ОСОБЕННОСТИ СЕЗОННЫХ ФЛУКТУАЦИЙ СОДЕРЖАНИЯ АНИОНОВ В РАПЕ ВОСТОЧНОГО БАССЕЙНА САКСКОГО ОЗЕРА (КРЫМ)
ОСОБЕННОСТИ СЕЗОННЫХ ФЛУКТУАЦИЙ СОДЕРЖАНИЯ АНИОНОВ В РАПЕ ВОСТОЧНОГО БАССЕЙНА САКСКОГО ОЗЕРА (КРЫМ)
Аннотация
Изучена сезонная динамика содержания хлоридов, карбонатов, гидрокарбонатов и сульфатов в рапе Восточного бассейна Сакского соленого озера. Установлено увеличение минерализации рапы в летний период и одновременное снижение значений рН. В течение всего года содержание гидрокарбонатов превышало содержание карбонатов в рапе, однако их соотношение менялось: возрастало в осенне-зимний период. Содержание хлоридов и сульфатов увеличивалось в летний период, но уменьшалось в зимне-весенние месяцы. Установлена высокая корреляция между содержанием хлоридов и минерализацией рапы (R=0,99). Установленные изменения гидроминеральных ресурсов обусловлены температурными колебаниями, а также выпадением атмосферных осадков и поступлением паводковых вод, что свидетельствует о высокой чувствительности гидроминерального состава рапы к климатически обусловленным гидрологическим флуктуациям. Полученные данные представляют интерес для оптимизации мониторинга лечебных гидроминеральных ресурсов соленого Сакского озера, их сохранения и рационального использования.
1. Введение
В настоящее время гиперсоленым озерам уделяется особое внимание, так как они имеют уникальный гидроминеральный состав, своеобразную флору и фауну и, несмотря на ограниченное биоразнообразие, обладают высокой биопродуктивностью. Соленые водоемы вовлечены в хозяйственную деятельность человека, участвуют в формировании экологического статуса прилегающих территорий. С древних времен в них добывают соль, разные минералы, лечебные грязи, эти водоемы регулируют водный режим, участвуют в геохимическом круговороте элементов, служат местом отдыха, питания и гнездования многих перелетных птиц, способствуя их сохранению и поддержанию биоразнообразия. Соленые озера приобретают все большую популярность как объекты экологического туризма, оздоровления и рекреации , , .
Образование соленых озер происходило в различные геологические эпохи, что позволяет изучать климатические изменения в отдаленные времена по донным осадкам этих водоемов, по их биогеохимическим показателям, а также проводить их реконструкцию. При этом гидрохимический и гидробиологические параметры соленых озер определяются региональными климатическими особенностями , , . Анализ гидрохимических параметров необходим для оценки экологического состояния системы соленого озера, ионно-солевого состава и уровня загрязнения, которые играют решающую роль для условий обитания и функционирования водных организмов. Изучение процессов формирования, эволюции и современного состояния соленых озер имеет важное значение для определения взаимодействия водоема и прилегающих территорий в современный период изменения климата и усиления антропогенной активности.
Сакское озеро одно из крупнейших соленых озер Крымского полуострова (рис. 1), гидроминеральные ресурсы которого используются в бальнеологии для лечения многих патологий костно-мышечной системы, кожных и других заболеваний. Поскольку формирование этих ценных гидроминеральных ресурсов зависит от геологических, метеорологических, биологических, а в настоящее время и антропогенных факторов , изучение их состояния в озере и сезонных колебаний имеет важное значение для оптимизации их добычи, применения и последующего прогноза состояния экосистемы. В Восточном бассейне Сакского озера добываются лечебные грязи и рапа. Исследование состояния химического состава рапы имеет практическое и теоретическое значение, так как позволяет выяснить особенности биогеохимических миграций различных элементов в соленых озерах при изменении климата и при антропогенном воздействии. Мониторинг химического состава рапы и донны осадков необходим для разработки мероприятий по сохранению и оптимальному использованию гидроминеральных ресурсов Восточного бассейна Сакского озера.
В Восточном бассейне Сакского озера добываются лечебные грязи и рапа. Изучение динамики гидроминерального состава рапы представляет как практический, так и теоретический интерес, поскольку позволяет понять механизмы и факторы, влияющие на особенности биогеохимических циклов различных элементов в соленых озерах, в том числе при изменении климата и при антропогенном воздействии. Сезонный мониторинг этих соединений может способствовать разработке мероприятий по сохранению и оптимальному использованию гидроминеральных ресурсов Восточного бассейна Сакского озера.
Целью настоящей работы явилось изучение сезонной динамики содержания хлоридов, карбонатов и сульфатов в рапе Восточного бассейна Сакского озера в 2024 году.
Рисунок 1 - Карта Сакского озера
2. Материалы и методы
Площадь Восточного бассейна Сакского озера составляет 1,27 км2, глубины колеблются в пределах 0,7–2.0 м. В водоеме производится добыча лечебных грязей (рис. 2). Восточный бассейн почти полностью исключен из естественной системы питания поверхностными и грунтовыми водами и привносимыми ими продуктами почвенной эрозии. Это привело к превращению его в грязевой бассейн, в котором геохимическая функция литосферы оказывает небольшое влияние на процесс образования донных осадков. В последние годы это привело к снижению процессов естественного грязеобразования .
Рисунок 2 - Восточный бассейн Сакского озера
3. Результаты и их обсуждение
Результаты исследований показали увеличение минерализации рапы летом с максимальным значением в июле (206,1 г/дм3), затем этот показатель последовательно падал в осенне-зимний период, минимальные величины отмечены в марте-апреле, в период таяния снега и обильного выпадения дождей в Крыму в этот период (рис. 3).
Рисунок 3 - Сезонная динамика минерализации рапы Восточного бассейна Сакского озера в 2024 г.
Одновременного установлены колебания рН рапы, которые характеризуются защелачиванием среды в октябре-декабре (рис. 4), тогда как в весенне-летний период установлена противоположная тенденция. Содержание гидрокарбонатов в рапе водоема превышало содержание карбонатов на протяжении всего года (рис. 5).
Рисунок 4 - Сезонная динамика рН рапы Восточного бассейна Сакского озера в 2024 г.
Рисунок 5 - Сезонная динамика содержания карбонатов и гидрокарбонатов в рапе Восточного бассейна Сакского озера в 2024 г.
Рисунок 6 - Сезонная динамика соотношения содержания гидрокарбонаты/карбонаты в рапе Восточного бассейна Сакского озера в 2024 г.
Рисунок 7 - Сезонная динамика содержания ионов хлоридов (А) и сульфатов (Б) в рапе Восточного бассейна Сакского озера в 2024 г.
Наши предыдущие исследования позволили установить, что на флуктуации соотношения карбонатов в рапе Восточного бассейна Сакского озера оказывали влияние как метеорологические факторы (температура, осадки), так и жизнедеятельность гидробионтов, которая изменяла физико-химические свойства рапы в результате поглощения и усвоения органического углерода , . Считается, что в современный период уровень растворенного в воде CO2 будет возрастать, а содержание иона карбоната CO3 падать, что создаст определенные проблемы для гидробионтов приморских гиперсоленых водоемов, образующих биогенный карбонат кальция CaCO3 для формирования раковин и экзоскелета обитателей озера . Изучение взаимодействия солености и содержания анионов выявило определенную зависимость в соленых озерах. Установлена высокая корреляция между минерализацией рапы и содержанием хлоридов и сульфатов (R = 0,99). В то же время связи между содержанием сульфатов и карбонатов, между величинами минерализации и содержанием карбонатов и сульфатов не обнаружено. Другими исследователями также отмечено, что при солености 15 г/л накопление карбонатов происходит более интенсивно, а при более высокой солености превалируют хлориды . Помимо испарения, важными процессами, определяющими минеральный состав рапы озер, являются гидролиз алюмосиликатных компонентов, осадкообразование и минерализация органического вещества, от которых зависит содержание карбонатных и сульфатных соединений. Накопление сульфат-иона обусловлено микробиологическими процессами. Аккумуляция сульфат-иона в озерных водах происходит за счет процессов сульфатредукции, в результате которой в донных осадках содержатся сульфиды металлов, в основном железа . Между анионами в водоеме существует определенная связь, которая определяет тип минерализации озера: если количество карбонатных ионов в озере не увеличивается в результате связывания их осаждающимися карбонатными соединениями, а испарение достаточно интенсивное, то содержание хлора становится более высоким, а тип водоема трансформируется в хлоридный. В таких озерах вода испаряется быстрее, чем происходит концентрирование ОН, поэтому соленость и содержание хлора увеливается, а количество карбонатов остается относительно низким .
Таким образом, наши исследования показали существенную взаимосвязь между анионами в рапе соленого озера в различные сезоны, что определяло его минерализацию и накопление различных соединений в зависимости от годового цикла. Соотношение анионов и их флуктуации являются результатом сложного сочетания геохимических, физико-химических и биологических процессов, происходящих в озере на протяжении года. Многообразие этих процессов, происходящих в озере, включает осаждение веществ, привносимых в систему с поверхностными, грунтовыми и сточными водами антропогенного происхождения, атмосферными осадками, концентрирование их в летний период в результате испарения, осаждение солей на дне и их обратимое растворение при изменении температурных условий, поглощение органического вещества гидробионтами и его разложение в результате их отмирания, деструкция микробным сообществом и т.д. Детальное оптимизировать изучение механизмов этих процессов, их взаимодействия, определение роли биоты в ходе годового цикла позволит оптимизировать рациональное использование ресурсов соленого озера и прогнозировать экологическое состояние водоема.
4. Заключение
Результаты исследований позволили выявить четкую зависимость гидроминерального состава Восточного бассейна Сакского озера — важнейшего водоема, используемого при добыче лечебных грязей, от колебания сезонных факторов. Учитывая тот факт, что в настоящее время изменение климата существенным образом влияет на состояние внутренних водоемов особенно в зоне аридного климата, мониторинг физико-химических параметров соленого лечебного озера имеет важное значение для сохранения его ресурсов и разработке мероприятий по их оптимальному использованию. Прежде всего это касается возможностей искусственного регулирования минерализации Восточного бассейна путем притока воды из моря. Кроме того, озеро находится в зоне активной хозяйственной деятельности, что требует повышенного внимания к его минеральному составу и предохранению экосистемы от антропогенного воздействия в результате попадания в водоем химических и микробиологических загрязнений. Во всем мире соленые озера имеют значительную экономическую, экологическую, рекреационную и культурную ценность. Повышение знаний о них, характере угроз, воздействии человеческой деятельности и особых требованиях к их менеджменту является одной из самых актуальных проблем.