозера почти в 2 раза выше (10,9-

лёд в озёрах - высокий (17-27%). Содержание

13,4 мг/л), чем в Урозере (7,5 мг/л), что указывает

биогенных элементов в нижних слоях льда Мун-

на более высокий уровень локальных аэрогенных

озера показало высокие концентрации Р_общ (до

выпадений на лёд Мунозера. Из макрокомпонен

10 мкг/л) и N_орг (до 0,19 мг/л). Это говорит о

тов наибольшее выпадение отмечено для суль

том, что на химический состав льда влияет ан

фатов и хлоридов. Высокие концентрации суль

тропогенное воздействие. В Урозере содержание

фат-ионов (1,3-1,7 мг/л) в составе снега на льду

минеральных и органических форм азота во льду

Мунозера обусловлены влиянием целлюлозно-

по вертикальному профилю не отличается.

бумажного комбината, расположенного в 20 км

Благодарности. Финансовое обеспечение иссле

от озера в г. Кондопога. В пробах снега, отобран

дований осуществлялось из средств федерального

ных на побережьях исследуемых озёр, вдали от на

бюджета на выполнение государственного зада

селённых пунктов, минерализация низкая (2,5-

ния КарНЦ РАН (ИВПС КарНЦ РАН). Исследо

3,0 мг/л). Снег на льду Мунозера содержит более

вания выполнены на научном оборудовании

высокие концентрации катионов (K⁺, Na⁺, Ca²⁺ и

Центра коллективного пользования Федерально

Mg²⁺) и анионов (SO_42-, Сl^- и HCO_3-).

го исследовательского центра «Карельский науч

Минерализация ледяного покрова в исследуе

ный центр Российской академии наук».

мых озёрах изменяется от 1,1 до 4,5 мг/л. Мак

симальные её значения установлены в нижнем

Acknowledgments. The study was funded by the Rus

слое льда в южном районе Мунозера, испытыва

sian Foundation for Basic Research (Institute of

ющем повышенное антропогенное воздействие

NWPI KRC RAS). The research was carried out using

в результате сброса хозяйственно-бытовых сточ

the equipment of the Core Facility of the Karelian Re

ных вод. Как показало исследование, среди ка

search Centre of the Russian Academy of Sciences

Литература

References

1. Харкевич Н.С. Гидрохимия Кончезерской груп

1. Kharkevich N.S. Gidrokhimiya Konchezerskoy gruppy ozer -

unikal'nykh vodnykh ob"yektov Karelii. Hydrochemistry of

пы озер - уникальных водных объектов Каре

the Konchezero group of lakes - unique water bodies of

лии. Петрозаводск: Карельский научный центр

Karelia. Petrozavodsk: Karelian Research Center of the Rus

РАН, 1991. 126 с.

sian Academy of Sciences, 1991: 126 p. [In Russian].

2. Сабылина А.В., Икко О.И. Изменение химическо

2. Sabylina A.V., Ikko O.I. Changes in the chemical composition of

го состава воды озера Мунозеро (Карелия) за по

the water in Lake Munozero (Karelia) over the past 60 years.

 599 

Морские, речные и озёрные льды

следние 60 лет // Тр. Карельского науч. центра

Trudy Karel'skogo nauchnogo tsentra RAN. Transactions of the

РАН. 2019. № 9. С. 76-90. doi: 10.17076/lim1046.

Karelian Research Center of the Russian Academy of Sciences.

2019, 9: 76-90. doi: 10.17076 / lim1046. [In Russian].

3. Зеленкова-Перфильева М.К. К гидрохимии Кон

3. Zelenkova-Perfil'yeva M.K. To the hydrochemistry of Kon

чезерской группы озер // Тр. Бородинской

chezero group of lakes. Trudy Borodinskoy presnovodnoy

пресноводной биологической станции Каре

biologicheskoy stantsii Karelii. Transactions of the Boro

лии. 1927. Т. V. С. 64-101.

dinskaya freshwater biological station of Karelia. 1927, V:

4. Озера Карелии: Справочник / Под ред. Н.Н. Фи

64-101. [In Russian].

латова, В.И. Кухарева. Петрозаводск: КарНЦ

4. Ozera Karelii. Lakes of Karelia. Eds.: N.N. Filatov, V.I.

РАН, 2013. 464 с.

Kukharev. Petrozavodsk: Karelian Research Center of the

Russian Academy of Sciences, 2013: 464 p. [In Russian].

5. Поляков Ю.К., Фрейндлинг В.А. Общая гидро

5. Polyakov Yu.K., Freyndling V.A. General hydrological char

логическая характеристика бассейна р. Шуя //

acteristics of the Shuya river basin. Poverkhnostnyye vody

Поверхностные воды озерно-речной системы

ozerno-rechnoy sistemy Shui v usloviyakh antropogenno-

Шуи в условиях антропогенного воздействия.

go vozdeystviya. Surface waters of the lake-river system

Петрозаводск: КарНЦ РАН, 1991. С. 25-33.

Shuya in the conditions of anthropogenic impact. Petro

6. Бискэ Г.С. Четвертичные отложения и геоморфо

zavodsk: Karelian Research Center of the Russian Acad

логия Карелии. Петрозаводск, 1959. 307 с.

emy of Sciences, 1991: 25-33. [In Russian].

7. Еруков Г.В., Лак Г.Ц. Почвы и почвенный по

6. Biske G.S. Chetvertichnye otlozheniya i geomorfologiya

Karelii. Quaternary deposits and geomorphology of Kare

кров денудационно-тектонических ландшафтов

lia. Petrozavodsk, 1959: 307 p. [In Russian].

Заонежья // Исследования почв лесных ланд

7. Yerukov G.V., Lak G.Ts. Soils and soil cover of denudation-

шафтов Карелии. Петрозаводск, 1985. С. 5-46.

tectonic landscapes of Zaonezhie. Issledovaniya pochv le-

8. Руководство по химическому анализу поверх

snykh landshaftov Karelii. Studies of soils of forest land

ностных вод суши. Ч. 1 / Под ред. Л. Боевой.

scapes of Karelia. Petrozavodsk, 1985: 5-46. [In Russian].

Ростов-на-Дону: НОК, 2009. 1044 с.

8. Rukovodstvo po khimicheskomu analizu poverkhnostnykh

vod sushi. Ch. 1. Guidelines for the chemical analysis of

9. Аналитические, кинетические и расчетные ме

land surface water. Part 1. Ed. L. Boyeva. Rostov-on-

тоды в гидрохимической практике / Под ред.

Don: NOK, 2009: 1044 p. [In Russian].

П.А. Лозовика, Н.А. Ефременко. СПб.: Нестор-

9. Analiticheskiye, kineticheskiye i raschetnye metody v gi-

История, 2017. 272 с.

drokhimicheskoy praktike. Analytical, kinetic and calcula

10. Потапова И.Ю., Лозовик П.А. Характеристика

tion methods in hydrochemical practice. Eds.: P.A. Lo

химического состава атмосферных осадков и хи

zovik, N.A. Efremenko. St. Petersburg: Nestor-History,

мических выпадений на территории Карелии //

2017: 272 p. [In Russian].

Состояние водных объектов Республики Каре

10. Potapova I.Yu., Lozovik P.A. Characterization of the chemi

cal composition of precipitation and chemical deposition

лия. По результатам мониторинга 1998-2006 гг.

in the territory of Karelia. Sostoyanie vodnykh ob'ektov Re-

Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2007. С. 174-187.

spubliki Kareliya. Po rezultatam monitoringa 1998-2006 gg.

11. Иванов А.В. Криогенная метаморфизация хими

State of water bodies of the Republic of Karelia. Accord

ческого состава природных льдов, замерзающих

ing to the monitoring results of 1998-2006. Petrozavodsk:

и талых вод. Хабаровск: Дальнаука, 1998. 164 с.

KarRC RAS, 2007: 174-187. [In Russian].

12. Сергеев Г.Б., Батюк В.А. Криохимия. М.:

11. Ivanov A.V. Kriogennaya metamorfizatsiya khimicheskogo

Химия, 1978. 296 с.

sostava prirodnykh l'dov, zamerzayushchikh i talykh vod.

Cryogenic metamorphization of the chemical composi

13. Сабылина А.В., Ефремова Т.А. Химический

tion of natural ice, freezing and melt water. Khabarovsk:

состав льда и подледной воды Онежского

Dalnauka, 1998: 164 p. [In Russian].

озера (на примере Петрозаводской губы) //

12. Sergeyev G.B., Batyuk V.A. Kriokhimiya. Cryochemistry.

Лёд и Снег. 2018. Т. 58. № 3. С. 417-428. doi:

Moscow: Chemistry, 1978: 296 p. [In Russian].

10.15356/2076-6734-2018-3-417-428.

13. Sabylina A.V., Yefremova T.A. The chemical composition of ice

14. Розенталь О.М. Структура и вмерзание в лед

and ice water on Lake Onega (on the example of the Petroza

гидратационных комплексов ионов // Журнал

vodsk Bay). Led i Sneg. Ice and Snow. 2018, 58 (3): 417-428.

doi: 10.15356/2076-6734-2018-3-417-428. [In Russian].

структурной химии. 1971. № 5. С. 915-919.

14. Rozental’ O.M. Structure and freezing of ion hydration

15. Воробьева И.Б., Напрасникова Е.В., Власова Н.В.

complexes in ice. Zhurnal strukturnoy khimii. Journ. of

Исследование гидрокриогенных компонентов

Structural Chemistry. 1971, 5: 915-919. [In Russian].

юго-западного побережья Байкала (эколого-

15. Vorob'yeva I.B., NaprasnikovaYe.V., Vlasova N.V. Study of

геохимический аспект) // Лёд и Снег. 2010. № 2

the hydrocryogenic components of the southwestern coast

(110). С. 56-60.

of Lake Baikal (ecological and geochemical aspect). Led

16. Адамc К.М., Френч Д.Н., Кингери У.Д. Отвердение

i Sneg. Ice and Snow. 2010, 2 (110): 56-60. [In Russian].

16. Аdams К.М., French D.N., Kingery U.D. Solidification and

и распреснение морского льда в естественных ус

desalination of sea ice under natural conditions. Led i sneg.

ловиях // Лед и Снег. М.: Мир, 1966. С. 237-249.

Ice and snow. Мoscow: Mir, 1966: 237-249. [In Russian].

17. Анисимова Н.П., Роговская Л.Г. Изменение хи

17. Anisimova N.P. Rogovskaya L.G. Changing in the chemi

мического состава озерного льда во времени //

cal composition of lake ice over time. Ozera kriolitozony

Озера криолитозоны Сибири. Новосибирск:

Sibiri. Lakes of the cryolithozone of Siberia. Novosibirsk:

Наука, 1974. С. 128-137.

Nauka, 1974: 128-137. [In Russian].

 600 