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 [1], [2], [3].

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 [4], [5], [6]. 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 [7], 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.

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 [8].

Пробы воды отбирали каждый месяц в течение 2024 г. в контрольной точке Восточного бассейна Сакского озера. Значения рН определяли в лабораторных условиях электрометрическим методом. Минерализацию рапы анализировали гравиметрическим методом. Фильтрат раствора известного объёма выпаривали, после чего сухой остаток высушивали при температуре 160 С до достижения постоянной массы и взвешивали. Полученное значение выражали в миллиграммах на кубический дециметр (мг/дм3) и использовали в качестве количественной характеристики общей минерализации рапы [9]. Определение содержания гидрокарбонат-иона осуществляли методом визуального титрования с помощью 0.1 Н раствора соляной кислоты с индикатором метилоранжевый. Содержание карбонат-ионов анализировали тем же методом, используя в качестве индикатора фенолфталеин. Определение сульфат-ионов проводили гравиметрическим методом. При использовании этого метода сульфаты осаждали из горячего солянокислого раствора раствором хлористого бария. Осадок сульфата бария отделяли фильтрованием, прокаливали и взвешивали. Для количественного определения хлорид-ионов использовали меркурометрический метод, который заключается в титровании хлоридов раствором азотнокислой ртути с дифенилкарбазоном в качестве индикатора при рН, равном 3,0–3,5 [10], [11]. Анализы проводились в трех повторностях и вычисляли среднее значение. Зависимость между содержанием ионов, рН и минерализацией в различные сезоны 2024 года анализировали с помощью компьютерной программы CURVEFIT (версия 2.10-L).

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).

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).

Самая высокая концентрация гидрокарбонатов обнаружена в июне, эти показатели осенью снижались, но вновь возрастали в январе. Иная тенденция установлена для содержания карбонатов: концентрация этих анионов повышалась в августе и оставалась на одном уровне вплоть до декабря, после чего падала. Менялось и соотношение гидрокарбонаты/карбонаты, которое последовательно увеличивалось в осенне-зимний период (рис. 6).

Содержание ионов хлоридов и сульфатов также менялось в зависимости от сезона: увеличивалось летом с максимумом в июле, затем уменьшалось до минимума в феврале (рис. 7).

Таким образом, нами установлена годовая динамика содержания анионов в рапе Восточного бассейна Сакского озера, которая обусловлена как сезонными флуктуациями температуры, выпадения атмосферных осадков, поступлением паводковых вод, так и биологическими процессами, в частности активностью микробных сообществ. Существенная роль в трансформации ионов хлора, серы и углерода принадлежит внутренним водоемам — озерам, водохранилищам и болотам, взаимодействующими с наземными экосистемами и определяющими специфику биогеохимических циклов в регионах [12], [13]. В связи с этим мониторинг содержания этих соединений во внутренних водоемах и анализ факторов, определяющих эти процессы, представляет несомненный интерес. Характерные климатические черты региона обусловливают гидрологический режим территории и, следовательно, минерализацию и химический состав озер и почв, формируя их тип и степень засоления [14]. В настоящее время в связи с потеплением климата изменились морфометрические параметры озер, возросла соленость вод, а некоторые из этих водных объектов исчезли в результате высыхания [3]. Основной причиной разнообразия минерального состава озер является испарение, в результате которого происходит последовательное осаждение минералов по мере насыщения ими воды: сначала осаждаются наименее растворимые карбонаты кальция и магния, а затем сульфаты кальция, натрия и другие [4]. Карбонаты участвуют во многих геологических, биологических, физических химических процессах, протекающих в гиперсоленых водоемах [15], [16].

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 [17], [18]. 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 [15]. 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 [4]. 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 [4]. 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 [4].

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.

The additional file for this article can be found as follows: