Комплексная экспедиции по исследованию уникальных озёр Якутии

В рамках совместных научных работ Института биологических проблем криолитозоны СО РАН (г. Якутск), Лимнологическим институтом СО РАН (г. Иркутск), Национальным исследовательским Иркутским государственным техническим университетом, при поддержке Оймяконского районного отделения Русского географического общества в Республике Саха (Якутия) Всероссийской общественной организации «Русское географическое общество»  с 5 по 23 июля 2014 г.  проведена комплексная экспедиции по исследованию уникальных озёр Якутии (оз. Лабынкыр, оз. Ворота)

Изучение современного состояния озёр Якутии, реконструкция их эволюции и отклика на изменения окружающей среды и климата представляет большой научный интерес. Наиболее интересными объектами являются уникальные озёра Якутии (оз. Лабынкыр и оз. Ворота), расположенные на полюсе холода Северного полушария (Оймяконский район). Исследования, проведённые сотрудниками Института биологических проблем криолитозоны СО РАН (г. Якутск), по изучению видового состава диатомей (подтверждённые методами электронной микроскопии в ЛИН СО РАН) выявили большое сходство якутских видов рода Cyclotella,с эндемичным байкальским видами. Данный факт требует более детальных исследований послеледниковой эволюции озёрных экосистем: геологического строения осадочных толщ, реконструкции условий климата и окружающей среды, сукцессии видового состава фитопланктона, исследования их ультраструктуры и молекулярных признаков. Данные исследования направлены на выявление общих закономерностей развития биогеоценозов, механизмов эволюции и адаптации видов к условиям окружающей среды.

Описание района работ, климатические условия
Оз. Лабынкыр и оз. Ворота расположены на стыке хребта Сунтар-Хаята и Оймяконского нагорья в зоне полюса холода Северного полушария (Оймяконский район, Якутия). В котловинах и впадинах застаивается тяжелый холодный воздух. Холодный период длится 7,5-8 месяцев, безморозный – 50-70 дней. Средние температуры января ниже -40 °C, местами -50 °С, в июле - +12-14 °С.
Многолетняя мерзлота, варьирует в пределах 300-500 м. Глубина сезонного протаивания грунта в долинах 30-50 см, в горах 70-90 см, на плоскогорьях – от 1 до 1,5 м.

Оз. Лабынкыр
Оз. Лабынкыр (62° 26.004' - 62° 33.758' с.ш. 143° 33.725' - 143° 39.868' в.д.) находится на высоте 1020 м над уровнем моря, вытянуто с севера на юг на 14,4 км, ширина прямоугольного по форме водоема почти везде одинакова - около 4 км, максимальная глубина - 56 м, площадь зеркала воды – 44 км², прозрачность воды - до 10 м, минерализация воды около 300 мг/л. Котловина его, вероятно, имеет смешанное ледниково-тектоническое (гляциотектоническое?) происхождение. Озеро образовалось на месте центрального моренного амфитеатра на Сордонохском плато верхнего течения Индигирки в результате подпруживания реки Лабынкыр конечной мореной выводного палеоледника. Возраст морены неизвестен, но можно предполагать поздний плейстоцен-ранний голоцен.
В озеро втекает и через ледяную нетающую плотину вытекает одноименная река Лабынкыр (приток Туора-Юрях и Индигирки).

 

Оз. Ворота
оз. Ворота расположено на высоте 1014 м в 23 км к востоку от оз. Лабынкыр. Озеро прямоугольной формы, вытянуто с северо-запада на юго-восток, длина – 3,5 км, максимальная ширина – 1 км (в юго-восточной части), площадь зеркала воды – около 2,6 км2, глубина около 60 м, прозрачность воды высокая. Озеро, скорее всего, термокарстового происхождения.

 

Геофизическое исследование озёр проводилось сотрудниками отдела информационно измерительных систем НИ ИрГТУ (Губин Никита Андреевич, Ченский Дмитрий Александрович) с помощью профилографа с линейно частотной модуляцией и многолучевого эхолота. Данное оборудование позволяет выявить структуру и мощность осадочного чехла озёр, а также получить подробную батиметрическую карту. Оборудование было смонтировано на надувном спортивно-туристическом катамаране, адаптированном для работы на реках и озёрах. Катамаран буксировали на малой скорости (5 км в час) моторной лодкой.

 

В акватории оз. Лабынкыр были получены 68.8 км, а в акватории оз. Ворота – 21.8 км высокоразрешающих сейсмоакустических профилей.
Рельеф дна оз. Лабынкыр в основном однородный с незначительным количеством подводных структур (в основном положительных). По предварительным данным средняя глубина в пелагиали озера около 45 м. Максимальная обнаруженная глубина на данный момент 63 м.

Образцы водных проб на многоэлементный анализ, анализ гидрохимических компонентов и сбор фитопланктона. На оз. Лабынкыр отобраны образцы из одноимённой реки, втекающей в озеро с южной части и вытекающей северной, в девяти менее крупных притоках, а также на девяти станциях в северной, центральной и южной частях пелагиали озера. Пелагические пробы отбирали по глубинным разрезам: поверхностная вода, 5 м, 10 м, 15 м, 25 м и придонная вода. Отобраны также образцы из трёх родников на южном зимовье озера.

Отбор водных проб для многоэлементного ИСП-МС анализа (около 60 химических элементов). Всего на многоэлементный анализ отобрано 68 проб воды. Часть фильтрованных проб (родники, притоки, глубинные пробы озёрной воды) объёмом от 50 до 1500 мл отобрано для определения изотопного состава растворённого урана. Многоэлементный анализ и анализ изотопного состава урана водных проб будет выполнен методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИС-МС) в Лимнологическом институте СО РАН на квадрупольном спектрометре Agilent 7500ce. Отбор проб для ИСП-МС проводил с.н.с. Лаборатории биогеохимии ЛИН СО РАН Чебыкин Е.П.

Гидрохимия
Отбор проб на химический анализ осуществлялся сотрудником ЛИН СО РАН Гориной Евгенией Олеговной.
На месте отбора проб проведены некоторые виды физико-химического и  гидрохимического анализа: t, O2, Ec, pH, CO2, HCO3, ПО, ХПК. Для дальнейшего химического анализа (биогенные элементы, анионы, катионы и т.п.) пробы воды были профильтрованы от взвешенного вещества. В оз. Лабынкыр тобрано 6 проб воды из самого озера (поверхностная и придонная вода в северной, центральной и южной частях озера).

Также отобраны пробы воды из втекающей и вытекающей реки Лабынкыр и из шести притоков с разных берегов оз. Лабынкыр.

По предварительно данным можно сказать, что электропроводность (Ec) в среднем по озеру Лабынкыр и его притокам составляет 30-55 мкSm/cm, однако выделяется 3 притока с высокой электропроводностью: приток № 4, западный берег озера (в районе строящейся базы) Ec = 215.9, приток №1 восточный берег озера Ec =243.9 (вода молочного цвета, мутная, возможно вымывание «ледникового молока») и приток № 3, восточный берег озера Ес = 85.04. Притоки отличаются от озера по температуре. По сравнению с водой озера (15 °С) температура в некоторых притоках может быть в 2-10 раз ниже (0,8 - 7,6 °С). По другим первоначальным химическим данным большой разницы между озером и притоками не наблюдается. Более точные результаты будут получены после полного анализа проб в лабораторных условиях.

Карта-схема прохождения геофизичеческих профилей и отбора проб на оз. Лабынкыр. Линиями показаны траектории прохождения сейсмоакустических профилей, красными символами – места отбора водных проб на фитопланктон, коричневыми – места отбора горных пород. Другими символы отмечены обнаруженные положительные структуры.

 

Оз. Ворота
На оз. Ворота типичная мощность осадочного чехла составляет около трёх метров, а на оз. Лабынкыр – около 10 метров.

Рельеф дна оз. Ворота изобилует подводными структурами, как положительными (подводные возвышенности), так и отрицательными (ямы). Найдено три крупных ямы 8-10 м в диаметре с резким перепадом глубин на несколько десятков метров. Средняя глубина озера в пелагической части около 50 м. В дальнейшем по полученным данным будет построена подробная батиметрическая карта с указанием всех выявленных структур.

Буровые работы проводились сотрудниками Лимнологического института СО РАН (Чебыкин Евгений Павлович, Чебыкин Александр Павлович) с борта спортивно-туристического катамарана, оснащённого буровой вышкой и устройством для отбора кернов. Из оз. Ворота было отобрано четыре осадочных керна.

Карта-схема прохождения геофизичеческих профилей и отбора проб на оз. Ворота. Линиями (жёлтая и красная) отмечены траектории прохождения сейсмоакустических профилей, голубые символы – местоположения ям, красными символами – места отбора водных проб на фитопланктон, гидрохимические компоненты и многоэлементный ИСП-МС анализ, белыми символами – места отбора осадочных кернов, коричневыми символами – места отбора горных пород.

Отбор осадочных кернов из оз. Ворота.

На оз. Ворота отобраны образцы из главного притока с южной стороны озера, небольшого ручья западного склона напротив центральной части озера, а также из вытекающей протоки в северной части озера. Пелагические пробы по глубинных разрезам отобраны на трёх станциях в северной, центральной и южной частях озера.

На химический анализ  в оз. Ворота взято 6 проб, из них 2 пробы воды рек - втекающая и вытекающая, 3 - из центральной части озера по глубинному разрезу 0 м (поверхность) - 25 м - 57 м (придонная) и 1 проба из ручья, впадающего в озеро с западного берега.

Ручей отличается аномально низкой температурой (около 1 °С) по сравнению с водой озера (в среднем 10 °С). Химический состав ручья по некоторым измеренным показателям (pH, Ec, HCO3) также отличается от воды озера более низким pH, электропроводностью (Ec) и щёлочностью (содержания гидрокарбонатного иона).

Водные пробы также отобраны из оз. Мёртвое (прибрежная, северный берег) и оз. Красное (пелагическая проба с глубинным разрезом 0, 5, 10 12 м в центральной части и в притоке с южного берега), из «Шаман-ручья» на федеральной трассе Колыма. В «Шаман-ручье» взята 1 проба воды для химического анализа, в районе домика, где набирают воду для питья, рН=8.15, Ec=319.4.

В оз. Мертвое получена 1 проба (поверхность, 1 м от северного берега) - pH = 7.38, Ec = 88.30.
Для химического анализа взято 2 пробы воды из озера Красное (оз. Улу) – поверхностная и придонная (12 м) и 1 проба воды из притока с южного берега. Приток имеет показатели чуть ниже, вероятно вследствие того, что он протекает через болотистую местность.

 

Карта-схема отбора водных проб из оз. Красное и оз. Мёртвое.

Отбор проб горных пород в водосборах озёр осуществлялся в основном по руслам притоков в 50 м выше устьев. Отбирались наименее окатанные образцы из русел рек или образцы на выходах коренных пород. Некоторые места отбора проб горных пород показаны на рис. 2 и 3 коричневыми символами. Горные породы отобраны из 15 мест.

Поверхностные донные отложения из озёр отбирали при взятии придонной воды батометром в случае его касания дна.

Речные донные отложения взяты из русел большинства притоков.

Исследования фитопланктона

Получены пробы воды из фотического (0, 5, 10, 15, 20, 25 м) и придонных слоев с помощью батометра для определения численности и биомассы фитопланктона, дальнейшего уточнения видового состава помощью электронной микроскопии и метагеномного анализа на 4 разрезах (18 проб), из 9 притоков и вытекающей реки на оз. Лабынкыр, а также на трех точках (6 проб) и 2 притоков на оз. Ворота. В центральной точке оз. Красное взяты поверхностная и придонная пробы (2 пробы). Из оз. Мертвое взята одна проба. Для дальнейшего изучения микробных сообществ отобраны пробы воды в центральных точках озер (10 проб). Также взяты пробы поверхностного осадка.
Предварительные исследования показали, что в озере Лабынкыр в фитопланктоне преобладают диатомовые рода Сyclotella и  динофитовые рода Ceratium и Peridinium Прозрачность воды в озере Лабынкыр по диску Секки составляет 7 м в северной части озера и 8 м в южной части. Озеро Ворота является более прозрачным - 12 м, а оз. Красное чуть менее прозрачным - 6 м.
Данные исследования позволят провести дополнительную инвентаризацию фитопланктона, оценить количественные показатели и трофность данных водоемов.
Исследования фитопланктона проводили с.н.с Отдела ультраструктуры клетки ЛИН СО РАН Фирсова Алёна Дмитриевна и с.н.с Лаборатории флористики и геоботаники ИБПК СО РАН Копырина Любовь Иннокентьевна

Благодарности
Выражаем глубокую признательность Долженкову Александру Алексеевичу, руководителю Оймяконского районного отделения Русского географического общества в Республике Саха (Якутия) Всероссийской общественной организации «Русское географическое общество» за оказанную финансовую помощь и транспортное обеспечение, без которых проведение данной экспедиции было бы невозможно.