Геохимия, 2022, T. 67, № 6, стр. 559-575

Биогеохимические особенности функционирования малых арктических озер хибинского горного массива в условиях изменения климата и окружающей среды

В. А. Даувальтер a*, Д. Б. Денисов a, М. И. Дину b**, З. И. Слуковский ac

a Институт проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН
184209 Мурманская область, Апатиты, Академгородок, 14а, Россия

b Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
119991 Москва, ул. Косыгина, 19, Россия

c Институт геологии Карельского научного центра РАН
185910 Петрозаводск, ул. Пушкинская, 11, Республика Карелия, Россия

* E-mail: v.dauvalter@ksc.ru
** E-mail: marinadinu999@gmail.com

Поступила в редакцию 23.09.2020
После доработки 23.09.2020
Принята к публикации 14.01.2021

Аннотация

Для горных арктических озер Хибинского щелочного массива установлены природные и антропогенные факторы формирования химического состава вод и донных отложений, дана оценка воздействия глобальных изменений климата и окружающей среды на функционирование первичных продуцентов – фитопланктона. Дана характеристика геохимических, климатических и морфометрических особенностей водосборной территории и водоемов, а также антропогенной нагрузки. Установлено, что воды Хибинских озер характеризуются гидрокарбонатно-натриевым составом, нейтральными и слабокислыми значениями pH, низкой минерализацией и концентрацией микроэлементов, относительным повышенным содержанием катиона K+ в ионной композиции вод. Крайне малые содержания биогенных элементов и фитопланктона характеризуют озера как олиготрофные. Металлы в основном находятся в ионных формах вследствие низкого содержания органического вещества. Фитопланктон представлен типичными арктическими видами и характеризуется бедным видовым составом и низкими количественными показателями. Выявлена тенденция снижения величины pH, минерализации, содержания главных ионов и микроэлементов, количественных показателей фитопланктона, увеличения доли сульфатов в анионом составе с увеличением высоты озер Хибинского массива над уровнем моря. Влияние атмосферных выбросов близ расположенных предприятий “Североникель” и АО “Апатит” сказывается в увеличении содержания Cu, Ni, Zn и Sr, а также соединений азота в воде озер. Увеличение содержания тяжелых металлов (Ni, Cu, Pb, Cd, Hg) в поверхностном слое донных отложений горных озер отражает антропогенную нагрузку со стороны локальных производств и трансграничного переноса загрязняющих веществ в высоких слоях атмосферы. Наряду с накоплением тяжелых металлов в донных отложениях наблюдается увеличение численности и изменение видового разнообразия диатомовых водорослей, которое, возможно, отражает увеличение периода открытой воды, вызванное современными изменениями климата Арктики.

Ключевые слова: горные арктические озера, донные отложения, качество воды, Хибины, тяжелые металлы, диатомовые комплексы, фитопланктон

Список литературы

  1. Алекин О.А. (1970) Основы гидрохимии. Л.: Гидрометеоиздат, 444 с.

  2. Анищенко О.В., Глущенко Л.А., Дубовская О.П., Зуев И.В., Агеев А.В., Иванова Е.А. (2015) Морфометрические характеристики и содержание металлов в воде и донных отложениях горных озер природного парка “Ергаки” (Западный Саян). Водные ресурсы 42(5). 522-535.

  3. Базова М.М. (2017) Особенности формирования элементного состава вод Кольского Севера в условиях функционирования горнорудных производств. Геохимия (1), 92-106.

  4. Bazova M.M. (2017) Specifics of the elemental composition of waters in environments with operating mining and ore-processing plants in the Kola North. Geochem. Int. 55(1), 131-143.

  5. Баринова С.С., Медведева Л.А., Анисимова О.В. (2006) Биоразнообразие водорослей-индикаторов окружающей среды. Тель-Авив: PiliesStudio.

  6. Бородина Е.В., Бородина У.О. (2019) Формирование химического состава озерных вод особо охраняемых территории Горного Алтая на примере бассейна р. Мульты. Водные ресурсы 46(4), 405-416.

  7. Волошин А.В., Майстерман С.А. (1983) Минералы Кольского полуострова. Мурманск: Мурманское книжное издательство, 110 с.

  8. ГОСТ 17.1.3.07–82. (2010) Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков. Контроль качества воды: Сб. ГОСТов. М.: Стандартинформ.

  9. Даувальтер В.А. (2012) Геоэкология донных отложений озер. Мурманск: Изд-во Мурманского гос. техн. ун-та, 242 с.

  10. Даувальтер В.А. (2020) Геохимия озер в зоне влияния Арктического железорудного предприятия. Геохимия 65(8), 797-810.

  11. Dauvalter V.A. (2020) Geochemistry of lakes in a zone impacted by an Arctic iron-producing enterprise. Geochem. Int. 58(8), 933-946.

  12. Даувальтер В.А., Даувальтер М.В., Салтан Н.В., Семенов Е.Н. (2008) Химический состав атмосферных выпадений в зоне влияния комбината “Североникель”. Геохимия (10), 1131-1136.

  13. Dauvalter V.A., Dauvalter M.V., Saltan N.V., Semenov E.N. (2008) Chemical composition of atmospheric precipitates within the Influence zone of the Severonikel smelter. Geochem. Int. 46(10), 1053-1058.

  14. Даувальтер В.А., Даувальтер М.В., Кашулин Н.А., Сандимиров С.С. (2010) Химический состав донных отложений озер в зоне влияния атмосферных выбросов комбината “Североникель”. Геохимия (11), С. 1224-1229.

  15. Dauvalter V.A., Dauvalter M.V., Kashulin N.A., Sandimirov S.S. (2010) Chemical composition of bottom sedimentary deposits in lakes in the zone impacted by atmospheric emissions from the Severonickel Plant. Geochem. Int. 48(11), 1148-1153.

  16. Даувальтер В.А., Кашулин Н.А., Денисов Д.Б. (2015) Тенденции изменения содержания тяжелых металлов в донных отложениях озер Севера Фенноскандии в последние столетия. Труды Карельского научного центра РАН (9), 62-75.

  17. Демин В.И., Анциферова А.Р., Мокротоварова О.И. (2015) Изменения температуры воздуха в Мурманске с начала XIX века. Вестник Кольского научного центра РАН (1), 113-125.

  18. Денисов Д.Б. (2005) Изменения комплексов диатомовых водорослей под влиянием природных и антропогенных факторов в озерно-речных системах Хибинского горного массива (Кольский полуостров). Автореф. дис. канд. биол. наук. С.-Петербург: Ин-т озероведения РАН, 27 с.

  19. Денисов Д.Б. (2010) Экологические особенности водорослевых сообществ разнотипных субарктических водоемов. Вестник Кольского научного центра РАН (1), 48-55.

  20. Денисов Д.Б. (2012) Реконструкция развития экосистемы малого горного субарктического водоема за последние 900 лет (на примере оз. Академическое, Хибины, Кольский полуостров). Труды Кольского научного центра РАН (3), 127-148.

  21. Денисов Д.Б., Даувальтер В.А., Кашулин Н.А., Каган Л.Я. (2006) Долговременные изменения состояния субарктических водоемов в условиях антропогенной нагрузки (по данным диатомового анализа). Биология внутренних вод (1), 24-30.

  22. Денисов Д.Б., Валькова С.А., Терентьев П.М., Черепанов А.А. (2015а) Экологические особенности малых ледниковых субарктических озер (Хибинский горный массив, Кольский полуостров). Труды Карельского научного центра РАН (2), 40-52.

  23. Денисов Д.Б., Кашулин Н.А., Даувальтер В.А. (2015б) Диатомовые комплексы донных отложений озера Имандра в зоне влияния подогретых вод Кольской АЭС. Труды Карельского научного центра РАН (9), 10-24.

  24. Диатомовый анализ (1949). В 2 кн. Л.: ГИГЛ, кн. 1., 240 с., кн. 2., 238 с.

  25. Давыдова Н.Н. (1985) Диатомовые водоросли – индикаторы природных условий водоемов в голоцене. Л.: Наука, 244 с.

  26. Дину М.И. (2012) Влияние функциональных особенностей гумусовых веществ на формы нахождения металлов в природных водах. Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 167 с.

  27. Дину М.И. (2017) Формирование органических веществ гумусовой природы и их биосферные функции. Геохимия (10), 917-933.

  28. Dinu M.I. (2017) Formation of organic substances of humus nature and their biospheric properties. Geochem. Int. 55(10), 911-926.

  29. Ильяшук Б.П. (1999) Сравнительное изучение роста и продукции водных мхов в закисленных озерах южной Карелии. Экология (6), 421-425.

  30. Каган Л.Я. (2012) Диатомовые водоросли Евро-Арктического региона. Аннотированная коллекция (древние и современные морские и пресноводные). Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 209 с.

  31. Кашулин Н.А., Денисов Д.Б., Сандимиров С.С., Даувальтер В.А., Кашулина Т.Г., Малиновский Д.Н., Вандыш О.И., Ильяшук Б.П., Кудрявцева Л.П. (2008) Антропогенные изменения водных систем Хибинского горного массива (Мурманская область). В 2 ч. Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, ч. 1. 250 с., ч. 2. 282 с.

  32. Кашулин Н.А., Сандимиров С.С., Даувальтер В.А., Кудрявцева Л.П., Терентьев П.М., Денисов Д.Б., Валькова С.А. (2010) Аннотированный экологический каталог озер Мурманской области (Восточная часть. Бассейн Баренцева моря). В 2 ч. Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, ч. 1. 249 с., ч. 2. 128 с.

  33. Китаев С.П. (2007) Основы лимнологии для гидробиологов и ихтиологов. Петрозаводск: Изд-во Карельского научного центра РАН, 394 с.

  34. Методы экологических исследований водоемов Арктики. (2019). Мурманск: Изд-во Мурманского гос. техн. ун-та, 180 с.

  35. Минеева Н.М. (2004) Растительные пигменты в воде волжских водохранилищ. М.: Наука, 156 с.

  36. Моисеенко Т.И. (1991) Закисление и загрязнение тяжелыми металлами поверхностных вод Кольского Севера. Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 47 с.

  37. Моисеенко Т.И. (2015) Влияние геохимических факторов водной среды на биоаккумуляцию металлов в организме рыб. Геохимия (3), 222-233.

  38. Moiseenko T.I. (2015) Impact of geochemical factors of aquatic environment on the metal bioaccumulation in fish. Geochem. Int. 53(3), 213-223.

  39. Моисеенко Т.И., Родюшкин И.В., Даувальтер В.А., Кудрявцева Л.П. (1996) Формирование качества вод и донных отложений в условиях антропогенных нагрузок на водоемы арктического бассейна (на примере Кольского Севера). Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН; 263 с.

  40. Моисеенко Т.И., Даувальтер В.А., Каган Л.Я. (1997) Горные озера как индикаторы загрязнения воздуха. Водные ресурсы 24(5), 600-608.

  41. Моисеенко Т.И., Даувальтер В.А., Ильяшук Б.П., Каган Л.Я., Ильяшук Е.А. (2000) Палеоэкологическая реконструкция антропогенной нагрузки. ДАН 370(1), 115-118.

  42. Моисеенко Т.И., Даувальтер В.А., Лукин А.А., Кудрявцева Л.П., Ильяшук Б.П., Ильяшук Е.А., Сандимиров С.С., Каган Л.Я., Вандыш О.И., Шаров А.Н., Шарова Ю.Н., Королева И.М. (2002) Антропогенные модификации экосистемы озера Имандра. М: Наука, 487 с.

  43. Моисеенко Т.И., Разумовский Л.В., Гашкина Н.А., Шевченко А.В., Разумовский В.Л., Машуков А.С., Хорошавин В.Ю. (2012) Палеоэкологические исследования горных озер. Водные ресурсы 39(5), 543-557.

  44. Моисеенко Т.И., Дину М.И., Гашкина Н.А., Кремлева Т.А. (2013) Формы нахождения металлов в природных водах в зависимости от их химического состава. Водные ресурсы 40(4), 375-385.

  45. Никаноров А.М. (2001) Гидрохимия. СПб.: Гидрометеиздат, 444 с.

  46. Павлова А.С., Кашулин Н.А., Денисов Д.Б., Терентьев П.М., Кашулина Т.Г., Даувальтер В.А. (2019) Распределение химических элементов между компонентами экосистемы арктического озера Большой Вудъявр (Хибины, Мурманская область). Сибирский экологический журн. (3), 348-366.

  47. Природные условия Хибинского учебного полигона (1986) Под. ред. С.М. Мягкова. М.: Изд-во МГУ, 170 с.

  48. Родюшкин И.В. (1995) Основные закономерности распределения металлов по формам в поверхностных водах Кольского Севере. Дис. канд. геогр. наук. С.-Петербург: Ин-т Озероведения, 161 с.

  49. Романенко В.Д., Оксиюк О.П., Жукинский В.Н., Стольберг Ф.В., Лаврик В.И. (1990) Экологическая оценка воздействия гидротехнического строительства на водные объекты. Киев: Наук. думка, 256 с.

  50. Сладечек В. (1967) Общая биологическая схема качества воды. Санитарная и техническая гидробиология. М.: Наука.

  51. Слуковский З.И., Мицуков А.С., Даувальтер В.А. (2019) Молибден в донных отложениях озера Большой Вудъявр, Мурманская область: вертикальное распределение и формы нахождения. Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН (16), 534-538.

  52. Сулименко Л.П., Кошкина Л.Б., Мингалева Т.А., Светлов А.В., Некипелов Д.А., Макаров Д.В., Маслобоев В.А. 2017. Молибден в зоне гипергенеза Хибинского горного массива. Мурманск: Изд-во МГТУ, 148 с.

  53. Ферсман А.Е. (1924) К вопросу о содержании редких земель в апатитах. Доклады РАН (2), 42-45.

  54. Ферсман А.Е. (1968) Наш апатит. М.: Наука, 136 с.

  55. Чукаева М.А., Матвеева В.А. (2018) Современное гидрохимическое состояние гидроэкосистем, находящихся под техническим влиянием АО “Апатит”. Водные ресурсы 45(6), 685-690.

  56. Югай В.С., Даувальтер В.А., Кашулин Н.А. (2013) Содержание биодоступных форм соединений металлов в донных отложениях водоемов и коэффициент накопления (Kd) как показатели экологической обстановки водоемов (на примере озер Мурманской области). Вестник МГТУ 16(3), 591-600.

  57. Camarero L., Rogora M., Mosello R., Anderson N.J. et al. (2009a) Regionalization of chemical variability in European mountain lakes. Freshwater Biol. 54(12), 2452-2469.

  58. Camarero L., Botev I., Muri G., Psenner R., Rose N., Stuchlik E. (2009b) Trace elements in alpine and arctic lake sediments as a record of diffuse atmospheric contamination across Europe. Freshwater Biol. 54(12), 2518-2532.

  59. Catalan J., Bartons M., Camarero L., Grimalt J.O. (2013) Mountain waters as witnesses of global pollution. In: Living with Water: Targeting Quality in a Dynamic World (Eds. Pechan P., de Vries G.E.). New York: Springer, 31-67.

  60. Determination of photosynthetic pigments in sea water (1966). Report of SCOP-UNESCO Working Group 17. Paris: UNESCO, 18 p.

  61. Guiry M.D., Guiry G.M. (2020) Algae Base. World-wide electronic publication. Galway: National University of Ireland, http://www.algaebase.org

  62. Håkanson L. (1980) An ecological risk index for aquatic pollution control – a sedimentological approach. Water Res. (14), 975-1001.

  63. Håkanson L. (2005) The importance of lake morphometry and catchment characteristics in limnology – ranking based on statistical analysis. Hydrobiologia 541(1), 117-137.

  64. Intercomparison–2016 (2016) 1630: pH, Conductivity, Alkalinity, NO3-N, Cl, SO4, Ca, Mg, Na, K, TOC, Al, Fe, Mn, Cd, Pb, Cu, Ni and Zn. ICP Waters report 129/2016. Oslo: Norwegian Institute for Water Research, Report No. 7081, 72 p.

  65. Kashulin N.A., Dauvalter V.A., Denisov D.B., Valkova S.A., Vandysh O.I., Terentjev P.M., Kashulin A.N. (2017) Selected aspects of the current state of freshwater resources in the Murmansk Region, Russia. J. Environ. Science and Health, Part A 52(9), 921-929.

  66. Moser K.A., Baron J.S., Brahney J., Oleksy I.A. et al. (2019) Mountain lakes: Eyes on global environmental change. Global and Planetary Change 178, 77-95.

  67. Nauwerck A. (1994) A survey on water chemistry and plankton in high mountain lakes in northern Swedish Lapland. Hydrobiologia 274, 91-100.

  68. Norton S.A., Bienert R.W.J., Binford M.W., Kahl J.S. (1992) Stratigraphy of total metals in RIPLA sediment cores. Paleolimnology (7), 191-214.

  69. Pantle R, Buck H. (1955) Die biologische Überwachung der Gewässer und die Darstellung der Ergebnisse. Gas- und Wasserbach. 96(18), 604.

  70. Shannon C.E., Weaver W. (1949) The Mathematical Theory of Communication. Urbana, IL: The University of Illinois Press, 117 p.

  71. Standard method for examination for water and wastewater (1999). 20-th Edition (Eds. Clescerl L.S., Greenberg A.E., Eaton A.D.). Washington: American Public Health Association USA, 2671 p.

  72. Tornimbeni O., Rogora M. (2012) An evaluation of trace metals in high altitude lakes of the Central Alps. Present levels, origins and possible speciation in relation to pH values. Water Air and Soil Poll. 223(7), 1895-1909.

Дополнительные материалы отсутствуют.