ИССЛЕДОВАТЕЛИ ЖИЗНИ
«СТРАННЫХ» ОЗЁР
10–11 июля на научно-исследовательском стационаре Института биофизики СО РАН на озере Шира в Хакасии прошел совместный семинар участников междисциплинарного интеграционного проекта СО РАН № 56 «Прогнозное моделирование и междисциплинарные комплексные исследования многолетней динамики состояния экосистем меромиктических озер Сибири».
Егор Задереев, к.б.н., учёный секретарь Института биофизики СО РАН
Меромиктическим называют озеро, в котором в течение как минимум одного года водная толща не перемешивается от поверхности до дна. В наших широтах в водоёме (как искусственном, так и естественном), если он достаточно глубокий, в летнее время происходит стратификация воды (разделение на слои разной плотности), но осенью при падении температур и под действием ветров вода перемешивается. Схожая ситуация характерна и для весны. Однако в солёных озерах подобные процессы могут нарушаться из-за неоднородного распределения солености: слой более солёной воды около дна имеет повышенную (по сравнению с поверхностным) плотность и не участвует в перемешивании.
На территории Сибири всего три таких водоёма: озёра Шира и Шунет в Хакасии и Доронинское в Забайкалье. Эти объекты и намечены для детальных исследований сибирских учёных. У проекта две основных задачи. Первая — понять и научиться предсказывать, при каких условиях озеро из обычного может стать меромиктическим и наоборот. Второе — исследовать особенности адаптации различных организмов к таким уникальным условиям и перестройки, происходящие в экосистеме при смене режимов перемешивания.
В качестве внешнего эксперта на семинар был приглашен водный эколог мирового уровня, специалист из Нидерландов Рамеш Гулати. В этом году он был избран Почётным доктором Сибирского отделения РАН. Координатор интеграционного проекта, директор Института биофизики СО РАН академик А. Г. Дегерменджи, открывая мероприятие, отметил, что участие известного учёного — прекрасная возможность не только получить критические отзывы о своей работе, но и обсудить возможность публикации результатов в авторитетных научных изданиях. Ранее с участием доктора Гулати были изданы два специальных выпуска Aquatic Ecology об исследованиях на озере Шира (в 2002 и 2010 годах). Являясь членом редколлегии нескольких международных журналов, он может дать квалифицированный совет, как донести полученные данные до научной общественности. Во время жёсткой «журнальной» конкуренции это более чем важно.
 |
| Групповая фотография участников семинара, в центре доктор Р. Гулати (Нидерланды) и академик А. Г. Дегерменджи.
|
В начале семинара участники проекта детально обсудили наименее исследованный объект — озеро Доронинское. Научный сотрудник Института общей и экспериментальной биологии СО РАН к.б.н. С. П. Бурюхаев и научный сотрудник Института природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН С. В. Борзенко представили предварительные результаты его изучения. Специалисты из Читы и Улан-Удэ в рамках проекта провели этой зимой совместные исследования экосистемы озера, и стоит отметить, что полученные данные пока вызывают большое количество вопросов. Доронинское относится к содовым озёрам, а они пока недостаточно изучены. Зафиксированные в этом водоёме вертикальные профили распределения физико-химических факторов и биологических процессов для многих специалистов выглядели необычными, поэтому представленные результаты вызвали жаркие дискуссии. Скорее всего, следующий совместный семинар по проекту пройдет в Чите и будет совмещён с совместным выездом на озеро и использованием приборного потенциала всех участников проекта для разрешения спорных вопросов. Этот довольно удаленный для исследователей объект требует детальных мониторинговых измерений.
Доклады остальных участников семинара были посвящены озёрам Шира и Шунет. В ходе многолетних исследований получены данные, которые позволяют перейти к решению новых задач. Ведущий научный сотрудник Института геологии и минералогии СО РАН д.г.-м.н. И. А. Калугин представил доклад об использовании донных отложений озера Шира для реконструкции климата и состояния водоёма за последние
2,5 тысячи лет. Бактериальные сообщества меромиктического периода оставляют в качестве следа специфичные пигменты на дне озера. Исследовав их состав, состояние, концентрацию этих пигментов и других возможных биологических маркеров состояния экосистемы, можно сказать, каким было озеро сотни и даже тысячи лет назад. В ходе предыдущего интеграционного проекта было выяснено, что донные осадки озера Шира обладают выраженной слоистостью. На сегодня выполнена их датировка, сделана оценка скорости осадконакопления в озере. Отметим, что сейчас этот водоем является единственным в России с датированными слоистыми донными отложениями.
Как же связать различный состав донных осадков и биологических маркеров с состоянием водоёма и восстановить историю озера? Старший научный сотрудник ИБФ СО РАН к.ф.-м.н. Д. Ю. Рогозин представил свежие результаты использования пигмента пурпурных серных бактерий окенона в качестве маркера меромиктического состояния. Логика этого способа достаточно проста: если озеро не перемешивается, то на границе сероводородного слоя живут пурпурные бактерии, и их остатки присутствуют в донных отложениях. Если озеро перешивается, то пурпурных бактерий в нём нет (или есть в очень малых концентрациях), и их остатков на дне должно быть существенно меньше. Исследовав слои донных отложений за последние тысячи лет, можно сказать, что происходило с озером в прошлом.
Научный сотрудник Лимнологического института СО РАН к.б.н. А. Д. Фирсова в мае во время своего визита в рамках проекта отобрала пробы, а на семинаре уже представила предварительные результаты исследования остатков диатомовых водорослей в осадках озера Шира. Диатомовые водоросли — один из наиболее часто используемых биологических маркеров, сохраняющихся в донных отложениях, однако работа с ними требует высокой квалификации и современного оборудования. Кроме бактерий и водорослей на дне могут быть обнаружены останки (или даже отпечатки) различных животных — от мелких рачков до чешуи рыб.
Если исследования донных осадков направлены на понимание прошлого, то совместные усилия гидрофизиков, математиков и биофизиков позволят заглянуть в будущее. Комплексные математические модели, описывающие поведение озера и его экосистемы при различных климатических условиях, могут быть использованы для предсказания устойчивости меромиктического состояния. Сегодня можно сказать, что эта задача не решена никем в мире: слишком много взаимосвязанных процессов протекает даже в небольшом озере, чтобы можно было с уверенностью говорить об адекватном прогнозе. Однако собравшиеся для реализации проекта специалисты уверены: решение будет найдено.
Младший научный сотрудник Института вычислительного моделирования СО РАН Т. В. Якубайлик рассказала о применении допплеровских профилографов течений для исследований трёхмерной структуры перемещения воды в озёрах. Подобные приборы являются стандартными для океанских исследований, но не так часто применяются в других водных объектах: основная проблема — дороговизна. Участники проекта имеют возможность использовать их благодаря сотрудничеству с Сибирским федеральным университетом (г.Красноярск). В прошлом году с помощью этой аппаратуры в озере Шира были зафиксированы внутренние волны.
В этом году на стационаре ИБФ СО РАН установлена собственная метеостанция, приобретённая в рамках программы импортозамещения СО РАН. В озере также работают температурные датчики, ведущие непрерывные измерения. Совмещение прямых температурных, погодных и гидрофизических данных позволит понять механизмы формирования стратификации и течений в озере. Можно с уверенностью говорить, что суммарный приборный потенциал участников проекта уникален для исследований континентальных водоемов в России.
Проведённый семинар был экспериментальным по форме (выезд всех участников на стационар, приглашение известного зарубежного учёного), но этот эксперимент, без сомнений, удался: отобраны совместные пробы, получены замечания и предварительные предложения о публикации собранных данных от внешнего эксперта. Будем ждать интересных результатов!
Фото Ю. Бархатова
стр. 2
|
