Добро пожаловать


Вы находитесь на сайте Беломорской биологической станции МГУ им.М.В.Ломоносова.

Для того, чтобы создавать новые темы в форуме сайта, а также, чтобы комментировать материалы, вам необходимо зарегистрироваться.

Войти

Я забыл пароль

Зарегистрироваться

Главная страница Карта сайта Контактная информация
ББС МГУ

Беломорская Биологическая Станция Московского Государственного Университета им.М.В.Ломоносова
Русский язык Русский     English English

Главная » Научная работа » Отчеты научных групп » 2013 год »


 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Комплексная экспедиция по изучению водоемов, отделяющихся от моря, в сентябре 2013 г.

 

С 18 по 30 сентября 2013 г. на Беломорской биостанции работала очередная комплексная экспедиция, целью которой было изучение береговых водоемов, отделяющихся от моря, или, как их шутливо называют на биостанции – «кисло-сладких озер».

В 1,5 км от ББС МГУ есть небольшая соленая лагуна, которую здесь называют Кисло-сладким озером. За последние полвека эта лагуна заметно изменилась и почти утратила связь с морем. Это произошло из-за прогрессирующего поднятия берега, которое в окрестностях биостанции измеряется миллиметрами в год. По данным геоморфологов, которые радиоуглеродным методом датировали осадочный материал на разных уровнях стометровой Ругозерской горы, в последнее тысячелетие средняя скорость поднятия составляла около 4 мм в год. При такой вертикальной составляющей по горизонтали за полвека к берегу добавляются метры, и даже десятки метров прежней морской литорали, мелеют косы, соединяющие острова с материком, из-за чего они «прирастают» в суше, а подводные пороги, ограждающие морские заливы, поднявшись над нулевой отметкой, могут оказаться серьезным препятствием для поступления прилива. Из-за ослабления водообмена с морем в таких заливах возникают признаки меромиксиса – ограничения волнового и ветрового перемешивания поверхностным слоем воды при застое в глубине. Один из признаков застоя – появление в придонной воде большого количества сероводорода. В результате исследований последних лет на Карельском берегу Белого моря обнаружено более десятка озер на разных стадиях изоляции от моря, в том числе пять недалеко от биостанции. Процесс превращения морской акватории в озеро охватывает изменения всех характеристик: водного и солевого режимов, скорости гидрохимических процессов, фауны и флоры. В таких водоемах особое значение приобретают микроорганизмы, в том числе бактерии, которые осуществляют переработку органического вещества, в ходе которой возникают сероводород, водород и метан; фототрофные бактерии, способные к фотосинтезу в бескислородных условиях; а также простейшие, которые используют органические вещества, созданные бактериями в ходе хемо- и фото-синтеза.   

 

Небольшие размеры прибрежных меромиктических водоемов делают их удобной моделью для изучения циклов трансформации веществ и переносаэнергии,  что позволяет лучше понимать процессы, происходящие в аналогичных крупных водоемах, например, в Черном море,  а также прогнозировать экологические последствия искусственного отделения морских акваторий, которое может происходить при строительстве дамб, мостов и приливных электростанций. Поэтому в последние годы беломорские отделяющиеся водоемы стали объектом интенсивных исследований. При малых размерах и относительной простоте устройства, задача по изучению таких водоемов совсем не простая. Чтобы разобраться в экосистеме, нужны совместные усилия представителей разных областей естественных наук. Зоологи, ботаники, микробиологи, биофизики, гидрохимики, гидрологи, геохимики, геологи, специалисты по изотопному анализу и по спектроскопии природных вод – это далеко не исчерпывающий список специалистов, которым находится дело на беломорских «кисло-сладких» озерах.

В последние два года стало традицией созывать междисциплинарные экспедиции для изучения этих водоемов. Две предыдущие экспедиции проходили зимой, и мы многое узнали о гидрологической структуре меромиктических водоемов, химическом составе вод и живом населении под ледовым покровом и в самом льду. Во время нынешней, сентябрьской, экспедиции, мы впервые все вместе исследовали водоемы в свободном ото льда состоянии.

Состав экспедиции:

Гидрологи: доцент кафедры океанологии географического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова А.Н.Пантюлин и Н.А. Демиденко (Государственный океанографический институт Госкомгидромета).
Гидрохимический отряд из Института экологических проблем Севера УрО РАН под руководством Н.М.Кокрятской: А.Л. Шестаков, Г.Н.Лосюк.
Микробиологи из Института микробиологии им. С.Н.Виноградского РАН: Горленко В.М.,  Летаров А.В., Летарова М.А., Саввичев А.С.
Группу спектроскопии с каф.общей физики физического факультета МГУ представляла С.В. Пацаева.
От Беломорской биостанции МГУ – координатор комплексных исследований на беломорских отделяющихся водоемах Е.Д. Краснова, сотрудник ИППИ РАН и Института  физ-хим. биологии им. А.Н. Белозерского МГУД.А.Воронов и аспирантка биологического факультета МГУ М.В.Мардашова.

В ходе экспедиции было исследовано пять меромиктических водоемов: оз. Кисло-Сладкое (Полупресная лагуна), оз. Трехцветное в Пеккелинской губе, лагуна на Зеленом мысу, оз. Нижнее Ершовское, оз. Еловое возле острова Елового Кузокоцкого архипелага, и два пресноводных - оз. Верхнее и Водопроводное.

 

Одно из преимуществ комплексных исследований состоит в том, что разные параметры определяют в одно и то же время и в одном и том же месте. Применительно к водоемам с контрастными водными слоями и резкими вертикальными градиентами физико-химических параметров важно также, чтобы все пробы были взяты точно с одной глубины. Поэтому для отбора проб все исследователи едут вместе и садятся в одну лодку, или в две лодки, которые стоят борт-о-борт, и наполняют емкости для своих проб из одного пробоотборника. Для отбора воды проб с разной глубины мы используем погружной насос и с каждой глубины получаем много образцов для разных исследований. Это дает возможность сопоставлять данные о содержании сероводорода с количеством и распределением микрорганизмов-сульфатредукторов, восстанавливающих серу из сульфатов морской воды до сероводорода и обилием фототрофных бактерий, которые используют сероводород для фотосинтеза.

Спектральные характеристики воды – спектры поглощения света и спектры флуоресценции, можно сопоставлять с данными о численности и составе фотосинтезирующих микроорганизмов с разными пигментами, чтобы разработать метод экспресс-оценки таксономического состава фототрофов и их численности без трудоемких микробиологических процедур. По интенсивности флуоресценции при ее возбуждении светом с определенной длиной волны можно определять также концентрацию гуминовых веществ природной воды. Одной из задач исследовательской группы спектроскопии было выявление различий в спектрах гуминовых веществ различного происхождения (пресной воде – болотной, дождевой, торфяной; морской воде; солоноватой воде отделяющихся озер), в присутствии сероводорода и в условиях недостатка/избытка растворенного в воде кислорода.

Биологические и спектральные характеристики разных слоев воды удается соотнести с физико-химическими параметрами: соленостью, содержанием кислорода, реакцией среды pH и ее окислительно-восстановительным потенциалом, освещенностью, содержанием биогенных элементов, а также сравнить данные приборных и аналитических измерений. 

Хотя ветер и волны на полуизолированных лагунах слабее, чем в море, а условия полевых работ в сентябре гораздо комфортнее, чем зимой, долгая работа на воде требует выносливости и терпения. Не меньшее терпение и выносливость нужны для того, чтобы по возвращении на биостанцию выполнить сотни химических анализов и обработать микробиологический материал. Благодаря героическому труду гидрохимиков мы теперь знаем, что во всех пяти изучаемых озерах сероводород появляется в воде после исчерпания кислорода на окисление органических веществ. Его содержание во всех случаях нарастает в направлении от поверхности к придонным горизонтам, где и определены наиболее высокие для каждого водоема концентрации H2S.

В придонной воде озера Кисло-сладкого содержание сероводорода оказалось самым высоким за весь предшествующий год.  Осенний максимум в содержании сероводорода гидрохимики  связывают с интенсификацией процесса сульфатредукции из-за поступления лабильной органики при массовом отмирании «летней продукции».

Общая закономерность распределения сероводорода в исследованных водоемах – увеличение его концентрации по направлению ко дну, и в сентябре она четко прослеживается в соленой лагуне на Зеленом мысу и в озере Трехцветном. Это свидетельствует о стабильности анаэробных условий в нижних водных слоях этих водоемов и о том, что они уже не подвержены прямому воздействию морских вод. Главное отличие между этими двумя озерами  состоит в том, что, если в озере Трехцветном интервал колебаний концентраций H2S в текущем году невелик, то для лагуны на Зеленом мысу в течение всего года его придонная концентрация постепенно нарастала. Так же как в Кисло-Сладком, она достигла максимальных значений в период осенней съемки. Выявленная стабильность в вертикальном распределении и в уровне концентраций H2S для анаэробных вод оз. Трехцветное позволяет говорить о нем как о настоящем меромиктическом водоеме, в то время как «озеро на Зеленом мысу» еще не достигло этого статуса.

С использованием ранее опробованной на черноморских водах методики (Дубинин А.В., Демидова Т.П., Кременецкий В.В., Кокрятская Н.М., Римская-Корсакова М.Н., Якушев Е.В. Определение восстановленных форм серы в анаэробной зоне Черного моря: сравнение методов спектрофотометрии и иодометрии // Океанология, 2012. Т.52, №1. С.1-11.) подтверждены аномально высокие концентрации сероводорода в анаэробных водах озера Трехцветное (более 400 мг/л), что на порядок превышает самые высокие концентрации, зарегистрированные в Черном море.

Для определения численности сульфатредуцирующих бактерий, как индикатора процесса сульфатредукции, пробы воды высевали на среду Постгейта, а для определения количественных и качественных характеристик пигментов фототрофных микроорганизмов клетки осаждали на капроновые мембранные фильтры с дальнейшим экстрагированием и спектрофотометрическим анализом. Данные характеристики имеют большое значение для изучения фототрофных микробных сообществ и позволяют определить, микроорганизмы каких систематических групп могут быть обнаружены в данном водоеме. В трансформации взвешенного и растворенного органического вещества большую роль играют гетеротрофные бактерии. Именно они являются наиболее чувствительным индикатором изменения экологического состояния водных экосистем. Для определения численности и сезонной динамики различных эколого-трофических групп гетеротрофных бактерий, которые служат показателем способности исследуемых озер к самоочищению, а также  адаптационного потенциала бактерий, пробы воды с разных горизонтов озер высевали на твердые питательные среды с различным содержанием органического вещества и соленостью.

Распределение сероводорода в водах озера  Трехцветное

Распределение сероводорода в водах соленой лагуны Зеленого мысу и озера  Трехцветное

Особый интерес представляют цветные слои, приуроченные к границе аэробного и анаэробного слоев. Летом 2013 года в двух водоемах устойчиво сохранялся красный слой, образованный криптофитовыми водорослями Rhodomonas, а в трех остальных водоемах присутствовали зеленые слои. Наблюдения за положением красного криптофитового слоя показали, что его можно использовать в качестве индикатора стабильности условий. С июня до начала сентября этот слой располагался практически на одной и той же глубине, но во время экспедиции произошло несколько высоких сизигийных приливов,  поступившая в озеро холодная морская вода, в силу большей плотности, заполнила донные углубления, из-за чего красный слой поднялся на полметра выше и утратил четкие очертания. Вполне вероятно, что это явление имеет регулярный характер и служит сезонным фактором нарушения меромиксиса, складывающегося летом. Зеленые слои, которым, по данным спектроскопии, цвет придает массовое развитие зеленых серобактерий, в сентябре нарушениям не подвергались, что говорит о том, что они характерны для водоемов на более продвинутых стадиях изоляции, менее зависимых от влияния морских приливов. 

Обобщив данные всех исследовательских групп, мы надеемся получить как можно более полное описание каждого водоема, а, поскольку все изучаемые нами водоемы находятся на разных стадиях изоляции, то можно построить модель эволюции морской акватории после ее изоляции.

Отдельное исследование было посвящено необычной стратификации озера Водопроводного, обнаруженного летом гидробиологом Л.В. Полищуком и гидрологом А.Н. Пантюлиным, и его сравнению с оз. Верхним. На этих двух озерах были сделаны измерения температуры, электропроводности воды, освещенности на разной глубине, содержания кислорода, аналитические определения содержания фосфатов, аммония, кремния и сульфид-ионов, а также спектральные измерения на флуориметре SolarCM 2203. Все определения выполнены в день взятия пробы. По содержанию биогенных элементов и  гуминовых веществ эти два озера существенно различаются. В Водопроводном озере между поверхностным  и придонным слоями воды отмечены различия по всем показателям, что подтверждает его необычность по сравнению с Верхним и другими известными пресными водоемами северного региона.

 

Рис. 1. Спектры флуоресценции воды с разных горизонтов при возбуждении длиной волны 270 нм. Пик на длине волны 290 нм – линия комбинационного рассеяния (КР) воды. Полоса флуоресценции в области 300-350 нм обусловлена белками клеток микроорганизмов, она гораздо заметнее для воды из оз. Верхнего. Главная полоса флуоресценции в синей области – флуоресценция гуминовых веществ природной воды. Эта полоса заметно больше по интенсивности для воды из оз. Водопроводного, что говорит о большей концентрации гуминовых веществ в этой воде

Отчет о сентябрьской экспедиции 2013.pdf  825.51 KB
Кисло-сладкие озера на запах и цвет: отчет о комплексной экспедиции по изучению водоемов, отделяющихся от моря, с участием гидрохимиков, микробиологов и специалистов по спектрофлуориметрии. ББС МГУ, сентябрь 2013 г.
Отчет подготовила с.н.с. ББС МГУ, к.б.н. Е.Д.Краснова



Атлас
флоры и фауны Белого моря

Правила заезда на ББС
В 2017 году на ББС вводятся новые правила заезда и отъезда.

Атлас
флоры и фауны Белого моря

 

+7 (815) 33-64-516

Электронная почта: info@wsbs-msu.ru

Вход в почту @wsbs-msu.ru



2008 создание сайта: Создание сайтов - DeCollage
© 2000-2015 ББС МГУ