Введение 4
Обзор литературы по теме диссертации 7
1 Физико-географическое описание района исследований 9
1.1 Физико-географическое описание архипелага Северная земля 9
1.2 Физико-географическое описание антарктических оазисов 12
1. 2.1 Климат в оазисах 13
1. 2.2 Оазис Ширмахера 13
1. 2.3 Холмы Ларсеманн 15
2 Материалы и методы исследования 17
2.1 Подходы к изучению состояния водных объектов 17
2.2 Материалы исследований 18
2.2.1 Полевые материалы исследований водоемов Северной Земли 19
2.3 Методики определения гидрохимических показателей 20
2.3.1 Определение растворенного кислорода 20
2.3.2 Определение содержания общего органического вещества. 21
2.3.3 Определение содержания биогенных элементов в пробах воды 22
2.3.4 Определение содержания нефтепродуктов в пробах воды и почвы. 22
2.4 База данных 23
3. Анализ гидрологических, гидрохимических, гидробиологических параметров водных экосистем 25
3. 1 Анализ гидрологических, гидрохимических, гидробиологических параметров водных экосистем Северной Земли 25
3.1.1. Особенности гидрологического режима озер Северной Земли 25
3.1.2. Особенности гидрохимического режима озер Северной Земли 26
3.1.3. Особенности гидробиологического режима озер Северной Земли 27
3.1.4 Анализ гидрохимического режима рек Северной Земли 31
3. 2 Анализ гидрологического, гидрохимического, гидробиологического режимов озёр оазиса Ширмахера 31
3. 3 Анализ гидрологического, гидрохимического, гидробиологического режимов озёр оазиса Холмы Ларсеманн 32
4. Многокритериальная оценка состояния водных объектов 34
5 Оценка состояния водных объектов с точки зрения водопользования 43
Заключение 44
Список литературы 46
В данный момент происходит изменение климата, о котором говорится во многих статьях, посвящённых изучению данной темы. Одними из самых чувствительных к изменению климата регионами являются полярные регионы, на территории которых расположено множество полярных станций и научно-исследовательских стационаров, при функционировании которых оказывается антропогенное воздействие на все компоненты окружающей среды, в том числе и на водные экосистемы.
Актуальность темы ВКР обусловлена высокой чувствительностью водных экосистем полярных регионов и особенностью протекания процессов самоочищения водоемов в условиях крайнего севера. На территории Арктики и Антарктики расположены экосистемы, которые почти не подвержены антропогенному воздействию, ввиду своего расположения и климатических условий. При изучении глобальных процессов изменения климата, а также при оценке состояния окружающей среды в настоящее время данные регионы могут служить индикаторами происходящих процессов изменений.
В 1991 г. Антарктидa была объявлена заповедной зоной, предназначенной для мира и науки. Сохранение естественных водных ресурсов шестого континента и обоснование пределов воздействия на них от любого вида хозяйственной деятельности стали приоритетными задачами гидрологических исследований.
Сохранение и исследование внутренних водоёмов Арктики и Антарктики являются целью исследования многих отечественных и зарубежных учёных. Ежегодно на полярные арктические и антарктические станции прибывают сотни специалистов, для изучения гидрохимических, климатических и гидрологических особенностей полярных водных экосистем.
К настоящему времен накоплено много данных полевых наблюдений по внутренним озёрам Арктики и Антарктики, обобщение которых позволит произвести многокритериальную оценку состояния арктических и антарктических водоёмов.
Чаще всего состояние водоемов оценивается по отдельным показателям. Однако, следует отметить, что при отдельном рассмотрении гидрохимических, гидробиологических и гидрологических параметров оценка состояния или выявление причин изменения режима водоёма могут быть произведены неверно. Так, например, указание на содержание какого-либо вещества в воде или видовое разнообразие бентосных сообществ не дает нам полной картины гидрохимического и гидробиологического режимов. Однако, рассмотрение распространения и/или изменения тех же параметров во времени и в пространстве, напрямую связанные с гидрологическим режимом и морфометрическими показателями водоема, дает возможность говорить о водоеме, как о «живой» системе. Подобные попытки объединения параметров трех режимов для оценки состояния водоемов проводились различными авторами. Чаще всего это представлено в виде разного рода показателей.
Изучению геологических, климатических, геоморфологических, гидрологических, гидрохимических и гидробиологических особенностей антарктических озер были посвящены работы отечественных и зарубежных учёных (Симонов, Русин). К настоящему моменту накопилось большее количество материалов полевых наблюдений более чем по 400 озерам Восточной Антарктиды. Обобщение разрозненных данных геоэкологического мониторинга позволяет на более высоком уровне проводить многокритериальную (интегральную) оценку состояния антарктических водоемов и выявить особенности пространственно-временной изменчивости элементов режимов.
Целью данной работы является проведение оценки современного состояния водных объектов в районе полярных станций Арктики и оазисов Антарктиды на основе гидрологических, гидрохимических и гидробиологических показателей.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
1. Провести полевые наблюдения и лабораторную обработку проб гидрохимических параметров арктических озёр архипелага Северная Земля;
2. Создать базу данных гидрологических и гидрохимических показателей водоемов архипелага Северная Земля и оазисов Антарктиды за последние годы исследований;
3. Провести классификацию исследуемых водоёмов и дать им характеристику
4. Построить квалиметрические шкалы для оценки современного гидрологического и гидрохимического состояния озёр Северной Земли и оазисов Антарктиды;
5. Провести многокритериальную оценку гидрологического и гидрохимического состояния озёр Северной Земли и оазисов Антарктиды и апробировать методику на конкретных водоемах.
6. Оценить состояние водных объектов с точки зрения водопользования.
Объектами исследования на Северной Земле являются озеро Твёрдое, Каскадные озёра, озеро Глубокое, а также реки: Чёрная, Останцовая, Новая, Мушкетова, река без названия, которые берут своё начало с ледника Мушкетова. Данные водные объекты находятся в районе научно-исследовательского стационара ААНИИ «Мыс Баранова», расположенного в северной части острова Большевик архипелага Северная Земля.
Объектами исследования в оазисах Антарктиды являются озёра в районе Антарктической станции «Новолазаревская», которая расположена в юго-восточной части оазиса Ширмахера: озера Зуб, Верхнее (питьевое), Глубокое, Станционное и Топографов; а также озёра в районе станции «Прогресс», расположенной на территории оазиса Холмы Ларсеманн: Sibthorpe, Discussion, Scandrett, озеро около базы Лоу, Reid, Stepped.
Новизной работы является сравнение и построение квалиметрических шкал для двух полярных районов: Северной Земли и антарктических оазисов.
Стоит также отметить, что ранее анализ на содержание нефтепродуктов в воде рек на острове Большевик не производился, что приведено в данной работе. Впредставленной работе используются данные, полученные относительно недавно – в 2017-2019 гг. В работу включены результаты полевых работ автора на Северной Земле. Автор также благодарен коллективу Отдела ВАЭ ААНИИ за предоставленные материалы медико-экологических исследований в озерах оазисов Антарктиды.
В соответствии с поставленной целью, в рамках выпускной квалификационной работы была проведена оценка современного состояния водных объектов в районе полярных станций Арктики и оазисов Антарктиды на основе гидрологических, гидрохимических и гидробиологических показателей.
В процессе выполнения работы были решены следующие задачи:
1. Были проведены полевые наблюдения и произведена лабораторная обработка проб гидрохимических параметров арктических озёр архипелага Северная Земля;
2. Была создана база данных гидрологических и гидрохимических показателей водоемов архипелага Северная Земля и оазисов Антарктиды за 2017, 2018 и 2019 гг;
3. Были построены квалиметрические шкалы для оценки современного гидрологического и гидрохимического состояния озёр Северной Земли и оазисов Антарктиды. Были получены значения границ классов состояния водоемов и дана их характеристика;
5. Проведена многокритериальная оценка состояния озёр. На втором уровне свертки информации был получен сводный показатель состояния.
6. Было установлено, что Озеро Твёрдое на архипелаге Северная Земля соответствует нормативам ПДК для питьевых вод. Для озёр антарктических оазисов, которые являются источниками водоснабжения станций были выявлены превышения норм ПДК по содержанию нефтепродуктов.
В результате проведённого исследования были получены следующие результаты.
Были выявлены основные факторы, определяющие особенности водоемов антарктических озер и их сходство с озёрами Арктики. Одним из таких факторов является солевой состав вод озер антарктических оазисов, который формируется за счет переноса морских аэрозолей. Также фактором, обуславливающим сходство водоёмов Арктики и антарктических оазисов, является тип их питания за счёт таяния снега и льда.
Проведённая апробация методики на репрезентативных озерах за разные месяцы позволяет сделать вывод, что на крупные озёра Арктики сезонные изменения гидрохимических параметров не оказывает существенного влияния.
Также на основании проведённой оценки состояния арктических озёр, можно сделать вывод о том, что на данные водные экосистемы оказывается антропогенная нагрузка, однако за счёт гидрологических факторов данные водоёмы способны восстанавливаться.
На основании этого можно сделать вывод, что гидрологические параметры оказывают довольно сильное влияние на оценку состояния водоёмов, что может быть учтено в будущем при расставлении весов для групп параметров при построении квалиметрических шкал и получении сводных показателей.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
