Новости науки

В зеркале озёр

Газета «Поиск» (г. Москва), 04.06.2022

Дата публикации: 15.06.2022

Палеоэкология – это наука, впитавшая в себя представления о состоянии природы нашей планеты на протяжении долгих-долгих веков и тысячелетий. Одним из её основателей по праву считается американский учёный Дж. Г. Симпсон. Его труд под названием Tempo and Mode in Evolution, изданный в 1944 году, вошёл в теорию эволюции и выполнил роль своеобразного фундамента новой науки. Широко известны имена и российский исследователей, сделавших существенный вклад в развитие палеоэкологии: В.О. Ковалевский, Н.И. Андрусов, А.П. Карпинский, Н.Н. Яковлев… Сегодня реконструкция прошлого Земли и прогноз будущих её изменений – на повестке дня во всём мире – меняется климат, растёт антропогенная нагрузка на природу. Для арктических регионов России это крайне актуально.

Российский фонд фундаментальных исследований поддержал проект по реконструкции прошлого и прогнозу будущих изменений качества вод и арктических экосистем на основе нео- и палеоэкологических методов (грант №18-05-60012). Руководила работой член-корреспондент РАН глава отдела биогеохимии и геоэкологии Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук Татьяна Моисеенко.

По окончании биологического факультета Ростовского государственного университета она была направлена в аспирантуру при Кольском научном центре АН СССР, где прошла путь от младшего научного сотрудника до руководителя группы водных проблем. Начало трудовой деятельности на Крайнем Севере оказалось сложным и… очень продуктивным. Дело в том, что с 1930-х годов там, на берегах озера Имандра, были построены крупные горнодобывающий и металлургическое производства и начался в огромных масштабах сброс токсичных веществ. Изучать последствия этого загрязнения Татьяна Ивановна начала лет через сорок после его начала, в 1970-х годах прошлого века. А сегодня она известна в России и за рубежом как создатель теории критических нагрузок на поверхностные воды суши.

— Работы в рамках проекта «Арктика» были нацелены на фундаментальную проблему – оценку изменений окружающей среды и эволюции озёр в арктических регионах под влиянием антропогенной нагрузки регионального и глобального масштабов, а также потепления климата, — рассказала Татьяна Ивановна. — Мы рассматривали как влияние локального воздушного загрязнения, так и трансграничного переноса воздушных загрязнений на воды суши в арктических регионах, получили данные о насыщении вод суши металлами, особенно ртутью. Смогли рассчитать критические нагрузки выпадения кислот и их превышения для трёх арктических промышленно развитых регионов. Определили влияние температур и тенденций повышения сапробности (комплекс физиолого-биохимических свойств организма, обусловливающий его способность обитать в воде с тем или иным содержанием органических веществ – Прим. автора) озёр.

По долговременным данным выявлены закономерности реорганизации водных экосистем в период пиков антропогенных нагрузок и их снижения, эволюционного развития озёр при уменьшении загрязнения и потеплении климата. Сделано это на примере озера Имандра и более чем 75 малых озёр Крайнего Севера. Благодаря гранту РФФИ впервые оценена антропогенная нагрузка на воды суши трёх промышленных регионов Арктики: Европейской России (Кольского региона), Западной (Ямало-Ненецкого округа) и Восточной Сибири (Норильского района). Исследователи выяснили, что большая группа металлов попадает в воды озёр, прудов, водоёмов не только вследствие распространения локальных выбросов, но и из-за трансграничных переносов воздушных масс, загрязнённых металлами. Стало очевидно, что воды Норильского и Кольского регионов обогащаются Ni, Cd, As, Sb и Se от дымов медно-никелевых плавилен. А нефтегазовая индустрия в северных регионах Западной Сибири повышает концентрацию в воде V, Pb и Mo. Оценили исследователи и долговременные изменения химического состава вод в ответ на снижение эмиссии техногенной серы и потепления климата.

В основу анализа легли данные по химическому составу 75 малых озёр Кольской Арктики и Субарктики, которые проводились Татьяной Ивановной и её коллегами с 1990 года с интервалом в 4-5 лет. Последняя съёмка была выполнена четыре года назад тоже при поддержке РФФИ. На основании архивов мониторинга погоды учёные выявили устойчивые тренды роста температуры и осадков за 28-летний период исследований. Впервые для Арктической зоны выяснили, что снижения потока кислот на водосборы в условиях потепления климата запускают цепь биогеохимических процессов. Например, считает Татьяна Моисеенко, в ответ на уменьшение эмиссии металлов и диоксида серы от кольских медно-никелевых плавилен наметились позитивные тенденции улучшения качества вод (снижение содержания в них техногенных сульфатов и металлов – Ni, Cu).

— Перемены химического состава вод не всегда пропорциональны снижению потока сульфатов, — поясняет Татьяна Ивановна. — Хотя в целом за последние тридцать лет заметно уменьшилась концентрация техногенных сульфатов и металлов в водах озёр, однако в ряде озёр сохраняется неблагоприятная ситуация. Особенно это заметно в кислот-уязвимых субрегионах, что свидетельствует о продолжающемся закислении вод.

— А что это за субрегионы?

— Мы выделяем их по геологическим формациям и способности к нейтрализации кислотных выпадений. Для Кольского Севера, как и других кислот-уязвимых регионов Европы и Северной Америки, доказано увеличение содержания в водах озёр растворенного органического вещества (РОВ). Оно особенно нарастало в регионе до 2010 года, потом процесс стабилизировался или показатели РОВ даже стали несколько снижаться, однако остаются выше природных. Два фактора могут влиять на этот процесс: снижение поступления сильных кислот и потепление климата.

— Это восстановление природных свойств озёр?

— Термин «восстановление» не характеризует процессы, которые развиваются в водах суши Кольского Севера последние 28 лет. Анализ наших данных, как и научной литературы, показывает эволюцию озёр, которая проявляется с разной степенью интенсивности в изменениях катионо-анионного состава, потоков и структуры гумусовых кислот, круговорота содержаний биогенных элементов.

— Так возможно возвращение состояния озёр до уровня здоровой природы?

— Думаю, что в дальнейшем биогеохимические циклы могут трансформироваться в ту или иную сторону, но возврата к природным показателям в условиях продолжающегося потепления климата и антропогенных нагрузок не будет. Гипотезу о необратимой эволюции озёр подтверждают исследования на самом крупном из озёр Кольского Севера – Имандра. Это уникальная модель для изучения физиологических реадаптаций рыб к улучшению условий обитания после уменьшения поступления в воду токсичных металлов. Продолжительное их воздействие на популяцию обитающих в озере сигов сформировало у этих рыб механизмов контроля гомеостаза металлов в организме, а также компенсаторные реакции на нарушенные функции. Доказано, что рыбы научились выдерживать и даже выводить из организма за счёт повышения эффективности работы антиоксидантных систем как основного эволюционного механизма защиты.

Выяснили учёные и то, что в период снижения поступления токсичных веществ и потепления климата в озере формируется новая видовая структура сообществ, которая отлична от природной. Восстановление экосистемы зависит не только от улучшения состояния мест обитания, но управляется сложными экологическими механизмами. Одним из них является поддержание стабильности биогеохимических циклов и потоков энергии во вновь сформированной экосистеме. Это и обуславливает сложность возврата экосистемы к ранним условиям.

— Наши исследования показали, что после снижения продолжительного токсичного загрязнения экосистемы начинается формирование зрелой, более стабильной её модификации, но… отличной от природной, — говорит Татьяна Моисеенко. — В целом на озёрах субарктической зоны мы выявили более высокую опасность загрязнения вод металлами вследствие их низкой минерализации и высокой биодоступности (проникающей способности тяжёлых металлов) водных организмов. Поэтому для низко минерализованных вод Севера требуется корректировка в сторону ужесточения принятых в России ПДК по кадмию, свинцу, алюминию и никелю.

— Татьяна Ивановна, а что важнее для анализа, специальное оборудование, многолетние базы данных или, может, профессиональная увлечённость?

— Для того чтобы изучить распределение ртути в разных почвах и донных отложениях озёр Кольского Севера и Норильского региона на разных расстояниях от источника выбросов, нужны трудоёмкие экспедиционные работы, сложное оборудование для отбора проб, но самое главное – высокоточная измерительная техника для анализа химического состава вод и донных отложений. А для реконструкции климатических изменений в Арктике я считаю перспективными биоиндикационные методы на основе анализа останков диатомовой флоры (там имеется кремниевый скелет и все хранится в донных отложениях слой за слоем). Ну, и надо учитывать изменения значений палеотемператур. Мы выяснили, что возрастает степень прогрева водных толщ в периоды «открытой воды» и деградации ледяного покрова. По результатам исследований нами опубликованы статьи в журнале «Геохимия» и в «Докладах Академии наук».

— А «мы» – это кто? Большим коллективом выполняли проект?

— Вшестером. Кроме вашей покорной слуги это три кандидата (Юрий Григорьевич Таций, Марина Ивановна Дину, Мария Михайловна Базова) и два доктора наук (Лев Владимирович Разумовский и Наталья Анатольевна Гашкина).

— Санкции скажутся на вашей работе? Я знаю, что палеолимнологические исследования Арктических пресноводных экосистем входили и входят в крупнейшие международные научные программы…

— Исследования состояния окружающей среды арктических регионов привлекают многих учёных и активно проводятся множеством зарубежных институтов. Большие перспективы для международного сотрудничества открывают и новые работы, проведённые в рамках нашего проекта. Каждое из взаимосвязанных междисциплинарных исследований вносит существенный вклад в понимание антропогенно-индуцированных процессов в Арктике, механизмов деградации в период загрязнения и эволюции экосистем при снижении уровня загрязнения.

Напомню, что 2021-2031 годы объявлены «Десятилетием ООН по восстановлению экосистем», поэтому знание траектории развития экосистем после прекращения влияния загрязнения позволяет направить практические усилия на процессы их оживления. Мы видим три сценария развития. Первый – продолжающееся негативное воздействие (что недопустимо). Второй – это попытки восстановления до природных показателей. Понимаем, что это потребует огромных экономических ресурсов и цель не будет достигнута. Третий сценарий заключается в поддержании ключевых функций и сохранении чистой воды и продуктивности озёр.

Учитывая высокую значимость пресных вод в жизнеобеспечении населения планеты и её видового разнообразия, очевидна высокая актуальность исследований восстановления качества вод и водных экосистем после длительного загрязнения. Планируемые исследования – пионерные в области наук о водах суши. Если вернуться к проблемам арктических регионов, то отмечу: здесь нужно кардинально пересмотреть нормативы качества вод и ужесточить существующий подход по предельно допустимым концентрациям. Одни и те же пресловутые ПДК применяют от арктических до степной зон. Это неправомерно. Концептуально к оценке качества вод надо подходить через оценку биодоступности экотоксикантов, которые зависят от условий окружающей, в частности, водной среды. Поэтому мы предлагаем корректировки именно для северных регионов в сторону их ужесточения. Эта часть исследований должна заинтересовать органы власти и менеджмент по принятию решений. К сожалению, у нас не развито направление, которое бы отвечало за реализацию научных разработок. Это относится и к технологическим достижениям. Потому-то раньше была более лёгкой «покупка технологий под ключ». Новые реалии будут стимулировать создание менеджмента и развитие внедрений научных разработок русских учёных.

— Вы в этом уверены?

— Говоря о новых реалиях, я не думаю, что они повлияют на нашу исследовательскую деятельность. Да, меньше будет зарубежных командировок и участий в крупных научных форумах. Да, более сложными будут доступ к научной литературе и размещение наших публикаций в зарубежных изданиях. Мои западные коллеги – а я представляю Россию в международной кооперативной программе по водам суши (ICP-Water), где участвуют 22 страны, – пока подтверждают наше взаимодействие. Но у них тоже есть начальники из Евросоюза. В то же время китайская сторона заинтересована в сотрудничестве: мы подали на конкурс совместный проект. Одним словом, поживём – увидим, прогнозировать сложно. Главное, что есть научная школа молодых исследователей, которые продолжат развивать наше направление.

Подготовил Андрей Субботин

Источник: Газета «Поиск»
Фото: Ольга Прудникова