Полный отчет об экспедиции НСО кафедры гидрологии суши на ББС МГУ в феврале 2015 г.
Приложения к отчету об экспедиции в феврале 2015 г.
ЦЕЛЬЮ ЭКСПЕДИЦИИ было изучение водоемов, отделяющихся от моря из-за быстрого подъема берега. Неподалеку от биостанции есть пять озер на разных стадиях изоляции и три пресных, которые тоже некогда были морскими заливами. Год назад комплексная студенческая экспедиция гидрологического НСО начала эту работу, и результаты оказались столь захватывающими, что на конкурсе экспедиционных работ Географического факультета их доклад занял призовое место. Чтобы разобраться, где закономерности, а где особенности конкретного сезона, нужны повторные наблюдения, а поскольку в прошлой экспедиции уже наработан опыт работы на этих водоема, то теперь работа планировалась со знанием дела.
ЗАДАЧИ ЭКСПЕДИЦИИ
1. Изучение вертикальной структуры водоемов, отделяющихся от моря, и изменчивости физико-химических характеристик (T, S, pH, Eh, O2) в зимний период (по сравнению с тем же периодом 2014 г.) (Кисло-Сладкое, Н. Ершовское, Зеленый мыс, Трехцветное).
2. Изучение вертикальной гидрологической структуры трех пресных озер (В. Ершовское, Верхнее, Водопроводное).
3. Определение сезонной изоляции трех водоемов-изгоев (Кисло-Сладкое, Н. Ершовское, Зеленый мыс) из-за ледового барьера с использованием логгеров.
4. Определение гидрохимических характеристик разных слоев воды в пяти отделяющихся водоемах (Кисло-Сладкое, Зеленый мыс, Н. Ершовское, Трехцветное, Еловое).
5. Изучение вертикального распределения фототрофных микроорганизмов (по полосам хлорофилла и бактериохлорофилла), растворенного органического вещества и белковых комплексов по спектрам поглощения и флуоресценции.
6. Изучение состава микропланктона на разных глубинах отделяющихся озер.
7. Геодезическая съемка: определение уровня поверхности льда в водоемах на разных стадиях отделения от моря и его межгодовой изменчивости.
8. Определение состава бентоса и его количественных характеристик (численности, биомассы) в зимнее время в оз. Кисло-Сладком и, по возможности, в других отделяющихся водоемах (впервые).
9. Сравнение приливной волны в водоемах-изгоях и на соседней морской акватории (с использованием логгеров).
10. Изучение термохалинной структуры вод моря, выявление влияния приливов на формирование этой структуры и определение временных масштабов изменчивости температуры и солености в Ругозерской и Кислой губах.
11. Исследование структуры атмосферного пограничного слоя над озерными экосистемами на примере горизонтального и вертикального турбулентного переноса над оз. Верхним с помощью установленных на нем газоанализатора и метеорологического оборудования, а также в пробах воды с разных глубин для определения метана и СО2.
12. Исследование газообмена и структуры атмосферного пограничного слоя над морем, в частности — турбулентных потоков CO2, метана, влаги, тепла и импульса над морским льдом в присутствии полыньи и температурной структуры атмосферного пограничного слоя с помощью газоанализатора и метеорологического оборудования, которые будут установлены на пирсе ББС МГУ.
13. Отработка методики определения концентрации метана и СО2 во внутренних и сообщающихся с морем водоемах (впервые).
14. Определение снежного запаса на полуострове Киндо для поверки спутниковых данных, в частности, на водосборе В. и Н. Ершовских озер, Верхнего, Водопроводного, лагуны на Зеленом мысу и оз. Трехцветного (без Кисло-Сладкого).
15. Определение зимней гидрологической структуры удаленного озера Елового (Первого Кумяжьего) (впервые).
ГРАНДИОЗНЫЕ ПЛАНЫ, НЕ ПРАВДА ЛИ?
УЖЕ В САМОМ НАЧАЛЕ ЭКСПЕДИЦИИ ПРОИЗОШЛО НЕПРЕДВИДЕННОЕ: автобус, в котором ехала группа, в Пояконде не вписался в поворот и безнадежно завяз в снегу. «Безнадежно» здесь не для красного словца: попытки откопать его, вытолкать, навалившись гуртом, вытянуть станционной «буханкой» — оказались безуспешными. Дело усугублялось тем, что в Пояконде нет трактора – ни в поселке, ни у железнодорожников. А сам автобус встал так неудачно, что перегородил собой и без того узкую снежную дорогу. Уехать на ББС, бросив несчастного водителя среди снегов – не в обычае полевиков. Оставить его решились только когда убедились, что обещана подмога с автобазы. Вещи и оборудование пришлось перевозить к гостевому домику небольшими порциями на станционном УАЗе и легковых автомобилях, приехавших накануне. Но это было только начало…
К ПЯТНАДЦАТИКИЛОМЕТРОВОЙ ЛЫЖНОЙ ПРОГУЛКЕ ОТ ПОЯКОНДЫ ДО БИОСТАНЦИИ ВСЕ БЫЛИ ГОТОВЫ. Но то, что оттепель не дала снегоходам проложить короткий путь по морю – неожиданность. Санный путь, в точности повторяющий береговые изгибы, куда как длиннее. Вместо двух-трех часов, идти пришлось четыре с половиной. Хорошо, что налегке. Вещи перевезли на снегоходах в девять рейсов.
Первый день работы ознаменовался оттепелью, и работа на Кисло-Сладком озере показалась курортом. Даже возня с дночерпателем при отборе бентоса не затруднила, оборудование работало исправно, руки не мерзли – знай себе выпиливай лунки и черпай. Сам бентос тоже не подвел: почти все группы, обнаруженные в этом озере летом, оказались в наличии, и даже количественные характеристики не слишком уступали летним. Показалось, что работа с бентосом зимой ничуть не труднее летней, и даже более того – работать с дночерпателем со льда оказалось гораздо удобнее, чем с верткой надувной лодки. В тот день мы еще не знали, как поведет себя оборудование на морозе.
УЖЕ В СЛЕДУЮЩЕМ РЕЙСЕ МЫ ЭТО УЗНАЛИ: ПОХОЛОДАЛО… Оказалось, все подвижные «сочленения» дночерпателя при контакте с водой утрачивают подвижность. Металлические «челюсти» перестают открываться, пружина не пружинит, посыльный груз намертво примерзает к веревке. Но мы изобрели новый способ «настораживать» дночерпатель: если, вынув его из воды, тотчас открыть и подержать минуту открытым, он замерзает в таком положении, а после опускания на дно через пару минут оттаивает, так как на дне вода теплая, и сам собою захлопывается. Конечно, нужна немалая ловкость, чтобы успеть промыть грунт в сите, пока оно не превратилось в плотный ледяной мешок, но это уже дело техники. Готовя экспедицию, мы не смели мечтать, что отберем пробы бентоса во всех водоемах, и не 20, как мы с большими сомнениями планировали, а 33. Изучение распределения бентоса в водоемах, отделяющихся от моря, находится в самом начале. Летом 2014 года силами учебной группы каф. биофизики физического факультета МГУ под руководством Марии Валерьевны Мардашовой была сделана первая количественная съемка. Некоторые ребята из этой группы выразили желание продолжать работу, и двоим, Федору Балабину и Алексею Косенкову, повезло — географы приняли их в свою экспедицию. И не зря – теперь мы знаем, что зимняя работа с бентосом может принести не меньше информации, чем летняя.
Если в 2014 году главным испытанием для участников экспедиции были тридцатиградусные морозы, то нынешней зимой ниже -18°С столбик термометра не опускался. НО ГРЯНУЛО ДРУГОЕ: СИЛЬНЫЙ СНЕГОПАД. Снега выпало так много, что биостанция оказалась отрезанной от цивилизации: рыхлые сугробы трудны даже для привезенного гидрологами снегохода «Yamaha», а для биостанционных «Буранов» это препятствие непреодолимо. Кроме того, под тяжестью снежной массы лед на озерах и на море «провис» и поверх него натекла вода. «Сэндвич» мокрой «каши» поверх льда до колена и рыхлого снега по пояс труден и для техники, и для людей.
Даже к Верхнему и Водопроводному озерам, до которых от биостанции всего лишь километр, добраться оказалось весьма непросто. А, ведь, на Верхнем озере и возле «Радикулита» метеорологам предстояло водрузить несколько установок для определения горизонтального и вертикального турбулентного переноса воздуха.
Прежде, чем идти туда с тяжелым оборудованием, желательно налегке протоптать дорогу через сугробы, но из-за метели это оказалось бесполезным, И ВСЯКИЙ РАЗ ПРИХОДИЛОСЬ БОРОТЬСЯ СО СТИХИЕЙ ЗАНОВО.
КАКОЙ ЦЕНОЙ ДАЛВАЛИСЬ ЭТИ ИЗМЕРЕНИЯ:
Верхнее Ершовское озеро тоже не очень далеко, но вода поверх льда не позволяет снегоходу подъехать к нужному месту. Поэтому техника стояла на краю леса, а исследователи разбежались по всему озеру. Как и предыдущей зимой, ПРИДОННАЯ ВОДА НАРУШИЛА ЗАКОН ПРИРОДЫ: вместо температуры +4°С, при которой пресная вода имеет максимальную плотность, там снова оказалось выше пяти. Как, впрочем, и в других пресных озерах: Верхнем и Водопроводном.
По всей вероятности это связано с поступлением грунтовых вод, в которых содержание солей выше, чем в поверхностных водах, в пользу чего свидетельствует повышение электропроводности ко дну.
Для поездки на Трехцветное озеро выбрали морозный, но безветренный день. Зимой до этого озера добираться дольше всего, поскольку нужно сначала доехать до Пояконды и еще столько же по противоположному берегу Ругозерской губы. И снова природа преподнесла сюрприз: когда возвращались, воды на льду прибыло, снегоходы и сани завязли в снежной «каше», и исследователи не столько ехали в них, сколько толкали. Трудно представить, что бы мы делали, если бы экспедицию не сопровождал снегоход Yamaha, любезно предоставленный Государственным океанографическим институтом им. Н.Н. Зубова: преимущество в мощности, удачной конструкции гусениц и малом весе позволяли ему не только самому преодолевать сложные участки, но и вытаскивать застрявшие «Бураны».
Одной из задач экспедиции было определение проницаемости барьеров, отделяющих наши водоемы от моря: нет ли у водоемов, еще связанных с морем, сезонной изоляции из-за того, что на пороге намерзает лед? Гидрологические исследования показывают, что зимой в озере Кисло-Сладком раз в два года наблюдается замор, когда сероводород доходит до самой поверхности. Вполне вероятно, что в такое время ледовый барьер создает полную изоляцию озера от моря. Зимы с заморами и зимы с промывным режимом чередуются. МОЖНО ЛИ ПРОГНОЗИРОВАТЬ, В КАКОМ СОСТОЯНИИ БУДЕТ ЗИМОВАТЬ ВОДОЕМ И БУДЕТ ЛИ В НЕМ ЗАМОР?
Нынешней зимой Кисло-Сладкое озеро предстало перед нами совсем другим, чем в прошлом. Глубже 0,5 м вся его толща содержит сероводород. Как показала гидрологическая съемка, в 2014 году градиент температуры имел горизонтальную направленность, а в нынешнем все параметры стратифицированы по вертикали.
Промоина в лагуне на Зеленом мысу свидетельствует против изоляции от моря. По крайней мере, в данный момент
ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ СТЕПЕНИ ИЗОЛЯЦИИ В ТРЕХ ВОДОЕМАХ были установлены логгеры – автономные записывающие устройства В этом году были установлены логгеры трех типов: Модель 3001 Levelogger Edge, записывающая показания уровня и температуры воды, предназначенная для длительного мониторинга подземных и поверхностных вод, 4 датчика давления DST-CT, и 4 датчика температуры и солености модели DST-senti-TD.
Сотрудник ВНИРО Сергей Львович Горин рассказывает, как правильно устанавливать логгеры.
УСТАНОВКА ЛОГГЕРОВ – ЦЕЛОЕ ИСКУССТВО. Нужно, чтобы они оказались на правильной глубине, не вмерзли в лед за время эксперимента, не легли на дно. А главное — в конце экспедиции их нужно снять. Но как это сделать, если дороги замело и снегоход не может проехать к озеру? Труднее всего добраться до лагуны на Зеленом мысу, так как она дальняя. Эта поездка была последней, и туда отправили два снегохода – экспедиционный и один ББС-овский. Станционный снегоход дойти все же не смог и вернулся с полпути, поэтому всех участников поездки перевозил ГОИНовский. В этом озере под хемоклином на глубине 4,5 обнаружен коричневатый слой из бактерий, а криптофитовых водорослей, которые летом окрашивают его в красный цвет, зимой нет.
Во всех озерах были отобраны ПРОБЫ ДЛЯ ГИДРОХИМИЧЕСКИХ АНАЛИЗОВ. Группа гидрохимиков занималась определением концентраций биогенных элементов (азота, фосфора, кремния), содержания кислорода методом Винклера, значений рН, цветности вод и выполнила отбор проб для солевого и изотопного анализа.
Уже не новость, что биогенные элементы концентрируются в нижних слоях озер. Но теперь мы знаем еще и то, что относительное содержание растворённого в воде кислорода во всех озёрах составляло менее 30% насыщения, за исключением вод озера на Зеленом Мысу, водная масса которого хорошо аэрирована до глубины 3-4 м (около 70% насыщения). Ниже содержание кислорода резко снижается, и он отсутствует в сероводородных слоях озёр.
В двух озерах (Верхнем Ершовском и Кисло-Сладком) под руководством сотрудника ВНИРО С.Л. Горина был выполнен ЭКСПЕРИМЕНТ ПРО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ВЛИЯНИЯ ПРОРУБЕЙ НА СОДЕРЖАНИЕ КИСЛОРОДА В ВОДЕ. Во льду делали майны и в течение 6 часов каждый час отбирали пробы воды с разной глубины и методом Винклера определяли концентрацию растворенного кислорода. По предварительным результатам концентрация растворённого кислорода в воде не увеличилась. Значит, в случае замора лунками рыбе не поможешь.
Становится традицией, что к беломорской экспедиции географов присоединяются физики. Кроме биофизиков, увлеченных бентологией, в этом году на ББС приехали СТУДЕНТЫ И АСПИРАНТЫ КАФЕДРЫ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ ФИЗФАКА МГУ. Они отбирали пробы для изучения состава фототрофных микроорганизмов в разных слоях озер по спектрам поглощения света и спектрам флуоресценции и растворенного органического вещества и белковых комплексов (рук. А.Харчева).
Группа океанологов изучала ВЛИЯНИЕ ПРИЛИВНЫХ ПРОЦЕССОВ НА ТЕРМОХАЛИННУЮ СТРУКТУРУ ВОД морской акватории вблизи ББС МГУ, термическую структуру оз. Верхнее, а также отбирали ОБРАЗЦЫ ЛЬДА, СНЕГА И ПОДЛЕДНОЙ ВОДЫ ДЛЯ ПОСЛЕДУЮЩЕГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ, ХЛОРОФИЛЛА, МИКРОЭЛЕМЕНТОВ. Им удалось зарегистрировать поступление более холодной и более соленой воды во время прилива и записать колебания уровня воды возле причала ББС и возле Кисло-Сладкого озера.
Уровень воды (бар) по данным с датчиков «термокосы»
ВЗЯТЫ ПОЧТИ 300 ПРОБ МОРСКОЙ И ОЗЕРНОЙ ВОДЫ, СНЕГА И ЛЬДА ДЛЯ ПОСЛЕДУЮЩЕГО АНАЛИЗА В ЛАБОРАТОРИЯХ ГЕОГРАФИЧЕСКОГО И ФИЗИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТОВ МГУ, ИНСТИТУТА ОКЕАНОЛОГИИ, МИКРОБИОЛОГИИ РАН И ДАЖЕ ФИНСКОГО МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА.
Картографы (рук. Т.Е.Самсонов) определили УРОВЕНЬ ЛЬДА НА ИССЛЕДУЕМЫХ ОЗЕРАХ и обнаружили, что на всех озерах этот уровень отличается от прошлогоднего, летнего и зимнего.
Кроме того они помогали с ГИС-обеспечением всех работ.
Снегопад и пурга вызвали особый интерес к снегу. Группа, которая занималась СНЕГОМЕРНОЙ СЪЕМКой. Главной задачей было определение запаса воды в снежном покрове на полуострове Киндо для проверки спутниковых данных. Эта группа выполнила 4 профиля: через озера Кисло-Сладкое, Трехцветное, Верхнее Ершовское и по склону Ругозерской горы до Верхнего озера. Съемку по склону они сделали дважды: до и после снегопада. Теперь мы знаем, какова была мощь стихии, с которой боролись водители снегоходов: за четыре дня снегопада влагосодержание на единицу площади удвоилось.
ЕЩЕ О ПОГОДЕ: метеорологи изучали оправдываемость прогнозов погоды мезомасштабной модели COSMO-RU. Для этого они установили собственную автоматическую метеостанцию на склоне Ругозерской горы и сравнили полученные данные с прогнозами официальных служб. Фактическая температура возле биостанции за все время наблюдений постоянно оказывалась выше на 3-4 градуса по сравнению с прогнозируемой. В чем причина – еще предстоит разобраться. Но не зря же говорят, что на нашей биостанции царит особая, теплая атмосфера 🙂
Группа из Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН и представителей кафедры метеорологии МГУ получила еще один неожиданный результат. Они установили на причале биостанции газоанализатор Licor-7700 для определения пульсаций концентрации метана в воздухе и зарегистрировали такую КОНЦЕНТРАЦИЮ МЕТАНА, КОТОРАЯ СУЩЕСТВЕННО ПРЕВЫШАЕТ СРЕДНЮЮ ПО ПЛанете. Откуда ему взяться, как не с моря, от полыньи? Не иначе метаногенные археи разыгрались! 🙂 О них в своей лекции для участников экспедиции рассказывал сотрудник Института микробиологии им. С.Н. Виноградского Александр Сергеевич Саввичев.
Кстати о лекциях. Это единственное, что выполнено лишь малой частью из запланированного. Работы было так много, полевые выходы были такие тяжелые, что удалось выкроить время всего: пять лекций: Е.Д.Красновой (биофак МГУ) о «Чудесах Кисло-Сладких озер», А.С. Саввичева (Институт микробиологии РАН) «Земля – планета микробов», И.А. Репиной (Институт физики атмосферы РАН) «Атмосферные исследования в Арктике», А. Харчевой (физфак МГУ) «Спектрофотометрия и спектрофлуориметрия для изучения свойств природных вод» и С.Л.Горина (ВНИИРО) «Камчатские лагуны, похожие и непохожие на беломорские прибрежные водоемы».
Экспедиция был тяжелой, но мы справились и выполнили программу почти полностью. Не удалось лишь обследовать Еловое озеро – в столь снежных условиях добраться до него невозможно. Значит, на Белое море нужно вернуться.
ФИНАЛЬНЫМ АККОРДОМ ЭКСПЕДИЦИИ СТАЛ ВЫЕЗД С БИОСТАнции: санного пути от ББС к Пояконде не было, в поселке дороги не расчищены, и даже часть мурманской трассы не функционировала – снегоочистительная техника не успевала справляться. Но благодаря самоотверженности Артема Попрядухина, Павла Терского, Сергея Горина и Арсения Артамонова мы выбрались из снежного плена, хотя в душе каждый хотел задержаться здесь еще на несколько дней!
Как ни трудно было, но, ведь, выехали! И на поезд успели. А на следующее утро даже автомашины выехали на трассу – по впечатлениям владельцев автомобилей – чудом.
