Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Краткая физико-географическая характеристика района исследования
1.1. Географическое положение территории, геологическое строение 8
и рельеф
1.2 Климат 12
1.3. Внутренние воды 15
1.4. Многолетнемёрзлые породы и почвенный покров 19
1.5. Растительный и животный мир 21
1.6. Полигонально-тундровые ландшафты Северо-Востока Якутии 23
ГЛАВА II. Материалы и методы исследований 30
2.1. Сбор фактического материала 30
2.2. Методы полевых и лабораторных исследований и статистического анализа
2.3. Методы обработки данных 36
ГЛАВА III. Морфометрические и гидрохимические параметры водоёмов района исследований и их изученность 38
3.1. Изученность полигональных водоёмов 38
3.2. Морфометрические характеристики изученных водоёмов 42
3.3. Физико-химические показатели воды полигональных водоёмов 68
ГЛАВА IV. Гирохимические и морфометрических особенности полигональных водоёмов северо востока Якутии
4.1. Стадии развития водоёмов, выделенные на основе кластеризации по морфометрическим параметрам 90
4.2. Кластеризация водоёмов по гидрохимическим показателям и прозрачности воды 96
4.3 Кластеризация водоёмов по сочетанию морфометрических и гидрохимических показателей 100
4.4 Основные особенности полигональных водоёмов Северо-Востока Якутии по морфометрическим и гидрохимическим параметрам 105
Выводы 110
Литература
- Внутренние воды
- Растительный и животный мир
- Методы полевых и лабораторных исследований и статистического анализа
- Физико-химические показатели воды полигональных водоёмов
Введение к работе
Актуальность исследования. Ландшафты северных регионов в условиях
криолитозоны характеризуются широким распространением водоёмов разного
происхождения. Большая часть из них – термокарстовые озёра, представляющие несомненный
интерес как специфические водные объекты тундровой зоны с экстремальными условиями
среды. Кроме собственно термокарстовых озёр в тундре широко распространены мелкие
полигональные водоёмы, которые в процессе активизации (протаивания льда)
термокарстовых процессов могут образовывать крупные водные объекты. Изучение первоначальных параметров полигональных водоёмов представляют интерес в лимнологии и в природопользовании.
Несмотря на все это, лимнологические свойства тундровых водоёмов в условиях сплошного распространения многолетней мерзлоты изучены далеко не достаточно, особенно это касается Северо-Востока России.
Наличие многолетней мерзлоты, её зональные и региональные особенности ограничивают промышленное освоение криолитозоны. Морфометрические параметры полигональных водоёмов служат косвенным источником информации о состоянии мёрзлых грунтов, характере протекания термокарстовых процессов, позволяют сделать вывод о возможных сценариях развития водных объектов, что даёт возможность планировать экономическое развитие региона и обеспечить устойчивое существование традиционных видов природопользования.
Объектом исследования являются мелководные полигональные водоёмы,
расположенные в низовьях рек Индигирка и Колыма, на о. Большой Ляховский и на п-ове Фаддеевский (о. Котельный, Новосибирские о-ва).
Предмет исследования морфометрические и гидрохимические параметры
труднодоступных и малоизученных полигональных водоёмов.
Цель работы: выявить основные морфометрические и гидрохимические особенности полигональных водоёмов.
Основная цель диссертационной работы заключается в исследовании современных морфометрических и гидрохимических особенностей полигональных водоёмов и определении связи этих особенностей с ландшафтными типами района исследований. Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
- проанализировать изученность мелководных полигональных водоёмов,
расположенных на территориях полигонально-тундровых ландшафтов арктической зоны
Евразии и Северной Америки;
дать характеристику морфометрических и гидрохимических параметров изученных водоёмов по типам ландшафтов;
выявить основные морфометрические и гидрохимические особенности водоёмов по точкам (Кыталык, Походск, о. Большой Ляховский и на п-ове Фаддеевский) исследования с применением статистических программ.
Методы исследования. В работе применён комплекс методов по сбору полевого
материала, его камеральной и аналитической обработке. Исследования базируются на
стандартных лимнологических, гидрохимических, сравнительно-географических,
геоинформационных методах и методе математической статистики.
Научная новизна работы состоит в том, что: а) впервые для труднодоступных полигональных водоёмов Северо-Востока Якутии произведён расчёт ряда морфометрических характеристик (показатель удлинённости, изрезанности, объём водоёма и др.) водного зеркала
по типам ландшафтов; б) впервые проведена оценка взаимной обусловленности морфометрических и гидрохимических параметров полигональных водоёмов Северо-Востока Якутии, в том числе по типам ландшафтов, а также с учётом их островного и материкового месторасположения; в) впервые выполнена оценка качества вод полигональных водоёмов по значениям нормативов предельно-допустимых концентраций для рыбохозяйственного назначения (ПДК рыб.хоз.).
Основные положения, выносимые на защиту:
-
По основным химическим свойствам вода изученных водных объектов материковой части района исследования характеризуется как сульфатно-гидрокарбонатная, а островных водоёмов как хлоридно-гидрокарбонатная.
-
Полигональные водоёмы по морфометрическим параметрам и их сочетаниям не демонстрируют закономерных соответствий значениям основных гидрохимических характеристик.
-
По морфометрическим параметрам выделены и охарактеризованы стадии развития (зарождение-эволюция-деградация) полигональных водоёмов Севера Якутии, связанные с особенностями и характером протаивания повторно-жильного льда.
Теоретическая значимость работы состоит в получении новых сведений о морфометрических и гидрохимических параметрах слабоизученных термокарстовых полигональных водоёмов севера Якутии; установлении отсутствия взаимосвязей и взаимной обусловленности сочетаний значений, морфометрических и гидрохимических характеристик полигональных водоёмов; обнаружении различий основных физико-химических показателей водоёмов (ионный состав, концентрация кремния) Новосибирских островов и объектов, расположенных на «материковой» части Якутии; пионерном вычислении расчётных морфометрических характеристик для полигональных водоёмов. Результаты исследований существенно расширили знания о морфометрических и гидрохимических параметрах полигональных водоёмов Евразии.
Практическое значение. Современные физико-химические параметры изученных
водоёмов могут использоваться как фоновые данные для дальнейшего проведения
биомониторинга. Материалы исследования применимы во время проведения
водохозяйственных мероприятий по обеспечению перспективных населённых пунктов водой,
пригодной для хозяйственно-гигиенического использования, а также для целей рыбного
хозяйства в качестве информационной базы о морфометрических, физико-химических и
гидрохимических характеристиках биотопов. Результаты исследований используются для
практических работ по спецкурсу «Охрана водных ресурсов и их рациональное использование
в условиях криолитозоны» для студентов, обучающихся по специальности
«Природопользование».
Степень достоверности и апробация работы. Основные результаты исследования неоднократно докладывались и обсуждались на республиканских, российских и международных конференциях различного уровня: на международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум» (Москва, 2013-2016 г.); на первой международной конференции «Paleolimnology of Northern Eurasia. Proceedings of the International Conference» (г. Петрозаводск, 2014 г.); международной научно-практической конференции LXVII Герценовские чтения (г. Санкт-Петербург, 2014 г.); на второй международной конференции «Paleolimnology of Northern Eurasia. Experience, Methodology, Current Status: Proceedings of the International Conference» (г. Якутск, 2016 г.); IV республиканской научно-практической конференции «География и краеведение в Якутии (г. Якутск, 2016).
Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 20 работ, в том числе 4 в научных журналах, включённых в перечень Высшей аттестационной комиссии Российской Федерации.
Личный вклад автора. Диссертация выполнена автором в совместной российско-германской лаборатории по изучению экологического состояния Арктики (Биологический мониторинг – БиоМ) кафедры экологии Института естественных наук Северо-Восточного федерального университета имени М. К. Аммосова в рамках проектов: РФФИ № 11-04-91332-ННИО «Полигоны в болотах тундры: динамика и ответ на изменчивость климата в полярных регионах» (2011-2013 гг.); РФФИ 12-05-98546-р_восток_а «Палеогеография позднего плейстоцена и голоцена озера Большое Токо (Становой хребет) по палеоботаническим и геохимическим данным» (2012-2014 гг.); РФФИ № 13-05-00327 «Палеоэкология и палеогеография озёр Новосибирских островов» (2013-2015 гг.), РФФИ-регион №15-45-05063 р_восток_а «Палеоэкологические исследования голоценовой истории озёр бассейна реки Индигирка» (2015-2017 гг.); Проектная часть государственного задания в сфере научной деятельности Министерства образования и науки РФ по заданию № 5.184.2014/К (2014-2016 гг.); Министерства образования и науки РФ «Программа развития СВФУ Мероприятие 2.8. «Биомониторинг тундровых экосистем Северо-Востока России в условиях глобального изменения климата и интенсификации антропогенного процесса (мониторинг, экология, палеогеография, модель и технологии природопользования)» (2010-2014 гг.); за счёт экспедиционных грантов Института полярных и морских исследований имени А. Вегенера (AWI, Германия). Автор принимал участие в сборе полевого материала, химико-аналитических работах, самостоятельно произвёл вычисление расчётных морфометрических характеристик водоёмов, осуществил статистическую обработку данных, а также сам выполнил всю работу по оформлению результатов исследования.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность за неоценимую помощь на
всех этапах работы научному руководителю-наставнику Л.А Пестряковой. Благодарю за
ценные советы и замечания Р.М. Городничева, Л.А. Ушницкую, П.В. Давыдову, С.Н. Левину,
заведующих кафедр экологии и географии СВФУ им. М.К. Аммосова - М.М. Черосова и Ю.Г.
Данилова, также автор выражает глубокую и искреннюю благодарность за постоянное
внимание и помощь при подготовке диссертационной работы Д.А. Субетто, А.Н. Фёдорову,
М.А. Анисимову, Е.И. Бурцевой, С. Веттериху, Я.И. Торговкину, У. Херцшух, Л.
Ширрмайстеру, Л.А. Фроловой, Н.А. Рудой, родным и близким. Особую благодарность автор выражает своим молодым коллегам за неоценимую поддержку в период пребывания в г. Санкт-Петербурге – Л.С. Сырых, И.М. Грекову, Ю.А. Кублицкому и П.А. Леонтьеву.
Внутренние воды
Климат в бассейне нижнего течения реки Колыма (п. Походск) относится арктическому климатическому поясу континентальной области (Атлас…, 1985) и, главным образом, характеризуется короткими летними сезонами и продолжительной зимой. Здесь безморозный период составляет 55 дней, сумма положительных температур 800-900С. Летний период определяется воздействием воздушных масс, а зимой – восточно-сибирского антициклона. Средняя температура января –34, средняя температура июля +9С (Справочник …, 1966). Годовая сумма осадков составляет 150 мм, основная часть осадков выпадает в виде снега (Справочник…, 1968). В течение года в основном преобладает облачная погода, в июне-июле часто туманы.
Климат нижнего течения р. Индигирка, относится к субарктическому климатическому поясу (Атлас…,1985) и характеризуется продолжительными отрицательными температурами и коротким холодным летом. Зимний период начинается с октября месяца и длится до первой половины мая, средние температуры января -38С. Часты метели. Высота снежного покрова достигает 30-50 см. Лето характеризуется пасмурностью с очень коротким безморозным периодом. Средние температуры июля -8…-12С. Годовое количество осадков 150-250 мм, из которых 55-60 % приходится на зимний период (Справочник.., 1966, 1968).
Климат Новосибирских островов тесно связан с климатом окружающих его территорий Северного Ледовитого океана и огромного Азиатского континента, средние и центральные части которого весьма отдалены от всех морских бассейнов, что оказывает существенное влияние на климат страны (Атлас.., 1985). В зимнее время, вследствие сильного охлаждения, в северной части Азиатского материка, включая территорию исследования, устанавливается высокое давление воздуха или барометрический максимум (Рязанцева, 1937). Климат Новосибирских островов, лежащих у северной окраины Азиатского материка, имеет много своих особенностей. В частности благодаря наличию в море больших полыней (чистой воды) климат островов зимой гораздо мягче климата соседнего материка (Рязанцева,1937; Новосибирские.., 1967).
Средняя июльская температура архипелага колеблется от +2,2 на севере до +3,5С на юге, максимальные температуры воздуха в июле могут доходить до +13…+15С (Справочник.., 1966). Облачность в районе Новосибирского архипелага до вскрытия льда в море небольшая. Туманы появляются только отдельными клочьями с полыней окружающих морских пространств. Упорные туманы на архипелаге стоят в период вскрытия льда, когда резко увеличивается облачность. Количество осадков, выпадающих в районе Новосибирских островов, доходит до 200—250 мм в год (Атлас.., 1985). В эту сумму входят осадки как выпавшие в виде снега, дождя и града, так и нарастающие – в виде изморози, инея и росы. 1.3. Внутренние воды
Главной особенностью Северо-Востока Якутии являются главным образом -многочисленные озёра и реки, которые являются одним из главных факторов формирования природных особенностей исследуемых районов. Здесь протекают крупные восточно-сибирские реки Индигирка и Колыма, на п-ове Фаддеевский обследованные водоёмы расположены в бассейне реки Алын.
Река Индигирка. Река Индигирка образуется слиянием рек Туора-Юрях и Тарын-Юрях и впадает в Восточно-Сибирское море. Длина реки – 1726 км, а с Туора-Юряхом – 1977 км (Реки и озёра.., 2007). Гидрографическая сеть бассейна включает речную сеть из 125605 водотоков, свыше 80 тыс. озёр общей площадью водного зеркала 11300 км2, болота, наледи и горные ледники. Водотоков длиной менее 10 км – 122125 (Ресурсы…, 1972) (табл. 1.3.1).
Суммарная площадь их водосборов составляет примерно 189 тыс. км2. Густота русловой сети изменяется от 1,2 в верховьях Индигирки до 0,2-0,3 км/км2 в низовьях. Характерной чертой речной сети является ее глубокий врез в горных районах. На отдельных участках долины рек имеют глубину 600–1000 м и больше, на плато и возвышенных равнинах – 150-300 м.
Территория р. Индигирка принадлежит к Верхояно-Колымской горноскладчатой области, охватывающей кроме того бассейны Алазеи, Яны, Алдана и Лены. Бассейн реки весьма неоднороден по геологическому строению и рельефу (Морфоструктурный…, 1979). На западе области простирается Верхоянская горная система, а на востоке – Полоусненско- Верхнеколымская, частично занимающая бассейн Индигирки. В сложении горных цепей этой системы существенное участие принимают терригенные отложения палеозоя, триаса и юры, различного возраста и состава вулканогенные породы и гранитоиды, слагающие водоразделы горных хребтов. От общего объёма стока 32% приходится на весенний период, 49% – на летний, 16% и 3% на осенний и зимний периоды, соответственно (Соколов др., 1984).
Растительный и животный мир
Методы полевых исследований. Материалы исследовательской работы получены в ходе полевых и лабораторных работ. Полевые работы осуществлялись совместно с иностранными коллегами из Института им. А. Вегенера – Центра полярных и морских исследований Гельмгольца (AWI, ФРГ) и российско-германской лаборатории по изучению экологического состояния Арктики (Биологический мониторинг – БиоМ) кафедры экологии Института естественных наук СВФУ им. М.К. Аммосова (г. Якутск).
Полевые этапы исследования выполнены, главным образом, при реализации проектов, проводимых сотрудниками лаборатории, где автор работает и активно участвует, и совместными российскими и иностранными коллегами из Казанского федерального университета, Московского государственного университета, РГПУ им. Герцена и AWI.
Все полевые этапы исследования проводились в период положительных температур атмосферного воздуха в районах исследования (июль-август). Отбор проб. Сбор полевого материала российско-германских экспедиций (бассейны рек Индигирка и Колыма и Новосибирские острова) выполнены по единой программе исследований с использованием общепринятых методик при помощи стандартного набора вспомогательных средств и оборудования. Отбор проб воды на химический анализ осуществлён в поверхностном слое воды на глубине примерно 10 см в стерильные пластиковые бутылки ёмкостью 1 л. Хранение отобранных проб осуществлялось при температуре приблизительно +4С. Пробы воды для определения главных катионов и анионов были профильтрованы в стерильные ёмкости через целлюлозно-ацетатный фильтр (размер пор 0,45 мкм). Пробы для определения катионов фиксировались концентрированной 65%-ой азотной кислотой. Измерения быстро изменяющихся физико-химических характеристик таких, как концентрация растворенного О2, рН, температура воды, окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) и удельная электропроводность, были проведены с помощью сертифицированного многопараметрового электрохимического прибора (WTW Multi 340i, номер по ГосРеестру: 47488-11): pH-метр, кислородометр, кондуктометр. Содержание гидрокарбонатов и щелочность установлены титрованием в полевых условиях с помощью тест-комплекта Viscolor Alkanity Al7 Art.-Nr. 915 207. Прозрачность воды определена с использованием диска Секки. Глубина водоёма – портативным эхолотом Echotest II (Япония); координаты фиксировались портативным GPS-навигатором Garmin 62s. Методы полевых и лабораторных исследований. В определении гидрохимических параметров проб воды, нами использованы следующие физико химические и гидрохимические параметры: прозрачность воды, рН, минерализация, общая жёсткость, концентрация общего железа, кремния, аммония, фосфат-анионов, концентрации ионов кальция, магния, натрия и калия, гидрокарбонат-, сульфат – хлорид-анионов. В базе данных были включены показатель каждого гидрохимического параметра в мг/л, мг-экв/л и в процентах. Результаты лабораторных работ по химическому составу проб воды водоёмов территории Новосибирских островов выполнены на базе российско-германской лаборатории по изучению экологического состояния Арктики – БиоМ (Биологический мониторинг) с использованием сертифицированной системы каппилярного электрофореза «Капель-105м» (Номер по ГосРеестру: 17727-11), методиками для целей государственного экологического контроля (ПНД Ф 14.1:2:4.167-2000; ПНД Ф 14.1:2:4.157-99). Определение массовых концентраций осуществлено с использованием программного обеспечения Эльфоран версии 3.2.3 группы компании Люмэкс. Концентрации растворённых в воде компонентов, установленные ранее в материалах лаборатории БиоМ, также выполнены с применением общепринятых сертифицированных методик.
Лабораторные исследования в рамках проектов Института полярных и морских исследований имени А. Вегенера выполнены немецкими коллегами на базе структурного подразделения в г. Потсдам. Массовые концентрации растворенных в пробах воды анионов определены при помощи использования ионного хроматографа системы высокого разрешения жидкостной хроматографии (Dionex DX-320). Концентрация растворённых главных катионов определена при помощи оптического эмиссионного спектрометра с индуктивно-связанной плазмой Perkin Elmer Optima 3000XL.
Определение морфометрических параметров водоёмов. В работе используются следующие морфометрические параметры водоёмов: длина, ширина максимальная и средняя, длина береговой линии, максимальная глубина, площадь зеркала, показатель удлинённости, показатель развития береговой линии и приблизительный объём.
Основные морфометрические показатели, такие как глубина, длина и ширина для всех водоёмов были определены во время полевых работ. Хотя в современных исследованиях при определении морфометрических характеристик используются цифровые методы с разрешением до 30 м (Науменко, 2012; 2014). Учитывая малую площадь водного зеркала большей части водоёмов использование цифровых методов исключается. Показатели удлинённости, средняя ширина, и развития береговой линии, а также приблизительный объём воды в водоёме определены автором расчётным путем.
Методы полевых и лабораторных исследований и статистического анализа
Полигональные водоёмы, учитывая их генезис и количество воды, которая содержится в полигонах, на территории Якутии практически остаются не изученными. Только за последние 10-летия в связи с изучением вопросов изменения климата наблюдается активное проявление интереса со стороны российских и зарубежных учёных. Исследование и освоение Арктических островов всегда было и остаётся сложным и дорогостоящим мероприятием. Новосибирские острова в этом отношении не являются исключением.
Крупный сектор российской Арктики, в котором располагаются Новосибирские острова, охвачен исследованиями большей частью по периферии материка, островная же часть до недавнего времени была изучена лишь фрагментарно (Анисимов, 2010). Масштабные экспедиции на начальном этапе изучения Новосибирских островов, хотя и были охвачены работами большую часть островных площадей, однако проводились ещё до появления многих из аналитических методов, широко применяемых в настоящее время, и поэтому не всегда соответствовали уровню современной науки, с ее требованиями, к точности, детальности стратиграфических сопоставлений, и палеогеографических реконструкций. В советское время на архипелаге была организована сеть гидрометеорологических станций. Изучением природы Новосибирских островов занимался Арктический научно-исследовательский институт (ныне Арктический и антарктический научно-исследовательский институт). Проведённые работы большей частью носили описательный характер.
Относительно изученным направлением можно считать палеолимнологию. Началом палеогеографических исследований позднего плейстоцена и голоцена региона с использованием спорово-пыльцевого метода и радиоуглеродного датирования были материалы, собранные на о. Котельный (Макеев и др., 1989). Диатомовый анализ колонок лагунных отложений проводился во ВНИИОкеанология З.В. Пушиной (Анисимов и др., 2009; Анисимов, 2010). Палеолимнологические исследования проводятся в настоящее время шире. Исследуются озёра Северной Америки, при этом проводится анализ и сопоставление материалов, полученных по единой методике для палеогеографических реконструкций для всего Американского континента (Markgraph et al., 2000). Европейские палеолимнологические исследования имеют старые традиции. Созданы крупные центры, где ведутся работы по изучению донных отложений озёр – это Центр палеолимнологических исследований в Англии, Лундский университет, Институт полярных и морских исследований им. А. Вегенера в Германии, исследовательские центры в Бёрне, Стокгольме, Упсале, Хельсинки и ряд других.
Мониторинг различных динамических параметров полигональных водоёмов на территории Северо-Востока Якутии проводится на острове Самойловский, дельта р. Лена. Работы выполняются в рамках программы «Система моря Лаптевых», проекта «Научная станция Самойловский» и грантов немецкого Научно-Исследовательского Общества (DFG) в летние сезоны 2008-2010 гг. и при поддержке гранта российско-германской лаборатории полярных и морских исследований им. Отто Шмидта (ОШЛ ГУ ААНИИ).
Исследование химического состава природных вод района исследований. Первой крупной пионерной работой по исследованию химического состава поверхностных природных вод по праву можно считать диссертационную работу В.П. Волковой «Особенности формирования химического состава природных вод и льдов в условиях сплошного распространения низкотемпературных мёрзлых толщ (на примере мерзлотно-гидрогеологических структур Яно-Индигирского междуречья)». Автор приводит результаты гидрохимического анализа 4623 проб воды различного вида. Были проанализированы на спектральный полуколичественный химический анализ 1734 проб поверхностных природных вод, 330 подземных льдов (повторно-жильные льды), 115 наледных и 15 озёрных льдов (Волкова, 1973). Помимо этого В.П. Волкова выполнила химический анализ состава атмосферных осадков, как одного из основных факторов формирования химического состава поверхностных вод.
Результаты показали, что степень минерализации атмосферных вод колеблется в широких пределах – от 0,009 до 0,064 г/л. Автор такой широкий диапазон объясняет зависимостью от площади и времени выпадения осадков. По химической классификации О.А. Алекина атмосферные воды В.П. Волкова определяет как хлоридно-гидрокарбонатные (реже натриево-кальциевые). Химический состав поверхностных природных вод также определялся для объектов, расположенных на левом берегу р. Берелёх (бассейн р. Индигирка). Для этого района автор, характеризует воды как ультрапресные (0,01-0,03 г/л). Поверхностные и надмерзлотные воды сезонно-талого слоя (СТС) этого района отнесены к гидрокарбонатному классу со смешанным катионным составом.
Современные исследования об особенностях формирования химического состава вод озёр и полигональных водоёмов Якутии ведутся в рамках российско-германских проектов и программ. Одной из последних работ, посвящённых гидрохимическому составу вод полигональных водоёмов, является работа А.А. Четверовой (2013) «Гидрологические и геохимические особенности современного состояния озёр о. Самойловский в дельте р. Лены» (соавторы: И.В. Фёдорова, Т.М., Потапова, Ю. Бойке). В работе авторы приводят результаты гидрохимических особенностей полигонально-термокарстовых водоёмов. Результаты лабораторных исследований показали различия химического состава между разными генетическими типами водных объектов. Основным отличием от более крупных водных объектов, полигональные водоёмы отличаются низким содержанием кремния, что объясняется меньшей интенсивностью термокарстовых процессов и поступления кремния из водосборного бассейна.
Комплексные палеолимнологические исследования озёр Севера Якутии в рамках международного российско-германского сотрудничества между СевероВосточным федеральным университетом им. М.К. Аммосова и Институтом полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера с участием РГПУ им. А.И. Герцена, МГУ им. М.В. Ломоносова, КФУ начаты с 2007 года.
Исследования фракций донных отложений полигональных водоёмов достаточно подробно изучены S. Wetterich, L. Schirrmeister, M. Meyer и др. (Arctic freshwater ostracods.., 2007). Морфометрические и гидрохимические параметры исследованы Городничевым Р.М. (2015) в работе «Взаимосвязь состава диатомовых комплексов, морфометрических и гидрохимических характеристик озёрных экосистем Якутии» (дисс. на соискание учёной степени канд. биол. наук). Автор рассматривает в работе морфометрические (длина, ширина максимальная, ширина средняя, максимальная глубина, длина береговой линии, показатель удлинённости, развитие береговой линии, площадь водного зеркала, приблизительный объём) и физико-химические параметры (прозрачность, рН, жёсткость общая, минерализация, концентрации ионов кальция, магния, натрия и калия, анионов гидрокарбонатов, сульфатов, хлоридов, железа общего, кремния, аммония и фосфатов). Среди исследуемых водоёмов по морфометрическим параметрам в количественном отношении автор Р.М. Городничев характеризует озерки и очень маленькие водоёмы как водоёмы с малой глубиной формой зеркала, близкой к округлой. Воды водных объектов обладают умеренной прозрачностью. По химическому составу воды водоёмов автор относит к хлоридно-гидрокарбонатному натриево-магниево-кальциевому, ультрапресным, очень мягким, с нейтральным рН. В более половине водоёмов зафиксировал превышение ПДКв.р., растворенных в воде фосфатов и общего железа.
Физико-химические показатели воды полигональных водоёмов
Во вторую группу (II кластер) включены 11 водоёмов или 13,4% от общего числа, характеризующиеся максимальным средним значением показателя удлинённости (Кудл=4,4). По площади зеркала водоёмы по средним значениям (6640 м2) в 255 раз меньше, чем водоёмы первой группы кластеров. Максимальная глубина второй группы не превышает среднего значения 0,9 м, что характерно для всех полигональных водоёмов. Внутри этого кластера более или менее четкое разделение отмечено среди водоёмов, расположенных на грядах и дельтово-морских равнинах. Расположение водоёмов относительно уровня моря колеблется от 1 до 12 м (при среднем значении 6 м).
Третья группа кластеров (III), в которую были объединены 66 водоёмов (55%), характеризуются минимальными средними значениями всех морфометрических параметров (см.рис.4.1.1). Среднее значение площади водного зеркала составило 1510 м2. Данная группа также обладает минимальным средним значением максимальной глубины – 0,4 м. Внутри кластера выделяется два субкластера (а, б), объединённые довольно близкими расстояниями (до 3). В субкластер А - водоёмы, большинство которых лежат на 1-ых надпойменных террасах рр. Зимовье, Ыпсы и Ванькина, где высоты над уровнем моря колеблются в широких пределах от 0 до 16 м (при среднем значении 5,9 м). В субкластер Б -водоёмы, расположенные на высотах от 3 до 18 м (при среднем значении до 7 м). Большинство (63 %) из них принадлежат к пойменным водоёмам р. Берелёх (5 водоёмов); дельтово-морской равнине в пределах надпойменной террасы Походской виски (6); на верхнем уровне термокарствого аласа Кыталык (5); на гряде 2-й морской террасы (2) и Походской протоки (3). Кроме того, эти субкластеры (А и Б) внутри разделены на множество групп очень близкими расстояниями объединения, так как их морфометрические параметры очень схожи.
Таким образом, по результатам кластерного анализа нам не удалось четко дифференцировать водоёмы по морфометрическим параметрам по их принадлежности к обременённым типам ландшафтов. С другой стороны, нам удалось выделить эти водоёмы по их стадиям развития, что выражается в увеличении площади зеркала водоёмов. Поскольку суровые природно-климатические условия района исследований не позволяют полигональным водоёмам расширяться вглубь, то оно происходит по ширине. При этом близко расположенные водоёмы могут постепенно объединиться и образовать со временем единое целое.
Следовательно, мы можем сделать вывод о том, что водоёмы п-ова Фаддеевский (1-ая группа кластеров) являются результатом процесса объединения водных объектов в озерную стадию развития. Возможные сценарии такого рода процессов, были представлены в работах канадских и американских специалистов в области изучения повторно-жильных льдов (Cumulative geoecological effects…, 2014). Согласно этому сценарию, существует два возможных этапа развития полигональных водоёмов, связанные с развитием таяния ПЖЛ (рис. 4.1.2). Это стабильный или обратимый процесс (синие стрелки), который часто наблюдается в естественных условиях. Центры полигонов остаются в стабильном состоянии в виде льда, так как защитный изоляционный слой в виде растительности и органическое вещество почв (торфов) остается нетронутым. Нестабильный или необратимый путь (красные стрелки), приводит к образованию больших водных объектов. Этот сценарий возможен, если теплоизолирующие свойства – обилие растительности и органическое составляющее почвы понижаются при увеличении объёма воды в полигональных структурах, в результате чего увеличивается толщина активного слоя.
Таким образом, по морфометрическим параметрам все исследуемые водоёмы можно разделить на три группы по стадиям развития: - первый этап, когда вода заполняет полигональные трещины после их образования; - второй этап, это переходный этап к стадии «зрелости», когда водоёмы только начинают объединяться или сливаться в более большие по размеру; - третий этап развития полигональных водоёмов это стадия «зрелости». К этой группе относятся водоёмы п-ова Фаддеевский, площадь которых по среднему значению параметра в 112 раз превышает средние значения площади водного зеркала водоёмов третьей группы. Конечно, по этому параметру водоёмы полуострова можно отнести к озёрам, но по максимальной глубины они не превышают среднего значения всей выборки водоёмов.
По целому набору гидрохимических показателей и прозрачности выделены 5 групп кластеров водоёмов (рис. 4.2.1). Результат кластерного анализа указывает на четкую территориальную дифференциацию водоёмов по их гидрохимическим показателям.
В первую группу (I кластер) включен 31 (38 %) объект, состоящий исключительно из водоёмов о-ва Бол. Ляховский (6) и большинство колымских водоёмов (26). Данная группа выделяется от остальных групп относительно большой прозрачности воды, которая колебалась от 0,1 до 2,4 м при среднем значении показателя до 0,5 м (табл. 4.2.1). Внутри группы водоёмы острова и суши четко были разделены на два субкластера (А и Б). В частности, в субкластере А объединились Ляховские (6) и Походские (6) водоёмы. При этом расстояние объединения намного короче у близко лежащих водоёмов, по типу местности и высоте над уровнем моря. Эта субгруппа имеет более высокие показатели по всем гидрохимическим параметрам воды, кроме содержания ионов кремния, суммы натрия и калия, а также сульфатов. Второй субкластер (Б) состоял исключительно из водоёмов местности Походск (18). В целом здесь объединились ультрапресные водоёмы, имеющие гидрокарбонатные натриево-магниево-кальциевые воды.
Второй кластер (II) водоёмов по набору гидрохимических показателей и прозрачности, объединяет 7 водных объектов. В том числе большинство из их относятся к водоёмам о-ва Бол. Ляховский и по одному водоёму из местностей Кыталык и Походск. Основной показатель, который объединяет данную группу – относительно высокая минерализация воды (от 119 до 165 мг/л при среднем значении до 141 мг/л). Соответственно содержание основных катионов и анионов значительно выше, чем во всех остальных группах кластеров.