Список используемых сокращений 4
Введение 5
Глава 1. Теоретико-методологические основы изучения ОРОВ в водных объектах 7
Глава 2. Оценка содержания ОРОВ в природных водах: подходы, методы, прогноз 10
2.1. Понятие оценки содержания ОРОВ в природных водах 10
2.2. Методы определения общего содержания РОВ в воде 11
2.2.1. Окисляемость воды 12
2.2.2. Биохимическое потребление кислорода 14
2.3. Цветность воды 15
2.4. Методы и сроки определения содержания РОВ на постах сити
Росгидромета 15
2.5. Окрашенное растворенное органическое вещество (ОРОВ) 18
2.5.1. Методика пробоотбора на содержание ОРОВ 18
2.5.2. Анализ проб на ОРОВ и их обработка спектрофотометрическим
методом в лабораторных условиях 18
2.5.3. Методика использования данных дистанционного зондирования
для определения содержания ОРОВ в водных объектах 20
Глава 3. Физико-географическое описание и характеристика особенностей районов расположения объектов исследования 22
3.1. Кольский полуостров 22
3.2. Полуостров Ямал 27
3.3. Дельта р. Лены 29
Глава 4. Содержание ОРОВ в водных объектах трех арктических регионов:
Кольский полуостров, полуостров Ямал, дельта р. Лены 32
4.1. Результаты анализа пробы воды с водных объектов Кольского
полуострова (2019 г) и их интерпретация 32
4.2. Результаты анализа пробы воды с водных объектов дельты р. Лены
(2016 и 2018 гг.) и их интерпретация 34
4.3. Результаты анализа пробы воды с водных объектов полуострова Ямал
(2018 г) и их интерпретация 41
4.4. Сравнение содержания ОРОВ для трех рассматриваемых регионов.... 43
Глава 5. Определение содержания ОРОВ в воде с применением данных дистанционного зондирования 47
5.1. Получение уравнения зависимости отношения зеленого и красного спектральных каналов и лабораторных данных по ОРОВ (по данным для
полуострова Ямал) 47
5.2. Апробация полученного уравнения связи на водных объектах дельты р.
Лены с известными значениями концентрации ОРОВ 50
Заключение 53
Список литературы 56
Огромные пространства Арктики и Субарктики России, примыкающие к Северному Ледовитому океану, пока что сравнительно мало изучены с точки зрения состава и состояния поверхностных вод.
На сегодняшний день программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП) выделяет среди актуальных экологических проблем арктического региона изменение климата, влекущее за собой активизацию процессов термоденудации и термоэрозии в криолитозоне, тесно связанных с гидросистемами на ее территории.
Проведения мониторинга содержания в водных объектах арктической зоны растворенных органических веществ (РОВ), количество которых возрастет в результате упомянутых выше процессов, в настоящее время имеет серьезные экономические и технические ограничения из-за труднодоступности удаленных районов. К числу особенностей Арктики, также препятствующих организации и ведению регулярного мониторинга, относятся суровый климат, широкое распространение многолетнемерзлых грунтов, преобладание эрозионных процессов, интенсивность ветров.
Известно, что избыток РОВ в воде оказывает непосредственное влияние на экологическое состояние водных экосистем. Концентрация РОВ может оказывать существенное влияние на биологическую активность в водных системах, поскольку окрашенная растворенная органика (ОРОВ) уменьшает интенсивность света при его проникновении в воду. Очень высокие концентрации ОРОВ могут оказывать ограничивающее влияние на фотосинтез и ингибировать рост фитопланктона (Stedmon et al., 2000), который составляет основу водных пищевых цепей и является основным источником атмосферного кислорода в водных экосистемах.
Все это обуславливает необходимость организации мониторинга содержания ОРОВ в воде, чему может способствовать развитие применения современных подходов к проведению аналитических исследований, а также использование дистанционных методов для ведения наблюдений. Это
обуславливает актуальность выбранной тематики работы - оценки содержания окрашенной растворенной органики в водоемах арктических регионов с применением метода спектрофотомерии и данных дистанционного зондирования.
В качестве объектов исследования были выбраны озера трех районов: полуостров Ямал, дельта р. Лены и Кольский полуостров. Первые два района расположены в Арктическом поясе, последний - в Субарктическом.
Целью данной работы является определение концентрации окрашенного растворенного органического вещества (ОРОВ) в водных объектах и выявление пространственно-временных особенностей динамики его количества в воде.
К задачам работы отнесены:
1) Обзор ранее опубликованных материалов по теме исследования;
2) Рассмотрение методов определения содержания ОРОВ в воде;
3) Лабораторный анализ проб воды на концентрацию ОРОВ;
4) Применение метода дистанционной оценки концентрации ОРОВ в программе Sentinel application platform (SNAP) для водных объектов полуострова Ямал;
5) Анализ полученных результатов.
Работы выполнялись в рамках проекта РФФИ Арктика 18-05-60291 «Адаптация арктических лимносистем к быстрому изменению климата».
Автор выражает благодарность своему научному руководителю к.г.н. Федоровой Ирине Викторовне, а также к.г.-м.н. Дворникову Юрию Александровичу и д.г.н Дмитриеву Василию Васильевичу за ценные советы при подготовке выпускной квалификационной работы. Отдельную благодарность автор выражает коллективу лаборатории им. Отто Шмидта (ААНИИ) за предоставление возможности свободно использовать лабораторное оборудование для анализа проб воды.
В результате проделанной работы получены следующие выводы:
1) Для озер Кольского полуострова значение аОРОВ(440) в среднем равно 1,31 нм-1. ОРОВ во всех рассмотренных водных объектах данного региона по основному источнику поступления является аллохтонным (S <0,02 нм-1). Для рек значения аОРОВ(440) в среднем составляет 5,74 нм-1. В них присутствуют процессы фотодеградации (Sr >1,2).
2) Озера дельты р. Лены характеризуются средним значением аОРОВ(440) 2,35 нм-1. Для реки данного региона в среднем значение аОРОВ(440) равно 2,04 нм-1. Характерно преобладание аллохтонного ОРОВ (S <0,02 нм-1). Воды всех рассмотренных объектов богаты гуминовыми кислотами и поступающими с поверхности водосборов органическими веществами (Sr <1,2);
3) В озерах полуострова Ямал среднее значение аОРОВ(440) составило 6,09 нм-1, а в реках - 6,12 нм-1. Во всех водных объектах преобладает аллохтонное ОРОВ (S <0,02 нм-1). Выявлено, что воды всех рассмотренных объектов насыщены поступающими с земной поверхности органическими веществами и гуминовыми кислотами (Sr <1,2);
4) При рассмотрении сезонной динамики ОРОВ в водах озер дельты р. Лены подтверждено, что на содержание ОРОВ в воде могут сильно влиять не только общие факторы, как переход озер на питание исключительно грунтовыми водами в период стояния сплошного ледового покрова на поверхности воды, но также местные особенности отдельных объектов - например, поступление насыщенных растворенной органикой болотных вод в период открытой воды. Это подводит к необходимости разработки индивидуального подхода к объектам исследования и рассмотрению влияния на них местных факторов, которое может быть весьма значительным.
5) По итогам сравнения содержания ОРОВ в водных объектах трех регионов получено, что максимальные значения характерны для полуострова Ямал, а минимальные - для Кольского полуострова при рассмотрении озер или для дельты р. Лены при рассмотрении рек.
В случае как для озер, так и для рек, максимум значений пришелся на полуостров Ямал. Полученный результат можно объяснить сроками пробоотбора. Пробы там отбирались в период открытой воды, когда озера в условиях активизации процессов термоденудации и термоэрозии в криолитозоне при положительных температурах активно принимают поступление аллохтонного вещества с поверхностей их водосборов. То, что по полученным для рек данным следующим по величине содержания ОРОВ в воде идет Кольский полуостров, обуславливается местами расположения точек пробоотбора - пробы отбирались из рек, принимающих стоки промышленных предприятий. Так, например, р. Саамка, для которой измерена максимальная величина концентрации ОРОВ, испытывает сильное загрязнение шахтными водами, поступающими с рудника Кировского комбината "Апатит". Сбросы увеличивают содержание ОРОВ в воде.
В свою очередь, наблюдаемая ситуация для озер объясняется, опять же, местами отбора проб. Значения для Кольского полуострова ниже, чем для дельты р. Лены, поскольку пробы отбирались в местах с невыраженным антропогенным воздействием. В целом же, для озер Кольского полуострова в естественных условиях содержание ОРОВ должно быть ниже, так как здесь отсутствует приток богатых растворенной органикой болотных вод, характерный для отдельных озер дельты р. Лены в летний период.
6) Применение данных дистанционного зондирования для определения содержания ОРОВ в водных объектах может дать удовлетворительные результаты, что подтверждено апробацией полученного на основе данных по полуострову Ямалу уравнения связи на водоемах и водотоках полуострова с известными значениями содержания ОРОВ за 2016 год. Однако приведенная в работе методика все же нуждается в доработке и дополнительной проверке на других водных объектах. При получении в дальнейшем достоверных результатов, определение содержания ОРОВ в воде может стать перспективным методом для ведения дистанционного мониторинга ОРОВ в водных объектах.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
