CC BY
102
УДК 556.555.6:504.4.054
Д.В. Иванов, И.И. Зиганшин, В.В. Маланин, А.А. Марасов,
Д.Е. Шамаев, Э.Х. Рупова
Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, water-rf@mail.ru
ХАРАКТЕРИСТИКА ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ГОЛУБЫХ ОЗЕР
Г. КАЗАНИ
Изучена структура и основные физические и физико-химические свойства донных отложений солоноватоводных Голубых озер, расположенных в окрестностях г. Казани. Показано, что донные отложения озер сохраняют постоянство своего химического состава и бальнеологическую ценность.
Ключевые слова: Голубые озера; донные отложения; химический состав; бальнеологическая ценность.
Голубые озера расположены в Государственном природном заказнике регионального значения комплексного профиля «Голубые озера», расположенном на правом берегу р. Казанка у п. Щербаково. Озера относятся к редкому азональному типу водоемов как для Республики Татарстан, так и для всего Среднего Поволжья - солоноватоводным, сульфатным карстовым озерам (Уникальные ..., 2001). В Голубых озерах аномальный специфический химический состав воды и донных отложений обусловлен высокой концентрацией солей в восходящих нижнепермских сульфатных водах, поступающих в озера (содержание сульфатов в подземных водах составляет в среднем 1400 мг/л, общая жесткость 21-28 ммоль/л, минерализация до 2.4 мг/л) (Геология ..., 2007). В озерах сохраняется постоянный солевой баланс, который представляет собой равновесие между поступлением химических элементов и их удалением.
Нестандартные условия водной среды (постоянная температуры воды в 6-7 С0 в течение полного годового цикла, интенсивный водообмен) и неординарность ее химического состава создали специфический набор видов флоры и фауны, а наличие характерной «бактериальной» субстанции способствовало формированию поверхностного активного слоя серых и чёрных илов донного субстрата. Все обитающие в Голубых озерах виды животных относятся к категории редко встречаемых, а водяной скорпион и молочно-белая планария занесены в Красную книгу РТ (2006).
Ранее донные отложения Голубых озер изучались гидробиологами как среда обитания бен-тосных организмов (Курбангалиева, Кошеварова, 1946), а также с точки зрения оценки их бальнеологической ценности (Уникальные ..., 2001). В
1997 г. при подготовке Государственного реестра особо охраняемых природных территорий был фрагментарно исследован состав донных отложений Большого Голубого озера (Большая и Малая Пучины) (Совершенствование ..., 1998).
Детальное изучение состава и свойств донных отложений Голубых озер были начато нами в 2000-х гг. (Зиганшин, 2005). В 2014 г. была выполнена очередная грунтовая съемка озер. С учетом морфометрических характеристик дна было установлено 10 станций отбора проб (рис. 1), охватывающих различные вариации глубин, в том числе М. Голубое-1 - 4 станции (№№1-4), М. Голубое-2 - 2 станции (№№5-6), Б. Голубое - 4 станции (№№7-10). В пробах донных отложений определены: объемный вес (ГОСТ 5180-84), влажность (ГОСТ 28268-89), гранулометрический состав (ГОСТ 12536-2014), реакция среды и минерализация водной вытяжки (ГОСТ 26423-85), содержание органического вещества (ГОСТ 26213-91), содержание тяжелых металлов (РД 52.18.191-89) и нефтепродуктов (ПНД Ф 16.1:2.2.22-98).
Еще в 1946 г. гидробиологи Х.М. Курбангалиева и О.В. Кашеварова отмечали, что донные отложения Большого Голубого озера довольно однообразны (Курбангалиева, Кашеварова, 1946). Это подтверждают и результаты современной съемки: в основной котловине озера отложения представлены главным образом серым глинистым илом и лишь изредка отдельными пятнами встречается черный ил (рис. 2, табл. 1). Покрывающие дно озер осадки имеют сапропелевидную консистенцию, содержат значительное количество растительных остатков, насыщены влагой и имеют устойчивый запах сероводорода (1-3 балла). По цвету доминируют темно-серые и серые илы с включениями цельных раковин или их фрагментов, а также мелкого щебня. Бальнеологическая ценность
Большое Голубое
Малое Голубое - 1
Малое Голубое - 2
Рис. 1. Карты-схемы точек отбора проб донных отложений Большого и Малых Голубых озер
иловых отложений обусловлена содержанием в них кальция, магния, калия, натрия, хлора, фтора, стронция, сульфатных и гидрокарбонатных ионов
(Уникальные ..., 2001).
Морфологически (по цвету, запаху, консистенции и другим признакам) донные отложения Малых Голубых озер мало отличались от отложений Большого Голубого озера, расположенного от них на достаточном удалении, что объясняется единством их происхождения.
По результатам исследований, проведенных в 1997 г., сделано предположение, что в стабильных анаэробных условиях донных отложений Голубых озер сформировалась специфическая группа бактерий (Совершенствование ..., 1998), с деятельностью которых, возможно, связано на-
Таблица 1. Характеристика биотопов оз. Большое Голубое
Участок Глубина, м Биотоп
Большая Пучина 15-16 Дно карстовой воронки, песчаный грунт среди зарослей водных растений
Северная часть озера 0.5 Серый ил, на поверхности дна плотные скопления домиков амфибиотических насекомых
Южная часть озера 1 Подводные «луга» харовой водоросли
Южная часть озера, у водопада 0.5-1 Песчано-каменистое дно, скопления матов зеленых нитчатых водорослей, сильное течение
копление сероводорода и органических соединений в илах. Накопление органического вещества в илах, а также богатство зарослей макрофитов и мхов являются причиной того, что основная масса планктона сосредоточена у дна, а водная толща крайне бедная. Другой важной причиной этого является высокий водообмен.
Результаты химического анализа показали, что донные отложения Большого и Малых Голубых озер характеризуются нейтральной и слабощелочной реакцией среды, обусловленной богатством водных масс соединениями щелочных и щелочноземельных металлов. Минерализация водной вытяжки изменяется от 2.1 до 4.8 мг/л (табл. 2). Следует отметить, что илы Большого Голубого озера более минерализованы.
Гранулометрический состав озерных отложений находится в тесной связи с их гидрологическим режимом и биологической продуктивностью. Аллохтонная составляющая осадков представлена продуктами эрозии с прилагающих водоразделов и склонов долины р. Казанка, автохтонная - разложившимся органическим веществом высшей водной растительности, планктона и бентоса. Возможно аутигенное минералообра-зование за счет соединений кальция, железа и других элементов, поступающих в озера из подземных источников. Несмотря на проточность и большой водообмен (от 3 до 12 раз в сутки) песчаные осадки присутствуют только в Большой Пучине (песчанистый ил) и карстовых воронках оз. Малое Голубое-1. Тонкодисперсные илы, покрывающие значительные площади дна Большого и Малых Голубых озер, содержат до 50% пелитовой фракции (<0.01 мм), влажность илов
20
российский журнал ним экологии
Рис. 2. Поверхность дна в мелководной зоне северной (слева) и центральной (справа) части акватории оз. Большое Голубое (фото Р.П. Токиновой)
изменяется от 80 до 120%, а объемный вес от 0.8 до 1.3 г/см3 (табл. 2).
Содержание органического вещества дифференцировано: оно минимально в опесчаненных осадках Малого Голубого озера-1 (5.0%), возрастает в Малом Голубом-2 (7.9%) и максимально - в илистых отложениях Большого Голубого озера (12.1%) (табл. 2). Органическое вещество отложений не только является питательным субстратом для специфической микрофлоры озера, но и играет важную роль в формировании бальнеологических свойств илов.
Стратиграфические исследования донных отложений озер нами не проводились. По литературным данным (Уникальные ..., 2001), мощность иловых отложений оз. Большое Голубое составляет в среднем 1.45 м. Данные о мощности отложений Малых Голубых озер в литературе отсутствуют, однако можно предполагать, что они существенно ниже.
Содержание тяжелых металлов в донных отложениях Голубых озер (табл. 3) не превышает фоно-
вые значения для водоемов Республики Татарстан (Иванов, Зиганшин, Осмелкин, 2010). Накопление металлов находится в тесной связи с типом отложений и их сорбционной емкостью: в песчаных осадках оно значительно ниже, чем в илах. В Большой Пучине (ст. 7) нами было зафиксировано высокое содержание меди. Возможно, оно имеет антропогенный генезис: на дне карстовой воронки сосредоточено огромное количество медных монет. Как показали исследования, под действием минерализованных подземных вод происходит выщелачивание соединений металлов, монеты становятся пористыми и существенно теряют в весе.
Содержание нефтепродуктов во всех исследованных пробах донных отложений было ниже предела обнаружения (50 мг/кг), фиксируемого соответствующей аналитической методикой их определения. Из этого следует, что озера не загрязнены нефтяными углеводородами.
В 2012-2013 гг. в протоке, соединяющей Большое
Таблица 2. Физико-химические и физические свойства донных отложений
№№ ст. рн М*, г/л ОВ, % V, г/см3 Гранулометрический состав (мм), %
1-0.25 0.25-0.05 0.05-0.01 0.010.005 0.0050.001 <0.001 <0.01
Большое Голубое
7 7.65 3.0 11.4 1.2 8.3 48.3 27.1 7.6 5.6 3.2 16.3
8 7.67 4.8 9.2 0.8 10.2 39.8 22.2 16.3 11.5 50.0
9 7.70 4.4 14.6 0.9 0.3 12.7 42.7 16.4 15.7 12.3 44.3
10 7.58 4.6 13.2 0.9 0.5 17.0 37.1 14.3 16.7 14.4 45.5
Малое Голубое - 1
1 6.65 2.1 0.1 1.3 61.8 36.2 0.5 0.4 1.2 - 1.5
2 7.38 3.3 8.3 1.0 19.8 29.1 24.5 6.2 14.0 6.5 26.7
3 7.97 2.8 3.2 1.4 0.5 62.3 32.3 1.5 1.7 1.7 4.9
4 7.72 3.1 8.4 1.1 1.1 30.6 47.5 5.8 12.2 2.9 20.8
Малое Голубое - 2
5 7.77 3.4 9.7 1.1 0.4 31.5 43.8 9.9 8.2 6.4 24.4
6 7.60 4.2 6.1 0.9 0.8 14.5 41.1 16.2 17.1 10.4 43.7
*М - минерализация водной вытяжки, ОВ - органическое вещество, V - объемный вес
Таблица 3. Содержание тяжелых металлов и нефтепродуктов (НП) в донных отложениях, мг/кг
№№ ст. Cd Pb Co Cu Ni Zn Cr Mn Fe НП
Большое Голубое
7 0.24 15.7 3.0 80.3 29.5 17.6 20.3 54.2 5678.1 < 50
8 0.33 19.6 7.0 24.4 39.2 42.8 31.2 121.6 12300.2 < 50
9 0.49 18.7 4.9 19.4 29.9 35.5 24.2 60.7 8204.6 < 50
10 0.47 11.0 6.1 22.7 35.6 35.6 24.5 95.8 10477.7 < 50
Малое Голубое - 1
1 0.22 6.9 1.3 5.0 5.6 6.7 9.8 21.1 1510.2 < 50
2 0.52 12.9 4.1 18.9 23.1 42.5 22.2 69.4 6728.4 < 50
3 0.35 11.5 2.6 18.8 11.5 12.6 14.2 51.0 4216.0 < 50
4 0.48 14.4 4.3 17.5 25.8 29.7 23.0 82.7 7235.3 < 50
Малое Голубое - 2
5 0.42 15.7 4.3 17.9 22.1 27.9 22.0 66.4 7530.7 < 50
6 0.42 17.7 5.8 45.0 32.7 37.3 25.3 112.8 10807.4 < 50
Голубое озеро с р. Казанкой, были выполнены берегоукрепительные работы, прямо или косвенно затронувшие весь водоем. Высказывались опасения, что указанные работы могли нарушить не только гидрологический и гидрохимический режимы озера, но условия залегания донных отложений. В этой связи было важно оценить, произошли ли реальные изменения в состоянии донных отложений после указанных работ. Проведенные нами исследования показали, что донные отложения озера Большого Голубого озера после проведенной реконструкции, сопровождаемой частичным спуском воды из озера, находятся в ненарушенном сложении и сохраняют свои нативные свойства и бальнеологическую ценность. Очевидно, что для сохранения экосистемы Голубых озер нельзя допускать изъятия донных отложений для бальнеологических нужд, так как это неизбежно нарушит функционирование сложившегося здесь уникального природного комплекса.
Список литературы
1. Геология Приказанского района. Путеводитель по полигонам учебных геологических практик. Казань: Новое знание, 2007. 206 с.
2. ГОСТ 28268-89. Почвы. Методы определения влажности, максимальной гигроскопической влажности и влажности устойчивого завядания растений.
3. ГОСТ 17.1.5.01-80. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб донных отложений водных объектов для анализа на загрязненность.
4. ГОСТ 26213-91. Почвы. Методы определения органического вещества.
5. ГОСТ 26107-84. Почвы. Методы определения общего азота.
6. ГОСТ 26261-84. Почвы. Методы определения валового фосфора и валового калия.
7. ГОСТ 26423-85. Почвы. Методы определения удельной электрической проводимости, рН и плотного остатка водной вытяжки.
8. ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного опре-
деления физических характеристик.
9. ГОСТ Р 12536-2014. Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава.
10. Государственный реестр особо охраняемых природных территорий в Республике Татарстан. Издание второе. Казань: Изд-во «Идел-Пресс», 2007. 407 с.
11. Иванов Д.В., Зиганшин И.И., Осмелкин Е.В. Региональные фоновые концентрации металлов в донных отложениях озер Республики Татарстан // Учен. зап. Казан. гос. унта. Сер. Естеств. науки. 2010. Т.152, кн.1. С.185-191
12. Зиганшин И.И. Донные отложения озер Республики Татарстан: Автореф. дис. ... канд. геогр. наук. Ярославль,
2005. 24 с.
13. Красная книга Республики Татарстан. Животные, растения, грибы. Изд. 2-е. Казань: Изд-во «Идел-Пресс»,
2006. 832 с.
14. Курбангалиева Х.М., Кашеварова О.В. Гидробиологическая характеристика Голубого озера // Учен. зап. Казан. ун-та. 1946. Т.106, кн.3. С.71-91.
15. Озера Среднего Поволжья. Л.: Наука, 1976. 256 с.
16. ПНД Ф 16.1:2.2.22-98. Методика выполнения измерений массовой доли нефтепродуктов в минеральных, органогенных, органо-минеральных почвах и донных отложениях методом ИК-спектрометрии.
17. Совершенствование сети особо охраняемых природных территорий и создание экологообеспечивающего каркаса Республики Татарстан (Западный ПТК Предкамья РТ). Отчет о НИР. Архив ИПЭН АН РТ. Т. 1. 1998. 338 с.
18. Уникальные экосистемы солоноватых карстовых озер Среднего Поволжья. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2001. 256 с.
D.V. Ivanov, I.I. Ziganshin, V.V. Malanin, A.A. Marasov, D.E. Shamaev, E.Kh. Rupova. Characteristics of the Golubye lakes sediments of Kazan.
The structure and basic physical and physicochemi-cal properties of the brackish Golubye lakes sediments located near the city of Kazan were considered. It is shown that the lakes sediments preserve the constancy of its chemical composition and balneological value.
Keywords: Golubye lakes; sediments; chemical composition; balneological value.
22
российский журннл лриклнлной экологии
