CC BY
32
Труды ИБВВ РАН, вып. 75(78), 2016
УДК 556.02.451
ЛАБОРАТОРИИ ГИДРОЛОГИИ И ГИДРОХИМИИ 60 ЛЕТ
А. С. Литвинов, С. А. Поддубный
Институт биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН 152742 пос. Борок, Ярославская обл., Некоузскийр-н, e-mail: litvinov@ibiw.yaroslavl.ru
Описывается история создания, преобразования, научный состав, руководители лаборатории гидрологии и гидрохимии. Рассмотрена научная деятельность лаборатории, направления исследований гидрологии внутренних водоемов России и сопредельных стран. Приводятся основные публикации сотрудников лаборатории за 60-ти летний период.
Лаборатория гидрологии и гидрохимии прошла путь в 60 лет. Этот путь сложился из 5 -ти этапов. Каждый этап характеризовался своеобразием, сложностью решаемых задач, оригинальностью и значимостью получаемых результатов, специфичностью научного руководства, научным составом профессионалов гидрологов и гидрохимиков. При подготовке статьи использованы материалы, под-
готовленные А.С. Литвиновым, |Э.С. Бикбулатовым| и А.А. Былинкиной.
Первый этап (1954-1962 гг.). В сентябре 1956 г. Научно-исследовательская биологическая станция «Борок» им. Н.А. Морозова Постановлением Президиума АН СССР № 515 была реорганизована в Институт биологии водохранилищ АН СССР. Структура Института включала лаборатории: гидрологии и гидрохимии; микробиологии; фитопланктона, фитобентоса и прибрежной растительности; зоопланктона и зообентоса; ихтиологии; зоологии и паразитологии; физиологии водных животных.
Надо сказать, что самостоятельная группа гидрохимии, возглавляемая н.с. А.С. Киреевой уже существовала двумя годами ранее. В состав группы входили М.Д. Дегтяренко, А.Л. Ильинский, З.А. Митропольская, Е.Н. Волкова. Курировал работу группы Сергей Иванович Кузнецов. Гидрологом принят на работу А.Н. Кренке. В этот период становится ясно, что параллельно с биологическими исследованиями необходимо расширять и наблюдения за состоянием среды обитания гидробион-тов. В октябре 1954 г. из Рыбинской гидрометеорологической обсерватории на работу в Борок приезжают Татьяна Николаевна и Вячеслав Петрович Курдины. Т.Н. Курдиной поручаются работы по изучению термического режима, В.П. Курдин исследует формирование грунтового комплекса, а
A.Н. Кренке - течения Рыбинского водохранилища. В эти годы, основные гидрохимические и гидрологические исследования ведутся главным образом в прибрежной части водохранилища. 1954 и 1955 гг. можно считать началом систематических исследований гидрологического и гидрохимического режима Рыбинского водохранилища.
В 1955 г. на биологическую станцию приезжает Н.В. Буторин, окончивший аспирантуру Ленинградского высшего инженерного морского училища им. Адмирала С.О. Макарова. В гидрохимическую группу приходит Н.А. Трифонова. Весной 1956 г. по приглашению И.Д. Папанина на биостанцию на должность научного сотрудника приезжает М.А. Фортунатов, С.С. Бакастов, а на должность препараторов - Е.П. Смирнова и Н.М. Сизова. В этом же году на биостанцию приходит д.с-х.н.
B.И. Рутковский, который возглавляет гидрологическую группу.
Постепенно увеличивается объем работ сотрудников лаборатории. Наряду с Рыбинским водохранилищем начинает изучаться и вновь созданное Горьковское водохранилище. На этих водоемах исследуются уровенный и скоростной режимы, изменения характеристик прозрачности и мутности воды, термических условий, особенности формирования грунтового комплекса. Проводятся исследования, связанные повышением уровня грунтовых вод в связи с заполнением Рыбинского водохранилища и его сезонной изменчивости,
В 1957 г. объявляется конкурс на заведование лабораторией гидрологии и гидрохимии и первым, официальным заведующим лабораторией с 25 апреля становится В.И. Рутковский. В этот год после окончания Московского государственного университета (МГУ) им. М.В. Ломоносова в лабораторию приходит Н.А. Зиминова и лаборантом Л.А. Калинина.
По инициативе лаборатории с 1957 г. выполняются первые синхронные наблюдения на Рыбинском водохранилище с использованием нескольких судов для получения данных по суточной динамике гидрологических и гидробиологических характеристик в разных плесах водохранилища. Эти наблюдения в дальнейшем дополнились скоростными съемками водохранилища для оценки распределения вод различного происхождения. Объектами исследований становятся Иваньковское и Угличское водохранилища. В 1958 г. в лабораторию на должность научных сотрудников приходят Ф.И. Безлер, А.В. Фотиев и после окончания МГУ старшими лаборантами М.Г. Ершова и К.К. Эдельштейн, препаратором - В.М. Михайлова (Смелова).
Сотрудники лаборатории активно участвуют во всех полевых исследованиях на водохранилищах Волжского каскада. Наряду с экспедициями ведется большая работа по анализу собранных материалов за первые годы существования водохранилищ. Появляются первые работы, обобщающие разнообразные особенности гидрологического режима водохранилищ Верхней Волги. Одной из таких классических обобщающих работ этого периода была работа М.А. Фортунатова "Цветность и прозрачность воды Рыбинского водохранилища как показатели его режима". В ней показана возможность применения окрашенности воды для изучения трансформации речных вод в водоеме замедленного водообмена. Выполненное М.А. Фортунатовым районирование Рыбинского водохранилища на основе его морфометрических особенностей, показателей цветности и прозрачности воды до настоящего времени является наиболее полным и используется многими исследователями. Эта работа положила начало и новому направлению, которое впоследствии стало ключевым в работе лаборатории гидрологии и гидрохимии - исследованию особенностей формирования и структуры водных масс водохранилищ.
В 1960 г. сотрудники лаборатории становятся инициаторами проведения синхронных наблюдений по определенной сетке станций, равномерно расположенных по акватории водохранилища. Для этих целей использовались четыре экспедиционных судна, с каждого из которых на заданном маршруте проводились наблюдения на 15-17 станциях. Выполнение такой съемки по водохранилищу с общим числом станций около 60 производилось за 12-14 часов, а полученные материалы можно было считать синхронными. По сокращенной сетке станций выполнялись и работы в зимнее время.
Следующий активный приток кадров в лабораторию наблюдался после 1960 г. - это старшие лаборанты: Литвинов А.С., Бакулин К.А., Бакулина А.Г., Кольцов Г.В., Рощупко В.Ф., Кудрявцева Н.А., научные сотрудники: Кондрацова О.Ф., д.б.н. Драчев С.М., к.б.н. Былинкина А.А., к.м.н. Синельников В.Е., препараторы: Фотиева В.Н., Петухова Л.А., Внучкова В.И. Осенью 1962 г. заведующим лабораторией был избран к.г.н. Н.В. Буторин. На этом закончился первый этап формирования лаборатории.
Второй этап (1962-1974 гг.). С приходом в институт Сергея Михайловича Драчева - известного специалиста в области охраны и рационального использования водных ресурсов, доктора биологических наук, профессора - произошло первое разделение лаборатории на две - гидрологии и гидрохимии. В состав лаборатории гидрологии вошли научные сотрудники д.б.н. Фортунатов М.А., Кур-дин В.П., Бакастов С.С., Эдельштейн К.К., Ершова М.Г., Кондрацова О.Ф., старшие лаборанты Литвинов А.С., Бакулин К.А., Рощупко В.Ф., лаборанты Миловидова М.А., Сизова Н.М.
В лаборатории гидрохимии стали работать научные сотрудники к.б.н. Безлер Ф.И., к.б.н. Былинкина А.А., к.м.н. Синельников В.Е., Фотиев А.В., Трифонова Н.А., старшие лаборанты и лаборанты Кольцов Г.В., Бакулина А.Г., Митропольская З.А., Петухова Л.А., Кобякова (Кудрявцева) Н.А., Михайлова В.М., Калинина Л.А., Смирнова Е.П., Фотиева В.Н. В середине 1960-х - начале 1970-х гг. лаборатория пополнилась новыми кадрами: д.х.н., профессором Скопинцевым Б.А., Монаковой С.В., Мельниковой Н.И., Бикбулатовыми Эрнстом Саяфнуровичем и Екатериной Максимовной, Степановой И.К., Сараловыми Александром Ивановичем и Евгенией Евгеньевной, Ларионовым Ю.В, Ершовым Ю.В., Генкал Л.Ф.
С момента создания самостоятельной лаборатории гидрологии в течение короткого времени Н.В. Буториным был сформирован сильный коллектив молодых научных сотрудников. Основным направлением работ лаборатории стало установление закономерностей формирования гидрологического режима и водных масс водохранилищ волжского каскада. В рамках этой тематики проводились работы по следующим направлениям: исследование водных масс водохранилищ и их динамики -Н.В. Буторин, К.К. Эдельштейн, М.Г. Ершова; особенности формирования и структура течений -А.С. Литвинов, К.А. Бакулин; закономерности формирования донных отложений в водохранилищах - В.П. Курдин; водные взвеси в водохранилищах - Н.А. Зиминова; температура воды и грунтов -Т.Н. Курдина, О.Ф. Кондрацова. С.С. Бакастов; основы комплексного использование озер Ярославской области, а также составление кадастра водохранилищ мира - М.А. Фортунатов и В.Ф. Рощупко. C приходом в лабораторию в 1967 г. Н.П. Смирнова, Э.И. Саруханяна и В.Л. Кожары появились новые направления - исследование влияния космо-геофизических факторов на колебания стока Волги и исследование классификационной проблемы в географии.
Основными итогами работ за период с 1961 по 1970 гг. стала созданная и успешно развиваемая под руководством Н.В. Буторина теория водных масс водохранилищ. Созданная теория способствовала раскрытию связей между водными организмами и средой их обитания, выявлению зависимостей между структурно-функциональными характеристиками водных биоценозов и распределением абиотических параметров, а также оптимальных условий существования гидробионтов и путей управле-
ния их поведением и воспроизводством. В его капитальной монографии "Гидрологические процессы и динамика водных масс в водохранилищах Волжского каскада" (1969 г.) обобщены результаты исследований лаборатории, выявлены различия в гидрологических процессах, протекающих в водохранилищах речного и озерного типов, зависимость их от физико-географических условий и режима работы гидросооружений. Разработан новый метод выделения водных масс и дана детальная характеристика условий их формирования, трансформации и динамики. Показано, что каскад волжских водохранилищ не только регулирует сток Волги, но и играет существенную роль в изменении свойств речных вод, что доказывает возможность использования водохранилищ для регулирования качества воды. Развитое им и сотрудниками лаборатории учение о водных массах в водохранилищах в настоящее время представляет собой тот фундамент, на котором базируются не только все исследования Института биологии внутренних вод, но и всех научно-исследовательских организаций занимающихся изучением водохранилищ и качества воды.
Свое логическое завершение за этот период получили и работы по исследованию взвесей в Рыбинском водохранилище, изучению водных масс Горьковского водохранилища, течений в Рыбинском водохранилище. Н.А. Зиминовой была защищена кандидатская диссертация "Водные взвеси Рыбинского водохранилища", К.К. Эдельштейном - "Формирование, перемещение и трансформация водных масс в Горьковском водохранилище", А.С. Литвиновым - "Течения в Рыбинском водохранилище". Подготовлена докторская диссертация Н.П. Смирновым.
В работе Н.А. Зиминовой было показано, что основными факторами, определяющими сезонные изменения содержания взвесей в водохранилище, являются сток взвешенных наносов рек, развитие фитопланктона, размыв дна водоема. Влияние стока взвешенных наносов рек на состав взвесей водохранилища определяется не только величиной стока, но и соотношением количества взвесей в речных водах и водах водохранилища. Наличие в бассейне водохранилища значительного количества болот обусловливают высокое процентное содержание органического вещества во взвесях.
К.К. Эдельштейном установлено существование генетически и качественно разнородных водных масс в Горьковском водохранилище. Показано, что основными исходными водными массами являются Волжская, формирующаяся в Рыбинском водохранилище и речные, поступающие из Унжи, Костромы, Которосли и Немды. Объем этих водных масс и размещение их в водоеме меняется по сезонам в связи с изменением гидрологического режима. Водные массы характеризуются малыми градиентами физических и химических показателей, в то время как во фронтальных зонах эти градиенты резко возрастают. Характер распределения водных масс и их динамика были положены в основу гидролого-географического районирования водохранилища.
Применение на водохранилищах при изучении течений методов и приборов, используемых в океанологии с приходом А.С. Литвинова, позволило получить новые материалы по динамике вод. В его диссертационной работе было показано, что основными факторами, генерирующими динамические процессы в водохранилищах и обусловливающими их пространственную изменчивость, служат: межгодовые и сезонные изменения в стоке рек, приток солнечной радиации, кинетическая энергия ветра, суточное и недельное регулирование стока через гидросооружения и морфометрические характеристики водоема. В нижних и верхних бъефах гидросооружений течения определяются режимом попусков воды через ГЭС и перемещение воды носит возвратно-поступательный характер, а основное скоростное поле стокового течения формируется по затопленным руслам рек. Установлено время формирования ветрового течения и величина ветрового коэффициента, зависящая от скорости ветра. Дана классификация течений в водохранилищах. В дальнейшем, А.С. Литвиновым впервые для расчета течений была адаптирована для водохранилищ гидродинамическая модель мелкого моря с использованием функции полных потоков. Это позволило выполнить расчеты общей циркуляции вод в Рыбинском водохранилище при различных гидрометеорологических условиях и заложить основы оценки ее роли в распределении полей гидрофизических характеристик и перемещении гидро-бионтов.
В 1971 г. публикуется монография Э.И. Саруханяна и Н.П. Смирнова "Многолетние колебания стока Волги". В монографии показан многокомпонентный циклический характер вариационной структуры многолетних изменений речного стока и его региональные особенности. Установлены причины региональных особенностей, которые заключаются в различном характере атмосферных процессов, формирующих сток на Верхней и Нижней Волге. Сделан вывод о том, что исследование генезиса циклических вариаций стока требует глобального подхода к изучению проблемы многолетних колебаний климата, а вековая тенденция в стоке Волги связана с преобразованием форм атмосферной циркуляции в ходе векового цикла солнечной деятельности. Найдены зависимости, открывающие путь, по мнению авторов, к разработке методики генетического прогноза многолетних коле-
баний стока на основе причинно-следственных связей: внешние воздействия - колебания атмосферной циркуляции - циклические колебания стока.
В продолжение этих исследований в 1974 г. О.Ф. Кондрацовой защищена кандидатская диссертация "Квазидвухлетний цикл в колебаниях стока рек СССР", выполненная под руководством Н.П. Смирнова. В работе установлено наличие квазициклических колебаний у большинства рек СССР с периодом от 24 до 33 месяцев. Вклад этих колебаний в общую изменчивость стока составляет от одной до одной четверти ее величины. Показано, что характерной особенностью стока рек в квазидвухлетнем цикле является его зональная асинхронность. Колебания стока рек СССР через атмосферную циркуляцию связаны с квазидвухлетним циклом стратосферных ветров над экватором. Причиной возникновения квазидухлетней цикличности в экваториальной стратосфере могут служить квазидвухлетние циклические колебания в скорости вращения Земли. Учет этой компоненты при прогностических расчетах стока рек компонентно-генетическим методом может существенно улучшить прогнозы водности.
В 1969-1973 гг. активно проводятся полевые работы на Иваньковском водохранилище, связанные с влиянием сбросов теплых вод Конаковской ГРЭС на экосистему водохранилища.
С самого начала становления лаборатории гидрохимии под руководством и при непосредственном участии С.М. Драчева развернулись интенсивные исследования широкого круга вопросов, касающихся «жизни» водоемов. В 1964 г. вышла в свет получившая широкое признание монография Драчева С.М. "Борьба с загрязнением рек, озер, водохранилищ промышленными и бытовыми сточными водами". Книга охватывает практически весь круг вопросов, связанных с формированием качества природных вод в различных климатических зонах, характеристику основных источников загрязнения и меры их устранения, подробный анализ процессов самоочищения от различных видов загрязнения. Разработанная совместно со своими сотрудниками и приведенная в этой книге классификация качества природных вод по совокупности химических, бактериологических и гидробиологических показателей до сих пор остается одной из наиболее употребительных в практике исследования водоемов.
Идеи, заложенные в этой книге, стали руководящими при выборе направлений работ сотрудников только что организованной гидрохимической лаборатории и прошли всестороннюю проверку на водохранилищах волжского каскада и реках его бассейна. Была установлена общая закономерность изменения основного солевого состава кальциево-карбонатных природных вод под воздействием бытовых и большинства промышленных сточных вод. Показано, что при сравнительно небольшом увеличении содержания солей происходят резкие практически необратимые изменения их состава в сторону возрастания одновалентных катионов и анионов сильных кислот. Так, в волжской воде ниже г. Твери содержание натрия и сульфатов в меженные периоды возросло за 50 лет на два порядка (Бы-линкина А.А., Трифонова Н.А., Кобякова Н.А.).
Большие исследования были посвящены вопросам, связанным с загрязнением и процессами самоочищения от нефтепродуктов (Синельников В.Е.). Разработанный метод определения битумо-идов позволил установить, что распространение тяжелых фракций нефти происходит на сравнительно короткое расстояние от источника загрязнения. Освобождение водной массы от загрязнения идет за счет оседания тяжелых фракций на дно и берега. В водной толще и на ее поверхности происходит медленное окисление нефтепродуктов. Механизм этого процесса изучался с помощью хемилюминес-центных методов, основанных на современных представлениях о свободно-радикальных энзимных реакциях окисления и синтеза органического вещества. Результаты этих работ получили отражение в двух монографиях В.Е. Синельникова: "Люминесцентный анализ природных и загрязненных вод" (1968) и "Проблемы чистой воды" (1978). Разработан имеющий важное практическое значение методологический подход к оценке антропогенной и естественной составляющей углеводородов в природных водах (Ершов Ю.В.).
Вследствие высокой радиоактивности атмосферных осадков и вод поверхностного стока в 1960-е гг., под руководством С.М. Драчева изучалось содержание и распределение долгоживущих продуктов деления урана. Было показано, что в верховьях водохранилищ Верхней Волги в донных отложениях преобладал радиоактивный церий, а в приплотинных участках - радиоактивные стронций и цезий (Былинкина А.А.).
Для ориентировочной оценки сброса бытовых сточных вод С.М. Драчевым предложен расчетный метод, основанный на учете численности городского населения и условной нормы сброса на одного жителя. Балансовые расчеты для Рыбинского водохранилища позволили высказать предположение о значительной роли фиксации свободного азота планктонными организмами в вегетационный период, что впоследствии подтвердилось исследованиями биологов. В р. Москве, гипертрофирован-
ной под воздействием сточных вод г. Москвы, высокий уровень содержания биогенных элементов активизировал процессы фотосинтеза. В результате вторичное загрязнение органическим веществом достигло величины соизмеримой с количеством органики, поступающей в реку со стоками города.
По инициативе Сергея Михайловича в водных массах водохранилищ Верхней Волги изучался круговорот фосфора с использованием радиоактивных индикаторов. Радиометка позволила вычленить процесс потребления фосфатов организмами планктона и определить скорость оборачиваемости PÜ4- Показано, что интенсивность фосфатного обмена соответствует биологическому циклу развития экосистемы и зависит от трофности водоема (Былинкина А.А., Трифонова Н.А.).
Убежденность С.М. Драчева в необходимости изучения природных каталитических процессов превращения органического вещества в воде и донных отложениях впоследствии нашла отражение в исследованиях сотрудников лаборатории, непосредственно с ним работавших. Определялась фосфа-тазная активность в воде и сестоне, интенсивность расщепления различных фосфо-эфиров природными энзимами фосфатазной группы, кинетические параметры обмена, характеризующие степень насыщения организмов планктона фосфатами и др. (Трифонова Н.А., Былинкина А.А.).
Параллельно проводились работы по изучению состава природных гумусоподобных веществ. Была разработана оригинальная модификация метода выделения органических веществ из природных вод путем вымораживания (Фотиев А.В.), которая использовалась и используется при исследованиях их состава и структуры. Примененные А.В. Фотиевым методы гельфильтрации позволили установить размерное распределение органических веществ в водах различного генезиса. Были получены новые материалы, свидетельствующие в пользу гипотезы о том, что в природных водах не существует чисто органических соединений и они должны рассматриваться как органо-минеральные комплексы.
С приходом на работу в ИБВВ сначала в качестве консультанта, а затем постоянного сотрудника (с 1966 г.), крупного ученого в области химической океанологии и органической гидрохимии Б.А. Скопинцева была создана отдельная группа, нацеленная на всестороннее изучение органических веществ (ОВ). Под руководством Б.А. Скопинцева и непосредственном его участии были разработаны и внедрены в практику три группы методов определения основной составляющей ОВ - углерода. На базе методов определения органического углерода в сухих остатках и прямого сожжения ОВ впервые была проведена оценка летучей фракции, которая для вод различного генезиса варьировала от 5 до 70% (Скопинцев Б.А., Бакулина А.Г.). Более простые и производительные методы, такие как персульфатный (Бикбулатов Э.С., Скопинцев Б.А.) и фотохимический (Бикбулатова Е.М., Скопинцев Б.А.), получили широкое применение и позволили установить пространственные и временные закономерности распределения ОВ в водоемах различного трофического статуса. Разработанный оригинальный метод определения органического углерода во взвешенной фракции ОВ (Ларионов Ю.В., Скопинцев Б.А.) дал возможность оценить истинную долю этой важной составляющей в процессах трансформации ОВ.
Третий этап (1974-1988 гг.). В разделенном виде лаборатории просуществовали до 1974 г., когда после смерти С.М. Драчева они снова были объединены в единую лабораторию под руководством Н.В. Буторина.
В 1974-1975 гг. институт и коллектив лаборатории включаются в работу по заданию ГКНТ при СМ СССР, связанную с перераспределением стока и, в частности, с переброской части стока северных рек в бассейн Волги. В рамках этой тематики в 1976-1978 гг. проводится ряд комплексных экспедиций по предполагаемой трассе переброски. По материалам, собранным в этих экспедициях, под редакцией А.С. Литвинова издается сборник работ «Экологические исследования водоемов Волго-Балтийской и Северо-Двинской водных систем».
Эти исследования позволили высказать ряд соображений об изменении экологических условий в Волжских водохранилищах при осуществлении первой очереди переброски. Было показано, что осуществление первого этапа переброски северных рек в бассейн Волги окажет не одинаковое влияние на изменения абиотических и биотических условий в различных участках каскада водохранилищ. Наиболее существенные изменения произойдут в Шекснинском и Рыбинском водохранилищах, где объем годового притока меньше или соизмерим с объемом переброски. В виду того, что по общей минерализации, содержанию органического вещества и основных биогенных элементов перебрасываемые воды более бедны, чем водохранилища Волжского каскада не следует ожидать существенных отклонений в составе и продуктивности фитопланктона в водохранилищах Верхней Волги. В то же время, возрастание интенсивности водообмена в верхних водохранилищах каскада и увеличение скоростей течения в речных плесах за счет транзита перебрасываемых вод могут привести к увеличению
мутности воды, уменьшению ее прозрачности и, как следствие, к вторичному загрязнению вод и ухудшению условий обитания крупных пелагических озерных ракообразных.
В 1975 г. выходит коллективная моногорафия "Донные отложения Верхневолжских водохранилищ" (авторы Н.В. Буторин, Н.А. Зиминова и В.П. Курдин). В монографии обобщены материалы по процессам осадкообразования и формированию донных отложений в водохранилищах и показано, что в процессе формирования донных отложений искусственных водоемов, находящихся на ранних стадиях развития, важную роль играет абразионная деятельность водной массы. Второй по величине и наиболее стабильный источник грунтообразующего материала - сток взвешенных наносов рек. Роль биологических факторов в формировании донных отложений водохранилищ сравнительно невелика. Дана классификация донных отложений водохранилищ. Завершается первое обобщение материалов по термике Рыбинского водохранилища. Публикуется монография "Температура воды и грунтов Рыбинского водохранилища" (Буторин Н.В., КурдинаТ.Н., Бакастов С.С.). В работе рассмотрены процессы формирования температурных условий в воде и донных отложениях водоемов, сезонных и многолетних изменений температурного режима, его особенности в отдельные годы и на отдельных участках акваторий, процессы теплообмена между донными отложениями и водной массой.
Лаборатория продолжает пополняться молодыми кадрами: приходят Владимир Леонтьевич и Викторина Николаевна Скляренко, а затем Виктор Васильевич и Арина Васильевна Законновы, И.Ф. Фомичев, к.х.н. М.В. Гапеева, О.Л. Цельмович, С.М. Разгулин, С.А. Поддубный, Л.А. Кучай, Е.Н. Соколова.
С приходом новых сотрудников продолжают активизироваться работы по изучению формирования грунтового комплекса, гидродинамических процессов, термики водохранилищ Волжского каскада. В.В. Законовым проводится мониторинг донных отложений волжских водохранилищ, начатый
B.П. Курдиным, а также исследование аккумуляции биогенных элементов в донных отложениях.
C.А. Поддубным развиваются работы по моделированию гидродинамических процессов и их роли в формировании полей гидрофизических и гидробиологических характеристик. Расширяются работы по исследованию термического режима (А.А. Законнова, В.В. Рощупко). Активно развиваются работы по классификации природных объектов. По инициативе В.Л. Кожары лаборатория принимает активное участие в организации междисциплинарного взаимодействия специалистов в рамках "классификационного движения" и в 1979 г. на базе лаборатории в институте проходит всесоюзная школа-семинар по теории классификации, получившая широкий отклик у большого числа специалистов.
В 1986-1988 гг. коллектив лаборатории активно включается в выполнение Международной программы "Интеркосмос" по дистанционному зондированию Земли, частью которой является Международный целевой комплексный проект (МЦКП) "Изучение состояния и динамики экосистем внутренних водоемов с применением аэрокосмических методов», выполняемый на Рыбинском водохранилище.
Итогом многолетних комплексных работ на оз. Плещеево служит коллективная монография "Экосистема озера Плещеево" под редакцией Н.В. Буторина и В.Л. Скляренко. Усиливаются работы, связанные с математическим моделированием гидрологических и гидробиологических процессов во внутренних водоемах (Л.А. Кучай).
Интенсифицируются работы гидрохимической группы. При изучении основных биогенных элементов (азота, фосфора, кремния) сотрудники руководствуются принципом системности. Анализируются пространственное и временное распределение биогенов в воде и донных отложениях, многообразие форм, внешние и внутренние источники поступления, трансформация биогенных веществ в связи с продукционно-деструкционными процессами, составлен баланс биогенных элементов в Рыбинском водохранилище. Непременным условием исследований был учет особенностей морфомет-рии и гидрологического режима. Главная цель исследований - прогнозирование качества воды (Трифонова Н.А., Былинкина А.А., Степанова И.К., Гапеева М.В., Разгулин С.М.).
Б.А. Скопинцевым и его коллегами большое внимание уделяется исследованиям трансформации природных органических веществ (ОВ). Устанавливаются основные закономерности биохимического разложения ОВ фитопланктонных организмов в аэробных и анаэробных условиях. В процессе выполнения соответствующих работ было разработано и существенно модифицировано множество методов анализа различных компонентов - органических кислот, углеводов, белков, липидов, фосфатов и общего фосфора в воде и взвесях, нитритов, нитратов (Бикбулатов Э.С., Бикбулатова Е.М.). Вообще методическим вопросам в лаборатории гидрохимии уделялось самое пристальное внимание. Как С.М. Драчеву, так и Б.А. Скопинцеву было свойственно глубокое понимание важности методических разработок и применение новых методов. Они справедливо полагали, что основой основ любого исследования является правильный выбор метода и грамотное его применение. Оба были пио-
нерами в области создания современных методов химического анализа природных вод и авторами первых отечественных руководств по этому предмету. Истоки их публикаций по аналитической гидрохимии относятся к 20-м гг. прошлого столетия, а изданные первые руководства датируются концом 1930-х. Большая работа по усовершенствованию методов определения содержания растворенных и взвешенных форм железа в водоемах была проведена к.х.н. И.К. Степановой.
Скопинцевым Б.А. и его ближайшими помощниками рассматривались теоретические вопросы синтеза, трансформации, деструкции и анализа природных органических веществ. В результате исследований в этих направлениях разрозненные, зачастую противоречивые, во многих случаях дублирующие друг друга обобщенные показатели свойств органического вещества природных систем (вод, почв, гидробионтов) объединены строгой системой функциональных связей, что позволяет говорить о создании фундаментальной теоретической базы для исследований состава и свойств органических веществ любой степени сложности (Бикбулатов Э.С.). Предложенная им система стехиометрических уравнений представляет большую практическую ценность при изучении продукционно -деструкционных процессов. Опираясь на них и классическую термодинамику введены в научный оборот новые показатели свойств органического вещества природных вод и почв, в том числе три вида калорийности - физиологическая, физическая и полная, а также карбокалорийные коэффициенты, которые позволяют адекватно описать и оценить реальную питательную (энергетическую) ценность ОВ, создаваемых в различных фотосинтетических процессах. Проведена количественная оценка их значений для главных составляющих ОВ природных вод (растворенного ОВ, фито- и зоопланктона), которые могут быть признаны своеобразными геохимическими константами.
Выполняются работы по определению содержания тяжелых металлов в воде и донных отложениях водохранилищ (Гапеева М.В., Цельмович О.Л.).
В этот период молодые ученые лаборатории активно работают над диссертационными обобщениями. В 1980 г. И.Ф. Фомичевым защищается кандидатская диссертация "Многолетние изменения элементов гидрологического режима Рыбинского водохранилища и расчет их в связи с территориальным перераспределением стока". Затем защищает диссертацию В.Л. Сляренко, в конце 1983 г. В.В. Законнов на тему "Аккумуляция биогенных элементов в донных отложениях Верхневолжских водохранилищ" и в конце 1987 г. - С.А. Поддубный - "Циркуляция вод в Рыбинском водохранилище и ее роль в формировании полей гидрофизических характеристик".
Четвертый этап (1988-1997 гг.). Существенные перемены в жизни лаборатории начались в конце 1980-х гг. В 1988 г скончался Н.В. Буторин и и.о. заведующего лабораторией был назначен к.г.н. А.С. Литвинов. Осенью этого же года состоялись первые в истории Института выборы директора. Из трех кандидатур (А.Г. Поддубный, В.И. Лукьяненко, Н.П. Смирнов) коллективом ИБВВ был избран Н.П. Смирнов до того момента - ректор Ленинградского гидрометеорологического института. Спустя некоторое время произошла реорганизация структуры Института. Был сформирован ряд отделов, одним из которых стал Отдел абиотических факторов среды и куда вошли три лаборатории: гидрологии, гидрохимии и климата. В 1989 г. заведующим лабораторией гидрологии становится д.г.н. Н.П. Смирнов, исполняющим обязанности заведующего гидрохимической лабораторией назначается к.х.н. Бикбулатов Э.С. В 1991 г. на эту должность был избран бывший сотрудник Ленинградского гидрометеорологического института к.х.н. Н.Н. Осипов. Сотрудниками лаборатории климата стали приглашенные Н.П. Смирновым сотрудники Ю.Э. Титов и П.А. Вайновский, а также окончившие этот институт молодые специалисты. С возникновением отдела его стал возглавлять Н.П. Смирнов, а лабораторией гидрологии руководить Ю.Э. Титов.
Несмотря на такую чехарду в смене руководства и ряд как объективных, так и субъективных негативных обстоятельств сотрудники лабораторий гидрологии и гидрохимии продолжали эффективно заниматься научной работой. В 1990-е гг. лаборатории пополнились новыми кадрами -к.б.н. Козловской В.И., Германом А.В., Васильевой М.И., Степановой И.Э., Отюковой Н.Г. Непродолжительное время (от 2 до 5-6 лет) в лаборатории работали и другие молодые сотрудники. В этот период развала СССР, нестабильной экономической ситуации в стране, малых зарплат, молодые специалисты долго не задерживались в Институте, искали наиболее оплачиваемую работу. Ряд сотрудников, отработавших в лаборатории более 10 лет, также перешли на работу в другие организации.
Помимо традиционных исследований многолетней, сезонной и суточной изменчивости полей гидрометеорологических и гидрохимических характеристик, проводилось изучение динамических процессов в мелководной зоне водохранилищ. С конца 1980-х и в начале 1990-х гг. лаборатории активно участвовали в комплексных работах по оценке воздействия на экосистему водохранилищ добычи нерудных строительных материалов и разработке мероприятий по компенсации ущерба, наносимого местообитаниям гидробионтов в результате проведения строительных работ. Продолжают
изучаться совместно с биологами экосистемы озер Неро и Плещеево. Проводится моделирование динамических процессов в водохранилищах.
В 1990 г. завершает многолетнее исследование и защищает диссертацию "Анализ информативно насыщенных таксономических структур как способ выявления географических закономерностей" В.Л. Кожара.
В 1993 г. Заканчивается срок полномочий Н.П. Смирнова как директора Института. До новых выборов Отделение общей биологии РАН назначает и.о. директора к.б.н. А.И. Копылова. Ликвидируется лаборатория климата. Молодые сотрудники, пришедшие в Институт вместе с Н.П. Смирновым, покидают Борок. С января 1994 г. А.С. Литвинов приглашается на должность зам. директора по хозяйственной части и по совмещению руководит лабораторией гидрологии. В 1995 г. на другую работу уходит из Института Н.Н. Осипов и лабораторию гидрохимии возглавляет д.б.н. Ю.М. Лебедев.
Пятый этап (1997 г. по настоящее время). В 1997 г. произошло третье объединение лаборатории гидрологии и гидрохимии. В 1998 г. после смены руководства Института А.С. Литвинов полностью занимает должность заведующего лабораторией гидрологии и гидрохимии. Часть сотрудников из бывшей лаборатории климата и расформированного Вычислительного центра Института возвращается в лабораторию.
В 1999 г. А.С. Литвиновым защищается докторская диссертация "Энерго- и массообмен в водохранилищах Волжского каскада", а в 2000 г. под таким же названием публикуется монография, в которой обобщены многолетние исследования по изменчивости водных балансов водохранилищ каскада, их водообмена, течений, термических условий, особенностей формирования и структуры полей гидрофизических характеристик и их связи с распределением гидробионтов. В этом же году защищает докторскую диссертацию С.А. Поддубный по теме "Гидрологические условия формирования и повышения биологической продуктивности экосистем волжских водохранилищ". В работе обобщены результаты исследований роли гидродинамических процессов в распределении планктонных сообществ и рыб в водохранилищах, выполнено районирование мелководной зоны верхневолжских водохранилищ по морфометрическим и гидродинамическим признакам и представлены мероприятия, направленные на сохранение и повышение биологической продуктивности отдельных частей водохранилищ. В 2001 г. защищает кандидатскую диссертацию "Полихлорированные бифенилы в экосистеме Рыбинского водохранилища" А.В. Герман.
В 2007 г. заканчивает работу над докторской диссертацией В.В. Законнов на тему "Осадкообразование в водохранилищах Волжского каскада". В работе детально рассмотрены гидроэкологические аспекты осадкообразования, его роль в самоочищении и биопродуктивности водохранилищ. Выявлены географические закономерности осадконакопления в водохранилищах Волги. Большое внимание уделено внутриструктурной и комплексной связи донных осадков с лимнологическими показателями, а именно - количественному выражению круговорота вещества и энергии в пресноводных экосистемах на основе балансов взвешенных наносов и биогенных элементов. Обсуждены особенности седиментации и их использование в восстановлении биоценозов техногенных водоемов.
Начиная с 2006 г. проводятся исследования гидрологического режима устьевых областей малых рек. Попутно продолжаются работы по изучению роли зоогенного фактора в формировании гидрологического режима малых рек. В последнее время концентрируется внимание на закономерностях изменения функционирования первичного звена экосистем крупных водоемов под влиянием гидрометеорологического режима в условиях потепления климата.
Гидрохимической группой проведены широкие исследования кинетики процессов трансформации природных органических веществ, которые привели к установлению ряда новых закономерностей, в частности к установлению новой геохимической константы - удельной скорости биохимического разложения природного гумуса (Бикбулатова Е.М., Бикбулатов Э.С.). В процессе теоретических изысканий вскрыты функциональные связи между основными показателями удержания в водоемах основного эвтрофирующего элемента - фосфора, которые позволили устранить существовавшие теоретические и практические разногласия в оценке степени воздействия соответствующей биогенной нагрузки на водоемы (Бикбулатов Э.С., Степанова И.Э.). Впервые в лимнологической практике обнаружены водоемы, в которых лимитирование первичной продукции происходит одновременно по трем компонентам - азоту, фосфору и кремнию (Бикбулатов, Бикбулатова).
Изучено содержание токсического гидроксиламина (ГА) в водных экосистемах. Установлено, что содержание ГА, важнейшего маркера интенсивности глобальных биохимических процессов трансформации азотсодержащих соединений (нитрификации, денитрификации, азотфиксации), в океанах, морях и водохранилищах существенно ниже, чем в стратифицированных озерах, вследствие меньшей развитости указанных процессов. Пространственное и временное распределения ГА в водо-
хранилищах довольно равномерны, за исключением районов, подверженных интенсивному антропогенному загрязнению. Опубликована первая в мировой практике монография "Гидроксиламин и гидразин в водных экосистемах" (Бикбулатов Э.С., Бикбулатова Е.М., Степанова И.Э.).
Обобщены результаты многолетних исследований солевого состава Рыбинского водохранилища в течение безледного периода. Установлено, что общая минерализация воды водохранилища по сравнению с 70-ми гг. 20-го века несколько увеличилась. Показано, что пределы естественных колебаний и средние значения важнейших гидрохимических переменных (форм азота, соединений фосфора, показателей органического вещества), установленных на основании результатов многолетних наблюдений, в совокупности будут определять границы стабильного существования экосистемы. Эти показатели по отдельности могут выступать в роли дифференциальных, а в совокупности - интегральных норм в вопросах экологического нормирования (О.Л. Цельмович, Н.Г. Отюкова).
В 1999 г. на базе лаборатории был создан Аналитический центр Института, аккредитованный по 71 компоненту (руководитель центра с.н.с. О.Л. Цельмович, научный руководитель -д.г.н. А.С. Литвинов). В 2002 и 2005 гг. сотрудниками центра успешно подтверждена и существенно расширена область аккредитации. К большому сожалению, Аналитический центр прекратил свою деятельность в 2015 г. из-за отсутствия финансовых средств на лицензирование и аккредитацию.
По инициативе Н.В. Буторина и С.М. Драчева, а в последствии и сотрудников лаборатории, были организованы и проведены Всесоюзные совещания по итогам исследования водохранилищ -"Волга I" (Тольятти, 1967 г.), "Волга II" (Пермь, 1975 г.), исследованию биогенных элементов и органического вещества во внутренних водоемах - Борок (1969 г.), Таллин (1978), Петрозаводск (1983), "Актуальные проблемы рационального использования биологических ресурсов водохранилищ" (2002 г.), "Бассейн Волги в ХХ1-м веке: структура и функционирование экосистем водохранилищ" (2012 г.) целый ряд заседаний Секции водохранилищ ГКНТ СМ СССР, рабочей группы КПГ "Планетарная геофизика" АН СССР, и ряд других, которые составили важную веху в истории исследования водохранилищ и становления гидроэкологии.
В период с 1991 по 2016 г. основные работы лаборатории проводились по следующим направлениям:
- энерго- и массобмен в водохранилищах Волжского каскада;
- исследование роли абиотических факторов в функционировании экосистем внутренних водое-
мов;
- влияние климатических и антропогенных факторов на изменчивость гидрологических и гидро-
химических характеристик внутренних водоемов, моделирование функционирования их экосистем;
- закономерности изменчивости гидролого-гидрохимических процессов в экосистемах внутренних
водоемов в связи с природными и антропогенными факторами;
- воздействие климатических и антропогенных факторов на экологическое состояние водоемов
Верхней Волги;
- закономерности многолетних изменений гидрологических и гидрохимических условий в водое-
мах бассейна Верхней Волги;
- ряд разделов ФЦП "Возрождение Волги";
- ряд программ ООБ РАН, ФЦП "Интеграция», гранты РФФИ.
Основное направление в этих исследованиях - решение фундаментальной проблемы гидроэкологии, связанной с изучением роли водного фактора в условиях меняющегося климата и хозяйственной деятельности в эволюции водных экосистем. Разработка теоретических основ и технологии рационального природопользования на внутренних водоемах, улучшение их экологического состояния и повышение биопродукционного потенциала.
С 2010 г. лабораторию гидрологии и гидрохимии возглавляет д.г.н. С.А.Поддубный. Научно-исследовательские традиции и направления работ лаборатрии сохраняются.
За период существования лаборатории ее сотрудниками опубликовано более 1500 публикаций из них 15 монографий, защищено 4 докторских и 15 кандидатских диссертаций.
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ЛАБОРАТОРИИ: Труды Института биологии водохранилищ. Вып.2 (5). М.-Л.: Изд. АН СССР, 1959.
Буторин Н.В. Вековые изменения среднего уровня Атлантического океана и их связь с циркуляцией атмосферы. М.-Л.: Изд. АН СССР, 1960. Труды Института биологии водохранилищ. Вып.5 (8). М.-Л.: Изд. АН СССР, 1963.
Динамика водных масс водохранилищ. Тр. Инст. Биол. Внутр. Вод АН СССР. Вып. 7 (10). М.-Л.: Наука, 1965.
Продуцирование и круговорот органического вещества во внутренних водоемах. Тр. Инст. Биол. Внутр. Вод АН СССР. Вып. 13 (16). М.-Л.: Наука, 1966.
Биологические и гидрологические факторы местных перемещений рыб в водохранилищах. Тр. Инст. Биол. Внутр. Вод АН СССР. Вып. 16 (19). М.-Л.: Наука, 1968.
Химизм внутренних водоемов и факторы их загрязнения и самоочищения. Тр. Инст. Биол. Внутр. Вод АН СССР. Вып. 18 (21). М.-Л.: Наука, 1968.
Синельников В.Е. Люминесцентный анализ природных и загрязненных вод. Обниск, 1968. 88 с.
Драчев С.М. Изменение химического состава и свойств воды р. Москвы в связи с загрязнением и процессами самоочищения. 1968
Буторин Н.В. Гидрологические процессы в водохранилищах Волжского каскада. Л.: Наука, 1969. 319 с.
Озера Ярославской области. Ярославль, 1970. 386 с.
Абиотические факторы биологического круговорота в водоемах. Тр. Инст. Биол. Внутр. Вод АН СССР. Вып. 20 (23). Л.: Наука, 1971.
Саруханян Э.И., Смирнов Н.П. Многолетние колебания стока Волги. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. 164 с.
Органическое вещество и элементы гидрологического режима волжских водохранилищ. Тр. Инст. Биол. Внутр. Вод АН СССР. Вып. 23 (26). Л.: Наука, 1972.
Факторы формирования водных масс и районирования внутренних водоемов. Тр. Инст. Биол. Внутр. Вод АН СССР. Вып. 26 (29). Л.: Наука, 1974.
Биогенные элементы и органическое вещество в водохранилищах. Тр. Инст. Биол. Внутр. Вод АН СССР. Вып. 29 (32). Рыбинск, 1974.
Гидрометеорологический режим озер и водохранилищ. Водохранилища Верхней Волги. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 290 с.
Буторин Н.В., Зиминова Н.А., Курдин В.П. Донные отложения Верхневолжских водохранилищ. Л.: Наука, 1975. 156 с.
Скопинцев Б.А. Формирование современного химического состава вод Черного моря. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 334 с.
Гидрологические и гидрохимические аспекты изучения водохранилищ. Борок, 1977
Синельников В.Е. Проблемы чистой воды. М.: Знание, 1978. 61 с.
Экологические исследования водоемов Волго-Балтийской и Северо-Двинской водных систем. Л.: Наука, 1982.
Гидрохимические исследования Волжских водохранилищ. Рыбинск, 1982.
Буторин Н.В., Курдина Т.Н., Бакастов С.С. Температура воды и грунтов Рыбинского водохранилища. Л.: Наука, 1982. 221 с.
Экосистема озера Плещеево. Л.: Наука, 1989. 260 с.
Формирование и динамика полей гидрологических и гидрохимических характеристик во внутренних водоемах и их моделирование. С.-Пб.: Гидрометеоиздат, 1993.
Органическое вещество донных отложений Волжских водохранилищ. С.-Пб.: Гидрометеоиздат, 1993.
Герасимов Ю.В., Поддубный С.А. Роль гидрологического режима в формировании скоплений рыб на мелководьях равнинных водохранилищ. Ярославль, 1999. 170 с.
Литвинов А.С. Энерго- и массообмен в водохранилищах Волжского каскада. Ярославль, 2000. 83 с.
Поддубный С.А., Сухова Э.В. Моделирование влияния гидродинамических и антропогенных факторов на распределение гидробионтов в водохранилищах. Рыбинск, 2002. 115 с.
Бикбулатов Э.С., Бикбулатова Е.М., Литвинов А.С., Поддубный С.А. Гидрология и гидрохимия озера Неро. Рыбинск, 2003. 189 с.
Бикбулатов Э.С., Бикбулатова Е.М., Степанова И.Э. Гидроксиламин и гидразин в водных экосистемах. Рыбинск: Рыбинский дом печати, 2007. 157 с.
Бикбулатов Э.С. Биоэлементы и их трансформация в водных экосистемах. Рыбинск: ОАО Рыбинский дом печати, 2009. 289 с.
Законнова А.В., Литвинов А.С. Оэлевой состав вод Рыбинского водохранилища и его многолетние изменения // Гидробиологический журнал. 2009. № 2. С. 96-100.
Литвинов А.С., Законнова А.В., Соколова Е.Н. Гидрологическая структура Шекснинского плеса Рыбинского водохранилища и оценка качества воды по биологическим показателям // Метеорология и гидрология. 2010. № 1. С. 88-95.
Отюкова Н.Г. Некоторые аспекты гидрохимического режима малой реки в условиях зоогенного нарушения // Водные ресурсы. 2009. Т. 36, № 5. С. 633-638.
Литвинов А.С. Рощупко В.Ф. Многолетние изменения элементов гидрометеорологического режима Рыбинского водохранилища // Метеорология и Гидрология. 2010. № 7. С. 65-75.
Герман А.В., Законнов В.В., Мамонтов А.А. Хлорорганические соединения в донных отложениях, бентосе и рыбе Волжского плеса Рыбинского водохранилища // Водные ресурсы. 2010. Т. 37, № 1. С. 84-88.
Крылов А.В., Цветков А.И., Малин М.И., Романенко А.В., Поддубный С.А., Отюкова Н.Г. Сообщества гидро-бионтов и физико-химические параметры устьевой области притока равнинного водохранилища // Биология внутр. вод. 2010. № 1. С. 65-75.
Sigareva L.E., Gierszewski P., Zakonnov V.V. Fosylne pigmenty roslinne biomarkerami stanu srodowiska ekosystemow wodnych // Landform Analysis. 2010. № 12. Р. 112-117.
Герман А.В., Законнов В.В., Шелепчиков А.А., Фешин Д.Б., Бродский Е.С. Процессы седиментации и аккумуляция полихлорированных бифенилов в русле р. Шексна в пределах г. Череповец // Вода: химия и экология. 2012. № 4. С. 16-20.
Литвинов А.С., Законнова А.В. Термический режим Рыбинского водохранилища при глобальном потеплении // Метеорология и гидрология. 2012. № 9. С. 91-96.
Поддубный С.А. Современное состояние и экологическое значение уровня воды в верхневолжских водохранилищах// Вода: химия и экология. 2012. № 12. С. 9-15.
Поддубный С.А. Многолетние изменения площадей и объемов мелководной зоны верхневолжских водохранилищ в зависимости от колебаний уровня воды // Вода: химия и экология. 2013. № 8. С. 3-7.
Степанова И.Э. Кинетические закономерности нитрификации в водах Рыбинского водохранилища // Экологическая химия. 2014. 23(2). С. 175-179.
Литвинов А.С., Пырина И.Л., Законнова А.В., Кучай Л.А., Соколова Е.Н. Термический режим и продуктивность фитопланктона Рыбинского водохранилища в условиях изменения климата // Вода: химия, экология. 2014. № 12. С. 107-114.
Степанова И.Э. Характеристики органического вещества в Рыбинском водохранилище на современном этапе // Вода: химия и экология. 2015. № 10. С. 3-11.
Степанова И.Э., Литвинов А.С. Зависимость содержания органического вещества и биогенных элементов от гидрологических условий в Рыбинском водохранилище // Водное хозяйство России. 2015. № 3. С. 20-31
Поддубный С.А. К вопросу о типизации устьевых областей малых рек-притоков верхневолжских водохранилищ // Вода: химия и экология. 2015. № 3. С. 17-22.
Поддубный С.А. Геометрическая модель устьевой области малой реки-притока водохранилища // Вода: химия и экология. 2015. № 12. С. 3-9.
