TRAITS OF SEASONAL FLUCTUATIONS IN ANION CONTENT IN SALT BRINE IN THE EASTERN BASIN OF SAKSKOE LAKE (CRIMEA)
TRAITS OF SEASONAL FLUCTUATIONS IN ANION CONTENT IN SALT BRINE IN THE EASTERN BASIN OF SAKSKOE LAKE (CRIMEA)
Abstract
The seasonal dynamics of chloride, carbonate, hydrocarbonate, and sulphate content in the salt brine of the eastern basin of Sakskoe Salt Lake were studied. An increase in brine mineralisation during the summer period and a simultaneous decrease in pH values were established. Throughout the year, the content of hydrocarbonates exceeded the content of carbonates in salt brine, but their ratio changed: it increased in the autumn-winter period. The content of chlorides and sulphates increased in the summer period but decreased in the winter-spring months. A high correlation was established between the content of chlorides and the mineralisation of brine (R=0.99). The observed changes in hydromineral resources are due to temperature fluctuations, as well as precipitation and floodwater inflow, which indicates the high sensitivity of the hydromineral composition of salt brine to climate-induced hydrological fluctuations. The obtained data are of interest for optimising the monitoring of the therapeutic hydromineral resources of the Sakskoe Salt Lake, their conservation and rational use.
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, расположенное в г. Саки (Крым)
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.