В теоретическом отношении Байкал как одно из крупнейших и наиболее глубокое озеро мира представляет уникальный объект, в котором можно изучать изменения химического состава воды и ее структуры до глубин свыше 1600 м. Состав воды определяет условия, в которых существуют и развиваются около 2 тысяч эндемичных организмов Байкала. Не менее важны и практические задачи гидрохимии, диктуемые проблемами рыбного хозяйства, гидроэнергетики, промышленного освоения водных ресурсов, включая огромные запасы пресной питьевой воды. При этом необходимо решать проблему сохранения чистоты байкальских вод и уникального органического мира, обитающего в водах озера.
До 1925 года Байкал в гидрохимическом отношении был практически не изучен, если не считать разовых анализов его воды, выполненных в конце 19 – начале 20 веков. По инициативе блестящего молодого лимнолога Г.Ю.Верещагина в 1925 г. была организована постоянная Байкальская экспедиция АН СССР.
Одной из ее важнейших задач являлось изучение гидрохимии Байкала и его притоков. В 1928 году экспедиция преобразована в Байкальскую Лимнологическую станцию (БЛС), на базе которой в 1961 г. создан Лимнологический институт СО РАН. Таким образом, лаборатория гидрохимии и химии атмосферы исторически является одним из старейших подразделений ЛИН СО РАН.
Уже в 1927 году результаты комплексных – гидрологических, химических и биологических - исследований Байкала были доложены на Международном лимнологическом конгрессе в Риме. Там же Г.Ю.Верещагин ставит вопрос о разработке специальных методов гидрохимического анализа в полевых условиях. Благодаря его усилиям, в 1930 г. опубликовано соответствующее руководство, вскоре переведенное и изданное за рубежом. Оно долгие годы служило настольной книгой для гидрохимиков всего мира. В штате БЛС состояли ученые из Москвы и Ленинграда, многие крупные специалисты страны были так или иначе привлечены к работам по Байкалу.
В 1925-30 гг. исследования гидрохимии Байкала ограничены районом ст. Маритуй (Южный Байкал). Основное внимание направлено на изучение вертикального распределения и отчасти сезонные и суточные изменения ряда компонентов, особенно в глубинной зоне. Одновременно начато изучение гидрохимии притоков озера. Наиболее важные результаты получены Т.Б.Форш: по составу воды притоки разделены на два типа, химический состав вод сопоставлен с геологическим строением бассейнов, отмечено повышение минерализации речных вод в зимний период. Более систематические исследования были выполнены Г.Ю.Верещагиным и И.П.Сидорычевым на р.Селенге. Многие материалы по гидрохимии тех лет остались необработанными и были утрачены.
Следующий этап изучения гидрохимии начался уже после войны, в 1948 г. под руководством нового директора БЛС В.А.Толмачева. Гидролог-гидрохимик, он инициировал гидрохимические исследования, и сам участвовал во всех экспедициях по Байкалу. Работы велись по заданию правительственных органов в связи с проектированием Иркутской ГЭС. Программа работ предусматривала: изучение гидрохимии вод на продольном разрезе через озеро (с отбором проб на ряде постоянных станций от поверхности до дна и по сезонам); режимные наблюдения в районе пос. Листвянка; изучение наиболее крупных заливов Байкала; реки Ангары (единственного стока из озера); притоков Байкала в их устьевых областях.
Результаты исследований обобщены в отчетах, но в печати появилось лишь несколько статей, из которых наиболее важны две публикации В.А.Толмачева (1957). Они посвящены сезонным изменениям концентраций кислорода на больших глубинах и вертикальной зональности водных масс озера по гидрохимическим показателям.
В 1954 г. В.А.Толмачев уходит с БЛС, и единственным гидрохимиком на станции остается И.В.Глазунов. Его работы отличались разносторонностью, оригинальными суждениями, тщательностью сбора и обработки материалов. Последние годы жизни он посвятил изучению первичной продукции фитопланктона Байкала и Братского водохранилища.
Через два года на БЛС перешел К.К.Вотинцев, который уже занимался ранее изучением гидрохимии Байкала. Одной из первых его работ было изучение состава ледовой фазы Байкала (Вотинцев, Мещерякова, 1960). По материалам, собранным в 1948 -1955 гг., К.К.Вотинцев готовит к печати монографию «Гидрохимия озера Байкал» (Вотинцев, 1961). В ней подробно рассматриваются химический состав воды, вертикальное распределение, сезонные и суточные изменения отдельных компонентов, дается общая гидрохимическая характеристика вод открытого Байкала и основных обособленных участков озера (заливов, бухт и т.п.). В книге кратко охарактеризованы состав донных отложений и грунтовых растворов; обсуждается гидрохимическая зональность водных масс озера; рассматривается гидрохимия наиболее важных притоков; химический состав атмосферных осадков, выпадающих на зеркало озера; количественно характеризуется химический баланс Байкала. Специальное внимание уделяется динамике биогенных элементов, путям миграции кремния, круговороту органического вещества и кислорода. Монография «Гидрохимия озера Байкал» является наиболее полной сводкой знаний в этой области. В течение десятилетий и до сегодняшнего дня она служит настольной книгой для всех, кто так или иначе связан с изучением Байкала.
В программе дальнейших исследований К.К.Вотинцев предусматривает обобщение всех материалов, собранных на БЛС ранее, изучение глубинной зоны озера, дальнейшее исследование динамики биогенных элементов и круговорота органического вещества в связи с биологической продуктивностью Байкала. Предполагается уточнить химический сток в озеро, выяснить роль атмосферной составляющей и твердых частиц эолового переноса в формировании состава вод и химического баланса Байкала. Намечено изучение химии грунтовых растворов, процессов обмена на границе вода-дно и процессов раннего диагенеза в донных осадках, а также биогеохимической миграции отдельных химических элементов в экосистеме Байкала. В последующие 30 лет небольшой коллектив лаборатории, работая в качестве самостоятельного подразделения в составе Лимнологического института СО РАН, сумел осуществить основную часть этой обширной программы.
В выполнении программы принимали участие сотрудники, всю свою жизнь посвятившие изучению Байкала, озер и водохранилищ Восточной Сибири. Молодой девочкой пришла в лабораторию уроженка Листвянки Тамара Прокопьевна Кожевникова.
Не имея высшего образования, она освоила методы сбора и химического анализа воды, участвовала в ежемесячных, а иногда и ежедекадных экспедициях, обучала молодежь, пришедшую в лабораторию со студенческой скамьи. Так же, как она, с молодых лет и до самой пенсии проработали в лаборатории приехавшие в Листвянку по распределению молодые специалисты Анна Ивановна Мещерякова и Нина Викторовна Верболова. Их руками отобраны тонны воды и выполнены тысячи анализов.
В начале 1960-х годов были обобщены материалы исследований гидрохимии Южного Байкала в районе Листвянки, собранные с 1950 по 1960 гг. Охарактеризован гидрохимический режим озера до глубины 300 м в многолетнем аспекте. Завершено обобщение результатов исследования гидрохимического режима р. Ангары в районе ее истока (Глазунов, 1963). Исследована глубинная зона Южного Байкала до отметки 1400 м (Вотинцев, 1965).
В 1962 г. начата обработка и обобщение всех имевшихся на БЛС материалов по гидрохимии вод притоков Байкала. Итогом этой работы явилась монография «Гидрохимия рек бассейна оз. Байкал» (Вотинцев и др., 1965). В ней дана гидрохимическая характеристика 250 притоков озера и некоторых рек его бассейна. Подробно описан гидрохимический режим 18 главных притоков, на которых велись многолетние регулярные наблюдения. По составу вод и гидрохимическому режиму все притоки разделены на 5 групп и отнесены к 5 типам. Эта книга не потеряла своего значения до настоящего времени, ее используют как наиболее полное справочное издание по гидрохимии поверхностных вод региона. На основании указанных материалов были составлены гидрохимические карты бассейна Байкала и карта гидрохимических фаций (Атлас Иркутской области, 1962).
В связи с проектированием и строительством Байкальского целлюлозно-бумажного комбината (БЦБК), в 1960-1963 гг. проведены систематические исследования южной оконечности Байкала на сети постоянных поперечных разрезов, а также изучены притоки озера в этом районе. Начаты работы, целью которых является выяснение возможного влияния стоков БЦБК на состав байкальских вод. На многие годы это направление стало одним из ведущих в тематике лаборатории, приобретая, после ввода БЦБК в действие, характер мониторинговых наблюдений.
С 1964 г. осуществляются синхронные лимнологические съемки всей акватории Байкала на 12 поперечных профилях, равномерно охватывающих озеро. Их выполняли на 6 судах одновременно, и таким образом, удавалось получить как бы «мгновенную фотографию» состояния Байкала. Результаты вошли в отчет Национальной программы СССР, выполнявшейся в рамках Международной Биологической Программы.
В это же время были обобщены результаты круглогодичных комплексных наблюдений на сети постоянных станций в важнейшем рыбопромысловом районе Байкала – Селенгинском (Вотинцев и др., 1963). По заданию Госкомитета по науке и технике при Совете Министров СССР исследования этого района были продолжены в 1971 – 1974 гг. (Богданов, Стрежова 1973; Андрухова, 1975). Был обследован не только район мелководья, но и соры-лагуны – Провал, Истокский, Посольский, показавшие изменения их гидрохимического облика, обусловленные подъемом уровня Байкала при возведении плотины Иркутской ГЭС. В связи с предполагаемым подъемом уровня И.В.Глазуновым в 1957-58 гг. были обследованы озера, расположенные в непосредственной близости от Байкала. Аналогичные исследования повторены в 1972 - 74 гг.
В 1967-1968 гг. развернуты исследования северной оконечности Байкала и ее притоков (Богданов, 1978). Необходимость гидрохимической характеристики района была продиктована намечающимся строительством Байкало-Амурской железнодорожной магистрали (БАМ). В последующие годы проведены исследования влияния строительства БАМ на гидрохимию этой части озера (Лимнология Северного Байкала, 1983), а также на озера бассейна Байкала. Проведено комплексное изучение озер бассейнов рек Верхняя Ангара, Кичера, Тыя, а также бассейна р.Баргузин в связи с планируемым здесь строительством агрокомплекса. Исследованы оз. Гусиное (бассейн р. Селенги) и некоторые малые озера Гусино-Убукунской системы.
Начиная с 1965 г., в программу изучения органического вещества вводятся прямые измерения концентрации органического углерода, ХПК, органических форм азота и фосфора как в воде озера, так и во взвесях водной толщи (Тарасова, 1975). Развивая исследования баланса и процессов круговорота органического вещества в озере, К.К. Вотинцев количественно оценил его роль в биологической продуктивности Байкала. Для этого им была предложена общая количественная схема биоэнергетической трансформации органического вещества в пищевой цепи экосистемы пелагиали озера (Вотинцев, Мещерякова, 1969; Вотинцев, 1971; Вотинцев и др., 1975).
С 1976 г. возобновлены исследования химического состава атмосферных осадков и частиц эолового переноса, выпадающих на зеркало озеро (Вотинцев, Ходжер, 1981). Эти работы позволили уточнить роль атмосферной составляющей в химическом балансе, оценить изменения, произошедшие с 1950-х годов, они выявили локальное загрязнение атмосферы и показали его источники.
Развитие сельскохозяйственного и промышленного производства в бассейне Байкала усилили пресс антропогенного воздействия на озеро и его притоки, поэтому был поставлен вопрос о разработке предельно допустимых концентраций (ПДК) веществ, поступающих со сточными водами. Критерием служил принцип сохранения структуры видового состава и устойчивости гидробиоценозов, постоянства температуры и химического состава вод. Другими словами, концентрации сбрасываемых веществ не должны заметно отличаться от средних многолетних величин их содержания в питающих озеро водах. Разработанные в соответствии с этим принципами ПДК (Вотинцев, Галазий, 1969; 1977) были утверждены Министерством здравоохранения и Министерством рыбного хозяйства СССР.
Выполнена серьезная работа по разработке Генеральной схемы рационального использования природных ресурсов в бассейне Байкала. В ней значительное внимание уделено гидрохимической характеристике водных ресурсов и охране их от загрязнения. По заданию Госкомитета по науке и технике при Совете Министров СССР в 1975-76 гг. подготовлен проект Государственного стандарта качества байкальской воды. Математическая обработка свыше 700 полных анализов озерной воды дала средние значения и доверительные интервалы для отдельных химических компонентов, показала, что их распределение как по акватории озера, так и по глубинам носит гомогенный характер (Вотинцев, Мизандронцев, 1981). Исследованы основные процессы, формирующие качество байкальских вод (Вотинцев, 1985).
В 1970-80 годы усиливающаяся хозяйственная деятельность в бассейне Байкала требует оценки масштабов антропогенного влияния на экосистему, ставит проблему загрязнения; проводятся исследования по фенолам, нефтепродуктам как самого озера так и его притоков (Андрухова ,1975). До 1986 гг. сотрудниками лаборатории систематически осуществляются подробные гидрохимические съемки по всей акватории озера, до 1990 г. аналогичные исследования проводятся на р.Селенге. Полученные в этот период материалы были обработаны Е.Н.Тарасовой и нашли отражение в монографии (Тарасова, Мещерякова, 1992). К сожалению, книга написана тенденциозно, ее цель показать усиливающуюся антропогенную нагрузку на Байкал. В книге авторы утверждают, что аккумуляция почти всех химических компонентов в озере существенно увеличилась в 1970-80 гг. по сравнению с таковой в 1950-х гг. Однако критический анализ монографии (Granina, 1997) показал, что этот вывод получен авторами в результате: а) произвольного пересчета химического баланса озера, опубликованного ранее Вотинцевым с соавторами (1965); б) заниженных оценок стока химических компонентов с водами реки Ангары, полученных авторами, что естественно привело к завышению рассчитанной аккумуляции в озере.
C начала 90 годов начался новый этап гидрохимических исследований, отличительной особенностью которого является освоение новых методов анализа, тщательный контроль качества получаемых данных, тесное сотрудничество с иностранными учеными. В 1991 г. лабораторию гидрохимии возглавила к.г.н. Т.В.Ходжер, специалист в области изучения химии атмосферы. Через несколько лет, в 1997 г., лаборатория была объединена с лабораторией климатологии, и новое подразделение получило современное название. Соответственно, наряду с традиционной тематикой изучения гидрохимии поверхностных вод, было усилено исследование химического состава атмосферных выпадений, аэрозолей и малых газовых примесей. В настоящее время сотрудники лаборатории гидрохимии и химии атмосферы ведут исследования в следующих основных направлениях: - изучение переноса веществ в водной толще озера в связи с биологическими и гидрологическими процессами; - изучение процессов в барьерных зонах (река-озеро, атмосфера-водная толща, лед- вода, вода-донные отложения); - изучение речного стока в озеро, включая процессы выветривания и почвообразования на водосборе; - изучение гидрохимии байкальских вод в литоральной зоне озера (в рамках комплексной междисциплинарной программы, выполняемой на постоянном полигоне в Южном Байкале); - изучение потоков веществ из атмосферы, аэрозолей и малых газовых примесей, в том числе, мониторинговые наблюдения на трех постоянных станциях: Монды (фоновая), Листвянка (сельская), Иркутск (индустриальная); - оценки химического баланса в озере (включая антропогенную нагрузку) и биогеохимических циклов ряда наиболее важных элементов.
Современные исследования химии воды и атмосферы проводятся, как правило, в рамках междисциплинарных программ. Лаборатория тесно сотрудничает с другими подразделениями ЛИН СО РАН, прежде всего, с лабораториями гидрологии и гидрофизики, водной микробиологии, биологии беспозвоночных, а также с отделами жидкостной хроматографии и ультраструктуры клетки. В течение ряда лет осуществляется совместная научная программа с Институтом оптики атмосферы СО РАН (г.Томск), продолжительные плодотворные контакты налажены с Институтом ядерной физики им. Будкера СО РАН (г. Новосибирск). Сотрудники лаборатории принимают участие в Международных программах института, работая с учеными из Японии, Германии, Швейцарии, Англии, Бельгии. Итоги международных исследований на Байкале, в том числе и по химии воды, атмосфере за последнее десятилетие подведены в монографии М.А.Грачева, 2002.
С 2000 года лаборатория работает по международной программе «Кислотные выпадения в Юго-Восточной Азии( ЕАНЕТ)», включающей 11 азиатских стран. В рамках этой программы лаборатория является аналитическим центром контроля качества данных от России. Лаборатория стала обучающей базой для студентов Иркутского государственного университета. Студенты проходят производственную практику, выполняют курсовые и дипломные работы, которые, как правило, получают отличную оценку при защите, некоторые молодые специалисты остаются работать после получения диплома.