Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Физико-географическая характеристика водосборной территории 12
1.1. Рельеф и геологическое строение 12
1.2. Почвы и растительность 14
1.3. Климатические условия 16
1.4. Поверхностные воды 19
Глава 2. Материалы и методы исследования 22
2.1. Дельтар. Селенги 22
2.2. Селенгинское мелководье 23
2.3.баргузинскийзалив 24
2.4. Ангаро-кичерское мелководье 25
2.5. Хранение и подготовка проб к анализу, методы анализа 27
2.6. Контроль качества полученного материала 30
Глава 3. Трансформация компонентов речного стока в устьевой области рек (литературный обзор) 34
3.1. Устьевые области рек 34
3.2. Процессы в барьерной зоне «река-море» 35
3.2.1. Динамика главных ионов 38
3.2.2. Трансформация биогенных элементов 40
3.2.3. Динамика органических веществ 42
3.2.4. Трансформация взвешенных веществ 44
3.3. Гидрологические и гидрофизические процессы в приустьевых областях главных притоков оз. Байкал 45
Глава 4. Химический состав селенгинских вод и его изменения в пределах дельты 51
4.1. Химический состав вод р. Селенги до поступления в дельту 51
4.2. Изменение химического состава воды р. Селенги при прохождении через дельту 54
4.2.1. Концентрации главных ионов и их сумма 54
4.2.2. Биогенные элементы и органическое вещество 58
4.1.2. Сток химических компонентов с водами р. Селенгой 67
Глава 5. Химический состав в зоне смешения вод р. Селенги и оз. Байкал 72
5.1. Характеристика зоны смешения на селенгинском мелководье 72
5.2. Изменение химического состава в зоне смешения вод р. Селенги и оз.байкал 82
5.2.1. Пространственная и временная динамика концентраций главных ионов 82
5.2.2. Изменение концентраций взвешенных веществ 85
5.2.3. Изменение концентраций биогенных элементов и органических веществ 86
Глава 6. Трансформация и распределение химических компонентов речного стока в баргузинском заливе и на ангаро-кичерском мелководье 102
6.1. Химический состав вод р. Баргузин в современный период 102
6.2. Изменение химического состава вод р. Баргузин в приустьевой области баргузинского залива 103
6.3. Химический состав вод р. Верхняя ангара в современный период 116
6.4. Изменение химического состава вод р. Верхняя ангара на акватории ангаро-кичерского мелководья 117
Выводы 128
Литература
- Почвы и растительность
- Ангаро-кичерское мелководье
- Трансформация биогенных элементов
- Концентрации главных ионов и их сумма
Введение к работе
Актуальность работы. Байкал является крупнейшим резервуаром и источником чистых пресных вод (23 тыс. км ). Его воды отличаются низкой минерализацией и высоким качеством, что предопределяет их стратегическое значение как источника питьевой воды не только для России, но и для мирового сообщества.
Водные массы открытого озера имеют постоянный ионный состав (Верещагин, 1947; Вотинцев, 1961; Грачев и др., 200% растворенные вещества, поступающие с речным стоком, из атмосферы и донных осадков активно трансформируются в результате внутриводоемных процессов. При этом важную роль в формировании качества воды и в функционировании экосистемы озера играет центральная глубоководная зона Байкала (Домышева, 2001), которая занимает до 93 % от его акватории. Придельтовые и приустьевые мелководья озера, куда впадают главные притоки, занимают небольшую площадь, но отличаются наиболее высокой продуктивностью. До настоящего времени гидрохимические исследования традиционно проводились или на акватории открытого Байкала или на его притоках (Вотинцев и др., 1963, 1964, 1965; Шимараев, 1971; Богданов, 1978; Тарасова, 1992; Поповская, 1986; Сороковикова и др., 2000, 2001). Вопрос же о процессах, происходящих в зоне смешения речных и озерных вод, остается недостаточно изученным. Тогда как именно эти зоны характеризуются наиболее высокой интенсивностью физических, химических и биологических процессов, что убедительно показано на примере барьера «река - море» (Liss, 1976; Лисицын, 1974, 1994; Емельянов, 1998; Гордеев, 2004; Лопатин и др., 2000). Установлено, что в узкой устьевой области рек происходит механическая дифференциация и осаждение взвешенного вещества, изменение содержания и состава растворенных веществ речного стока и формирование вод с новыми физико-химическими и биологическими показателями (Артемьев, 1993; Gordeev, 2000; Ragueneau et al., 2002 et al.).
Изучению процессов в зонах смешения пресных озерных и речных вод, при относительно небольшом различии концентраций химических компонентов, до настоящего времени не уделялось должного внимания. Исследования в данном направлении позволят получить новые данные о формировании химического состава вод пресных водоемов, определить роль устьевых областей в функционировании и самоочищении озерных экосистем.
Цель lL~.\--rj. настоящей работы заключается в изучении пространственного распределения и временной динамики компонентов химического состава воды в устьевых областях рек, а также в определении роли зоны смешения в трансформации химических ингредиентов речного стока и формировании состава вод оз. Байкал.
Для ее достижения были поставлены следующие задачи:
изучить сезонную и межгодовую динамику содержания химических компонентов в водах рек Селенга, Баргузин, Верхняя Ангара, в зоне смешения речных и озерных вод, а также в прилегающих районах открытого Байкала;
по изменению концентраций компонентов-трассеров выделить зону смешения и исследовать влияние метеорологических, гидрологических и гидрофизических факторов на её пространственную динамику;
выявить роль биологических процессов в изменении содержания растворенных биогенных элементов и органических веществ в речной воде и в зоне ее смешения с озерной;
выделить зону наиболее активного преобразования химического состава речного стока в устьевых областях главных притоков оз. Байкал.
Защищаемые научные положения:
1. Временная динамика и пространственные изменения концентраций химических компонентов в водах дельтовых проток обусловлены величиной водного стока и интенсивностью гидробиологических процессов. В дельте р.
Селенги в биологический круговорот вовлекается от 10 до 70 % биогенных элементов речного стока.
Содержание главных ионов в зоне смешения определяется соотношением объемов взаимодействующих речных и озерных вод. Изменение концентраций компонентов ионного состава до байкальских значений завершается в основном на расстоянии 3-4 км от места впадения рек.
Данные о пространственном распределении концентраций биогенных элементов и органических веществ позволяют оценить роль биологических процессов в трансформации химического состава речных вод в зоне смешения. До 60 % минерального азота и до 80 % минерального фосфора вовлекается здесь во внутриводоемный биологический круговорот.
Научная новизна:
впервые выполнен полный химический анализ вод одновременно восьми основных проток дельты р. Селенги, придельтового пространства и открытого Байкала в различные сезоны года;
выявлены особенности пространственного распределения и сезонной динамики взвешенных и растворенных веществ речного стока в устьевых областях трех главных притоков Байкала — Селенги, Баргузина и Верхней Ангары;
предложено использование гидрохимических характеристик (сумма ионов, концентрация сульфатов) для идентификации речных вод и в качестве трассеров водообменных процессов в зонах смешения;
показано, что изменение концентраций главных ионов в приустьевоых районах Байкала определяется смешением различающихся по составу водных масс, а динамика концентраций биогенных элементов и органических веществ обусловлена сезонными и межгодовыми изменениями их стока в озеро, активностью гидрофизических и биологических процессов в зоне смешения;
получены количественные оценки вовлечения биогенных элементов речного стока в биологический круговорот в устьевой области;
установлено, что основные преобразования химического состава речных вод происходят на расстоянии, не превьппающем 3-4 км от места впадения рек в Байкал.
Практическая значимость. Основные результаты работы могут быть использованы при проведении мониторинга состояния вод озера Байкал. Выявленные закономерности процессов трансформации химического состава речных вод в системе «река — зона смешения — пелагиаль озера» позволяют прогнозировать изменение качества воды в периферической части озера под влиянием хозяйственной деятельности на водосборной территории, что весьма актуально в условиях интенсивного развития Байкальской природной территории как туристическо-рекреационного района. Данные натурных наблюдений, полученные в ходе выполнения работы, могут служить исходными параметрами при моделировании процессов переноса вещества и энергии в экосистеме озера. Результаты исследования будут востребованы при изучении продукционно-деструкционньїх процессов в активных контактных зонах и водообменных процессов в озере.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на российских и международных конференциях и совещаниях: Третья и четвертая Верещагинские Байкальские конференции (Иркутск, 2000, 2005); «Водные ресурсы Байкальского региона: проблемы формирования и использования на рубеже тысячелетий» (Иркутск, 1998); «Закон РФ «Об охране озера Байкал» как фактор устойчивого развития Байкальского региона» (Иркутск, 1998); «Аэрозоли Сибири». X Рабочая группа (Томск, 2003); «Научные основы сохранения водосборных бассейнов: междисциплинарные подходы к управлению природными ресурсами» (Улан-Удэ - Улан-Батор, 2004); «Биология микроорганизмов и их научно-практическое использование» (Иркутск, 2004); «Фундаментальные проблемы
/
изучения и использования воды и водных ресурсов» (Иркутск, 2005); «Основные факторы и закономерности формирования дельт и их роль в функционировании водно — болотных экосистем в различных ландшафтных зонах» (Улан-Удэ, 2005); «Проблемы устойчивого функционирования водных и наземных экосистем» (Ростов-на Дону, 2006); «Водные ресурсы и проблемы водопользования в Центральной Азии и на Кавказе» (Барнаул, 2007); III Международная научная конференция «Озерные экосистемы: биологические процессы, антропогенная трансформация, качество воды» (Нарочь - Минск, 2007); Международная научная конференция «Экологические проблемы бассейнов крупных рек-4» (Тольятти, 2008).
Диссертант участвовал в пяти международных интеркалибрациях по контролю качества анализа "искусственных поверхностных вод" под эгидой международной программы "Сеть станций кислотных выпадений в Юго-Восточной Азии" (EANET).
Публикации и личный вклад автора. По теме диссертации опубликовано 15 работ. Российским агентством по патентам зарегистрирована база данных «Гидрохимическая характеристика р. Селенги, ее дельты и Селенгинского мелководья оз. Байкал» (свидетельство № 2005620248 от 29.09.2005 г.).
Работа выполнена в Лимнологическом институте СО РАН в рамках НИР СО РАН: «Поступление и динамика вещества в водной толще, ледовом покрове и на границе раздела вода-атмосфера в условиях глобального изменения климата»; «Разработка, интеркалибрация и внедрение новых методов физико-химического и биологического мониторинга», интеграционных проектов РАН и СО РАН «Исследование биологических сообществ барьерных зон, обеспечивающих формирование чистых вод Байкала и ограничивающих проникновение чужеродных видов» и «Анализ и моделирование трансформации вещества в системе «река Селенга — дельта -оз. Байкал».
Автор участвовала в отборе и химическом анализе проб воды, а также в обработке и интерпретации полученных данных, подготовке публикаций. Участвовала в решении комплексных задач междисциплинарного характера, что отражено в совместных публикациях коллектива авторов.
Объем и структура работы
Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации - 150 страниц, в том числе, рисунков - 60, таблиц - 14, библиографический список из 203 наименований (21 страница).
Автор выражает глубокую благодарность к.г.н. Л.М. Сороковиковой за научное руководство и поддержку, д.г.н. Т.В. Ходжер, д.б.н. Т.И. Земской, чл.- корр. РАН А.К. Тулохонову, к.г.н. В.Н. Синюковичу, д.б.н. Г.И. Поповской, д.г.н. И.Б. Мизандронцеву, к.т.н. Л.П. Голобоковой, д. ф-м. н. П.П. Шерстянкину, В.Г. Иванову, сотрудникам лаборатории гидрохимии и химии атмосферы ЛИН СО РАН за просмотр рукописи, предоставление данных для анализа и помощь в проведении исследований.
Почвы и растительность
Общий геологический фон территории составляют древние кристаллические породы архейского и протерозойского возраста, включающие прорывы молодых изверженных пород. В тектонических понижениях и в долинах рек распространены пятна юрских, третичных и четвертичных отложений. Кристаллические породы, которые слагают
Онотский, Приморский, Байкальский, Верхне-Ангарский, Баргузинский и Муйские хребты, представлены гранитами, гнейсами и сланцами, а таюке осадочными породами - известняками, доломитами. Основные хребты в бассейне р. Селенги сложены докембрийскими кристаллическими породами, представленными метаморфизованными гранитами, гнейсами, сланцами и кристаллическими известняками.
Тектонические понижения в Селенгской Даурии (верхняя часть правобережья р. Селенги и долин Чикоя и Хилка) заполнены юрскими озерными отложениями, в составе которых преобладают конгломераты, песчаники и глинистые сланцы с прослойками угля. Верхне-Ангарская и Баргузинская котловины, дельты рек Селенги и Верхней Ангары, а таюке отдельные участки долин р. Селенги и ее притоков выполнены четвертичными отложениями. Мощность третичных и четвертичных отложений составляет сотни метров и в районе дельты Селенги достигает 1200 м.
Третичными и четвертичными отложениями выполнены конусы выноса при выходе долин рек на предгорные равнинные участки; в горах эти отложения встречаются в виде отложений ледниковых морен (Флоренсов, 1960; Флоренсов и др., 1965; Мартынов, 1965; Байкальский лес, 1999).
Характер почвенного покрова в различных частях бассейна оз. Байкал меняется в зависимости от главных формирующих факторов - климата, орографии и геологических условий. В связи с высокой расчлененностью рельефа здесь нарушается широтно-зональное изменение климатических условий и распределения растительности, в результате чего формируется их высотная поясность. Пространственное изменение распределения почвенного покрова в бассейне носит также азональный характер (Ногина, 1964). При отсутствии лесной растительности на высокогорных территориях формируются горно-тундровые хрящевато-суглинистые почвы. На облесенных горных склонах и невысоких вершинах широко распространены горно-лесные подзолистые почвы.
Горно-тундровые ландшафты территории бассейна Байкала также характеризуются каменистыми россыпями, чередующимися с участками песчано-глинистых почв, зачастую покрытых тонким слоем мха. Более низкие склоны горного обрамления покрыты дерново-подзолистыми, глинистыми и суглинистыми почвами. В дельте р. Селенги в составе почв преобладают песчаные фракции, что характерно также для Верхне-Ангарской и Баргузинской котловин. Своеобразием отдельных участков бассейна р. Селенги является распространение горно-лесных и дерново-подзолистых почв, залегающих на известняках. Сравнительно небольшое распространение имеют серые лесные почвы, приуроченные к пологим склонам в бассейне рек Итанцы, Ильки и в правобережной части среднего течения Хилка. Черноземы на территории бассейна Байкала распространены незначительно: в нижнем течении pp. Хилка, Джиды и Баргузина они выщелочены и встречаются в виде пятен и имеют зернисто-комковатую структуру. Каштановые почвы распространены в степях Селенгинской Даурии, а также в левобережье среднего течения Баргузина. Аллювиальные почвы характерны для пониженных форм рельефа и отмечены в дельтах рек Селенги и Верхней Ангары, в Гусиноозерской, Верхне-Ангарской и Баргузинской котловинах. Солончаковые почвы распространены пятнами в степных массивах (Прасолов, 1927; Макеев и др., 1962; Вотинцев и др., 1965; Массель и др., 1991; Кузьмин и др., 2002).
Растительность в бассейне распространяется согласно высотной поясности и характеризуется богатым видовым составом - от альпийских до степных форм. В горных районах с уменьшением высоты местности альпийский растительный пояс сменяется таежным, за исключением предгорий Верхне-Ангарской и Баргузинской котловин и некоторых других малоувлажненных районов, где таежная зона не выражена, и ее место занимают лесостепные и степные растительные сообщества. В целом, распространение того или иного пояса приурочено к определенным высотным зонам; альпийский — занимает вершины хребтов выше границы леса и представлен лишайниками, мхами, лугами и небольшими зарослями кедрового стланика. Леса таежной зоны покрьгеаіот северную часть бассейна озера. На востоке они занимают верхние части бассейнов pp. Хилка и Чикоя и состоят из лиственницы, сосны, кедра, пихты и ели. Лесистость территории различается как по составу ассоциаций, так и по степени покрытости лесной растительностью отдельных площадей, которая в горно-тундровых и горно-степных областях составляет 20-30 %, увеличиваясь на склонах Приморского хребта до 87-99 % (Преображенский и др., 1959; Байкальский лес, 1999; Нечаева, 2001).
Ангаро-кичерское мелководье
На месте отбора проб фиксировали растворенный кислород. Перед анализом воду фильтровали через поликарбонатные или ацетатцеллюлозные мембранные фильтры с диаметром пор 0.45 мкм.
Определение нестойких химических компонентов (гидрокарбонат-ион, биогенные элементы, органическое вещество, БПК) проводили в лаборатории на базе научно-методического Центра БИП СО РАН «Истомине» или на борту научно-исследовательского судна ЛИН СО РАН. Анализ катионов и анионов выполнен в лаборатории Института (не позднее 1 недели после отбора проб). До полного завершения анализа пробы хранили в холодильнике.
Химические анализы выполнены в аккредитованной лаборатории гидрохимии и химии атмосферы Лимнологического института СО РАН (аттестат аккредитации № РОСС RU. 0001.513855) по методикам и руководящим документам (РД), общепринятым в гидрохимии пресных вод суши, а также разработанным и аттестованным в Институте.
Определение сульфатов, хлоридов, гидрокарбонатов и нитратов проведено на микроколоночном жидкостном хроматографе "Милихром А-02" (ЭкоНова, Новосибирск, Россия) с колонкой 2 75 мм Nucleosil 100-5 С18. Для определения сульфатов, хлоридов, нитратов и гидрокарбонатов использовали метод микроколоночной высокоэффективной жидкостной хроматографии с УФ - детекцией (Барам и др., 1999). Предел обнаружения -0.05 мг/л, точность метода 5-7 %.
Определение кальция, магния, натрия и калия осуществлялось на атомно-абсорбционном спектрофотометре AAS-30 (Karl Zeis Yena, Германия). Содержание Са+ и Mg2+ измеряли в атомно-абсорбционном режиме (Са - А=422.7 нм, Mg - X =285.2 нм). Пламя - ацетилен-воздух, коррекция фона с помощью дейтериевой лампы. При определении Na+ и К+ использовали эмиссионный режим (Na+ - А=589.0 нм, К+ - А=766.9 нм). Пламя - ацетилен-воздух. Воспроизводимость определения катионов - 4-6 %. Предел обнаружения для Na+, К+, Са2+ - 0.1 мг/л, для Mg2+ - О.ОІмг/л (ИСО 7980-86; ИСО 9964-3-93).
Электропроводность измеряли кондуктометром DS-12 (Horiba, Япония) (РД 52.24.495-95). Для определения концентраций растворенных биогенных элементов использовали фотоколориметр КФК-2 с кюветами, расстояние между рабочими гранями которых составляет 50 мм.
Нитритный азот измеряли с использованием реактива Грисса (РД 52.24.381-95). Метод основан на способности первичных ароматических аминов в присутствии азотистой кислоты давать интенсивно окрашенные диазосоединения. Предел обнаружения - 0.007 мг/л, точность метода — 2 %.
Аммонийный азот определяли с реактивом Несслера (РД 52.24.486-95). Для устранения мешающего влияния Mg и Са был добавлен калий-натрий виннокислый. Предел обнаружения метода - 0.04 мг N/л, относительное стандартное отклонение в диапазоне концентраций 0.2-1.5 MTN/Л- 2 %.
Для определения кремния использовали метод, основанный на измерении интенсивности окраски желтой кремнемолибденовой гетер ополикис лоты (РД 52.24.433-95). Чувствительность метода 0.01-0.02 мг Si/л, относительное стандартное отклонение составляет 2 %.
Большинство методов определения фосфатов основаны на его способности образовывать фосфорномолибденовую гетерополикислоту. В работе определение проводили по методу Дениже-Аткинса с использованием в качестве восстановителя хлористого олова (Гос. контроль...., 2001). Эта модификация позволяет определять в воде низкие концентрации фосфатов (менее 0.005 мг Р/л). Точность метода достаточно высока - ±0.001 мг Р/л, относительное стандартное отклонение составляет 1.5 %.
Концентрацию органического фосфора рассчитывали по разнице между валовым содержанием и неорганической формой фосфора (Строганов и др., 1980). Определение общего содержания фосфора проводили с предварительным окислением органических соединений фосфора персульфатом калия (Бордовский и др., 1979) при температуре 160 С. В результате разложения персульфата калия образуется перекись водорода и серная кислота, а величина рН пробы понижается в конце сжигания до 1.5-1.8. При этом все фосфаты переходят в раствор. Далее определение выполняли так же, как для неорганического растворенного фосфора.
Для получения более полной информации о природе органического вещества в воде определяли величины кислой перманганатной, бихроматной окисляемости и содержание легкогидролизуемого органического вещества (ОВ). В первом случае окисление ОВ проводили раствором перманганата калия в сернокислой среде при кипячении, во втором - бихроматом калия в кислой среде в присутствии катализатора — сульфата серебра (РД 52.24.421-95; ИСО 8467-93).
Содержание легкогидролизуемого ОВ в воде определяли по убыванию концентрации растворенного кислорода при инкубации воды в темных склянках с притертой пробкой в течение 5 и 20 суток при температуре 20 С (РД 52.24.421-95). Концентрацию растворенного кислорода в воде измеряли по методу Винклера (Wetzel et al., 1991). Метод основан на способности гидроокиси марганца в щелочной среде количественно связывать кислород, а при подкислении переходить в двухвалентное состояние, образуя в присутствии йодистого калия йод, количество которого эквивалентно содержанию кислорода. Выделившийся йод определяли титрованием тиосульфатом. Ошибка метода не превышает 0.3 %, чувствительность - 0.05 мг Ог/л. Разница между начальным и конечными определениями дает величину кислорода, пошедшего на биохимическое окисление органического вещества - биохимическое потребление кислорода (БПК5 и БПКго).
Трансформация биогенных элементов
Значительная часть работ в зоне «река - море» посвящена изменению количественных и качественных показателей взвешенных веществ, поступающих с речным стоком (Gibbs, 1967; Holeman, 1968; Емельянов и др., 1974; Лисицин и др., 1975; Damuth et al., 1975; Milliman et al., 1983; Тримонис и др., 1987; Froidefond et al., 1988; Емельянов, 1998).
По данным Эйсма с соавторами (Eisma et al., 1991), на шельфе устья Амазонки (примерно до изобаты 100 м) отлагается 52±16 % всех выносов этой реки, примерно 20-25 % выносится вдольбереговым течением на северо-запад, постепенно отлагаясь у берегов в виде илистых банок (7-8.5 %) или донных илов вблизи берега (12-14 %). И только около 5 % всего вьшоса Амазонки преодолевает гидродинамический барьер (Гвианское течение), достигает бровки шельфа и распространяется в область открытого океана.
Крупнозернистый материал, поступающий с водами р. Конго, в значительной части оседает в мангровых зарослях, расположенных к северу и югу от устья реки, в то время как тонкие частицы в процессе коагуляции и агрегации укрупняются и выносятся далее (Eisma et al., 1978, Емельянов, 1998). В результате, в устье реки во взвеси происходит увеличение доли тонкозернистого материала и органических веществ. Далее, на границе изогалины 20 %о взвешенный материал начинает осаждаться в каньоне и далее переносится по нему в пелагическую часть Ангольской котловины. Однако, только незначительная часть ( 5 %) речных взвесей достигает глубоководных областей котловины (Eisma et al., 1978).
Исследования на трех крупнейших реках Арктики показали, что в зоне маргинального фильтра Оби задерживается до 89-95 % твердого речного стока, Енисея — 80-93 %. Особенно резкие изменения содержания взвеси происходят при солености около 15 %о (Лисицин, 2001; Гордеев, 2004,). По распределению твердого стока Лены существует несколько гипотез. По данным A.M. Алабяна с соавторами (Alabyan et al., 1995), уже в дельте Лены задерживается 83-90 % речной взвеси, что сопоставимо с приведенными оценками потерь взвешенного материала в маргинальных фильтрах Оби и Енисея. Однако работы (Are et al., 2000; Rachold et al., 2000) свидетельствуют, что практически весь объем твердого стока Лены, за исключением песчаной фракции, преодолевает дельту реки и достигает открытой части моря Лаптевых. Осаждение тонкой речной взвеси начинается в зоне смешения вод Лены и морских вод и достигает своего максимума в диапазоне солености около 12 96о (Kuptsov etal., 1996; Лисицин, 2001).
В эстуариях, а также в морях вблизи устьев рек наблюдается большое разнообразие схем накопления осадков, но для всех случаев характерны повышенные скорости осадконакопления, формирование огромных по мощности и площадям конусов выносов, а также быстрое накопление терригенных илов.
Как видно из вышеизложенного, в зоне смешения речных и морских вод происходит активная трансформация состава речных вод и формирование вод с новыми физико-химическими и биологическими характеристиками. На Байкале основное внимание исследователей (Форш, 1931; Верещагин, 1947; Бочкарев, 1958, 1959; Вотинцев, 1961, 1965; Вотинцев и др., 1965; Власов и др., 1970; Falkner et al., 1991; Грачев и др., 2004; Домышева и др., 2007) уделялось процессам, происходящим или в озере, или в реке. Накоплен обширный материал, характеризующий динамику концентраций химических компонентов, их межгодовые и пространственные изменения, распространение речных вод на акватории озера и влияние их на состав и качество вод Байкала (Вотинцев и др., 1963; Лимнология придельтовых..., 1971; Лимнология прибрежно-соровой зоны...., 1977; Богданов, 1978). Установлено, что, несмотря на повышение антропогенной нагрузки на реки (Обожин и др., 1984; Богданов, 1986; Тарасова и др., 1992; Дрюккер и др., 1995; Сороковикова и др., 2000) химический состав вод открытого Байкала остается стабильным (Грачев и др., 2004).
Осредненный перенос водных масс в оз. Байкал осуществляется системой циклонических течений, охватывающих слой воды от поверхности до дна (Верболов, 1977) (рис 3.3), что оказывает влияние на распределение речных вод при поступлении их в озеро.
Дельтовый район р. Селенги образует единую систему с субаквальной частью дельтового конуса - авандельтой. Ее внешняя граница проходит по изобате глубин 50 м (на северо-востоке до 20 м) и находится на расстоянии от 2 до 10 км от берега. В этой части акватории Байкала происходит наиболее активное воздействие р. Селенги на озеро (Фиалков, 1977а; Экологически ориентированное..., 2002).
Распределение вод р. Селенги на акватории Селенгинского мелководья подвержено значительным пространственным изменениям, зависящим от гидрологических и метеорологических факторов, таких как водность реки, уровень Байкала, температура воды реки и поверхности озера, направление и сила ветров и течений в районе мелководья (Вотинцев, 1961; Вотинцев и др., 1963; Вотинцев и др., 1965; Шимараев и др. 2000).
Район Селенгинского мелководья является пограничным между двумя ветвями байкальских течений циклонического типа (Айнбунд., 1988) (см. рис. 3.3). Гидрофизические исследования показали, что речные воды Селенги примерно в равной пропорции поступают в котловины Южного и Среднего Байкала (Экологически ориентированное..., 2002).
Различия в атмосферном давлении над открытым озером и Селенгинским мелководьем определяют значительную неоднородность поля ветра над мелководьем, что выражается в изменении направления и скорости воздушного потока над различными его участками. По силе, направлению и продолжительности действия преобладают ветры северо-восточного направления, причем в районе Усть-Харауза - это восток-северо-восточные, а на м. Кукуй - север-северо-восточные. С юго-запада к дельте р. Селенги примыкает район с преобладающими юго-западными ветрами, а с северо-востока — район, где велика повторяемость юго-восточных ветров. Неустойчивый характер погодных условий и как следствие высокая изменчивость течений приводит к отсутствию постоянного, однонаправленного переноса речных вод на мелководье
Концентрации главных ионов и их сумма
Величина БО в воде проток изменялась от 3.2 до 46 мг О/л. Максимальные ее величины наблюдались зимой в протоке Колпинная, минимальные - также зимой, но в действующих протоках - Харауз, Левобережная, Лобановская. После весеннего половодья величина БО в воде проток, включая Колпинную, снижалась, и небольшое ее повышение отмечалось во время паводков. В июле 2001-2002 и 2004-2005 гг. величина БО в протоках дельты колебалась в пределах 14-19 мг О/л, в июле же 2003 г. она не превышала 6.3 мг О/л. Эти результаты еще раз указывают, что в июле 2003 г. в дельте сложилась уникальная ситуация. В воде резко снизилось содержание фитопланктона, органического фосфора. Концентрации минеральных форм биогенных элементов были минимальными, хотя низкая водность и повышенные температуры могли бы благоприятствовать развитию водорослей и накоплению органических веществ.
Величина ПО в течение года изменялась от 0.9 до 10 мг О/л. Ее внутригодовая динамика в воде проток аналогична таковой для БО и связана с изменениями водного стока и активностью продукционно-деструкционных процессов. Определенной закономерности в распределении по длине проток величины ПО не выявлено. Отношение ПО к БО в основном изменялось в пределах 27-37, что указывает на преобладание в воде проток дельты ОВ планктонного происхождения. Только в период половодья на отдельных станциях отношение этих величин было равно 42-46, что говорит о преобладании в составе ОВ веществ аллохтонного происхождения.
Таким образом, исследования р. Селенги и проток ее дельты показали, что формирование химического состава их вод имеет свои особенности. В протоках Харауз, Лобановская, Левобережная, Шаманка и др., сток которых сохраняется в течение всего года, химический состав воды близок к таковому в р. Селенге. Его внутригодовые и межгодовые изменения определяются динамикой водного стока, развитием фитопланктона и высшей водной растительности. В зимний период на химический состав воды на территории дельты большое влияние оказывают более минерализованные грунтовые воды. Увеличение в питании доли подземных вод приводит к повышению концентраций главных ионов, аммонийного азота и минерального фосфора в устьях малых проток. Сумма ионов в воде этих проток достигает 480-830 мг/л. В зимний период от с. Кабанск до устья проток Харауз и Лобановская концентрации азота и фосфора снижаются соответственно на 0.05-0.1 мг N/л и на 0.003-0.010 мг Р/л. В весенне-летний период отмечено резкое снижение концентраций биогенных элементов в результате потребления их планктоном и высшей водной растительностью. При прохождении водных масс по дельте потребление биогенных элементов усиливается, концентрации минеральных форм азота и фосфора снижаются до минимума. Развитие фитопланктона и высшей водной растительности на территории дельты в этот период в основном обеспечивается за счет регенерации биогенных элементов из органических веществ.
Химический сток р. Селенги по данным разных авторов в зависимости от водности изменялся от 3.4 млн. т/год до 6.5 млн. т/год (Бочкарев, 1958; Вотинцев и др., 1965; Матвеев и др., 1977; Ветров 1997; Синюкович 2003). Суммарный сток ионов в 1995 - 1997 гг. составлял 4.1 млн. т /год, что превышало приведенные к средней водности (29 км ) оценки такового в 1950-е годы на 10-14 % (Сороковикова и др., 2000). Водность р. Селенги в период исследования (2001-2003 гг.) была ниже среднемноголетних величин (Синюкович и др., 2004). В этой ситуации в питании реки увеличилась доля подземного стока, обусловливая повышение в воде концентрации химических компонентов. Понижение водности привело к снижению выноса ионов, и в 2001-2003 гг. он составлял 3.7, 2.8 и 3.3 млн. т/год соответственно (Томберг и др., 2004). В 2004-2005 гг. водность оставалась ниже среднемноголетних величин, и химический сток составил в среднем 3.1 млн. т/год. Вынос главных ионов р. Селенгой в период исследования в основном зависел от величины водного стока (рис. 4.11).
В соответствии с изменениями водного стока (Синюкович и др., 2004; Томберг и др., 2006) максимум ионного стока приходится на июль-август. За май-сентябрь в среднем в оз. Байкал с водами р. Селенги поступает до 77 % годового стока ионов. Минимум их выноса отмечается в феврале-марте. По отдельным протокам дельты вынос ионов определяется распределением водного стока. В связи с этим основной транзит ионов проходит через протоки левой части дельты - Харауз (27-28 %) и Левобережную (25-26 %). На долю прот. Галутай приходится около 7 % ионного стока реки. По правой части дельты через протоку Лобановская выносится 36-38 % ионов. Через центральную часть дельты даже в условиях повышенной водности сток ионов крайне низкий и не превышает 3 %. Повышение суммы ионов
селенгинской воды на 5 — 10 мг/л при прохождении через дельту способствует незначительному увеличению выноса ионов в Байкал.
Сравнение результатов, полученных в период исследований с таковыми за 1995-1997 гг. и приведение их к средней водности, показало, что суммарный сток ионов с водами р. Селенги в оз. Байкал за последнее десятилетие остается достаточно стабильным.
Изменение выноса биогенных элементов р. Селенгой представлено в таблице 4.4. Низкие абсолютные концентрации и низкий водный сток последних лет обусловили и снижение выноса биогенных элементов в Байкал.
