CC BY
15
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2023. No. 3
Научная статья УДК 911.2:556.11
doi: 10.18522/1026-2237-2023-3 -57-70
ГИДРОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОЗЁР БОЛЬШОЕ И МАЛОЕ ТУР АЛИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИССЛЕДОВАНИЙ В 2018 И 2021 годах
H.Н. БаранниковаД.Н. Гарькуша2, Ю.А. Фёдоров3, И.А.А. Альмаджамаи4, А. Эрешова5, Е.В. Чернявская6
I,2, з, 4,5, б Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия 1nnbarannikova@sfedu. ruB
2gardim 1@yandex. ru 3fedorov@sfedu. ru
Аннотация. В летние месяцы 2018 и 2021 гг. в воде озёр Малое и Большое Турали определены концентрации главных ионов, сухой остаток, значения pH и температуры; в различных горизонтах (до 20 см) донных отложений, помимо концентраций метана и суммарного сероводорода, определены значения Eh и рН, влажность и плотность. Минерализация вод озёр Большое и Малое Турали в 2018 г., соответственно, составляла 275,8 и 19,1 г/дм3. По химическому составу класс вод в озерах хлоридный, группа натриевая, тип второй. В 2021 г. минерализация озер снизилась, особенно сильно в оз. Большое Турали. Показано, что значительное рассоление его вод не связано с выпадением атмосферных осадков, а вызвано искусственным обводнением водами подпитывающего канала. Для отложений озёр характерна нейтральная или слабощелочная среда (рН от 7,01 до 7,88) и сильная изменчивость окислительно-восста-новительныхусловий (Eh от -213,8 до +177,0 мВ). Концентрации СН4 в отложениях озёр Малое и Большое Турали варьировались в пределах 0,006-0,070 и 0,011-0,12 мкг/г влажного осадка. Концентрации Yfl2S изменялись от <0,005 до 0,241 мг/г - в оз. Малое Турали и от <0,005 до 1,47 мг/г - в оз. Большое Турали. Связь между СН4 и Yfl2S проявляется слабо, что обусловлено незначительными их концентрациями, связанными с недостаточно низким для интенсивного протекания анаэробных процессов Eh в большинстве горизонтов отложений.
Ключевые слова: Туралинские озёра, источники питания, вода, донные отложения, катион-анионный состав, Eh, рН, метан, сероводород
Благодарности: исследование выполнено по гранту Российского научного фонда № 22-27-00671, https://rscf.ru/project/22-27-00671/, в Южном федеральном университете.
Для цитирования: Баранникова Н.Н., Гарькуша Д.Н., Фёдоров Ю.А., Альмаджамаи И.А.А., Эрешова А., Чернявская Е.В. Гидрохимические особенности озёр Большое и Малое Турали по результатам исследований в 2018 и 2021 годах // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2023. № 3. С. 57-70.
Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
© Баранникова Н.Н., Гарькуша Д.Н., Фёдоров Ю.А., Альмаджамаи И.А.А., Эрешова А., Чернявская Е.В., 2023
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2023. No. 3
Original article
HYDROCHEMICALFEATURES OF LAKES BOLSHOE AND MALOE TURALI ACCORDING TO RESEARCH RESULTS IN 2018 AND 2021
N.N. Barannikova1BI, D.N. Gar'kusha2, Yu.A. Fedorov3, I.A.A. Almajamai4, A. Ereshova5, E.V. Chernyavskaya6
h 2,3,4 5 6 Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia
hnnbarannikova@sfedu.ruB
2gardim1@yandex.ru
3fedorov@sfedu. ru
Abstract. In the summer months of 2018 and 2021, concentrations of major ions, dry residue, pH and temperature were determined in the water of the Maloe and Bolshoe Turali lakes; in various horizons (up to 20 cm) of bottom sediments, in addition to concentrations of methane and total hydrogen sulfide, Eh and pH values, humidity and density were determined. The mineralization of the waters of the Bolshoe and Maloe Turali lakes in 2018 was 275.8 and 19.1 g/dm3, respectively. According to the chemical composition, the class of waters in lakes is chloride, the sodium group, the second type. In 2021, the mineralization of lakes decreased, especially strongly in the lake Bolshoe Turali. It is shown that the significant salinization of its waters is not associated with precipitation, but is caused by artificial flooding of the feeding channel with water. Lake sediments are characterized by a neutral or slightly alkaline environment (pH from 7.01 to 7.88) and strong variability of redox conditions (Eh from -213.8 to 177.1 mV). The concentrations of CH4 in the sediments of the Maloe and Bolshoe Turali lakes varied in the range of0.006-0.0 70 pg/g of wet sediment and 0.011-0.12 pg/g, respectively. The concentrations of Yfl2S varied from <0.005 to 0.241 mg/g in the lake of Maloe Turali and from <0.005 to 1.47 mg/g in the lake of Bolshoe Turali. The relationship between CH4 and Yfl2S is weakly manifested, which is due to their insignificant concentrations associated with Eh not low enough for intensive anaerobic processes in most sediment horizons.
Keywords: Turaly lakes, food sources, water, bottom sediments, cation-anionic composition, Eh, pH, methane, hydrogen sulfide
Acknowledgments: the study was carried out under the grant of the Russian Science Foundation No. 22-2700671, https://rscf.ru/project/22-27-00671/, at the Southern Federal University.
For citation: Barannikova N.N., Gar'kusha D.N., Fedorov Yu.A., Almajamai I.A.A., Ereshova A., Chernyavskaya E.V. Hydrochemical Features of Lakes Bolshoe and Maloe Turali According to Research Results in 2018 and 2021. Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Natural Science. 2023;(3):57-70. (In Russ.).
This is an open access article distributed under the terms of Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC-BY 4.0).
Введение
Озёра Большое и Малое Турали (Туралинские озёра) расположены в центральной части западного побережья Каспийского моря, на южной окраине г. Каспийска, на севере Карабудах-кентского района Республики Дагестан [1].
Туралинские озёра - естественные постоянные приморские водоёмы лагунного происхождения, вытянутые параллельно друг другу с северо-запада на юго-восток вдоль побережья Каспий-
ского моря. От Каспийского моря оз. Большое Турали отделено подверженной переработке ветром песчано-гравийно-галечной пересыпью шириной до 1,7-2,5 км с псаммофильной растительностью. К западу от него на расстоянии до 750 м на севере, до 280 м на юге и на 10 м гипсометрически выше расположено оз. Малое Турали. Гряда, отделяющая озера и являющаяся препятствием для поверхностного водообмена между ними, сложена плотными песчаными отложениями, ракушей, суглинками и известняками [2].
Располагаются озёра на двух древних морских террасах, сформированных в периоды поздне-хвалынской и в последнюю фазу новокаспийских трансгрессий [3]. Образовались озёра из от-шнуровавшихся лагун Каспийского моря при падении его уровня, унаследовав их плоские выровненные чаши.
Берега озёр на большей части открытые, и лишь по берегам оз. Малое Турали местами формируются разреженные и невысокие заросли тростника. Территории вокруг озёр заняты злаково-полынной полупустынной растительностью с сильнозасоленными почвами, в составе которых преобладает сульфатно-хлоридное и хлоридно-сульфатное засоление [4].
Озёра питаются атмосферными осадками, солёными грунтовыми водами и попусками воды с каналов [5, 6]. Вода в озёрах солёная [2, 6]. Формирование химического состава вод исследуемых озёр связано как с естественными процессами растворения солей, содержащихся в подстилающих ложе озёр породах, ионно-обменными процессами и концентрированием солей при испарении вод, так и с антропогенным влиянием [2].
Согласно оценке [7], озёра Большое и Малое Турали имеют очень высокую антропогенную нагрузку и уровень загрязнения, связанные с близостью к крупным городам - Махачкале и Каспийску. Наиболее негативное влияние оказывают застройка водосбора, обусловливающая поступление хозяйственно-бытовых сточных вод, и замусоренность различными бытовыми отходами прибрежной зоны [7]. Как следствие, в отложениях данных озёр фиксируется повышенная численность суль-фитредуцирующих клостридий - индикатора фекального загрязнения [2], что представляет опасность для местного населения, использующего их в качестве лечебных грязей [8]. Важным фактором загрязнения озёр является также непосредственная близость сельскохозяйственного сектора, откуда поступают биогенные вещества и удобрения, что обусловливает высокое содержание аммонийного азота в их водах [6].
По данным [3], наряду с резким сокращением площади поверхностных водосборов озёр (с 45,8 до 7,2 км2 для оз. Малое Турали и с 19,8 до 10,5 км2 для оз. Большое Турали) уменьшилась и площадь самих озёр. Так, на протяжении последних лет водное зеркало оз. Малое Турали не превышает 50 % от максимальной наполняемости, а оз. Большое Турали, даже при искусственном обводнении в холодное время года, летом часто пересыхает. Возможной причиной является сооружение в 1987 г. магистрального коллектора дренажных вод К-6, проходящего рядом с озерами, что могло полностью отрезать озёра от потока грунтовых вод, распространяющихся от предгорий к Каспийскому морю [3].
Озёра характеризуются сглаженностью береговых линий, имеют овально-удлиненную форму и относятся к озёрам со средней площадью водного зеркала (от 1,01 до 10,0 км2) [7]. Берега озёр пологие, аккумулятивные, за исключением юго-западного участка оз. Большое Турали, сложенного моноклинально залегающими пластами верхнесарматских известняков [2]. В настоящее время этот участок интенсивно разрабатывается для добычи строительного камня. Прилегающая к озёрам с запада и юго-запада равнина отличается ровными поверхностями, нарушенными небольшими естественными понижениями, многочисленными каналами и валами оросительных систем.
Мелководность Туралинских озёр (до 1-1,5 м в центральных плесах) определяет особенности термического режима в них - быстрый прогрев и быстрое охлаждение водной массы [9].
В оз. Большое Турали обитает реликт Сарматского моря - микроскопический жаброногий рачок Artemia salina, живущий в гипергалинных озёрах, что объясняет розоватый оттенок его вод.
Несмотря на близость Махачкалы и Каспийска, озёра являются одним из ключевых мест миграционных остановок и массовой зимовки водоплавающих и околоводных птиц на Каспийском побережье [10]. Помимо орнитологического, Туралинские озёра имеют и большое эстетическое значение и подлежат учету и охране как гидроминеральный тип памятников
природы [11]. Кроме этого, оз. Малое Турали использовалось для рыборазведения, а в оз. Большое Турали административными органами республики планируется добыча лечебных грязей.
Несмотря на важное хозяйственное и природоохранное значение, Туралинские озёра в гидрохимическом и микробиологическом отношении слабо изучены [2, 6].
Целью настоящих исследований является изучение химического и газового состава вод и донных отложений Туралинских озёр.
Материалы и методы исследования
Экспедиционные исследования проведены в восточной прибрежной зоне оз. Малое Турали (станция 1) и северо-западной прибрежной зоне оз. Большое Турали (станция 2) (рис. 1) во второй половине августа 2018 г. и середине июля 2021 г.
Рис. 1. Местоположение точек отбора проб в озёрах Большое и Малое Турали / Fig. 1. Location of sampling points in lakes Bolshoe and Maloe Turali
В оз. Малое Турали пробы донных отложений отобраны в 6 м (точка 1-1) и 15 м (точка 1-2) от уреза воды на глубинах до 0,6 м. В оз. Большое Турали пробы отложений отобраны в 30 м (точка 2-1) и 50 м (точка 2-2) от уреза воды на глубинах до 0,3-0,4 м.
Донные отложения отобраны с помощью специальной пластиковой трубки длиной 500 мм и диаметром 45 мм с остро заточенными краями и фторопластовым поршнем для выдавливания керна. В керне с различных горизонтов (0-5, 5-10, 10-15 и 15-20 см) специальным устройством мерником [12] отобраны пробы, в которых, помимо концентраций метана и общего содержания сульфидной серы (далее суммарного сероводорода - S^S), определены значения Eh и рН, влажность и плотность (табл. 1).
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2023. No. 3
Таблица 1 / Table 1
Результаты исследований донных отложений озёр Большое и Малое Турали / Results of studies of bottom sediments of lakes Bolshoe and Maloe Turali
Местоположение точки отбора проб. Координаты, с.ш./в.д. Горизонт, см СН4, мкг/г вл.о. да, мг/г вл.о. pH Eh, мВ ft г/см3 вл.о. Влажность, % Визуальное описание донных отложений
Т. 1-1, оз. Малое Турали, в 6 м от берега 42°50'36 66" 0-5 0,012 * 0,020 0,005 <0,005 7,69 7,61 +141,7 +177,1 1,963 1,438 26,9 27,5 Бурый, влажный, пластичный глинистый ил с серыми прослоями
47°39'33.29" 5-10 0,030 0,021 0,005 <0,005 7,17 7,77 +2,4 +124,2 2,174 1,622 24.0 22.1 То же, только более плотный и менее влажный
10-15 0,055 <0,005 7,67 — 2,052 23,2 То же
Т. 1-2, оз. Малое Ту-рали, в 15 м от берега 42°50'36.42" 0-5 0,037 0,040 0,144 0,180 7,11 7,20 +7,0 +9,9 1,751 1,573 35,2 43,4 Серый, влажный, пластичный глинистый ил с включениями полуразложившейся растительности
47°39'33.05" 5-10 0,070 0,028 0,015 0,241 7,44 7,30 -127,9 -137,9 1,865 1,608 35,2 33,7 То же, только серо-светло-коричневый
10-15 0,023 0,006 0,005 0,006 7,30 7,26 -29,7 -114,8 1,943 1,778 30,9 30,3 То же, только буровато-светло-коричневый
15-20 0,018 <0,005 7,44 - 1,807 27,0 То же
Т. 2-1, оз. Большое Турали, в 30 м от берега 42°50'47.04" 47°40'03.05" 0-5 0,120 0,022 1,470 0,821 7,30 7,62 -213,8 -166,1 1,692 1,808 32,0 24,2 Темно-серый, влажный глинистый ил с примесью тонкого песчаного материала
5-10 0,028 0,038 0,005 0,005 7,30 7,84 -48,3 -140,0 1,899 1,839 29,4 21,6 То же, только серый и менее влажный
10-15 0,035 0,035 0,005 <0,005 7,23 7,53 -46,1 -97,9 1,961 2,302 32.8 19.9 То же, только светлосерый
15-20 0,024 0,005 7,11 -30,9 2,046 34,3 То же
Т. 2-2, оз. Большое Турали, в 50 м от берега 42°50'47.46" 47°40'03.60" 0-5 0,026 0,011 0,006 <0,005 7,01 7,88 -95,7 -136,0 1,947 1,853 37.4 12.5 Темно-серый, влажный ил с примесью тонкого песчаного материала
5-10 0,021 0,015 0,005 <0,005 7,28 7,86 -12,5 -110,5 2,056 1,915 28,2 11,0 То же, только серый
10-15 0,023 0,005 7,16 -49,0 1,917 30,8 То же, только светлосерый
15-20 0,061 0,005 7,10 -44,4 1,947 25,4 То же
Примечание. * - в числителе приведены данные за 2018 г.; в знаменателе - за 2021 г.; прочерк - измерения не проводились.
В 2018 г. в воде Туралинских озёр в точках 1-1 и 2-2 определены концентрации главных ионов (НСОз-, СГ, 8042-, Са2+, Mg2+, К+), значения рН и температуры. В 2021 г. в пробах воды, отобранных в данных точках, выполнено определение сухого остатка, значений рН и температуры (табл. 2).
Таблица 2 / Table 2
Результаты исследований вод озёр Большое и Малое Турали / Results of studies of the waters of the lakes Bolshoe and Maloe Turali
Показатель № точки отбора проб
Т. 1-1, оз. Малое Турали Т. 2-2, оз. Большое Турали
Т, °С 25 * 30 32 26
рН 7,99 7,97-8,06 7,85 7,90-7,95
Ca2+, мг/л 346 400
Mg2+, мг/л 793 12946
Na+, мг/л 5000 74497
K+, мг/л 72 1275
НСО3-, мг/л 577 966
SO42-, мг/л 4456 75925
Cl-, мг/л 7896 109793
X ионов, мг/л 19140 275802
Сухой остаток, мг/л 10750-10890 19260-19460
Жесткость, мг-экв/л 82,533 1085,43
Щелочность, мг-экв/л 9,450 15,830
Примечание. * - в числителе приведены данные за 2018 г.; в знаменателе - за 2021 г.
Отбор, транспортировка, хранение проб донных отложений и последующее определение метана и сероводорода проводили согласно аттестованным методикам [13, 14]. Определение концентрации метана в пробах проведено на газовом хроматографе «Хроматэк-Кристалл 5000.2» с дозатором равновесного пара на пламенно -ионизационном детекторе. Выполнение измерений массовой доли сульфидной серы (XH2S) основано на переводе сульфидов донных отложений в сероводород действием соляной кислоты и последующей отдувке сероводорода азотом особой чистоты в раствор гидроксида натрия и определения сульфид -ионов фотометрическим методом с К,К-диметил-п-фенилендиамином [14]. Определение газов производилось в донных отложениях при их естественной влажности и выражалось в мкг/г и мг/г влажного осадка (вл. о.) соответственно для метана и сероводорода. Одновременно с отбором проб в заранее взвешенные и пронумерованные бюксы отбирали навеску донных отложений для определения их влажности и плотности. Измерение значений рН, БЬ и температуры выполнено с помощью электродов портативного рН-метра-иономера «Экотест 2000» сразу после отбора проб. Концентрации главных ионов и сухой остаток в рапе определены по общепринятым в системе Росгидромета стандартным методикам [ 15].
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2023. No. 3
Результаты исследования и их обсуждение
В период наблюдений в 2018 г. была ясная, малооблачная погода, температура воздуха до +32 °С, влажность 45-46 %, ветер юго-восточный, скорость ветра 6-12 м/с. На момент исследований в 2021 г. была преимущественно облачная погода (до 88 %), температура воздуха до +28 °С, влажность 64-65 %, ветер восточный, скорость ветра до 6-7 м/с.
Согласно расчетам, проведенным по актуальным на момент исследований космосникам (Sentinel-2), площадь водной поверхности оз. Большое Турали в 2018 и 2021 гг. составляла соответственно 3,38 и 5,13 км2, длина - 8,6 и 10,7 км и максимальная ширина - 2,4 и 2,7 км. Урез воды в озере в 2021 г. находился на 23 м ниже уровня Мирового океана, что на 5 м выше уровня Каспийского моря.
Площадь водной поверхности оз. Малое Турали в 2018 и 2021 гг. составляла соответственно 1,43 и 1,61 км2, длина - 5,85 и 5,94 км и максимальная ширина - 1,51 и 1,58 км. Абсолютная отметка поверхности воды в озере в 2021 г. находилась на уровне - 13 м.
Температура воды в период отбора проб в 2018 и 2021 гг. в оз. Малое Турали достигала 2325 и 26-30 °С, в оз. Большое Турали - 32-35 и 26-30 °С, с минимальными значениями на более удаленных от берега точках наблюдения.
Минерализация воды в оз. Малое Турали (т. 1-1), по данным проведенных в 2018 г. исследований, составляла 19,1 г/дм3 (солоноватые воды). По химическому составу вода этого озера в соответствии с классификацией О.А. Алекина [16] относится к классу хлоридных вод, группе натриевых вод, второму типу (формула Для вод оз. Малое Турали формула Курлова, в
которой указываются только ионы, присутствующие в воде в количестве больше чем 12,5 % экв. (из расчета к 50 % сумм анионов и катионов раздельно) имеет следующий вид:
М191 = (сг)з5.54(5О4)14,80рН7, 99
(ЛТа)з4,69
Минерализация воды в оз. Большое Турали (т. 2-2) в 2018 г. составляла 275,8 г/дм3 (рассолы). Вода (рапа) этого озера также относится к классу хлоридных вод, группе натриевых вод, типу второму. Формула Курлова для вод оз. Большое Турали имеет следующий вид:
м = (ср34,22(S04)l7,47 5
М275'8 = (Na)35,79 РН7'85'
В 2021 г. минерализация вод обоих озёр по сравнению с 2018 г. заметно снизилась, о чем свидетельствуют данные определения сухого остатка. При этом вода оз. Большое Турали больше опреснилась (до 19,3-19,5 г/дм3 сухого остатка) по сравнению с водами оз. Малое Турали, в которых содержание сухого остатка в 2021 г. составило 10,8-10,9 г/дм3.
Резкое снижение солёности оз. Большое Турали, подтверждаемое данными [6], согласно которым солёность воды в этом озере в мае-июне 2019 г. составляла 6,71-6,94 %о, обусловлено поступлением в озеро большого объема слабоминерализованных вод. Последнее подтверждается увеличением в 1,5 раза площади водной поверхности оз. Большое Турали в 2021 г. по сравнению с 2018 г. Возможным источником пресных вод в объёме, необходимом для наблюдаемого в оз. Большое Турали рассоления рапы, могли быть как атмосферные осадки, так и попуски воды с подпитывающего канала.
Анализ массива базы данных Всероссийского научно-исследовательского института гидрометеорологической информации (ВНИИГМИ-МЦД) [17] по наиболее близко расположенной к озёрам (~30 км) метеостанции Махачкала показывает (рис. 2), что за период с 2017 по 2021 г. изменения среднегодовых количеств атмосферных осадков и температур воздуха были невелики и поэтому не могли определять значительное наполнение водой котловины оз. Большое Турали и, как следствие, опреснение его вод. Вероятно, основной причиной рассоления рапы оз. Большое Турали являлось искусственное обводнение пресными водами по проходящему рядом каналу (коллектор К-6).
Сделанный вывод о незначительной роли атмосферных осадков в рассолении озера согласуется с исследованиями [3], показавшими, что вследствие естественного увлажнения в центральном понижении оз. Большое Турали может накопиться слой воды не более 10 см.
В целом сильное рассоление оз. Большое Турали представляет серьезную угрозу для его экосистемы и может привести к ухудшению качества донных отложений, которые планируется использовать для грязелечения. Так, согласно работе [18], оптимальной для микроорганизмов грязеобразователей считается рапа, минерализация которой лежит в пределах 50100 г/кг.
В оз. Малое Турали донные отложения в точках наблюдения представлены пластичными глинистыми илами. При удалении от берега их цвет меняется с бурого на серый, что может свидетельствовать о смене окислительной обстановки восстановительной. Донные отложения оз. Большое Турали представлены от темно- до светло-серого цвета глинистыми илами с небольшой примесью тонкозернистого песка.
30
Рис. 2. Изменение среднемесячных значений температуры воздуха и количества атмосферных осадков за период 2017-2021 гг., метеостанция Махачкала (построено авторами по данным [17]) / Fig. 2. Change in the average monthly values of air temperature and precipitation for the period 2017-2021, Makhachkala weather station (built by the authors according to [17])
В оз. Большое Турали физико-химические показатели в исследованных в 2018 и 2021 гг. горизонтах донных отложений (до 20 см) следующие: влажность 25,4-37,4 и 19,4-24,2 %; плотность 1,69-2,06 и 1,81-2,30 г/см3; рН 7,01-7,30 (нейтральная среда) и 7,53-7,88 (слабощелочная среда); Eh от -213 до -12,5 и от -166,1 до -97,9 мВ (восстановительная среда) соответственно. При этом значения Eh становятся менее восстановленными в направлении от верхних к нижним горизонтам (рис. 3).
В донных отложениях оз. Малое Турали физико-химические показатели в 2018 и 2021 гг., соответственно, следующие: влажность 24,0-35,2 и 22,1-43,4 %; плотность 1,75-2,17 и 1,442,05 г/см3; рН 7,11-7,69 и 7,20-7,77 (нейтральная - слабощелочная среда); БЬ от -127,9 до 141,7 и от -137,9 до 177,1 мВ. В данном озере, в отличие от озера Большое Турали, значения БЬ становятся более восстановленными в направлении от верхних к нижним горизонтам и при удалении точек отбора проб от берега (рис. 3). В обоих озёрах, как правило, значения рН немного увеличиваются от поверхностного (0-5 см) к подповерхностному (5-10 см) горизонту, после чего незначительно снижаются; плотность отложений закономерно возрастает с глубиной, а влажность уменьшается.
Рис. 3. Распределение значений Eh, рН, плотности и влажности по вертикальному профилю донных отложений Туралинских озёр в 2018 (а) и 2021 гг. (б): 1 - точка 1-1; 2 - точка 1-2; 3 - точка 2-1; 4 - точка 2-2 / Fig. 3. Distribution of Eh, pH, density and humidity values along the vertical profile of bottom sediments of the Turaly Lakes in 2018 (a) and 2021 (b): 1 - point 1-1; 2 - point 1-2; 3 - point 2-1; 4 - point 2-2
Концентрация метана в исследованных в 2018 и 2021 гг. горизонтах донных отложений оз. Малое Турали варьировалась, соответственно, в пределах 0,012-0,070 мкг/г (в среднем 0,034 мкг/г) и 0,006-0,055 мкг/г влажного осадка (в среднем 0,027 мкг/г). В оба периода более высокие концентрации чаще наблюдались в нижних горизонтах (рис. 4), а минимальные - в поверхностном (0-5 см) слое, за исключением донных отложений, отобранных в 2021 г. в точке 1-2, в которой концентрации метана в поверхностном слое были максимальными для оз. Малое Турали. В целом в точке 1-2, расположенной дальше от уреза воды, концентрации метана в донных отложениях, как в 2018 г., так и в 2021 г. были более высокими, чем в точке 2 -2, расположенной ближе к берегу.
Концентрация метана в донных отложениях оз. Большое Турали варьировалась в пределах 0,021-0,12 (в среднем 0,042 мкг/г) и 0,011-0,038 мкг/г (в среднем 0,024 мкг/г) соответственно в 2018 и 2021 гг. Так же, как и в оз. Малое Турали, в оба периода наблюдений наиболее высокие его концентрации, как правило, были приурочены к нижним горизонтам отложений, за исключением точки 2-1, где в 2018 г. в поверхностном (0-5 см) слое концентрации метана были максимальными (0,12 мкг/г) для оз. Большое Турали. В отличие от оз. Малое Турали в оз. Большое Турали более высокие концентрации метана в оба периода наблюдались в точке 2-1, расположенной ближе к урезу воды.
Рис. 4. Распределение концентраций СН4, мкг/г, (1) и XH2S, мг/г, (2) по вертикальному профилю донных отложений Туралинских озёр: а - 2018 г.; б - 2021 г. / Fig. 4. Distribution of concentrations of CH4, mg/g, (1) and EH2S, mg/g, (2) in the vertical profile of bottom sediments of the Turaly lakes: a - 2018; b - 2021
Концентрация в донных отложениях оз. Малое Турали в 2018 и 2021 гг. изменялась,
соответственно, в диапазоне 0,005-0,144 (в среднем 0,035 мг/г) и <0,005-0,241 мг/г влажного осадка (в среднем 0,064 мг/г) и в оз. Большое Турали - в диапазоне 0,005-1,47 (в среднем 0,188 мг/г) и <0,005-0,821 мг/г (в среднем 0,168 мг/г). В оба периода в большинстве отобранных проб донных отложений исследованных озёр концентрации были близкими к пределу обнаружения (0,005 мг/г) или ниже его. И только в верхних горизонтах отложений точек 1-2 и 2-1 определены достаточно высокие концентрации ХН2$, достигающие значений 0,180-0,241 и 0,821-1,47 мг/г соответственно.
В целом для всего массива данных связь между концентрациями исследуемых восстановленных газов проявляется слабо. Это обусловлено тем, что 60 % массива составляют пробы, в которых концентрации XH2S находятся на уровне предела обнаружения или ниже его. Концентрации метана также очень малы. Низкие концентрации и характер распределения по вертикали донных отложений озёр СН4 и XH2S, являющихся важными показателями качества лечебных грязей в бальнеологии [19], могут свидетельствовать о подавлении процессов образования этих газов. Причиной подавления, вероятно, является недостаточно низкий для интенсивного протекания анаэробных процессов окислительно-восстановительный потенциал, значимое влияние которого на концентрации исследуемых восстановленных газов установлено на примере многих водных объектов [20, 21]. Так, в оз. Малое Турали в 70 % проб донных отложений значения Eh варьируют от -29,7 до 177,1 мВ (в среднем 61,8 мВ), в оз. Большое Турали в 46 % проб значения Eh составляют от -12,5 до -49,0 мВ (в среднем -38,5 мВ). В донных отложениях, где значения Eh приближаются к -150 мВ и ниже, концентрации СН4 и XH2S, как правило, заметно увеличиваются, достигая максимальных значений для обоих газов в наиболее восстановленном (0-5 см) слое отложений точки 2-1 в оз. Большое Турали (Eh от -166,1 до -213,8 мВ). Высокие концентрации XH2S (до 1,47 мг/г) в резко восстановительной обстановке 0-5 см слоя донных отложений точки 2-1 при относительно низких концентрациях СН4 (до 0,12 мкг/г) могут свидетельствовать об активной деятельности консорциума анаэробных метанокисляющих архей и сульфатредуцирующих бактерий [20, 22, 23], сопровождающейся интенсивными образованием H2S и окислением СН4.
Выводы
1. Минерализация вод в озёрах Большое и Малое Турали в августе 2018 г., соответственно, составляла 275,8 (рассолы) и 19,1 г/дм3 (солоноватые воды). По химическому составу воды озёр отнесены (по классификации О.А. Алекина) к классу хлоридных вод, группе натриевых вод, типу второму. В июле 2021 г. минерализация вод обоих озёр снизилась, особенно сильно в оз. Большое Турали (до 19,3-19,5 г/дм3 сухого остатка). Резкое снижение минерализации вод оз. Большое Турали обусловлено поступлением в озеро большого объёма слабоминерализованных вод. Анализ гидрометеорологической информации за период с 2017 по 2021 г. показал, что изменения среднегодовых количеств атмосферных осадков и температур воздуха были невелики и поэтому не могли определять значительное рассоление его вод. Основной причиной рассоления рапы оз. Большое Турали, вероятно, являлось искусственное обводнение водами проходящего рядом канала.
2. Исследованные в летние месяцы 2018 и 2021 гг. донные отложения (до 20 см) Туралинских озёр представлены глинистыми илами, для которых характерна нейтральная или слабощелочная среда (рН от 7,01 до 7,88). В отложениях оз. Большое Турали в оба периода наблюдались восстановительные условия (Eh от -213,8 до -12,5 мВ), в то время как в оз. Малое Турали в отдельных слоях - как окислительная, так и восстановительная обстановка (Eh от -137,9 до +177,1 мВ). При положительных значениях Eh слои донных отложений приобретали бурую окраску.
3. Концентрация метана в донных отложениях озёр Малое и Большое Турали варьировалась в небольшом диапазоне, соответственно, от 0,006 до 0,070 (в среднем 0,030 мкг/г; медиана -0,026 мкг/г) и от 0,011 до 0,12 мкг/г влажного осадка (в среднем 0,035 мкг/г; медиана - 0,025 мкг/г). В обоих озёрах как в 2018 г., так и в 2021 г. наиболее высокие его концентрации, как правило, были приурочены к нижним горизонтам отложений. Концентрация XH2S изменялась в диапазонах от <0,005 до 0,241 мг/г влажного осадка (в среднем 0,052 мг/г; медиана - 0,005 мг/г) - в оз. Малое Турали и от <0,005 до 1,47 мг/г (в среднем 0,181 мг/г; медиана - 0,005 мг/г) - в оз. Большое Турали.
4. Связь между концентрациями в донных отложениях исследуемых восстановленных газов проявляется слабо, что обусловлено очень низкими их концентрациями, близкими к пределу обнаружения в большинстве проб. Небольшие концентрации СН4 и XH2S, вероятно, обусловлены недостаточно низким для интенсивного протекания анаэробных процессов окислительно-восстановительным потенциалом донных отложений (Eh выше -50 мВ в оз. Малое Турали наблюдается в 70 % проб и в оз. Большое Турали - в 46 %). В отложениях, где значения Eh снижаются до -150 мВ и ниже, концентрации СН4 и XH2S заметно увеличиваются. Высокие концентрации
XH2S при относительно низких концентрациях СН4 могут свидетельствовать об активной деятельности консорциума анаэробных метанокисляющих архей и сульфатредуцирующих бактерий.
5. В целом наблюдаемое рассоление вод оз. Большое Турали, наряду с низкими концентрациями в донных отложениях СН4 и XH2S - газов, являющихся важными показателями качества лечебных грязей, свидетельствует о неоптимальности условий для формирования их бальнеологических свойств.
Список источников
1. Салихов З.М., Баранникова Н.Н., Трубник Р.Г., Лулудов Н.И., Федоров Ю.А. Экспедиционные исследования грязевых озер Республики Дагестан // Инновационные подходы в современной науке. М.: Интернаука, 2019. Ч. 1. С. 20-33.
2. Федоров Ю.А., Баранникова Н.Н., Доценко И.В., Лулудов Н.И. Грязевые озера Республики Дагестан: прошлое и настоящее. Ростов н/Д.: Донской изд. дом, 2019. 107 с.
3. Шапоренко С.И., Десинов С.Л. Исследование водного питания оз. Большое Турали с применением космических снимков // Исследование Земли из космоса. 2021. № 2. С. 77-86.
4. Баламирзоев М.А., Аличаев М.А., Шахмирзоев Р.А., Джабраилов Д. У. Почвенно-агроэкологическое районирование приморской низменности Дагестана в целях охраны и рационального использования земель // Тр. Ин-та геологии Даг. НЦ РАН. 2014. № 63. С. 43-46.
5. Водные ресурсы Дагестана: состояние и проблемы / отв. ред. И.М. Сайпулаев, Э.М. Эльдаров. Махачкала, 1996. 180 с.
6. Юсупов А.Р., Курбанисмаилова А. С., Алхулаев К.Г., Мамаев А. С., Юсупов З.А. Влияние антропогенного фактора на химический состав озер засушливых районов Дагестана (на примере Большое и Малое Турали) // Аридные экосистемы. 2021. Т. 27, № 4 (89). С. 118-122.
7. Гарькуша Д.Н., Фёдоров Ю.А., Потапов Е.Г., Крамаренко В.А. Морфометрия и морфология грязевых озер Ростовской, Волгоградской и Астраханской областей, республик Калмыкия и Дагестан: антропогенная нагрузка на них // Курортная медицина. 2021. № 1. С. 24-36.
8. Fedorov Yu.A., Gar'kusha D.N., TrubnikR.G., Morozova M.A. Sulfite-Reducing Clostridia and their Participation in Methane and Hydrogen Sulfide Formation in the Bottom Sediments of Water Objects and Streams of the ETR South // Water Resources. 2019. Vol. 46, № 1. P. S85-S93.
9. Лурье П.М., Панов В.Д. Реки бассейна Азовского моря: гидрография и режим стока. Ростов н/Д.: Донской изд. дом, 2021. 670 с.
10. Вилков Е.В. Лагуны Дагестана как модель трансформации морских побережий в условиях трансгрессии Каспия и их роль в сохранении птиц палеарктики // Вестн. Даг. НЦ. 2017. № 65. С. 43-53.
11. Юсупов А.Р., Мамаев С.А., Мамаев А.С., Юсупов З.А. Гидроминеральные и живописные природные памятники низменного Дагестана // Тр. Ин-та геологии Даг. НЦ РАН. 2021. № 3 (86). С. 86-93.
12. Федоров Ю.А., Тамбиева Н.С., Гарькуша Д.Н., Хорошевская В.О. Метан в водных экосистемах. Ростов н/Д.; М.: Ростиздат, 2007. 330 с.
13. РД 52.24.511-2013. Массовая доля метана в донных отложениях. Методика измерений газохрома-тографическим методом с использованием анализа равновесного пара. Ростов н/Д.: Гидрохим. ин-т, 2013. 19 с.
14. РД 52.24.525-2011. Массовая доля сульфидной серы в донных отложениях. Методика выполнения измерений фотометрическим методом с М,М-диметил-п-фенилендиамином. Ростов н/Д.: Гидрохим. ин-т, 2011. 26 с.
15. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши / под ред. Л.В. Боевой. Ростов н/Д.: НОК, 2009. Ч. 1. 1037 с.
16. Алекин O.A. Основы гидрохимии. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. 444 с.
17. База данных Всероссийского научно-исследовательского института гидрометеорологической информации. URl: http://meteo.ru/data (дата обращения: 01.03.2023).
18. Волкова О.Ю. Интенсивность биологических процессов в Тамбуканском озере при различных условиях // Тр. Бальнеол. ин-та КМВ. 1935. Т. 13. С. 118-129.
19. Федоров Ю.А. К вопросу о классификации лечебных грязей // Экологические проблемы. Взгляд в будущее: сб. тр. VIII Междунар. науч.-практ. конф. Ростов н/Д.: ЮФУ, 2017. С. 447-456.
20. Гарькуша Д.Н., Федоров Ю.А. Метан и сероводород в донных отложениях водохранилищ и прудов бассейна Азовского моря // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2022. № 3. С. 37-53.
21. Гарькуша Д.Н., Федоров Ю.А., Трубник Р.Г., Доценко Н.В. Метан и сероводород в донных отложениях лиманов Азово-Черноморского бассейна // Антропогенная трансформация природной среды. 2022. Т. 8, № 1. С. 6-20.
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2023. No. 3
22. Knittel K., Wegener G., Boetius A. Anaerobic methane oxidizers // Microbial Communities Utilizing Hydrocarbons and Lipids: Members, Metagenomics and Ecophysiology / Ed. T.J. McGenity. Cham: Springer, 2018. Р. 1-21.
23. Баранникова Н.Н., ФедоровЮ.А., ЛулудовН.И. Физико-химическая характеристика грязевых отложений Туралинских озер Республики Дагестан // Экологические проблемы. Взгляд в будущее: материалы IX Междунар. науч.-практ. конф. Ростов н/Д.; Таганрог: ЮФУ, 2020. С. 46-51.
References
1. Salikhov Z.M., Barannikova N.N., Trubnik R.G., Luludov N.I., Fedorov Yu.A. Expedition studies of mud lakes of the Republic of Dagestan. Innovative approaches in modern science. Moscow: Internauka Publ.; 2019;(1):20-33. (In Russ.).
2. Fedorov Yu.A., Barannikova N.N., Dotsenko I.V., Luludov N.I. Mud lakes of the Republic of Dagestan: past and present. Rostov-on-Don: Don Publishing House; 2019. 107 p. (In Russ.).
3. Shaporenko S.I., Desinov S.L. Investigation of water nutrition of the lake Bolshoe Turali with the use of satellite images. Issledovanie Zemli iz kosmosa = Exploration of the Earth from Space. 2021;(2):77-86. (In Russ.).
4. Balamirzoev M.A., Alichaev M.A., Shakhmirzoev R.A., Dzhabrailov D.U. Soil-agroecological zoning of the coastal lowland of Dagestan for the protection and rational use of land. Tr. In-ta geologii Dag. NTs RAN = Proceedings of the Institute of Geology of the Dagestan Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2014;(63):43-46. (In Russ.).
5. Saipulaev I.M., Eldarov E.M., eds. Water resources of Dagestan: state and problems. Makhachkala, 1996. 180 p. (In Russ.).
6. Yusupov A.R., Kurbanismailova A.S., Alkhulaev K.G., Mamaev A.S., Yusupov Z.A. The influence of anthropogenic factor on the chemical composition of lakes in arid regions of Dagestan (by the example of Bolshoe and Maloe Turali). Aridnye ekosistemy = Arid Ecosystems. 2021;27(4):118-122. (In Russ.).
7. Garkusha D.N., Fedorov Yu.A., Potapov E.G., Kramarenko V.A. Morphometry and morphology of mud lakes of Rostov, Volgograd and Astrakhan regions, the republics of Kalmykia and Dagestan: anthropogenic load on them. Kurortnaya meditsina = Resort Medicine. 2021;(1):24-36. (In Russ.).
8. Fedorov Yu.A., Garkusha D.N., Trubnik R.G., Morozova M.A. Sulfite-reducing clostridia and their participation in the formation of methane and hydrogen sulfide in bottom sediments of water bodies and streams in the South of the ETR. Water Resources. 2019;46(1):S85-S93.
9. Lurie P.M., Panov V.D. Rivers of the Azov Sea basin: hydrography and flow regime. Rostov-on-Don: Don Publishing House; 2021. 670 p. (In Russ.).
10. Vilkov E.V. Lagoons of Dagestan as a model of transformation of seacoasts in conditions of transgression of the Caspian Sea and their role in the conservation of Palearctic birds. Vestn. Dagestanskogo NTs = Herald of the Daghestan Scientific Center. 2017;(65):43-53. (In Russ.).
11. Yusupov A.R., Mamaev S.A., Mamaev A.S., Yusupov Z.A. Hydromineral and picturesque natural monuments of lowland Dagestan. Tr. In-ta geologii Dag. NTs RAN = Proceedings of the Institute of Geology of the Dagestan Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2021;(3):86-93. (In Russ.).
12. Fedorov Yu.A., Tambieva N.S., Garkusha D.N., Khoroshevskaya V.O. Methane in aquatic ecosystems. Rostov-on-Don; Moscow: Rostizdat Publ., 2007. 330 p. (In Russ.).
12. RD 52.24.511-2013. The mass fraction of methane in bottom sediments. Measurement technique by gas chromatographic method using equilibrium vapor analysis. Rostov-on-Don: Hydrochemical Institute Press; 2013. 19 p. (In Russ.).
14. RD 52.24.525-2011. The mass fraction of sulfide sulfur in bottom sediments. The method of performing measurements by photometric method with N,N-dimethyl-p-phenylenediamine. Rostov-on-Don: Hydrochemical Institute Press; 2011. 26 p. (In Russ.).
15. Boeva L.V., ed. Guidelines for the chemical analysis of land surface waters. Rostov-on-Don: NOK Publ.; 2009. Part 1. 1037 p. (In Russ.).
16. Alekin O.A. Fundamentals of hydrochemistry. Leningrad: Gidrometeoizdat Publ.; 1970. 444 p. (In Russ.).
17. Database of the All-Russian Research Institute of Hydrometeorological Information. Available from: http://meteo.ru/data [Accessed 1st March 2023]. (In Russ.).
18. Volkova O.Yu. The intensity of biological processes in Lake Tambukan under various conditions. Tr. Bal'neol. in-ta KMV = Proceedings of the Balneological Institute CMW. 1935;13:118-129. (In Russ.).
19. Fedorov Yu.A. On the classification of therapeutic mud. Ecological problems. A look into the future. Proceedings of the VIII International Scientific and Practical Conference. Rostov-on-Don: Southern Federal University Press; 2017:447-456. (In Russ.).
20. Garkusha D.N., Fedorov Yu.A. Methane and hydrogen sulfide in bottom sediments of reservoirs and ponds of the Azov Sea basin. Izv. vuzov. Sev. -Kavk. region. Estestv. nauki = Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Natural Science. 2022;(3):37-53. (In Russ.).
ISSN 1026-2237 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. NATURAL SCIENCE. 2023. No. 3
21. Garkusha D.N., Fedorov Yu.A., Trubnik R.G., Dotsenko N.V. Methane and hydrogen sulfide in the bottom sediments of the estuaries of the Azov-Black Sea basin. Antropogennaya transformatsiya prirodnoi sredy = Anthropogenic Transformation of the Natural Environment. 2022;8(1):6-20. (In Russ.).
22. Knittel K., Wegener G., Boetius A. Anaerobic methane oxidizers. Microbial Communities Utilizing Hydrocarbons and Lipids: Members, Metagenomics and Ecophysiology. Ed. T.J. McGenity. Cham: Springer Publ.; 2018:1-21.
23. Barannikova N.N., Fedorov Yu.A., Luludov N.I. Physico-chemical characteristics of mud deposits of Tu-raly lakes of the Republic of Dagestan. Environmental problems. A look into the future: Proceedings of the IX International Scientific and Practical Conference. Rostov-on-Don; Taganrog: Southern Federal University Press; 2020:46-51. (In Russ.).
Информация об авторах
Наталья Николаевна Баранникова - старший преподаватель, кафедра физической географии, экологии и охраны природы, Институт наук о Земле.
Дмитрий Николаевич Гарькуша - кандидат географических наук, доцент кафедры физической географии, экологии и охраны природы, Институт наук о Земле.
Юрий Александрович Фёдоров - доктор географических наук, профессор, заведующий кафедрой физической географии, экологии и охраны природы, Институт наук о Земле. Идхам Абдулмуним Алван Альмаджамаи - магистрант, Институт наук о Земле. Айнур Эрешова - магистрант, Институт наук о Земле. Екатерина Валерьевна Чернявская - магистрант, Институт наук о Земле.
Information about the authors
Natalia N. Barannikova - Senior Lecturer, Department of Physical Geography, Ecology and Nature Protection, Institute of Earth Sciences.
Dmitry N. Gar 'kusha - Candidate of Science (Geography), Associate Professor, Departament of Physical Geography, Ecology and Environment Protection, Institute of Earth Sciences.
Yury A. Fedorov - Doctor of Science (Geography), Professor, Head of Departament of Physical Geography, Ecology and Environment Protection, Institute of Earth Sciences. Idham A.A. Almajamai - Master's Student, Institute of Earth Sciences. Ainur Ereshova - Master's Student, Institute of Earth Sciences. Ekaterina V. Chernyavskaya - Master's Student, Institute of Earth Sciences.
Статья поступила в редакцию 19.03.2023; одобрена после рецензирования 24.04.2023; принята к публикации 20.06.2023. The article was submitted 19.03.2023; approved after reviewing 24.04.2023; accepted for publication 20.06.2023.
