Eng | Рус | Буряад
 На главную 
 Новости 
 Районы Бурятии 
 О проекте 

Главная / Каталог книг / Озеро Байкал / Гидрология, гидрохимия

Разделы сайта

Запомнить меня на этом компьютере
  Забыли свой пароль?
  Регистрация

Погода

 


Законодательство


КонсультантПлюс

Гарант

Кодекс

Российская газета: Документы

Госстандарт России 



Не менее полезные ссылки 


НОЦ Байкал

Галазий Г. Байкал в вопросах и ответах

Природа Байкала

Природа России: национальный портал

Министерство природных ресурсов РФ

Министерство природных ресурсов Бурятии

Республиканское агентство лесного хозяйства

Федеральное агентство по недропользованию

Росводресурсы

Росприроднадзор






Рейтинг@Mail.ru

  

Яндекс цитирования Яндекс.Метрика

Гидрология и гидрохимия

Гидрология

Водные ресурсы – одно из основных богатств Байкала. Главные притоки Байкала – Селенга (дает около половины всего притока), Баргузин, Верхняя Ангара, Большая, Кабанья, Томпуда, Тыя, Голоустная, Выдриная, Снежная и др.

Считается что в Байкал впадает 336 постоянных водотоков.

Наивысший сезонный уровень озера отмечается с конца августа до начала октября, спад происходит в течение всей зимы до апреля. В апреле уровень воды в озере минимальный. Амплитуда сезонных колебаний – 80-100 см.

В водной толще Байкала существуют циркуляционные течения. Скорость ветровых течений у поверхности до 1,4 м/с, на глубинах 50 м – 56 см/с, 250 – 30 см/с, 1000 м – 8 см/с. Среднемесячные скорости течений у поверхности – 2-2,5 см/с (2-3 км/сут), во время штормов – 8-12 км/сут. Существуют также вертикальные циркуляции (у подводных береговых склонов). Замещение глубинных вод поверхностными происходит за 2 десятилетия. Водообмен в северной котловине может произойти за 225 лет, в средней – за 132 года, в южной – за 66 лет.

Колебания уровня Байкала влияют на величину прироста годичных колец деревьев, растущих по его берегам. Выделена особая область научных исследований – дендрохронология, с помощью которой удалось установить примерные даты высоких уровней воды в Байкале  за предшествующие 500-550 лет.

Среднегодовая температура воды на поверхности озера около 4 оС, но в разных районах открытой части Байкала она различна, хотя отклонения от средних величин сравнительно невелики. В мелководных районах и в заливах среднегодовая температура поверхностных вод выше, чем в открытом море, за счет более более сильного летнего прогрева. Однако, даже в заливах, как и в открытом водоеме, температура поверхностных вод неустойчива и может изменяться от крайне высоких значений до самых низких. Например. В районе Селенгинского мелководья в июне наивысшая температура – 22, 2  оС, а наименьшая  - 6,4 оС. В открытом озере в районе Лиственничное – Танхой в июле наивысшая t – 16,3 оС, минимальная – 4,2 оС.

Температура воды у дна Байкала в разных котловинах неодинакова, так как глубинны их различны. В районе самых больших глубин t воды у дна несколько меньше – 3, 2 оС. Примерно такая же t на дне океана.

Гидрохимия


Гидрохимия // Проблемы Байкала / Отв. ред. Г.И. Галазий, К.К. Вотинцев. – Новосибирск, 1978. – С. 124-144. – Тр. / АН СССР. Сиб. отд-ние, Т.16 (36).

Воды Байкала, как известно (Афанасьев, 1960), формиру­ются за счет вод притоков и атмосферных осадков, выпадаю­щих на его зеркало.

Воды атмосферных осадков очень низкоминерализованные (сумма ионов около 10 мг/л), гидрокарбонатно-кальциевые. Их годовой дебит составляет всего 13% общего годового стока в озеро (Афанасьев, 1960). Остальное дают притоки Байкала. В его химическом балансе воды атмосферных осадков составля­ют еще меньшую долю. По сумме ионов она едва достигает 1,4%. Следовательно, практически химический состав воды Байкала определяется средним химическим составом вод притоков.

Формирование химического состава воды и гидрохимического режима рек бассейна озера происходит в основном среди слабо выщелачиваемых изверженных или метаморфических пород архея и протерозоя. Это определяет общность их гидрохимиче­ского облика: все они принадлежат к группе кальция гидро­карбонатного класса вод (табл. 10). Следовательно, основным процессом, за счет которого происходит формирование ионно­го состава речных вод, служит карбонатное выветривание.

Главнейшим компонентом анионного состава воды притоков Байкала является гидрокарбонатный ион. На его долю прихо­дится обычно 75–90% эквионов. Сульфатный ион состав­ляет 8–15% экв.ионов, хлоридный – не свыше 2,5– 3,5% эквионов.

Из катионов главную массу составляет кальций, на долю которого приходится 60–75% экв-ионов. Доля магния обычно лежит в пределах 10–20% эквионов, лишь в немногих случаях возрастая до 25–27% экв-ионов.

Воды рек Селенги, Баргузина и Верх. Ангары, а также боль­шого числа малых притоков Байкала относятся к первому ти­пу, группе кальция гидрокарбонатного класса вод по классифи­кации О. А. Алекина – НСО3 > Са2+ + Mg2+. Исключение со­ставляют воды рек, стекающих с хр. Хамар-Дабан в юго-западную часть озера, а также некоторые притоки северо-восточного по­бережья, формирующие свои воды в Баргузинском хребте (ре­ки Сосновка, Большая, Томпуда и некоторые другие). Их воды относятся ко второму типу гидрокарбонатно-кальциевых вод: НСОГ < Са2+ + Mg2+ < НСО-3 + SO2- 4. К этому же типу от­носятся воды многих малых притоков, впадающих в Байкал на его западном и северо-западном побережье. Это все реки, сте­кающие в районе от истока Ангары до южной оконечности Ма­лого Моря, небольшие речки и ручьи, впадающие в озеро на участке от мыса Ядор до мыса Покойники, от р. Межевой до речки Бол. Черемшанки, расположенной на северо-западном побережье, а также речки Мужинай, Гуелга, Слюдянка (север­ная) и некоторые другие.

У значительного числа малых притоков озера и некоторых более крупных рек наблюдаются кратковременные изменения типа воды. Чаще всего они приурочены к паводкам, иногда (у малых рек) отмечаются в периоды ливневых дождей, иног­да – в момент перехода реки на зимнее или летнее питание, т. е. в целом связаны с изменениями в характере водного питания реки. Для некоторых притоков озера отмечается изменение гид­рохимического типа воды на более продолжительный промежу­ток времени, носящее сезонный характер. Наконец, в некото­рых притоках наблюдаются и более глубокие изменения обыч­ных соотношений ионов, приводящие к временному переходу их вод из одной гидрохимической группы в другую. Такие изменения наблюдаются, например, в воде рек Рель, Слюдянка (север­ная), Томпуда, Выдрина, Хара-Мурин, Переемная и некоторых других.

Обособленное положение занимают воды минеральных и тер­мальных источников, находящихся в непосредственной близости от берегов Байкала и в других местах его бассейна. Как прави­ло, воды этих источников принадлежат к группе натрия суль­фатного класса. В отдельных случаях, например в Котельниковском источнике, расположенном на северо-западном берегу Бай­кала, на первое место выступает кремний – до  112 мг/л.

В связи с незначительностью дебита воды источников сколь­ко-нибудь заметного влияния на химический состав воды озе­ра оказать не могут.

Несмотря на общность гидрохимического облика, реки – притоки Байкала весьма разнообразны по степени минерализа­ции воды, а в отдельных случаях и по химическому составу и гидрохимическому режиму. Это объясняется различиями геоло­гического строения и почвенного покрова отдельных районов бассейна озера, их климатическими особенностями и в пер­вую очередь различиями в количествах выпадающих атмос­ферных осадков и их внутригодовом распределении, а также отчасти в различии роли подземного питания в общем водном стоке.

По степени минерализации воды притоки Байкала подразде­ляются на 5 групп.

1.   С очень низкой   минерализацией   воды.    Территориально они располагаются главным образом в районах южной и север­ной оконечностей Байкала. За немногими   исключениями, при­токи этой группы имеют небольшие площади водосборных бас­сейнов, в строении которых принимают участие слабовыщелачи-ваемые кристаллические породы. Бассейны их располагаются в зоне горной тайги с характерными для нее подзолистыми горно-таежными почвами. Уклоны   бассейнов, как    правило,   весьма значительны. Питание этих рек   преимущественно   поверхност­ное, главным образом снеговое. Зимой они обычно перемерза­ют или имеют крайне незначительные расходы   воды.   Общая минерализация   (сумма ионов)   в водах   указанной    группы не превышает 50 мг/л, чаще – в пределах 20–40 мг/л.

2.   Имеющие минерализацию воды 50–100 мг/л. Это также горные речки, собирающие свои воды в непосредственной бли­зости к Байкалу, в    примыкающих   к озеру   горных    хребтах. Исключение составляют реки Верх. Ангара и Турка, бассейны которых выходят за пределы горных хребтов.

3.   С минерализацией воды от 100 до 200 мг/л. Сюда отно­сятся реки Селенга, Баргузин и некоторые малые притоки  озера. Воды р. Селенги формируются в условиях гористых ландшаф­тов Северной Монголии и степных, лесостепных и отчасти таеж­ных ландшафтов Западного Забайкалья. На протяжении большей части своего течения река сохраняет степной характер. В ее питании главную роль играют дождевые воды, вызываю­щие мощные летние паводки. Но благодаря особенностям гео­логического строения бассейна, сложенного кристаллическими породами, хорошей промытости почвогрунтов и незначительно­сти подземного питания, минерализация воды р. Селенги остает­ся невысокой. Река Баргузин собирает свои воды частью в горно-таежных, частью в лесостепных и степных районах, в обла­сти распространения древних кристаллических пород, что так­же обеспечивает невысокую минерализацию ее воды. Из других притоков Байкала, имеющих минерализацию воды 100–200 мг/л, можно указать реки, бассейны которых связаны с распростра­нением карбонатных пород.

4.  С минерализацией воды 200–300 мг/л. Они вкраплены в раз­ных участках побережья Байкала и приурочены к области зале­гания карбонатов. Эти реки – Малая   Бугульдейка, Халури, Илга и др. Группа, о которой идет речь, численно невелика. В об­щем химическом стоке в озеро она играет   подчиненную роль.

5.  Река Бол. Бугульдейка, единственная из притоков, имею­щая минерализацию свыше 300 мг/л. Бассейн ее расположен в области развития карбонатных пород. Кроме того, к этой груп­пе   относится    несколько    ручьев    о. Ольхон,    питание    кото­рых    связано,    видимо,    с более минерализованными глубин­ными водами.

Минимальная минерализация воды в большинстве притоков Байкала отмечается в периоды паводков, обусловленных как таянием снегов в бассейнах рек, так и обильными летними дождями. В некоторых из притоков, в частности реках Рель и Куркула, имеющих невысокую минерализацию воды, в паводки наблюдается не уменьшение, а, напротив, увеличение минера­лизации, иногда настолько значительное, что оно сказывается на средних месячных показателях.

Сезонные изменения содержания отдельных гидрохимиче­ских компонентов в водах притоков Байкала могут быть оха­рактеризованы следующим образом.

Содержание гидрокарбонатов минимально в периоды павод­ков и максимально в конце подледного периода. Для некоторых рек отмечается заметное возрастание их содержания в период летней межени.

Аналогичным образом изменяется содержание сульфатов. В: некоторых реках оно возрастает в период летних паводков, например в водах р. Селенги (Дегопик, 1952).

Хлориды, благодаря незначительности их концентраций, как правило, не имеют четко выраженных сезонных изменений своего содержания.

Сезонные изменения содержания нитратов в большинстве случаев такие же, как и у гидрокарбонатов. Фосфаты изменя­ются менее закономерно.

Количества кальция и магния изменяются так'же, как и гид­рокарбонатов. Сумма щелочных металлов изменяется в тече­ние года несколько менее закономерно. Для многих рек отмече­но увеличение ее в периоды паводков по сравнению с предпаводочными периодами.

Содержание двуокиси кремния варьирует от 5 до 15– 20 мг/л. Сезонные изменения ее содержания различны в от­дельных реках. Так, в реках Селенга, Баргузин, Тыя, Рель, Томпуда, Снежная, Половинная и др., максимальные концент­рации этого компонента отмечаются в зимний, подледный пери­од, минимальные в мае – июне. В других реках, таких, как Бол. Бугульдейка, годовой минимум сдвинут на сентябрь. У третьих проявляется два максимума – в апреле и июне и два минимума – в мае и августе – октябре. Наконец, у четвертых содержание двуокиси кремния относительно постоянно в тече­ние всего года (реки Харгино, Заворотная).

Железо в сколько-нибудь заметных количествах присутству­ет в большинстве притоков Байкала лишь эпизодически, как правило, в периоды паводков. Зимой его содержание бывает минимальным и не превышает обычно нескольких сотых до­лей мг/л.

Содержание органического вещества, выражаемого величи­нами перманганатной окисляемости воды, довольно широко ко­леблется как в разных реках, так и по сезонам года. Для боль­шинства рек годовой максимум окисляемости приходится на период весеннего паводка. В некоторых наблюдается еще лет­ний максимум, связанный по времени с летним паводком. Круп­ные реки бассейна – Селенга, Баргузин, Верх. Ангара – харак­теризуются своеобразными сезонными изменениями окисляемо­сти. Высокие ее величины в их воде наблюдаются в течение всего летнего периода – с мая по август или даже сентябрь. Это обусловлено, по нашему мнению, тем, что, благодаря большим площадям бассейнов, различиям погодных условий и разновре­менности наступления паводков в разных частях бассейнов, снос органического вещества происходит также разновременно. Такое явление приводит к постоянному пополнению реч­ных вод органическим веществом в течение всего летнего периода.

Газовый режим притоков Байкала характеризуется близким к нормальному насыщению содержанием кислорода и низким содержанием свободной углекислоты в безледный период и зна­чительным снижением содержания кислорода и повышением со­держания СО2 к концу зимнего подледного периода. Даже р. Селенга к концу зимы несет воды с содержанием кислорода всего около 40–50% насыщения. Содержание свободной СО2 в ее водах к весне повышается до 15–20 мг/л.

Только в некоторых реках с бурным течением, имеющих не­замерзающие участки (полыньи, «пропарины»), газовый режим остается на протяжении всего года вполне благоприятным для обитающих в них гидробионтов.

Величины рН воды изменяются обычно в соответствии с се­зонными колебаниями свободной СО2. В целом они чаще лежат в нейтрально-щелочной области – в пределах 7,2–7,8.

По характеру сезонных изменений содержания отдельных компонентов и общей минерализации притоки Байкала группи­руются в пять типов  (Вотинцев,   Глазунов,   Толмачева,    1965).

Первый тип гидрохимического режима характеризуется рез­ким снижением минерализации воды в период весеннего павод­ка и сохранением минимальных величин в течение всего тепло­го времени года. Он соответствует сибирскому типу гидрохими­ческого режима рек по классификации О. А. Алекина. К рекам этого типа относятся Сарма, Солнце-падь, Шинанда, Давша, Хара-Мурин, Утулик и многие другие.

Второй тип гидрохимического режима также характеризует­ся снижением минерализации воды до годового минимума вес­ной, повышением в период летней межени, последующим ее снижением во время летне-осеннего паводка и плавным повы­шением в течение остальной части года. К. рекам этого типа от­носятся Селенга, Чикой, Хилок, Джида, Мурен, Турка и неко­торые другие. Как видно, гидрохимический тип р. Селенги це­ликом определяется типом гидрохимического режима ее глав­нейших притоков. Тип этот соответствует казахстанскому типу классификации О. А. Алекина.

Третий тип гидрохимического режима характеризуется рез­ким кратковременным снижением минерализации воды в пери­од весеннего паводка с последующим быстрым значительным ее повышением и относительным постоянством в остальные ме­сяцы, года. О. А. Алекин называет этот тип восточноевропей­ским. Из притоков Байкала к нему относятся речки Крестовка и Харгино.

Четвертый тип характеризуется довольно быстрым и зна­чительным снижением минерализации воды весной с последу­ющим плавным возрастанием ее в течение всего летне-осеннего времени. Наиболее ярко он выражен в реках Голоустная, Снежная, Половинная, отчетливо проявляется в реках Тыя, Томпуда, Баргузин. Этот новый для территории СССР тип гидрохимического режима рек, ранее не описывавшийся, мы называем байкальским.

Пятый тип гидрохимического режима известен пока только для одной реки – Рель. Он характеризуется значительным сни­жением общей минерализации воды с начала весны (март) до сентября,когда она приходит к годовому минимуму. От мая к июню наблюдается небольшое увеличение минерализации, сов­падающее по времени с максимумом расходов воды в реке. Тип этот описывается на территории СССР впервые и назван нами конденсационным.

Внутригодовая амплитуда изменений минерализации воды в реках бассейна Байкала в большинстве не превышает 1,5– 2,5. Это указывает на то, что в питании их летом преобладают воды поверхностного стока, а в зимний подледный период – воды верхних водоносных горизонтов, формирующиеся в усло­виях слабой  выщелачиваемое™  почвогрунтов  и горных пород.

Весьма интересна характеристика вод бассейна Байкала по гидрохимическим фациям. Подавляющее большинство при­токов, в том числе и главнейшие, относятся к НСО3–Са–SiO2г или НСОз–SiO2–Са гидрохимическим фациям. Эти фации характерны, по исследованиям Г. А. Максимовича (1948), для рек горных областей умеренных климатических зон и состав­ляют   особую   горную    (вертикальную)   зону.

Притоки Байкала, относящиеся к НСО3–Са–SiO2 гидро­фации, весьма разнообразны по физико-географическим особен­ностям своих бассейнов, величине последних, общей минерали­зации воды и ряду других признаков. Реки, принадлежащие к НСО3–SiO2–Са гидрофации, имеют одну общую черту: все они, за немногими исключениями, характеризуются очень низ­кой минерализацией воды – сумма ионов не превышает летом 50–70 мг/л, чаще равна 25–50 мг/л. В периоды повышения минерализации воды значительное число притоков этой груп­пы переходит к гидрофации НСО3–Са–SiO2. Общее число рек и ручьев, воды которых относятся к указанным гидрофациям, достигает 170 из примерно 250 исследованных притоков озера. Около 100 притоков из 170 несут воды первой из указанных гидрохимических фаций.

Воды 70 притоков Байкала из общего количества обследованных относятся к другим гидрофациям. Следовательно, в его бассейне довольно широко проявляются азональные воды. Наи­более многочисленной группой, включающей 19 рек, является группа, несущая воды НСО3–Са–SO4 гидрофации. Территори­ально воды ее ограничены немногими районами бассейна. Это реки западного побережья озера от р. Илга до мыса Покойни­ки, северо-западная оконечность Байкала – р. Тыя, отдельные участки северо-восточного побережья, например р. Томпуда. Воды указанных притоков имеют большей частью невысокую минерализацию– до 80–130 мг/л, в отдельных случаях до 200 мг/л, характеризуясь повышенным содержанием сульфатов.

В шести притоках Байкала повышение доли сульфатов при­водит к переходу их вод из НСО3–Са–SO4 гидрофации в НСОз–SO4–Са гидрофацию. Это ручьи, впадающие в Байкал на мысах Ядор и Елохин, ручей Курбулик в Чивыркуйском за­ливе и речка Паньковка, стекающая с хр. Хамар-Дабан. Есть основание полагать, что формирование химического состава их воды находится под влиянием выходящих на поверхность глубинных, возможно термальных вод. На это указывает, в част­ности, несколько более высокая  минерализация вод.  Исключение составляет р. Паньковка. Ее крайне низкая минерализа­ция – около 20 мг/л – скорее говорит о неустойчивости хими­ческого состава воды и, вероятно, большой изменчивости гидро­химической фации.

На западном побережье Байкала в районе рек Харгино – Бол. Бугульдейка находится локальный район распространения вод НСОз–Са–Mg гидрофации. К этой же гидрофации при­надлежат воды ручья Зама (северная оконечность Малого Мо­ря) и ручья Щелка (у порта Байкал). Воды всех указанных ручьев характеризуются минерализацией свыше 200 мг/л и фор­мируются в районах развития карбонатных пород.

Число притоков Байкала, принадлежащих к иным гидрофа­циям, невелико. Так, воды речек Первая и Вторая Шестипалиха и речки Выдрина (юго-западная оконечность озера) отно­сятся к НСО3–SiO2–SO4 гидрофации. Они имеют неустойчи­вый гидрохимический тип воды и очень низкую минерализа­цию– 17–32 мг/л . Воды ручья Безымянного (Чивыркуйский залив) относятся к НСО3–SiO2–Na гидрофации, а речка Бе­зымянная, впадающая в тот же залив,– к НСО3–SiO2–SO4 гидрофации. Азональное положение этих притоков связано, как нам кажется, с влиянием на их воды глубинных сульфатно-на­триевых вод.

Наконец отметим, что стекающая с хр. Хамар-Дабан речка Осиновка в отдельные моменты времени несет воды SO2–НСО3–Na гидрофации. Ее минерализация едва дости­гает 15–20 мг/л, что говорит о преобладании поверхностного дождевого питания и формирования химического состава за счет продуктов выщелачивания кристаллических изверженных пород.

Как уже указывалось, определяющим элементом приходной части химического баланса Байкала является сток растворен­ных веществ с бассейна озера за счет впадающих в него рек. Заметим, что суммарный ионный сток составляет за год 6661 тыс. т, из которых на долю рек приходится 6569 тыс. т, на атмосферные осадки, выпадающие на акваторию озера,– 92 тыс. т. Сток органического вещества равняется 304 тыс. т Сорг, из них на долю рек приходится 292 тыс. т Сорг.

Внутригодовое распределение химического стока притоков Байкала согласуется с их водным стоком и лишь частично с изменениями минерализации воды. Это объясняется тем, что амплитуда изменений минерализации воды в реках в течение года значительно уступает изменениям амплитуды расходов воды. Так, например, расходы воды в р. Селенге изменяются в течение года в 25 раз, тогда как амплитуда изменений мине­рализации воды едва составляет 3.

Общий суммарный годовой химический сток рек уже в боль­шей мере зависит от минерализации воды. Например, водный сток р. Верх. Ангары в 2,16 раза превышает водный сток р. Баргузина. Химический же сток первой из указанных рек всего в 1,16 раза превышает сток второй. Реки Турка и Томпудf очень близки по величинам химического стока, тогда как вод­ный сток их разнится в 1,6 раза.

Внутригодовое распределение химического стока может быть охарактеризовано следующими данными. За период от­крытой воды в Байкал в среднем поступает 88% годового ко­личества ионов и 84% двуокиси кремния. Зимний сток состав­ляет соответственно 12 и 16% от годовой величины. Для желе­за зимний сток оказывается еще ниже – всего 5,5% от годово­го. Для органических веществ – 5,1%/ Укажем, что зимний водный сток притоков Байкала составляет 12,9%  годового.

Максимальные величины стока отдельных компонентов не совпадают во времени. У гидрокарбонатов, нитратов, кальция, магния, щелочных металлов, железа и кремния максимальные величины стока отмечаются в июне (18–23% годового стока),, тогда как сток сульфатов, хлоридов и органического вещества имеет максимальные показатели в мае (18–28% годового сто­ка). Минимальные значения химического стока в целом и сто­ка отдельных компонентов отмечаются в марте. : Большие различия в величинах химического стока прито­ков Байкала отмечаются и по отдельным годам. Так, напри­мер, р. Селенга имеет межгодовые изменения ионного стока до 32% от максимальных его величин, р. Бол. Бугульдейка – До 43%.

Совокупность   природных   условий,  в  которых   происходит формирование химического состава  воды,  отражается, как из­вестно, в величинах показателей ионного стока   (Ри, т. е. ко­личествах  растворенных  веществ,  выносимых рекой  в течение года с единицы площади поверхности бассейна  (с 1  км2). Для притоков   Байкала   наблюдаются  довольно   большие  различия показателей ионного стока: от 8–15 до 25–37 т с 1 км2 в год.  Минимальные Ри имеют такие реки, как Селенга, Голоустная и некоторые иные, максимальные – Баргузин, Хара-Мурин и др. П.  Ф.  Бочкарев делит все реки – притоки  Байкала  по Ри  на {Четыре группы. Первую составляют реки с высокими Ри бассей­ны которых расположены в наиболее увлажненных районах – на северных склонах хр. Хамар-Дабан. Вторую группу состав­ляют реки с минимальными Ри, расположенные в засушливых районах бассейна. Третью – реки с небольшими модулями сто­ка и высокими показателями Рп, обусловленными повышенной минерализацией  воды.   Четвертую – реки,   характеризующиеся низкими Ри при малых модулях стока    и    малой минерализа­ции   воды.

В соответствии с показателями ионного стока рек находят­ся и величины химической денудации в их бассейнах. Если учи­тывать все неорганические компоненты и вещества, вносимые в бассейны рек с водами атмосферных осадков, то будем иметь изменения величин химической денудации в бассейне Байкала от 2,1.10-3 до 24,7.10-3 мм в год. Наименьшей химической де­нудацией характеризуется бассейн р. Селенги, наибольшей – р. Томпуды. Интересно, что химическая денудация происходит примерно с одинаковой интенсивностью в таких, казалось бы, различных по условиям формирования вод реках, как, скажем, реки Рель и Бол. Бугульдейка (соответственно 6,5.10-3 и 6,8.10-3 мм в год) или рек Голоустная и Сарма (соответствен­но 5,4. 10-3 и 5,5.10-3 мм в год) при Ри 13,6 и 15,6 т с 1 км2 в год, модулях стока 8,0 и 3,9 л/сек и общей минерализации воды   126,8   и   54,0   мг/л.

Что касается соотношений между растворенным химическим стоком рек и их твердым стоком, то, судя по имеющимся не­многочисленным данным, последний составляет для р. Селенги 64,2% годового растворенного стока, для р. Верх. Ангары – 51,6%, для р. Баргузин – 25,7%.

Внутригодовое распределение твердого стока хорошо согла­суется с распределением ионного стока и величинами расходов воды   в   реках.

Изложенные здесь материалы показывают, что формирова­ние химического состава воды оз. Байкал происходит в резуль­тате сложного комплекса процессов.

Воды Байкала относятся к слабоминерализованным мягким водам гидрокарбонатного класса, группе кальция первого ти­па по классификации О. А. Алекина. В среднем на долю гидро­карбонатов кальция и магния приходится 84%, хлоридов и сульфатов – 7% и щелочных металлов – 9% экв. ионов.

Необходимо оговориться, что близость среднего химического состава воды Байкала и вод, питающих озеро, ограничивается только основными ионами. Что касается содержания соедине­ний биогенных элементов, органического вещества и компонен­тов газов, то для них такое сходство не наблюдается.

Можно было бы предположить, что воды Байкала принад­лежат к одной из доминирующих в его притоках гидрохимиче­ских фаций. Однако это не так. Воды озера принадлежат к НСО3–Са–SО4  гидрохимической  фации.   В  этом  проявляется специфика процессов формирования  байкальских озерных вод. Поступающие в озеро    воды    претерпевают    здесь в процессе ..метаморфизации  глубокие  изменения  в  своем  химическом  со­ставе,  приводящие  к  изменению  гидрохимической  фации.  Од­ним из процессов, ведущих к этому, является процесс биоген­ного извлечения  кремния    диатомовыми водорослями с после­дующим захоронением  в  виде створок    отмерших диатомей в донных отложениях.

Сезонные    изменения    содержания    основных    компонентов ионного  состава   байкальских  вод  в  открытых  районах  озера практически  отсутствуют.  Распределение    их    по  глубинам  и акватории озера также весьма однородно. Такая стабильность ионного состава  вод  Байкала  объясняется   двумя   причинами:

1)   сильным  регулирующим  воздействием  водных  масс  озе­ра на химический состав питающих его вод в связи с незначи­тельностью  годового  водного  стока  их  в   Байкал,  составляю­щего всего 0,22% от объема водных масс озера;

2)   близостью  среднего  ионного  состава  питающих   Байкал вод к составу озерных вод.

Соединения биогенных элементов, органическое вещество и некоторые компоненты газового состава (кислород, свободная СО2) распределены в толще вод и по акватории озера не­равномерно. Их содержание, по крайней мере в верхнем 100-ме­тровом слое воды, характеризуется закономерными сезонными изменениями.

Исходя из этих различий, Г. Ю. Верещагин (1947) подраз­делял гидрохимические компоненты байкальских вод на три  группы. К первой, характеризующейся равномерным распреде­лением по вертикали и отсутствием сезонных изменений, он относил все компоненты основного ионного состава воды – гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды, кальций, магний и ще­лочные металлы, а также газообразный азот и благородные га­зы. Вторую группу составляют компоненты, концентрации ко­торых увеличиваются с глубиной. Речь идет о нитратном азо­те, фосфатном фосфоре, кремнии и свободной углекислоте. На­конец, к третьей группе относятся компоненты, концентрации которых падают с глубиной: растворенный кислород и органи­ческое   вещество.

Переходя   к   характеристике   компонентов   двух   последних групп, заметим, что, будучи тесно связанными в своей динами­ке  с  биологическими  процессами,   протекающими   в   водоеме, большинство  из  них  находится  в  строгой  взаимосвязи  между собой,  и  изменения   их  количественных   показателей   обусловливаются общими или, по крайней мере, весьма близкими при­чинами. Поэтому их правильнее рассматривать как единую группу компонентов.

Действительно, вертикальное распределение всех этих компонентов в толще вод  Байкала  и  их  сезонная  динамика  связаны с одной   стороны, с биологическими   процессами, с другой – динамикой водных масс озера.

Сезонные изменения содержания минеральных и органиче­ских соединений азота и фосфора характеризуются наличием двух максимумов концентрации в течение года. Годовым мак­симумом содержания соединений неорганических форм азота и фосфора является зимний – январь – февраль. Весной, в мае-июне, наступает первый весенний минимум их содержания в верхних слоях воды озера, совпадающий во времени с макси­мумом содержания органических форм азота и фосфора и ве­сенним максимумом развития фитопланктона. Второй, летний, максимум содержания минеральных соединений биогенных эле­ментов, совпадающий с летней депрессией в развитии фито­планктона, а также с минимумом содержания органических форм азота и фосфора, наблюдается в июле. Он сменяется ав­густовским минимумом содержания минеральных соединений биогенных элементов при максимуме их органических форм и совпадает с периодом летней вегетации фитопланктона. Как правило, летний максимум содержания минеральных форм азо­та и фосфора бывает кратковременным и проходит на несколь­ко более низком количественном уровне по сравнению с весен­ним. Летний минимум их содержания, напротив, бывает более глубоким и продолжительным. Обычно он приводит к полному потреблению нитратного азота в верхнем 10–25-метровом слое воды озера и к снижению содержания фосфатного фосфора до 1–3 мг/м3. Это объясняется некоторой изоляцией трофогенного слоя воды Байкала в результате температурного расслоения и возникновения слоя термоклина.

Содержание минеральных соединений биогенных элементов увеличивается с глубиной, органических, напротив, снижается. На глубине свыше 1000 м отношение минерального азота к органическому составляет 1,8–2,2, фосфатного фосфора к органическому около 3,5, тогда как в поверхностных слоях воды эти отношения равны соответственно 0,24 и 0,44.

Наиболее отчетливо выраженные сезонные изменения со­держания минеральных и органических соединений азота и фосфора, обусловленные вовлечением их в биологические про­цессы отмечаются в верхней 100-метровой зоне вод Байкала. Глубже они постепенно затухают и ко дну становятся неясны­ми и незакономерными.

В той же области глубин (до 100 м) отмечаются и макси­мальные градиенты изменения вертикального распределения соединений биогенных элементов. Для нитратного азота гра­диент этот равен 27 мг/м3, фосфатного фосфора – 2,3 мг/м3, органического азота – 91 мг/м3 и органического фосфора – 8,3 мг/м3. На глубинах свыше 1000 м градиенты составляют соответственно 0,9–3,6; 0,3–0,2; –1,7–1,2 и 0,2–0 мг/м3 на каждые 100 м глубины.

Горизонтальное распределение минеральных соединений азота и фосфора по акватории Байкала отличается большим разнообразием, что связано с различиями условий биогенного круговорота названных компонентов в трофогенном и приле-, гающих к нему слоях воды. Большое значение имеет сдвиг фено-фаз биологических процессов в широтном направлении.

Только в период летней вегетации фитопланктона и наибо­лее ярко выраженной термической стратификации водоема,. когда верхние слои воды оказываются несколько изолирован­ными от нижележащих, пространственные различия в содер­жании соединений биогенных элементов сглаживаются, приходя к своему летнему минимуму. Наиболее отчетливо это прояв­ляется у нитратного азота, содержание которого часто снижает­ся по всей акватории в поверхностных слоях воды до аналити­ческого нуля.

Чрезвычайно интересным представляется факт отсутствия в водах Байкала, по крайней мере до глубин 500 м, соединений аммонийного и нитритного азота. Они в значительных количе­ствах содержатся лишь в придонных слоях на больших глуби­нах и в грунтовых растворах.

Сезонные изменения содержания кремния в верхних слоях воды находятся в прямой зависимости от количественного раз­вития диатомовых водорослей. Максимальные его концентрации здесь отмечаются зимой в период депрессии в развитии диатомей, минимальные – весной в период весеннего цветения диа­томовых.

В некоторые годы в осенние месяцы (октябрь) в период осенней вегетации диатомей (циклотелли) иногда наблюдает­ся второй, менее резко выраженный минимум, приуроченный к верхним слоям воды. Максимальные концентрации этого ком­понента приурочены к зимнему периоду (январь – первая по­ловина февраля).

С глубиной содержание кремния увеличивается, возрастая в среднем от 1,07 мг/л на поверхности до 2,5 мг/л на максимальных глубинах озера. По акватории содержание кремния в большинстве случаев испытывает достаточно заметные изме­нения, сглаживающиеся в осенние месяцы. Межгодовые изме­нения содержания кремния невелики. Как правило, к периоду зимнего максимума оно достигает примерно одних и тех же концентраций – около  1,0–1,1  мг/л в поверхностном слое.

Железо содержится в водах Байкала в количествах не свы­ше 0,06 мг/л, обычно 0,02–0,03 мг/л. В вертикальном на­правлении оно распределено более или менее однородно. Се­зонные изменения установить не удается.

Еще ниже в водах Байкала содержание марганца – 0,0012– 0,0023 мг/л. Как и железо, он распределен в толще вод более .   или менее однородно. Сезонные изменения его содержания не отмечаются.

Изучение круговорота органического вещества в толще вод Байкала, проведенное Лимнологическим институтом в 1964– 1970 гг., показало, что содержание его изменяется в течение го­да в поверхностной воде озера в пределах 1,0–1,6 мгС/л. В го­ду отмечается два максимума и соответственно два минимума. Первый максимум отмечается в апреле–мае, второй, годовой, – в августе. Минимумы наблюдаются зимой в феврале и летом в июле. Пики эти совпадают с сезонными явлениями в разви­тии фитопланктона.

С глубиной содержание органического вещества понижает­ся. Снижение в целом невелико. Это говорит о достаточно ин­тенсивной деструкции органического вещества еще в верхних слоях воды Байкала. Различия содержания органического ве­щества по акватории, как правило, незначительны и не превы­шают 20–25% от максимальных величин в период наблюде­ния. Межгодовые различия также невелики. Они подтвержда­ют вывод о достаточной интенсивности процессов деструкции органического вещества. Низкие отношения перманганатной окисляемости к бихроматной – в среднем около 40%–указы­вают на преобладание в Байкале устойчивых к окислению орга­нических соединений водного гумуса.

Содержание кислорода, как и органического вещества, сни­жается с глубиной, свободной СО2, напротив, возрастает. Если на поверхности озера содержится кислорода в среднем 11,7– 11,9 мг/л, то на глубине 1400 м – 9,9–10,6 мг/л, а на макси­мальных глубинах (около 1600 м) – даже 9,5 мг/л. Количество свободной СОг изменяется соответственно от 1,5–1,7 до 4,3– 4,6   мг/л.

Известно, что газовый режим Байкала отличается высокой стабильностью и благоприятен для обитания гидробионтов. Интересной особенностью его вод является то, что максималь­ные концентрации растворенного кислорода приурочены к зим­нему подледному периоду и обычно возрастают от января к марту, по крайней мере в верхнем 50–75-метровом слое. Это объясняется ранним началом вегетации фитопланктона.

В сезонном ходе содержания компонентов газов отмечается два максимума и два минимума. Для кислорода максимумы приходятся на зиму и лето (июль), минимумы на весну (июнь) и осень. Содержание углекислоты обратно содержанию кис­лорода.

Балансовый расчет показывает, что основным источником кислорода в Байкале является кислород фотосинтеза фито­планктона. Следует, однако, оговориться: кислородный баланс отражает, по существу, лишь суммарный эффект всех проте­кающих в водоеме процессов. В отдельные моменты решающую роль играют здесь газообмен с атмосферой, что подтверждает­ся, в частности, близким к равновесному с атмосферой состоя­нию содержания кислорода в водах.

Насыщенность вод озера кислородом способствует разви­тию органической жизни на всех глубинах, включая макси­мальные, а также интенсифицирует процессы деструкции орга­нического вещества и другие окислительные процессы. Благо­даря этому органическое вещество байкальских вод по своей химической природе представляет собой водный гумус, высоко устойчивый к дальнейшему окислению. Формированию такого водного гумуса во многом способствует и процесс фотосинте­тической аэрации байкальских вод, наблюдаемый в зоне фото­синтеза (до глубины около 25–50 м) в периоды интенсивного развития фитопланктона весной и летом (Вотинцев, 1961а). Такое обстоятельство выгодно отличает Байкал от некоторых других озер и приводит к тому, что в его донных осадках не происходит накопления органического вещества в сколько-ни­будь   значительных   количествах.

В то же время воды, богатые растворенным кислородом, имеют и отрицательное значение: они оказывают сильное кор­розирующее действие на железо. Это надо учитывать при строительстве на Байкале различных инженерных сооружений, постоянно соприкасающихся с водой.

Как ни мало содержание свободной СО2 в водах озера, оно также имеет весьма существенное значение. Воды в течение большей части года оказываются агрессивными к цементу и бетону. Это обусловлено тем, что благодаря невысокому содер­жанию гидрокарбонатов, при низкой общей минерализации воды, уже небольшие количества свободной СО2 оказываются в системе СО-23 – HCO-3 – С02 (по сравнению с равновес­ными концентрациями) избыточными. По произведенным рас­четам, в байкальских водах агрессивная углекислота почти постоянно присутствует даже в поверхностных слоях. Только в августе, иногда в сентябре, воды теряют агрессивные углекислотные свойства. Количества агрессивной СОг, правда, не­велики– 1,0–1,5 мг/л. С глубиной наблюдается небольшой, но вполне отчетливый  рост  ее содержания.

Укажем еще, что в результате низкой общей минерализа­ции воды Байкала обладают и общей выщелачивающей агрес­сивностью.

В соответствии с низким содержанием свободной СО2 и низкой общей минерализацией воды, а также низким содержа­нием органических веществ, концентрация ионов водорода в Байкале лежит в нейтрально-щелочной области, изменяясь в пределах рН 7,4–8,5 единиц. С глубиной величины рН сни­жаются. Понижаются они в зимний подледный период.

Вертикальная неоднородность распределения отдельных гидрохимических компонентов в толще вод, термический ре­жим и распределение флоры и фауны Байкала позволили ряду исследователей дать схемы вертикальной зональности озера. Наиболее  полно  этот  вопрос  разработан  Г.  Ю.  Верещагиным (1936), предложившим общую схему вертикальной зональности,  базирующуюся на термине и отчасти гидрохимических показа­телях. В дальнейшем К. К. Вотинцев   (1961), основываясь на химическом    составе    байкальских   вод,    выдвинул    несколько иную схему вертикальной гидрохимической зональности озера. Водные массы Байкала этот автор делит на три основные зоны с рядом подзон.

Зона маломинерализованных гидрокарбонатно-кальциевых вод, богатых кислородом, с подзонами суточной химической активности, сезонной химической активности и глубинной хи­мической стабильности охватывает всю водную толщу озера до придонной зоны. Характеризуется она стабильностью ионного состава воды и ясно выраженной вертикальной стратификацией соединений биогенных элементов, органического вещества и компонентов   газов.

Зона придонных гидрокарбонатно-кальциевых вод, обеднен­ных кислородом и обогащенных железом и кремнием, располо­жена непосредственно над дном озера. Она захватывает не­большой, предположительно до 1 м или несколько более, счи­тая от дна, слой воды. В пределах ее наблюдается заметное снижение содержания кислорода, рост содержания железа и кремния, а также соединений биогенных элементов и появление аммиачного азота. Возможен некоторый рост содержания гидрокарбонатов.

Зона бескислородных гидрокарбонатно-кальциево-кремнеземных иловых вод, сильно обогащенных железом и органи­ческими веществами, «находится ниже поверхности донных от­ложений. В пределах ее наблюдается значительная изменчи­вость химического состава воды в зависимости от типа грунта и   глубины   водоема.

Как известно, водоемы озерного типа, аккумулируя ряд хи­мических элементов и создавая области повышенных концен­траций, являются конечным пунктом их миграции на Земле. При этом в водоемах происходит не простое, механическое на­копление тех или иных веществ, поступающих сюда в готовом виде. Напротив, протекают сложные процессы трансформации вещества и энергии, приводящие к перераспределению их в во­доеме и образованию новых химических соединений, нередко отличных   от   поступающих   в   водоем.

Правильное решение вопросов круговорота веществ и энер­гии в озерных водоемах не может быть осуществлено без зна­ния химического баланса последних. Изучение его в Байкале представляет  поэтому  одну  из  важнейших  задач  гидрохимии.

Первые данные о химическом балансе Байкала были полу­чены П. Ф. Бочкаревым (1955) и К. К. Вотинцевым (1961). В последующем Лимнологический институт провел новые рас­четы, в значительной степени уточнившие прежние (Вотинцев, Глазунов,   Толмачева,   1965).

Как показывают современные данные, ряд гидрохимических компонентов поступает в Байкал в количествах, значительно больших, нежели расходуется при выносе из озера (табл. 12). В Байкале ежегодно остается до 32% сульфатов, 47 хлоридов, 30 магния, свыше 70% органического вещества и кремния, а также почти все железо, поступающее с питающими озеро во­дами. В целом за год в Байкале накапливается до 1890 тыс. т минеральных   и   органических   веществ.

Понятно, что не все это огромное количество веществ ос­тается в растворенном состоянии в толще вод озера. Поступая в Байкал, многие химические компоненты, как уже указыва­лось выше, претерпевают сложные превращения и под действи­ем тех или иных процессов выводятся из общего круговорота в   водных   массах.

Исследования показали, что ряд веществ осаждается и захороняется в донных осадках. В частности, ежегодно переходит в донные отложения 495 тыс. т двуокиси кремния. Двуокись кремния осаждается в форме створок диатомовых водорослей и спикул губок после отмирания этих организмов. Следовательно, диатомеи играют роль мощного биофильтра, регулирующего со­держание   кремния   в   водах   озера.

Под воздействием растворенного кислорода происходит окисление солей железа. Образующаяся гидроокись после коа­гуляции осаждается на дно. Частично железо переходит в дон­ные отложения в форме фосфорнокислого железа, связывая избыток фосфатов. Общее его количество, увлекаемое в дон­ные отложения, достигает 29 тыс. т, фосфора – 2,5 тыс. т в год.

На основании данных по количеству компонентов, увлекае­мых в донные отложения, были рассчитаны скорости общего осадконакопления в озере в нынешнюю эпоху (Вотинцев, Гла­зунов, Толмачева, 1965; Вотинцев, 1967). Скорость современ­ного осадконакопления оказалась равной в среднем 4,2 см за 1000 лет. При этом за счет талассогенного материала образует­ся слой осадков толщиной 0,7 см в 1000 лет, остальное состав­ляют аутигенные минералы.

Новейшие данные по балансу минеральных и органических форм азота и фосфора в Байкале (Верболова, Мещерякова, 1973) показали, что в течение года в озеро поступает 36,1 тыс. т азота и 5,5 тыс. т фосфора. Выносится с водами р. Ангары 17,9 тыс. т азота и 2,3 тыс. т фосфора. Остается 18,2 тыс. т азота и 5,5 тыс. т фосфора. Выносится с водами р. Ангары и 3 тыс. т фосфора поступает в Байкал с речными взвесями (Вотинцев,   Поповская,   1974).

Большой интерес представляет вопрос о судьбе избыточных по сравнению с равновесными количествах ионов, поступающих в озеро.

Нетрудно подсчитать, что потребовалось бы очень немного времени для того, чтобы концентрация  перечисленных компонентов в водах озера сравнялась бы с концентрациями их в питающих водах. Так, содержание хлор-иона должно срав­няться через 500 лет, содержание сульфат-иона через 350 лет и т. д. Иными словами, нарушение баланса компонентов ион­ного состава воды Байкала не могло явиться результатом дли­тельного, в геологическом понимании этого слова, накопления их здесь. У нас нет никаких данных, свидетельствующих о ката­строфических климатических, геологических и иных физико-географических процессах, которые могли бы нарушить хими­ческий   баланс  озера   в   недалеком   прошлом.

Анализируя данные по ионному стоку отдельных притоков Байкала, исследователи пришли к выводу, что избыточное количество ионов поступает в озеро с бассейнов рек Селенги и Баргузина. Отсюда был сделан вывод: повышение химической денудации в бассейнах является результатом влияния хозяйст­венной деятельности человека, усилившейся в последние 150–200 лет (вырубка лесов, развитие земледелия и скотоводства и   проч.).

Прогрессирующее влияние этой деятельности в бассейне Байкала будет способствовать увеличению стока растворенных веществ в озеро во все возрастающих масштабах. При совре­менном ее размахе можно ожидать, что увеличение содержания, например, хлор-иона в 2 раза произойдет через 100 лет, а если антропогенное влияние еще повысится, то сроки могут значи­тельно сократиться. Возвращаясь к данным по химическому балансу Байкала, можно сделать такой вывод: сформировав­шийся за длительный период существования озера гидрохими­ческий облик оказался нарушенным. Нарушение вызвано уси­лением в бассейне хозяйственной деятельности. При ее дальней­шем прогрессирующем влиянии эти нарушения примут еще более   значительный   размер.

Многолетние исследования динамики, трансформации и ба­ланса органического вещества в водах Байкала, предпринятые Лимнологическим институтом в последние десятилетия (Вотинцев, Мещерякова, Поповская, 1975), позволяют более деталь­но   охарактеризовать   эти   вопросы.

В химическом балансе органического вещества главенствую­щую роль играет его автохтонное продуцирование фитопланк­тоном. В специальной главе настоящей книги это явление рас­сматривается более подробно. Здесь же уместно лишь указать, что первичная продукция байкальского фитопланктона состав­ляет 89% суммарного поступления органического вещества в озеро, аллохтонное вещество – всего около 6%- Соизмеримую с ним роль в балансе принимает поступление органического вещества в результате хозяйственной деятельности человека – 2,3% (табл. 13).

Баланс органического вещества показывает, что в среднем в Байкал в течение года его поступает за счет аллохтонных и автохтонных источников в 6 раз больше, нежели выносится из озера   с  водами  р.  Ангары.

Вся избыточная масса его не остается в толще вод озера. В течение первого же года деструкции подвергается до 75% всего поступившего за год органического вещества. Остаточное его количество проходит деструкцию за последующие 5– б лет. В донные отложения увлекается не свыше 2,8% от об­щей суммы. Следует указать, что до 50–60% органического вещества, поступающего в донные отложения, в первый же год также   подвергается   деструкции.

Деструкция органического вещества в Байкале представля­ет собой сложный процесс его трансформации. Мы не рассма­триваем данный вопрос в настоящей главе, так как он выхо­дит за рамки гидрохимии.

См. также статьи в "Электронной библиотеке"

Назад в раздел





СПРАВОЧНАЯ СЛУЖБА

Национальная библиотека Республики Бурятия





 









Copyright 2006, Национальная библиотека Республики Бурятия
Информационный портал - Байкал-Lake