8.4. Палеоэкологическая реконструкция развития озерных экосистем

Таким образом, проведенные исследования позволили проанализировать динамику структуры диатомовых палеокомплексов разнотипных водоемов западной части Хибинского гонного массива под воздействием долговременных изменений окружающей природной среды и климата. Результатом стала палеоэкологическая реконструкция исторического развития озерных экосистем под воздействием целого комплекса как естественно-природных, так и антропогенно-обусловленных факторов. Расположение объектов исследования в пределах модельного района Хибинского горного массива, обеспечило возможность оценить влияние разнообразных ландшафтно-географических факторов горных и предгорных территорий на формирование качества вод водоемов, находящихся в условиях, приближенным к фоновым, а также реконструировать процессы трансформации водных экосистем, подверженных долговременному многофакторному антропогенному воздействию.

Использование концентраций элементов в ДО в качестве маркеров начала антропогенного воздействия на водоем, позволило косвенно определить временной интервал накопления седиментов и выделить так называемый доиндустриальный период в развитии водоема.

На основе результатов анализа диатомовых комплексов ДО и образцов современных сообществ диатомей озерно-речной системы р. Куна были установлено, что одним из основных факторов, определяющим видовой состав и структуру диатомовой флоры, является ландшафтно-географическое положение водоема. Сложность спектра горных микроландшафтов определяли комплекс индивидуальных природных условий исторического формирования качества вод для каждого из исследованных водоемов. Было выявлено, что диатомовые палеокомплексы в толще донных отложений оз. Пай-Кунъявр составляют типичные арктоальпийские, горные и холодноводные виды, предпочитающие ультаолиготрофные, ультрапресные условия и близкие к нейтральным значения pH. Основными факторами, определяющими высокую буферную емкость водоема и устойчивость к кислотообразующим выпадениям является хорошая проточность, наличие ручьев, слабощелочная активная реакция воды. Современный состав диатомовой флоры практически не отличается от таковой в доиндустриальный период. Оз. Травяное занимает промежуточное положение между ландшафтами предгорных равнин и горных склонов долины р. Куна. Водосбор водоема частично заболочен, в массе развивается высшая водная растительность, небольшие глубины способствуют хорошей прогреваемости водной толщи. Данные условия обеспечили развитие богатой в видовом отношении и общем обилии диатомовой флоре, представленной перифитонными формами. Несмотря на повышенные концентрации ТМ в воде и ДО, заметных изменений в структуре диатомовых палеокомплексов выявлено не было. Самый крупный из исследованных водоемов – оз. Куна расположен на предгорной равнине, где влияние факторов физико-климатической системы Хибинского горного массива выражено еще слабее. В этом водоеме, в условиях северо-таежного ландшафта, развивалась наиболее богатая в видовом отношении диатомовая флора. Анализ стратиграфии диатомовых палеокомплексов не показала явных изменений, которые могут быть связаны с антропогенным преобразованием гидроэкоситемы озера, однако в верхних слоях седиментов обнаружено увеличение относительной численности видов, характерных для эфтрофных водоемов.

Изменения в структуре диатомовых комплексов были выявлены для оз. Сердцевидное, в котором обнаружены изменения диатомового состава связанное с поступлением кислотообразующих веществ, как следствие аэротехногенного загрязнения, что подтверждается историческим трендом интегральных значений pH. Эти преобразования вызвали рост численности диатомей и снижение видового разнообразия на современном этапе развития водоема. Особое положение занимает устьевой участок р. Куна (оз. Имандра), который испытывает техногенную нагрузку, связанную с деятельностью комбината «Североникель» а также переносом загрязняющих веществ с течениями. Изменения в этом водном объекте связаны в первую очередь с упрощением структуры диатомовых комплексов, выделением одного вида в качестве доминанта и ростом относительной численности космополитных видов, способных существовать в широком диапазоне условий.

Результатом анализа преобразований диатомовых палеокомплексах в ДО озерно-речной системы р. Б. Белая стала палеоэкологическая реконструкция исторического развития озерных экосистем в условиях промышленного загрязнения. Была выявлена различная степень и направленность происходящих изменений в зависимости от типа и интенсивности оказываемого воздействия.

Закономерности распределения диатмовых палеокомплексов в ДО оз. Купальное и реконструкция исторического тренда pH на основе диатомовой модели показали развитие процессов закисления. Озеро представляет собой уникальный для щелочного Хибинского массива водоем, который вследствие отсутствия выраженного стока, притоков и малой буферной емкости являлся предрасположенным к процессам техногенного закисления еще до начала промышленного освоения региона. В настоящее время процессам снижения значений pH в водоеме способствует низкая щелочность и активное развитие водных мхов, естественно подкисляющих водную среду.

Для озера М. Вудъявр существенного влияния антропогенных факторов на диатомовую флору выявлено не было, что объясняется высокой буферной емкостью и проточностью водоема. На всем исследованном историческом этапе здесь существовали условия, благоприятные для развития различных диатомей перифитона и бентоса. Водоем, очевидно, устойчив к кислотным нагрузкам, но предрасположен к защелачиванию. Подтверждением этому служит исторический тренд значений pH.

В ходе анализа диатомовых палеокомплексов ДО оз Б. Вудъявр обнаружена полная структурно-функциональная перестройка экосистемы водоема на протяжении исследованного периода. Мощность колонки позволила проанализировать значительный по времени этап доиндустриального развития водоема, результатом чего стала реконструкция условий, существовавших в водоеме до начала развития апатитовой промышленности в регионе и коренным образом отличавшихся от современных. За исследованный период в экосистеме озера произошли коренные изменения, связанные с развитием и деятельностью горно-промышленного комплекса на территории водосбора начиная с 30-х годов. Полностью изменился химический состав вод, температурный режим, трофический статус, скорость процессов седиментации, прозрачность и др. Реконструкция интегральных значений pH показала тенденцию к техногенному защелачиванию водоема.

Проведенные исследования комплексов диатомей в ДО губы Белой оз. Имандра позволили отследить динамику развития экосистемы лишь за последние десятилетия. Преобразование различных показателей в этот период определялись целым комплексом факторов, среди которых основным являлся терригенный речной снос осадков и гидрохимический состав вод р. Белая. На основе сравнительного анализа данных о видовом составе диатомей в доиндустриальный период, был сделан вывод о полной смене условий экосистемы губы Белая.

На основе анализа длинной (100 см) колонки из ДО оз. Купального были выявлены изменения в структуре диатомовых палеокомплексов в ответ на климатические изменения в регионе на протяжении голоцена. Смена видового состава доминирующих групп диатомей позволил установить основные этапы развития водоема, соответствующие климатическим периодам голоцена. Это нашло подтверждение в динамике соотношения теплолюбивых, холоднолюбивых и индифферентных по отношению к температуре таксонов. Для данного водоема была также выполнена реконструкция исторического тренда значений pH, в ходе которой установлен период естественного закисления водоема, который пришелся на конец атлантического периода.

Распределение диатомовых комплексов в отношении солености позволил реконструировать динамику общей минерализации водоемов. Было установлено, что все изученные водоемы характеризовались ультрапресными и пресными условиями на всех изученных этапах развития, в них преобладала олигогалобная диатомовая флора. Изменение общей минерализации произошло в водоемах, испытывающих непосредственное поступление стоков апатитовой промышленности, что отразилось в появлении видов, предпочитающих солоноватоводные условия. Озера со значениями pH ниже нейтральных характеризуются низкой общей минерализацией, у закисляемых водоемов наметилась тенденция к ее дальнейшему снижению.

Анализ закономерностей распределения диатомовых палеокомплексов в ДО водоемов западной части Хибинского горного массива показал, что степень преобразования водной экосистемы, направленность происходящих изменений и устойчивость ее к антропогенной нагрузке определяется индивидуальными характеристиками (ландшафтно-георгафические параметры, морфометрия, микроклимат, наличие поверхностного стока и др.) Это особенно актуально для горных регионов с ярко выраженным спектром различных условий даже на небольшой территории. Было установлено, что причиной резких изменений в экосистемах явилось развитие и деятельность апатитовой промышленности в регионе, связанная с непосредственным поступлением загрязнителей в водоем. Более плавные изменения происходят в водоемах, подверженных аэротехногенному загрязнению, причем наиболее подверженными этому влиянию оказались маленькие горные водоемы. Развитие экосистем озер, расположенных в условиях, близких к фоновым, определяется преимущественно естественно-природными условиями. Результатом данной работы также стала информация о состоянии водоемов в период, предшествующий индустриальному развитию Кольского региона. В ходе работы были расширены представления об экологии развития некоторых видов диатомовых водорослей, составлены списки видов для водоемов западной части Хибинского горного массива. Полученные данные могут быть использованы при анализе трансформации экосистем малых водоемов различных ландшафтов:

1. В составе диатомовых комплексов в ДО водоемов двух озерно-речных систем западной части Хибинского горного массива было обнаружено более 450 таксонов диатомей рангом ниже рода, причем наибольшего видового разнообразия во всех водоемах достигали пеннатные формы.

2. Период, предшествующий индустриальному развитию Кольского региона, для исследованных озер характеризовался олиготрофным трофическим статусом, низким уровнем минерализации и нейтральными или слабощелочными значениями pH, что определялось геохимией подстилающих пород. Диатомовая флора в этот период в большинстве водоемов была составлена аркто-альпийскими видами (типичные представители: Cymbella arctica, Cyclotella rossii, Diatoma hiemalis).

3. Развитие диатомовых сообществ озер Пай-Кунъявр, Травяное, Куна (фоновый регион) на протяжении всего исследованного периода происходило под влиянием естественно-природных факторов, географическое положение и ландшафтная организация определила формирование индивидуальной для каждого водоема диатомовой флоры. Явных изменений, связанных с антропогенным воздействием выявлено не было.

4. В водоемах фонового региона (оз. М. Вудъявр, оз. Травяное, оз. Пай-Кунъявр) наличие гетерогенных местообитаний позволяет одновременно существовать разнообразным по своим экологическим предпочтениям видам диатомей. Наибольшего видового разнообразия при этом достигают диатомеи перифитона и бентоса литоральной зоны, господствуют роды Cymbella, Pinnularia, Fragilaria.

5. Наибольшие изменения диатомовых комплексов произошли в водоемах озерно-речной системы р. Б. Белая, подверженных непосредственному загрязнению сточными водами апатитового производства и городскими стокам (оз. Б. Вудъявр и губа Белая оз. Имандра), что обусловило полную структурно-функциональнаю перестройку их экосистем: защелачивание, увеличение общей минерализации воды, эфтрофикацию, токсикацию. При этом Surirella brebissonii, Cymbella ventricosa, Stephanodiscus hantschii становятся доминантными видами. Воздействие сточных медно-никелевого производства привело к снижению видового разнообразия диатомей и росту численности Aulacoseira islandica устьевого участка р. Куна оз. Имандра.

6. Реконструкция исторических трендов интегральных значений pH показала, что небольшие высокогорные водоемы предрасположены к процессам закисления (оз. Сердцевидное), как результат поступления кислотообразующих веществ (типичные представители: Eunotia exigua, Brachisira brebissonii). Несмотря на щелочные подстилающие породы, оз. Травяное развивается в условиях естественного подкисления, при этом в массе развиваются различные виды рода Eunotia. В оз. Купальном процессы снижения значений pH обусловлены как естественными, так и антропогенными причинами (в массе развивается E. triodon).

7. Изменение общей минерализации зафиксировано в водоемах, подверженных непосредственному долговременному воздействию рудничных вод – в сторону увеличения. Показано, что общая минерализация может увеличиваться в два раза по сравнению с фоновыми условиями. В аэротехногенно закисляемых водоемах отмечена тенденция изменения минерализации в сторону уменьшения.

8. На протяжении основных климатических периодов голоцена несколько раз происходила смена доминирующих таксонов диатомей в оз. Купальное. В конце атлантического периода имели место процессы естественного закисления водоеме со снижением pH, что явилось лимитирующим фактором для развития диатомовых водорослей. На современном этапе водоем подвержен аэротехногенному закислению, диатомовые комплексы этого периода характеризуются низким видовым разнообразием при массовом развитии ацидофильных таксонов (Eunotia triodon).