Геохимия, 2022, T. 67, № 7, стр. 668-685

Изменение геохимии вод суши в условиях потепления климата и снижения выпадений кислот: восстановление или эволюция озер?

Т. И. Моисеенко a*, М. М. Базова a, М. И. Дину a, Н. А. Гашкина a, Л. П. Кудрявцева b

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

b Институт проблем промышленной экологии Севера КНЦ РАН
184209 Мурманская область, Апатиты, мкр. Академгородок, 14А, Россия

* E-mail: moiseenko.ti@gmail.com

Поступила в редакцию 18.05.2021
После доработки 07.10.2021
Принята к публикации 10.10.2021

Аннотация

Представлены результаты долговременных исследований изменения геохимии вод суши на территории Кольского региона (1990–2018 гг.), которые произошли вследствие потепления климата и снижения эмиссии кислотообразующих газов в региональной и глобальной шкалах. В основу работы легли исследования 75 малых озер региона, которые проводились с 1990 по 2018 гг. с интервалом в 4–5 лет. На основании анализа архивов погоды выявлены достоверные тренды повышения температуры за 28-летний период исследований. Установлено повсеместное снижение содержаний техногенных сульфатов в воде и повышения кислотонейтрализующей способности вод вследствие сокращения выбросов в атмосферу антропогенной серы. Доказано увеличение содержания органического вещества и биогенных элементов в воде озер, которое достоверно связано с нарастанием температур в регионе. Ряд озер в кислотоуязвимых регионах сохраняют критические значения кислотонейтрализующей способности вод, что может быть связано как с локальным, так и с трансрегиональным переносом загрязненных воздушных масс. Приведенный анализ изменчивости химического состава вод в многолетнем ряду наблюдений демонстрирует эволюционное развитие озер и изменение биогеохимических циклов, как следствие преобразований водосборов под влиянием снижения выпадений кислот из атмосферы на водосборы и потепления климата в регионе.

Ключевые слова: геохимия вод суши, арктический регион, долговременные изменения, эволюция озер

Список литературы

  1. Архив погоды: Мурманская область (2019) Справочно-информационный портал “Погода и климат”. (http:// www.pogodaiklimat.ru/archive.php?id=ru&region=51).

  2. Атлас Мурманской области (Карты) (1971). Ред. коллегия: гл. ред. канд. геогр. наук А.Г. Дуров и др. Москва, 1 атл, 33 с.

  3. Вернадский В.И. (1991) Научная мысль как планетное явление. М.: Наука, 270 с.

  4. Груза Г.В., Ранькова Э.Я. (2012) Наблюдаемые и ожидаемые изменения климата Российской Федерации: температура воздуха. Обнинск: ФГБУ “ВНИИГМИ-МЦД”, 194 с. Доклады о состоянии и об охране окружающей среды Мурманской области в 1990–2018 гг. (2019).

  5. Ежегодник о состоянии загрязнения в городах на территории России за 2018 год (2019), Санкт-Петербург: ФГБУ “ГГО” Росгидромета

  6. Комов В.Т., Лазарева В.И., Степанова И.К. Антропогенное загрязнение малых озер Севера европейской России Биология внутренних вод 3, 5-17.

  7. Моисеенко Т.И., Гашкина Н.А., Дину М.И. (2017) Закисление вод: уязвимость и критические нагрузки. URSS.ЛЕНАНД, 400с.

  8. Пожиленко В.И., Гавриленко Б.В., Жиров Д.В., Жабин С.В. (2002) Геология рудных районов Мурманской области. Апатиты: Изд. Кольского научного центра РАН, 359 с.

  9. Campbell J.L., Rustad L.E., Boyer E.W., Christopher S.F., Driscoll C.T., Fernandez I.J., Groffman P.M., Houle D., Kiekbusch J., Magill A.H., Mitchell M.J., Ollinger S.V. (2009). Consequences of climate change for biogeochemical cycling in forests of northeastern North America Can. J. For. Res. 39, 264-284.

  10. Clair T.A., Dennis I.F., Vet R. (2011) Water chemistry and dissolved organic carbon trends in lakes from Canada’s Atlantic Provinces: no recovery from acidification measured after 25 years of lake monitoring J. Fish. Aquat. Sci. 68, 663-674.

  11. Clark J.M., Bottrell S.H., Evans C.D., Monteith D.T., Bartlett R., Rose R., Newton R.J. and Chapman P.J. (2010) The importance of the relationship between scale and process in understanding long-term DOC dynamics Sci. Total Environ. 408, 2768

  12. Corman J.R., Bertolet B.L., Casson N.J., Sebestyen S.D., Kolka R.K., Stanley E.H. (2018). Nitrogen and phosphorus loads to temperate seepage lakes associated with allochthonous dissolved organic carbon loads Geoph. Res. Lett. 45, 5481-5490.

  13. De Wit H.A., Valinia S., Weyhenmeyer G.A., Futter M.N., Kortelainen P., Austnes K., Hessen D.O., Räike A., Laudon H., Vuorenmaa J. (2016) Current browning of surface waters will be further promoted by wetter climate Environ. Sci. Technol. Lett. 3, 430-5.

  14. Driscoll C.T., Driscoll K.M., Roy K.M., Mitchell M.J. (2003) Chemical response of lakes in the Adirondack Region of New York to declines in acidic deposition Environ. Sci. Technol. 37, 2036-2042 (https://doi.org/).https://doi.org/10.1021/es020924h

  15. Driscoll C.T., Driscoll K.M., Fakhraei H., Civerolo K. (2016) Long-term temporal trends and spatial patterns in the acid-base chemistry of lakes in the Adirondack region of New York in response to decreases in acidic deposition Atmos. Environ. 146, 5-14.

  16. Drozdova O.Yu., Aleshina A.R., Tikhonov V.V., Lapitskiy S.A., Pokrovsky O.S. (2020) Coagulation of Organo-Mineral Colloids and Formation of Low Molecular Weight Organic and Metal Complexes in Boreal Humic River Water Under UV-Irradiation Chemosphere 250, 1-10.

  17. Evans C.D., Monteith D.T., Reynolds B., Clark J.M. (2008) Buffering of recovery from acidification by organic acids Sci. Total Environ. 404, 316-325.

  18. Fakhraei H., Driscoll C.T. (2015) Proton and Aluminum Binding Properties of Organic Acids in Surface Waters of the Northeastern U.S. Environ. Sci. Technol. 49, 2939-2947.

  19. Feuchtmayr H., Moran R., Hatton K., Cannor L., Yeyes T., Harley J., Arkinson, D. (2009) Global warming and eutrophication: effects on water chemistry and autotrophic communities in experimental hypertrophic shallow lake mesocosms. J. Appl. Ecol. 46, 713-723.

  20. Galloway J.N. (1995) Acid deposition: perspectives in time and space Water, Air, Soil Pollut. 85, 15-24.

  21. Garmo O.G, Skjelkvåle B.L., de Wit H.A., Colombo L., Curtis C., Folster J., Hoffmann A. (2014) Trends in surface water chemistry in acidified areas in Europe and North America from 1990 to 2008 Water, Air, Soil Pollut. 225, 1880.

  22. Gavin A.L., Nelson S.J., Klemmer A.J., Fernandez I.J., Strock K.E., McDowell W.H. (2018) Acidification and climate linkages to increased dissolved organic carbon in high elevation lakes Water Resour. Res. 54, 5187-5877.

  23. Henriksen A., Kämäri I., Posh M., Wilander A. (1992) Critical loads of acidity: Nordic surface waters Ambio 21, 356-363.

  24. Henriksen A., Skjelvåle B.L., Mannio J. et al (1998) Northern European Lake Survey, Finland, Norway, Sweden, Denmark, Russian Kola, Russian Karelia, Scotland and Wales Ambio 27, 80-91.

  25. Houle D., Couture S., Gagnon C. (2010) Relative role of decreasing precipitation sulfate and climate on recent lake recovery Global Biogeochem. Cycles 24, 4029.

  26. IPCC (2014). Climate change: fifth assessment report (ar5)https://www.ipcc-wg1.unibe.ch/ Ar5/ar5.html.

  27. ICP-water report: Acidification of surface water in Europe and North America (2007): Trends, biological recovery and heavy metals.

  28. ICP-waters 2010 Waters Programme Manual. Report105/2010, International cooperative programme on assessment and monitoring effects of air pollution on rivers and lakes. https://niva.brage.unit.no/niva-xmlui/handle/11250/ 215220?locale-ttribute=en

  29. Kline K.M., Eshleman K.N., Garlitz J.E., U’Ren S.H. (2016) Long-term response of surface water acid neutralizing capacity in a central Appalachian (USA) river basin to declining acid deposition Atmos. Environ. 146, 195-205.

  30. Kohler S., Buffam I., Jonsson A., Bishop K. (2002) Photochemical and microbial processing of stream and soil water dissolved organic matter in a boreal-forested catchment in northern Sweden Aquat. Sci. 64, 269-281.

  31. Meingast K.M., Kane E., Coble A.A., Marcarelli A.M., Toczydlowski D. (2020) Climate, snowmelt dynamics and atmospheric deposition interact to control dissolved organic carbon export from a northern forest stream over 26 years Environ. Res. Lett. 15, 104 034.

  32. Melillo J.M., Richmond T.C., Yohe G.W. (2014) Climate Change Impacts in the United States: the Third National Climate Assessment U.S. Global Change Research Program, 841 p Moiseenko T.I. (1994) Acidification and Critical Loads in Surface Waters: Kola, Northern Russia. Ambio 23, 418-424.

  33. Moiseenko T.I. (1999) The fate of metals in Arctic surface waters: Method for defining critical levels Sci. Total. Environ. 236, 19-39.

  34. Moiseenko T.I., Dinu M.I., Bazova M.M., de Wit H.A. (2015) Long-Term Changes in the Water Chemistry of Arctic Lakes as a Response to Reduction of Air Pollution: Case Study in the Kola, Russia Water, Air, Soil Pollut. 226, 98.

  35. Moiseenko T.I., Dinu M.I., Gashkina N.A., Jones V., Khoroshavin V.Y., Kremleva T.A. (2018) Present status of water chemistry and acidification under nonpoint sources of pollution across European Russia and West Siberia. Environ. Res. Lett. 13, 105007.

  36. Moiseenko T.I., Gashkina N.A., Dinu M.I., Kremleva T.A., Khoroshavin V.Yu. (2020) Water Chemistry of Arctic Lakes under Airborne Contamination of Watersheds. Water 12, 1659.

  37. Moiseenko T.I., Sharov A. (2019) Large Russian lakes Ladoga, Onega, and Imandra under strong pollution and in the period of revitalization: a review Geosciences 9, 492.

  38. Monteith D.T., Stoddard J.L., Evans C.D., de Wit H.A., Forsius M., Hogasen T., Wilander A., Skjelkvale B.L., Jeffries D.S., Vuorenmaa J., Keller B., Kopacek J. and Vesely J. (2007) Dissolved organic carbon trends resulting from changes in atmospheric deposition chemistry Nature 450, 537-539.

  39. Rogora M., Colombo L., Marchetto A., Mosello R., Steingruber S. (2016) Temporal and spatial patterns in the chemistry of wet deposition in Southern Alps Atmos. Environ. 146, 44-54.

  40. San Clements M.D., Fernandez I.J., Lee R.H., Roberti J.A., Adams M.B., Rue G.A., McKnight D.M. (2018) Long-Term Experimental Acidification Drives Watershed Scale Shift in Dissolved Organic Matter Composition and Flux Environ. Sci. Technol. 52, 2649-2657.

  41. Skjelkvale B.L., Stoddard J.L., Andersen T. (2001) Trends in surface water acidification in Europe and North America (1989-1998) Water, Air, Soil Pollut. 130, 787-792.

  42. Skjelkvale B.L., Stoddard J.L., Jeffries D.S., Torseth K., Hogasen T.J. et al (2005) Regional scale evidence for improvements in surface water chemistry 1990-2001 Environ. Pollut. 137, 165-176.

  43. Sommaruga-Wӧgrath S., Koinig K.A., Schmidt R., Sommaruga R., Tessadri R., Psenner R. (1997) Temperature effects on the acidity of remote alpine lakes Nature 387, 64-67.

  44. Standart methods for the examination of water and wasterwater. (1992) Wash. (D.C.): Amer, Publ, Health Assoc.

  45. Stoddard J.L., Jeffries D.S., Lukewille A., Clair T.A., Dillon P.J., Driscoll C.T., Forsius M. (1999) Regional trends in aquatic recovery from acidification in North America and Europe Nature 401, 575-578.

  46. Stoddard J.L., Van Sickle J., Herlihy A.T., Brahney J., Paulsen S., Peck D.V. et al. (2016) Continental-scale increase in lake and stream phosphorus: Are oligotrophic systems disappearing in the United States? Environ. Sci. Technol. 50, 3409-3415.

  47. Strock K.E, Nelson S.J., Kahl J.S., Saros J.E., McDowell W.H. (2014) Decadal trends reveal recent acceleration in the rate of recovery from acidification in the northeastern U.S. Environ. Sci. Technol. 48, 4681-4689.

  48. Strock K.E., Theodore N., Gawley W.G., Ellsworth A.C., Saros J.E. (2017) Increasing dissolved organic carbon concentrations in northern boreal lakes: implications for lake water transparency and thermal structure J. Geophys. Res. Biogeosci. 122, 1022-35

  49. Ward C.P, Cory R.M. (2016) Complete and partial photo-oxidation of dissolved organic matter draining permafrost soils Environ. Sci. Technol. 50, 3545-3553.

  50. Watmough S.A., Eimers C., Baker S. (2016) Impediments to recovery from acid deposition Atmos. Environ. 146, 15-27.

Дополнительные материалы отсутствуют.