Материалы портала «Научная Россия»

0 комментариев 839

Донные отложения озера Карелии - хранители информации об истории пресноводных экосистем

Команда российских ученых длительное время ведет исследование по изучению геологического строения Онежского озера

Команда российских ученых длительное время ведет исследование по изучению геологического строения Онежского озера. Новые данные, касающиеся структуры и минерального состава различных типов донных отложений в озере, представляют  важные  научные сведения, которые отражают историю  развития не только водоема, но и его бассейна. Это позволяет лучше понять закономерности  функционирования  озерной экосистемы в настоящее время, что свою очередь, поможет в разработке модели рационального природопользования для Онежского озера и его водосбора.

Изучение прошлого пресноводных водоемов позволяет ученым не только понять особенности их геологического строения, но эти знания помогают восстановить ход эволюционного развития донных отложений и составить  прогнозы формирования физико-химических свойств водной толщи озер.

Тектоническое происхождение, уникальное геологическое строение, особенности водосбора и минерально-геохимического состава донных отложений Онежского озера определили интерес для палеолимнологических исследований.

Серия работ, проведенных специалистами КарНЦ РАН (г. Петрозаводск) совместно с коллегами из других научных институтов и университетов, позволила понять более детально хронологию развития Онежского озера и дала интерпретацию условиям формирования донных отложений в пространстве и во времени с опорой на оценку объема и площади воды.

Проект по гранту Российского научного фонда «Палеолимнология Онежского озера: строение, процессы накопления и трансформации донных отложений. От приледникового озера до современных условий» (2018-2020гг.) продолжается третий год и уже показал довольно плодотворные результаты (которые обнародованы в нескольких рецензируемых отечественных и международных журналах: ГЕОМОРФОЛОГИЯ, 2019; ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2018; MINERARLS, 2020; JOURNAL OF GREAT LAKES RESEARCH,  2020;  JOURNAL OF PALAEOLIMNOLOGY, 2019; QUATERNARY INTERNATIONAL,  2019; BOREAS, 2019) по  нескольким аспектам изучения. Проект осуществляется на базе лаборатории палеолимнологии Института водных проблем Севера ФИЦ «Карельский научный центр» (г. Петрозаводск) под руководством Дмитрия Александровича Субетто.

На фото – Дмитрий Александрович Субетто – доктор географических наук, декан факультета географии, заведующий кафедрой физической географии и природопользования РГПУ им. А.И.Герцена (г. Санкт-Петербург), член Русского географического общества (член Ученого совета РГО, возглавляет  палеолимнологическую комиссию), руководитель проекта в лаборатории палеолимнологии Института водных проблем Севера ФИЦ КарНЦ РАН (г. Петрозаводск)

На фото – Дмитрий Александрович Субетто – доктор географических наук, декан факультета географии, заведующий кафедрой физической географии и природопользования РГПУ им. А.И.Герцена (г. Санкт-Петербург), член Русского географического общества (член Ученого совета РГО, возглавляет палеолимнологическую комиссию), руководитель проекта в лаборатории палеолимнологии Института водных проблем Севера ФИЦ КарНЦ РАН (г. Петрозаводск)

Что показала палеогеографическая реконструкция уровня развития приледникового Онежского озера и изучение состава его донных отложений, а также как человеческий фактор определил закономерности распределения спектра микроэлементов этого пресноводного водоема – об этом рассказал Дмитрий Александрович Субетто – доктор географических наук, декан факультета географии, заведующий кафедрой физической географии и природопользования РГПУ им. А.И. Герцена (г. Санкт-Петербург).

Дмитрий Субетто, прежде всего, поделился историческими фактами из истории становления науки: «В 2019 году исполнилось 60 лет палеолимнологическим исследованиям в России. Палеолимнология – это наука, которая на основе комплексного исследования донных отложений разнотипных озер изучает особенности и закономерности возникновения и развития озер в пространстве и во времени, их гидрологического, гидрохимического и гидробиологического режимов, трансформации растительности и животного мира, смену экологических обстановок под воздействием как разнообразных природных, так и антропогенных факторов. Началом отсчета появления палеолимнологии как науки в России можно считать основание в 1959 году первой палеолимнологической лаборатории в Лимнологическом институте АН СССР в г. Иркутске. Инициатором ее создания был профессор, д.г.-м.н. Герберт Генрихович Мартинсон. Позже, в 1972 году, его же усилиями была создана аналогичная лаборатория в Институте озероведения СССР в г. Санкт-Петербурге (это направление сейчас возглавляет к.г.н. Татьяна Валентиновна Сапелко), а в 1976 году сформирована Палеолимнологическая комиссия в Географическом обществе СССР (ныне Русское географическое общество). Лаборатория палеолимнологии Лимнологического института СО РАН в настоящее время плодотворно работает под руководством д.г.-м.н. Андрея Петровича Федотова».

В 2014 году Дмитрий Александрович Субетто, будучи директором Института водных проблем Севера Карельского научного центра РАН, г. Петрозаводск, инициировал создание  лаборатории палеолимнологии, которую в настоящее время возглавляет к.г.н. Наталья Александровна Белкина.

Для отечественных палеолимнологических исследований особую роль играет изучение геологического строения Онежского озера.  Дмитрий Субетто пояснил, с чем связан интерес: «Донные отложения озёр, среди других геологических архивов, являются летописями, в которых записана и сохранена информация о климате, ландшафтах и об экологических обстановках прошлого регионального и планетарного уровня с разрешением от тысячелетий и столетий до года. В последние годы значительно вырос интерес к палеоэкологическим и, в частности, к палеолимнологическим исследованиям Северного полушария, что связано, в первую очередь, с проблемой глобального изменения климата, особенно в высоких широтах.  Кроме того, именно с озерными отложениями связаны многие полезные ископаемые – каменные и бурые угли, железные руды, каменные соли, гипсы, цеолиты, пески и глины как строительные материалы и другие. Поэтому изучение закономерностей распространения древних озёр и их донных отложений имеет не только научное значение для изучения эволюции ландшафтов, но и важное практическое значение для энергетики и промышленности страны.

Ранее, в 60-80-е годы прошлого столетия в нашей стране на регулярной основе (раз в три года) проводились конференции по истории озер. В последние годы, регулярно, раз в два года, проводится международная конференция «Палеолимнология Северной Евразии». Первая международная конференция «Палеолимнология Северной Евразии», организованная при финансовой поддержке РФФИ Институтом водных проблем Севера Карельского научного центра РАН (г. Петрозаводск), состоялась в 2014 году. Вторая конференция была организована на базе Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова (г. Якутск) в 2016 году. III Международная конференция успешно проведена в 2018 году в г. Казани на базе Казанского федерального университета. В 2020 году запланирована IV Международная палеолимнологическая конференция в г. Иркутске на базе Лимнологического института СО РАН, с целью дальнейшего развития палеолимнологических исследований в России как одного из перспективных международных научных направлений, позволяющего решать широкий круг научных проблем в области геоэкологии, палеогеографии, палеоклиматологии, эволюции водных экосистем в различных регионах нашей страны и, в особенности, в Арктике».

Как подчеркнул ученый, «в 2013 году на заседании Совета безопасности РФ, посвящённого обеспечению национальной безопасности страны в сфере охраны окружающей среды и природопользования, было высказано требование: уделить особое внимание изучению и восстановлению трёх крупнейших российских озер  – Байкала, Ладожского и Онежского. Последние два озера являются самыми крупными пресноводными бассейнами в Европе. Ладожское и Онежское озёра входят в водосборный бассейн реки Невы, безальтернативного источника водоснабжения крупнейшего мегаполиса Северо-Запада России – Санкт-Петербурга, а также во многом определяющего качество воды Финского залива и всего Балтийского моря. Одним из важных элементов изучения современного состояния озёр являются исследования их донных отложений, позволяющие реконструировать ход развития водоемов и их экосистем. Актуальность проблемы исследования обусловлена необходимостью выявления структурообразующих природных, а на данный момент, и техногенных факторов формирования пресноводных экосистем в условиях постоянных преобразований водосборных бассейнов, определяющих миграционные потоки элементов и формирование современного геохимического фона ландшафтных зон Прионежья и Онежского озера. В связи с этим, углубленное изучение химического и минерального состава донных отложений с оценкой возрастных интервалов и факторов, определяющих их текстурно-структурные свойства и вещественный  состав – задача, имеющая важное значение для познания механизмов формирования потоков вещества и энергии в системе водосбор-озеро. Исследования такого рода являются одним из ключевых направлений создания научных основ рационального природопользования территорий в условиях нарастающей антропогенной нагрузки».

В этой связи проект РНФ, которым руководит Дмитрий Субетто, посвящен двум актуальным научным проблемам четвертичной палеогеографии и геологии: во-первых, проблеме формирования крупных озерных экосистем, котловины которых расположены на границе Балтийского кристаллического щита и Русской платформы, в зоне развития покровных четвертичных оледенений и крупных морских и пресноводных бассейнов; во-вторых, проблеме пространственно-временной изменчивости процессов седиментогенеза и диагенеза в крупных озерах северной гумидной зоны на примере Онежского озера.

Главной целью настоящего исследования, по словам Дмитрия  Субетто, «является реконструкция пространственно-временной изменчивости процессов седиментогенеза и диагенеза Онежского озера на всех этапах его развития со времени дегляциации котловины около 15000 лет назад по настоящее время для объяснения их современного состояния и создания модели пресноводного осадконакопления для озер северной гумидной зоны».

В течение 3-х лет круг исследований ученых КарНЦ РАН охватывает разный спектр предметов изучения. Так, на основе обобщения сведений по колонкам донных отложений озер, расположенных в пределах границ стадии развития Онежского приледникового озера, специалистами проведено воссоздание этапов его развития. Дмитрий Субетто отметил, в чем состоит специфика геологического развития и каковы основные этапы формирования Онежского озера: «Онежское озеро является вторым по величине пресноводным водоемом Европы. Площадь водной поверхности составляет 9700 км2, а объем превышает 295 км3. Озерная котловина расположена в глубокой тектонической депрессии на границе двух геологических структур – Фенноскандинавского (Балтийского) кристаллического щита и Русской плиты. Во время формирования плейстоценовых скандинавских оледенений она неоднократно была вместилищем ледниковых потоков, а в межледниковые периоды заполнялась водами морских и пресноводных водоемов. Целью нашей работы явилось цифровое моделирование развития береговой линии Онежского озера с использованием геоинформационных технологий и уточнение этапов его развития в позднеледниковое время на основе обобщения сведений о стратиграфии донных отложений озер, расположенных в пределах границ максимальной стадии развития Онежского приледникового озера.

Реконструкция развития Онежского озера в позднем плейстоцене была проведена с помощью современных программных средств ГИС на основе разработанной цифровой модели рельефа (ЦМР), содержащей котловину водоема и его водосборную территорию. В результате была впервые разработана цифровая модель рельефа котловины Онежского озера и его водосборного бассейна. На её основе с применением современных программных средств ГИС проведены палеогеографические реконструкции изменения очертаний и уровня Онежского приледникового озера в позднеледниковое время. Построена серия детальных карто-схем и рассчитаны площади и объемы палеоводоема для основных его  этапов развития в позднеледниковье».

Кроме того, учеными выявлены значительные изменения морфометрических и гидрологических характеристик озера в процессе его формирования. Эксперты определили, что водосбор Онежского приледникового озера (ОПО) претерпел существенные изменения с момента последнего оледенения.

По замечанию Дмитрия Субетто, «в период формирования приледникового водоема поверхность Земли в результате изостатических деформаций имела сильный наклон в сторону ледника, что отразилось в принципиально отличном от современного расположении линий поверхностного стока рек и их ориентировании в северо-восточном направлении в сторону ледника.  При этом площадь водосбора около 13500 лет назад составляла более 160 тыс. км2, что примерно в 2,6 раза больше современного. Причем существенная часть водосборного бассейна располагалась южнее Онежского озера, тогда как в настоящее время основная часть водосбора расположена к северо-западу и к северо-востоку от Онежского озера. Водосборный бассейн Онежского приледникового озера (ОПО) около 13500 лет назад распространялся на 300 км южнее от современной границы бассейна, и включал в себя территории, сложенные осадочными породами Русской платформы, достигая современного Рыбинского водохранилища. Согласно выполненным реконструкциям водосбор постепенно уменьшался за счет отчленения южных и юго-восточных его участков и достиг современных границ сравнительно недавно, около 2500 лет назад. Таким образом, результаты ГИС-моделирования доказывают, что существенные различия седиментационных обстановок ОПО и современного Онежского озера объясняются не только различиями в климатических условиях формирования поверхностного стока с водосборной территории, но и кардинальной перестройкой  самого водосбора».

Исследования творческого коллектива ученых из КарНЦ РАН, РГПУ им. А. И. Герцена, Института экологии и минералогии им. В. С. Соболева Сибирского отделения РАН и Всероссийского научно-исследовательского института геологии и минеральных ресурсов Мирового океана имени академика И. С. Грамберга по изучению строения и состава современных донных отложений Онежского озера открыли новую интерпретацию их генезиса.  Какие отложения преобладают в направлении распространения в пределах озера? О каких геологических или иных процессах это свидетельствует?

Дмитрий Субетто дал развернутое объяснение: «Геофизические исследования позволили впервые получить информацию о пространственном распределении голоценовых и верхних горизонтов неоплейстоценовых отложений, их мощности, а также уточнить информацию о пространственном распределении ледниковых образований и отложений. Впервые получены сведения об активном проявлении современных геодинамических движений, а также связанных с ними гравитационных процессов, контролирующих изменения донного рельефа. Также впервые были получены данные о наличии выходов глубинных газов с формированием пок-марков, существенно уточнены контуры распространения на дне Онежского озера ледниково-озерных и озерных отложений. Установлены пространственно-временные особенности озерного осадконакопления в условиях Онежского приледникового озера в позднем плейстоцене. Установлено, что интервал времени накопления ледниково-озерных отложений – ленточных глин составлял 1150-1300 лет в интервал времени 14500 -13000 лет назад. Скорости осадконакопления менялись. Вначале, когда ледник располагался близко к зоне аккумуляции в Онежском приледниковом озере скорости седиментации достигали несколько сантиметров, а в некоторых участках и десяти и более сантиметров в год. Особенностью седиментации в условиях приледникового озера являлись: (1) существенная роль аллохтонного материала (преобладал минеральный состав), (2) преобладание эрозионных и эоловых процессов на водосборном бассейне, (3) существенная роль твердого стока с южных направлений (где преобладают осадочные горные породы) за счет смещения водосборного бассейна на юг во время дегляциации территории, (4) пульсационный характер седиментации; (5) несущественная роль органического вещества в осадконакоплении и диагенетическом преобразовании донных отложений.

Исследования стратиграфии и вещественного состава позднеледниковых донных отложений, вскрытых как в котловине Онежского озера, так и в малых озерах Прионежья, выявило, что вниз по разрезу донных отложений массивные озерные гомогенные серые глины с тонкими (<1мм) слойками черного (пиролюзит, гетит), зеленого (вивианит) и желтоватого цвета (сидерит, родохрозит) сменяются толщей ледниково-озерных ленточных глин зеленовато-серого цвета (с полным набором тех же слойков), а в самой нижней части разреза (например, озеро Полевское, с 12,05 м) замещаются розово-коричневыми ленточными глинами переслаивающихся, со слоями (до 1 см) черного цвета (насыщенные переотложенным шунгитом). Мощность пары слойков – варв (лент) - уменьшается от 10-15 мм в нижней части разреза до 1-2 мм в верхней части разреза ленточных глин. Среди терригенных минералов в донных отложениях Онежского приледникового озера резко преобладают кварц и полевые шпаты (щелочной полевой шпат и плагиоклаз средний и, в меньшей степени, калиевые полевые шпаты). Аутигенные минералы представлены в основном слоистыми железисто-магниевыми силикатами и алюмосиликатами. В самой нижней части разреза донных отложений оз. Полевского (ниже 12 м) к этому набору минералов добавляется доломит (источником которого могут быть осадочные породы Русской плиты)».

Специалистами отмечается важность природных и человеческих факторов, которые определяют особенности строения отложений позднего голоцена и закономерности распределения спектра микроэлементов.

Что показал анализ минерального состава донных отложений Онежского озера в результате современного влияния антропогенных воздействий на озеро (горнодобывающая, лесная промышленность и др.)?

«Донные отложения озер, выполняющие роль накопителя вещества и энергии в озерной экосистеме, являются уникальными природными архивами, которые хранят информацию глобального, регионального и локального уровня об эволюции озера на всем протяжении его истории. Формирование донных отложений зависит от сочетания множества факторов естественной и антропогенной природы. Любые изменения на водосборе и в самом водоеме, вызванные причинами естественной и антропогенной природы, отражаются на количественном и качественном составе вещества, поступающего на дно и в процессах его преобразования в донных отложениях. Исследования донных отложений Онежского озера, их вещественного состава, продемонстрировали, что в результате антропогенного воздействия в последние годы произошли существенные изменения их химического состава, в первую очередь, в крупных северо-западных заливах, таких как Кондопожская, Петрозаводская губы, Большая губа Повенецкого залива, а также в заливе Большое Онего и северной части Центрального Онего. В донных отложениях указанных районов наблюдается устойчивый рост содержания органических веществ, биогенных элементов, а также при постоянстве в концентрациях Fe, Mn, Na, K, Mg, Al, Ca, Sc, V, Cr, Co, Ni, Cu, Sb, Pb. Фиксируется нарушение закономерностей в их пространственном распределении, – Дмитрий Субетто детально охарактеризовал содержание состава ДО Онежского озера и его выявленные типы. – Минеральный состав осаждающегося в Онежском озере вещества свидетельствует, что его донные отложения, в целом, наследуют состав терригенного материала. Среди аутигенных минералов преобладают опал (створки диатомей), Fe-иллит и Fe-хлорит, являющиеся основными концентраторами железа в донных илах. В составе ДО установлены также собственные минеральные фазы Fe и Mn (аморфный и кристаллический гётит, бёрнессит, пирохроит, пиролюзит, вивианит, родохрозит, сидерит).

Проведенные исследования стратификации колонок ДО позволяют выделить два типа их строения. Первый тип распространен по всей акватории озера (см. Рис.1(I)). Он характеризуется тем, что на границе раздела вода/донный осадок находится густая суспензия охристого или буро-красного цветов толщиной до 35 см. В нижней её части залегают рудные корки слоистой текстуры: верхняя часть черного цвета, иногда этот слой очень тонкий (<1 мм), нижняя часть охристого цвета, представляющая собой лимонитовую корку (толщина до 1 см). Таких рудных корок может быть несколько. Под рудными корками залегает гомогенный алевропелит серо-зеленого цвета, постепенно уплотняющийся и сменяющийся ниже серыми ленточными глинами, формировавшимися в условиях глубокого приледникового водоема в позднем плейстоцене. В гомогенном алевропелите (см. Рис. 1(II)) наблюдаются микрослойки зеленого цвета (вивианит), черного (сложные оксиды/гидрооксиды Mn) и иногда кремового цвета (родохрозит, сидерит), их количество и характер распределения в разных колонках ДО различны».

Рисунок 1(I). Фото с использованием сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) TESCAN MIRA3 (Чехия) - строение колонок верхнеголоценовых донных отложений Онежского озера (I) - коллоидный желеобразный окисленный ил охристого цвета толщиной (0-25 см) и (II) гомогенный алевропелит с тонкими микрослоями. (I) а - желеобразный ил охристого цвета с рудные корки слоистой текстуры: в -верхняя часть черного цвета (марганцевые минеральные фазы), мощность (1 -3 мм), г -  нижняя часть охристого цвета (железистые минеральные фазы), (толщина до 1 см); б – масса охристого ила представлена  створоками диатомовых водорослей (SiO2 bio), Fe-хлорит и иллит, обломочными минералами среди которых преобладают кварц и полевые шпаты, мусковит

Рисунок 1(I). Фото с использованием сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) TESCAN MIRA3 (Чехия) - строение колонок верхнеголоценовых донных отложений Онежского озера (I) - коллоидный желеобразный окисленный ил охристого цвета толщиной (0-25 см) и (II) гомогенный алевропелит с тонкими микрослоями. (I) а - желеобразный ил охристого цвета с рудные корки слоистой текстуры: в -верхняя часть черного цвета (марганцевые минеральные фазы), мощность (1 -3 мм), г - нижняя часть охристого цвета (железистые минеральные фазы), (толщина до 1 см); б – масса охристого ила представлена створоками диатомовых водорослей (SiO2 bio), Fe-хлорит и иллит, обломочными минералами среди которых преобладают кварц и полевые шпаты, мусковит

Рисунок 1 (II) – гомогенный алевро-пелит серо-зеленого цвета, постепенно уплотняющийся вниз по разрезу с микрослойками: а - зеленого цвета (вивианит), б – кремового  цвета (родохрозит, сидерит), в – черного цвета (пиролюзит). Во втором типе колонок ДО верхний охристый слой мощность (1-2 см) темно-коричневого цвета, ниже которого залегают гомогенные илы, аналогичные тем, что присутствуют в колонках первого типа. Рудных слоев в данном типе колонок ДО нет

Рисунок 1 (II) – гомогенный алевро-пелит серо-зеленого цвета, постепенно уплотняющийся вниз по разрезу с микрослойками: а - зеленого цвета (вивианит), б – кремового цвета (родохрозит, сидерит), в – черного цвета (пиролюзит). Во втором типе колонок ДО верхний охристый слой мощность (1-2 см) темно-коричневого цвета, ниже которого залегают гомогенные илы, аналогичные тем, что присутствуют в колонках первого типа. Рудных слоев в данном типе колонок ДО нет

По  мнению Дмитрия Субетто, «сравнение данных по средневзвешенным значениям содержаний ряда редких и рассеянных элементов в ДО Онежского озера с усредненными концентрациями этих элементов в горных породах водосборной площади (долерит-базальты, туфы основного состава, шунгитовые породы), заимствованными из работы Ромашкина и его соавторов показало, что они значительно отличаются как в большую, так и в меньшую сторону. Если же усреднить их величины, то можно предположить унаследованность содержаний многих элементов в донных осадках от пород водосборных площадей, за исключением (Mn, Hg).

Нормирование средних содержаний элементов в колонках ДО, отобранных на различных участках акватории Онежского озера на их содержание в PAAS (постархейский средний глинистый сланец), позволило сравнить концентрации элементов во временном интервале от современных илов до ленточных глин. В окисленном слое донных отложений наблюдаются более высокие концентрации Mn, Cd, Mo, Pb, Hg, Fe (см. Рис. 2). Выполненные ранее исследования по геохимии ДО Малого озера, расположенного в пределах онежского водосбора, показали присутствие в колонках донных осадков элементов с высокими коэффициентами обогащения (Zn, Cd, Sb, Pb, Hg), и тех, что имеют высокую способность к биоаккумуляции (Zn, Cd). Возможно, что часть Sb и Pb поступала в ДО из дополнительного источника, например, за счет дальнего атмосферного переноса».

Рисунок 2. Распределение содержаний элементов в ДО Онежского озера из разных скважин, нормированные к PAAS

Рисунок 2. Распределение содержаний элементов в ДО Онежского озера из разных скважин, нормированные к PAAS

На основе реконструкции эволюции Онежского озера экспертами были разработаны подробные палеогеографические карты, представляющие новые данные о положении береговой линии на неизученных территориях и данные о местонахождении реликтовых озер. Как подчеркивает Дмитрий Субетто, «разработанная цифровая модель развития Онежского озера позволила получить новый инструмент для развития наших представлений об истории озера, о формировании его берегов в позднем плейстоцене и голоцене. Она позволяет оперативно строить картосхемы и рассчитывать основные морфо-гидрологические характеристики водоема для различных временных интервалов. На основе разработанной цифровой модели рельефа озерной котловины и водосбора, в частности, выполнен расчет морфометрических характеристик водоема для основных этапов его развития в  позднем плейстоцена и голоцене. Так, например, расчеты показали, что в максимальную стадию развития Онежского приледникового озера (13300 лет назад) его размеры превышали современные более чем в три раза — 33 000 км2, а объем его вод достигал 1800 км3».

В экспедициях ученые изучили донные отложения озер Заонежского полуострова у северного побережья Онежского озера и провели описание структуры, текстуры и цветовых изменений глины.  Что демонстрируют полученные сведения?

Дмитрий Субетто подробно комментирует: «Продолжено изучение строения донных отложений оз. Полевского и Керацкого, котловины которых в позднеледниковье заливалось водами Онежского приледникового озера (ОПО) (см. Рис. 3).

Рисунок 3. ГИС-реконструкция развития Онежского приледникового озера (ОПО): A- положение края ледника последнего валдайского оледенения и ОПО около 14500 календарных л.н.; B- ОПО около 14000 кал.л.н.; C- ОПО с максимальными размерами и площадью около 13300 лет назад (кал.л.н.); D- ОПО в момент открытия стока на север в сторону Белого моря и снижение уровня озера на 10 м около 13200 кал.л.н.; E− ОПО после смены направления стока на запад в сторону Ладожского озера и снижение уровня озера на 15 м около  12400 кал.л.н.; F-график изменения площади и объема Онежского приледникового озера во временном интервале 14500 – 12000 кал.л.н. (Zobkov et al., 2019)

Рисунок 3. ГИС-реконструкция развития Онежского приледникового озера (ОПО): A- положение края ледника последнего валдайского оледенения и ОПО около 14500 календарных л.н.; B- ОПО около 14000 кал.л.н.; C- ОПО с максимальными размерами и площадью около 13300 лет назад (кал.л.н.); D- ОПО в момент открытия стока на север в сторону Белого моря и снижение уровня озера на 10 м около 13200 кал.л.н.; E− ОПО после смены направления стока на запад в сторону Ладожского озера и снижение уровня озера на 15 м около 12400 кал.л.н.; F-график изменения площади и объема Онежского приледникового озера во временном интервале 14500 – 12000 кал.л.н. (Zobkov et al., 2019)

Исследования включали в себя варвохронологические, литостратиграфические, геохимические и радиометрические работы с кернами и образцами донных отложений. Установлено, что нижняя толща отложений, представленная ленточными глинами приледникового бассейна, состоит из 1155 варв (лент). Нижняя толща отложений представлена ленточными глинами с толстыми лентами до нескольких сантиметров, где чередуются грубозернистые слои (состоящие из песка и грубозернистого алеврита) и тонкозернистые (преимущественно алеврито-глинистые). Особенностью нижних пачек ленточных глин является наличие черных прослоев, насыщенных переработанным и переотложенным шунгитом (см. Рис. 4).

 Рисунок 4. Ленточные глины оз. Полевского, с прослоями насыщенными переотложенным шунгитом

Рисунок 4. Ленточные глины оз. Полевского, с прослоями насыщенными переотложенным шунгитом

В рамках исследования была выполнена корреляция кернов донных отложений, представленных позднеледниковыми ленточными глинами, между собой, включая наши разрезы из озер Полевское и Керацкое в Заонежье с данными финских коллег, полученных ранее для центральной части Онежского озера. На основе литостратиграфических данных, мощности ленточных варв, их цветовой гаммы были выделены 6 пачек ленточных глин (см. Рис. 5).

Рисунок 5. Фотографии кернов с ленточными глинами оз. Полевского и их положение на варводиаграмме. Розовым цветом обозначено положение «розового горизонта» (Hang et al., 2019)

Рисунок 5. Фотографии кернов с ленточными глинами оз. Полевского и их положение на варводиаграмме. Розовым цветом обозначено положение «розового горизонта» (Hang et al., 2019)

Эти шесть пачек отражают изменения в условиях осадконакопления во времени и генерализовано они отражают постепенное отступление ледника и удаление источника сноса обломочного материала. Получена впервые новая «плавающая» варвохронология для Онежского приледникового озера, состоящая из 1155 варво-годов. Она была скомпилирована на основе изучения двух разрезов донных отложений озер Полевского и Керацкого. Вариации в мощности варв отражают резкие и постепенные изменения в условиях осадконакопления (пачки В и Е), которые, однако, не коррелируются с ранее предполагаемыми изменениями уровня Онежского приледникового озера или с изменениями из него стока. Радиоуглеродная хронология дегляциации котловины Онежского озера и данные по варвохронологии позволили впервые скоррелировать снижение мощности варв с холодными событиями GI-1c2 и GI-1B событийной стратиграфии, основанной на данных NGRIP δ18O. Установлено, что красновато-коричневый горизонт в ленточных глинах («розовый горизонт») является стратиграфически выдержанным во всех, нами изученных разрезах ленточных глин Онежского приледникового озера и может служить стратиграфическим репером для корреляции и хронологии (см. Рис. 6 и 7)».

Рисунок 6. Начало формирования «розового горизонта»

Рисунок 6. Начало формирования «розового горизонта»

Рисунок 7. Сравнение осредненных с шагом 20 варво-лет значений мощности варв озерно-ледниковых ленточных глин Онежского приледникового озера с данными из ледникового керна Гренландии (NGRIP δ 18O) (Rasmussen et al., 2006). Корреляция основана на данных радиоуглеродного датирования (AMS C14) донных отложений в центральной части Онежского озера (Saarnisto and Saarinen, 2001). Розовым цветом обозначено стратиграфическое положение «розового горизонта» в ленточных глинах (Hang et al., 2019)

Рисунок 7. Сравнение осредненных с шагом 20 варво-лет значений мощности варв озерно-ледниковых ленточных глин Онежского приледникового озера с данными из ледникового керна Гренландии (NGRIP δ 18O) (Rasmussen et al., 2006). Корреляция основана на данных радиоуглеродного датирования (AMS C14) донных отложений в центральной части Онежского озера (Saarnisto and Saarinen, 2001). Розовым цветом обозначено стратиграфическое положение «розового горизонта» в ленточных глинах (Hang et al., 2019)

В настоящем проекте задействован большой научный коллектив межинститутского и междисциплинарного состава. Это   специалисты в области палеолимнологии, географии, геологии, минералогии и геохимии, гидрохимии и гидрогеологии, ГИС-технологий: сотрудники ИВПС КарНЦ РАН (к.г.н., вед.н.с. Белкина Наталья Александровна (основной исполнитель проекта), заведующий лабораторией палеолимнологии; к.г.н., с.н.с. Потахин Максим Сергеевич, лаб. палеолимнологии; к.т.н., с.н.с. Зобков Михаил Борисович, зав.лаб.гидрохимии; к.г.-м.н., с.н.с. Бородулина Галина Сергеевна,  лаб.гидрохимии; аспирант Гурбич Виктор Анатольевич, лаб.палеолимнологии) Российского государственного  педагогического  университета им. А. И. Герцена; (к.г.н., доцент Кублицкий Юрий Анатольевич, факультет географии; аспирант Орлов Александр Владимирович, факультет географии), Институт геологии и минералогии им. В.С.Соболева Сибирского отделения Российской академии наук, г.Новосибирск (д.г.-м.н. Страховенко Вера Дмитриевна (основной исполнитель проекта), ведущий научный сотрудник; Овдина Екатерина Андреевна, аспирант); Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана имени академика И.С. Грамберга (ФГБУ "ВНИИОкеангеология", г Санкт-Петербург) (д.г.-м.н. Рыбалко Александр Евменьевич (основной исполнитель проекта), ведущий научный сотрудник; Беляев Павел Юрьевич, аспирант). 

Исследования по гранту РНФ проводятся третий год и являются логическим продолжением предыдущего проекта РНФ № 14-17-00766 «Онежское озеро и его водосбор: история геологического развития, освоение человеком и современное состояние» (2014-2017гг.). Полевые экспедиции, как сообщил Дмитрий Субетто, осуществляются «как на акватории Онежского озера, так и на озерах его водосборного бассейна, и в первую очередь на тех малых озерах, котловины которых в прошлом заливались водами крупного Онежского приледникового озера. Регулярно проводятся зимние и летние работы. Зимой – это работы по бурению донных отложений на Онежском озере (в 2019 г.) и на малых озерах. Летом – это геофизические работы и отбор колонок донных отложений Онежского озера с борта НИС «Эколог» (см. Рис. 8, 9). Так, в 2019 году было выполнено 105 погонных километров геофизических профилей. Проведены  опытно-методические донные работы по электроразведке на опытном полигоне в Петрозаводской губе, позволившие получить новые данные о строении осадочного покрова и коренных пород. Получена информация о строении четвертичного покрова во всей Петрозаводской губе, была впервые получена информация о распределении генетических типов в Заонежском заливе и строении комплекса краевых образований на границе Повенецкого и Заонежского заливов. Основное значение имеют уникальные данные, полученные в ходе бурения четвертичных отложений в Петрозаводской губе в марте  в 2019 году».

Рисунок 8. Описание кернов донных отложений на борту НИС «Эколог»

Рисунок 8. Описание кернов донных отложений на борту НИС «Эколог»

Рисунок 9. Отбор кернов донных отложений на Онежском озере с борта НИС «Эколог»

Рисунок 9. Отбор кернов донных отложений на Онежском озере с борта НИС «Эколог»

Примечательно, что в зимнее время команда ученых–участников проекта РНФ совместно со специалистами из Санкт-Петербургского государственного университета и Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова проводила бурение четвертичных отложений с помощью специализированной ударно-поршневой системы. Дмитрий Субетто пояснил, что представляет собой такая специальная установка и каково ее предназначение: «Зимние работы в 2019 году со льда Петрозаводской губы позволили впервые для Онежского озера получить непрерывные керны донных отложений мощностью до 10 м. Бурение донных отложений было проведено с помощью установки UWITEC (Австрия), которая позволяет работать на глубинах до 150 м и отбирать непрерывные керны мощностью до 25 м. Буровая установка представляет собой ручной вариант ударно-забивного бурового станка (см. Рис. 10, 11).

Рисунок 10. Общий вид буровой установки. Момент ручного забивания бурового снаряда.  На каждой из «ног» треноги прикреплены лебедки  для спуско-подъемных операций

Рисунок 10. Общий вид буровой установки. Момент ручного забивания бурового снаряда. На каждой из «ног» треноги прикреплены лебедки для спуско-подъемных операций

Рисунок 11. Коллектив участников бурения донных отложений на Онежском озере, Петрозаводская губа, в 2019 году

Рисунок 11. Коллектив участников бурения донных отложений на Онежском озере, Петрозаводская губа, в 2019 году

Забивание керна производится вручную, путем подъёма ударного молота весом 20 кг и резкого опускания его на верхнюю часть стальной трубки керноотборника. Географические точки для отбора проб донных отложений выбирались на основе исследований, выполненных ранее. В итоге, бурение проводилось в точках, отстоящих от берега на расстояние до 2-х км. Подвоз техники и снаряжения осуществляли с помощью снегоходов. На льду для участников проекта был организован лагерь из двух палаток. Одна для персонала с печкой и деревянным настилом для предотвращения таяния льда. Вторая палатка предназначалась для хранения экспедиционного оборудования. Полученные керны доставлялись в Институт водных проблем Севера КарНЦ РАН, где были помещены в холодный депозитарий.

Наиболее древними из вскрытых отложений являются ледниковые и флювиогляциальные отложения поздневалдайского времени, представленные очень плотными серыми супесями с большим количеством несортированного грубообломочного материала и песками, которые перекрываются озерно-ледниковыми ленточными глинами и озерными илами. Проведенное бурение вскрыло полный разрез отложений последнего гляциоседиментационного цикла. В настоящее время полученные материалы обрабатываются. Выполнена рентгенография кернов. Ожидаются результаты биостратиграфических исследований и радиоуглеродного датирования. В результате проведенного бурения на Онежском озере впервые был вскрыт весь разрез надледниковых отложений, включая верхние горизонты донной морены. Наиболее древними из вскрытых отложений являются ледниковые и  флювиогляциальные отложения позднего валдая, представленные очень плотными серыми супесями с большим количеством несортированного грубообломочного материала. В настоящее время ведется обработка кернов».

Таким образом, комплекс работ ученых в рамках проекта РНФ демонстрирует, что Онежское озеро динамично развивалось со времени освобождения его котловины ото льда последней валдайской стадии оледенения и по настоящее время, что доказывает анализ донных отложений. Человеческий фактор на современном этапе развития  озера оказывает определенное влияние на природу химического состава озерной воды, и как следствие, на специфику формирования донных отложений и их геохимического состава, что в целом дает основания пересмотреть методы освоения природных водных ресурсов одного из главных пресноводных водоемов страны.

«В качестве практических рекомендаций по использованию природных ресурсов водосборного бассейна Онежского озера рекомендовано усилить со стороны надзорных органов контроль за выполнением всех установленных водоохранных мер водопотребителями. Необходимо в первую очередь, сократить сбросы загрязненных вод в водные объекты, для чего необходимо построить очистные сооружения в городах Медвежьегорске, Пудоже, Суоярви. Имеющиеся очистные сооружения необходимо усовершенствовать и довести очистку сточных вод до состояния нормативно очищенных. Необходимо принятие закона о восстановлении и охране ресурсов Онежского озера, имеющего научно-правовое и финансовое обоснование. В законе должны быть разграничены полномочия РФ и органов местной власти, регулирующие водные отношения. Закон должен иметь финансовое обеспечение для реализации Федеральных целевых программ, направленных на сохранение и рациональное использованию ресурсов этих озер. Закон должен включать особые, научно-обоснованные, разработанные конкретно для этих водоемов, системы критериев и регламентов водопользования, учитывающие геоэкологические особенности региона и особую уязвимость северных экосистем к антропогенному воздействию,

руководитель проекта Дмитрий Субетто подводит итог предварительному геоэкологического мониторингу, связанному с исследованием Онежского озера, и высказывает мнение о целесообразности проведения ряда природоохранных мероприятий,

На базе ИВПС ФИЦ КарНЦ РАН предлагается организовать межотраслевой координационный центр по изучению Онежского озера с целью создания информационной системы (единый банк данных, модель, экспертная система) для оценки современного состояния Онежского озера и рисков возникновения опасных экологических ситуаций, а также для оперативного использования этой информации органами власти».

геология дмитрий субетто – доктор географических наук декан факультета географии заведующий кафедрой физической географии и природопользования ргпу им аи герцена г санкт-петербург карелия озера карелии онежское озеро

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.