Изучение современных донных отложений озер Заонежского полуострова

Белкина Н.А., Кулик Н.В. Изучение современных донных отложений озер Заонежского полуострова // Общество. Среда. Развитие. – 2019, № 4. – С. 84–90.

Общество. Среда. Развитие ¹ 4’2019

Заонежский полуостров, расположенный на северо-западном берегу Онежского озера (второго по величине в Европе) представляет собой уникальный природно-территориальный комплекс, имеющий большое историко-культурное значение. Здесь располагается всемирно-известный музей-заповедник «Кижи». Природа За-онежья – удивительное по красоте и уникальное по своему разнообразию, экологическим условиям, истории формирования творение Природы. Аналогов ему нет, не только в Карелии, но и во всей Европе. Поэтому сохранение ландшафта Заонежского полуострова, неотъемлемой частью которого являются озера – есть важная задача.

Полуостров лежит в области восточной окраины Балтийского кристаллического щита. Дочетвертичные образования представлены карбонатными породами протерозойского возраста, разнообразными сланцами, включая шунгитовые образования. Верхняя морена, имеющая почти повсеместное распространение, состоит из песчаной фракции (около 60%) и равного содержания илисто-пылеватой и гравийногалечной фракции (10–15%). В геоморфологическом отношении полуостров делится на восточную и западную части. Западное Заонежье, район наибольших высот представляет собой по преимуществу область сильно денудированных лакколитообразных диабазовых кряжей, рассеченных сбросами. Почвообразующие породы представлены элювием коренных пород. Почвы подзолистые на грубоскелетных и валунных наносах, подстилаемых коренными породами. Восточное Заонежье значительно разнообразнее по своему строению. Здесь преобладают формы ледниковой аккумуляции, чередующиеся с озерно-ледниковыми равнинами. Среди основных элементов рельефа можно выделить каменные сельги, сельги с каменным ядром друмлинного типа, гряды. Почвообразующие породы представлены элювием коренных пород, закрепленные растительным покровом, моренными наносами, водно-ледниковыми,

* Исследование выполнено в рамках государственного задания ИВПС КарНЦ РАН при поддержке гранта РФФИ 18-45-100002_р.

озерно-ледниковыми, послеледниковыми, древнеозерными, аллювиальными отложениями и торфяными залежами [4].

Различное сочетание геологических, ландшафтных и физико-химических обстановок определяет уникальность и неповторимость озер Заонежья. В результате, на небольшой по площади территории Заонежского полуострова, встречаются водоемы с элементами всех типов озерного накопления (аккумуляторы насосов, концентраторы минеральных веществ и накопители органического вещества) [2].

Котловины озер Заонежского полуострова вытянуты согласно с направлением основных разломов – с северо-запада на юго-восток. Характерным примером озер, заполнивших тектонические трещины, является озеро Ладмозеро (западное За-онежье). Озером с котловиной тектонического происхождения, преобразованной ледником (тектонико-ледниковые) является оз. Падмозеро (восточное Заонежье). На заболоченной равнине в южной части полуострова располагается котловина ледникового генезиса оз. Яндомозеро. Озерность района сравнительно небольшая – 8%. Гидрографическая сеть (модуль стока 10 л/сек с 1 км2), представленная небольшими по длине и объему водотоками, развита по всей территории полуострова довольно равномерно. По величине общего падения реки можно отнести к равнинным [11].

Донные отложения образуются из оседающих на дно разнообразных твердых частиц. Их накопление отражает всю совокупность процессов, протекающих как в водоеме, так и на его водосборной площади. В состав взвесей, поступающих в донные отложения, входят вещества разного генезиса. Минеральные частицы, привнесенные с поверхностным стоком и в результате абразии берегов, составляют обломочный материал осадков. Органическая часть донных отложений состоит из живых организмы и детрита (мертвого органического вещества). Хемогенные частицы представляют собой вещества, осажденные из воды в результате химических процессов. Процесс седименто-генеза включает четыре основные стадии: выветривание, перемещение, осаждение частиц и диагенез осадка и зависит от множества факторов, связанных с климатическими, геологическими, геоморфологическими условиями территории и особенностями самого водоема.

Частицы, попавшие в воду озера, подвергаются сложному совокупному воздействию физических, химических и биологических процессов, действие которых продолжается и после осаждения наносов на дно в течение длительного времени. Поэтому состав и свойства донных отложений существенно отличаются от первоначальных свойств частиц. Это различие тем больше, чем крупнее водоем. Сложнейшие физико-химические и биохимические процессы, развивающиеся в донных отложениях, (диагенез) приводят к резкому изменению общих физико-химических условий в самом осадке, минералогическом его составе или структуре. Важную роль в процессе раннего диагенеза играют бентосные организмы, главным образом многочисленные микроорганизмы [3].

Целью исследования является изучение современных донных отложений озер Заонежского полуострова различного генезиса.

Объекты и методы исследования

Объектами исследования являются три озера: Яндомозеро (62°15′; 35°11′), Лад-мозеро (62°30′; 34°42′) и Падмозеро (62°29′; 35°10′), расположенные на Заонежском полуострове, отличающиеся ландшафтными характеристиками водосборной территории, генезисом и формой озерных котловин, гидрологическим режимом, химическим составом вод и уровнем трофии (рис. 1). Гидрологические и гидрохимические характеристики исследованных озер представлены в таблицах 1-2. Химический состав донных отложений изучался в 2000–2007 гг. в рамках программы мониторинга водных объектов Карелии и НИР Госзадания ИВПС КарНЦ РАН (2014– 2016), средние характеристики иловых отложений приведены в таблицах 4–6.

Отбор проб донных отложений производился гравитационной трубкой собственной конструкции (модифицированный вариант стратометра Алексона) [13].

Гранулометрический состав определялся в соответствии с ГОСТ 12536-214 [6]. Химический состав донных отложений

Таблица 1 гидрологические характеристики озер Заонежья [8]

Озеро	Пло щадь зеркала, км2	глубина, м		Объем водной массы, км3	Площадь водосборного бассейна, км2	Период условного водообмена, год
		средняя	наи-боль шая
Яндомозеро	30,1	4,3	6,0	0,13	70	3,76
Ладмозеро	24,0	15,8	52,0	0,38	120	11,00
Падмозеро	10,0	4,0	14,9	0,04	78	1,32

Среда обитания

Общество. Среда. Развитие ¹ 4’2019

Рис. 1. Географическое положение объектов изучения (озер Яндомозеро, Падмозеро и Ладмозеро) на Заонежском полуострове [9, с. 92]

оценивался по следующим показателям: физические и физико-химические характеристики донных отложений (влажность, пористость, удельная масса, толщина окисленного слоя, рН, Eh); химический состав: органическое вещество (потери при прокаливании (ППП), Сорг, суточное потребление кислорода (ПК), растительные пигменты), биогенные элементы: азот органический (Nорг), аммонийный (N–NH4+), фосфор (Pобщ, Pлаб), минеральная часть

(зольность и металлы). Из загрязняющих веществ определяли содержание нефтепродуктов и тяжелых металлов [1; 10; 12].

Результаты и обсуждение

Основными факторами, определяющими формирование донных отложений озер Заонежского полуострова, являются географическое положение, литологическая основа покровных пород, морфометрические характеристики котловин, гидрологичес-

Таблица 2

характеристики химического состава озер Заонежья: класс гумусности (Humus), pH, минерализация (Σu), ионный состав, трофический статус (Trophy) [7]

Озеро	Humus	pH	Σu		ионный состав, %-экв.	Trophy
			мг/л	ммоль/л
Падмозеро	мезо-	8,00	150,8	1,99	HCOг3 - 82SO24 - 8Ao - p 7Cl - 3 Ca2+ 58Mg2+ 34 Na+ 6 K+ 2	мезо-
Ладмозеро	олиго-	7,54	46,3	0,66	HCOг3 - 71SO24 - 14 Ao - p 9Cl - 6 Ca2+59Mg2+28Na+11K+3	олиго-
Яндомозеро	мезо-	7,55	42,2	0,62	HCOг3 - 64SO24 - 17 Ao - p 12 Cl - 17 Ca2+ 45 Mg2+ 38 Na+ 14 K+ 3	эвтр.

кий режим, а также разный трофический статус озер.

Оз. Ладмозеро, расположенное в западной части Заонежского полуострова и обладающее котловиной провально-тектонического типа, где узкие щели и ямы чередуются с участками спокойного подводного рельефа, отличается наибольшей пестротой в распределении донных отложений по сравнению с тектониколедниковой котловиной оз. Падмозера и ледниковой котловиной оз. Яндомозе-ра, расположенными в восточной части полуострова. Преобладающим типом осадков всех трех озер являются илы (рис. 2, табл. 3, 5) [8]. Зона их залегания определяется глубиной озера, крутизной склонов и динамикой вод. Обычно плотные илы серого цвета характерны для водоемов с малыми скоростями осадконакопления, таких как Ладмозеро. По структуре от них отличаются светло-коричневые рыхлые органические илы оз. Яндомозеро. В илах оз.

Падмозеро отмечены включения графитовой материнской породы черного цвета.

Гранулометрический состав илов, залегающих в зоне аккумуляции (на максимальной глубине), представлен в таблице 5. Гистограммы имеют одновершинный характер с доминированием алевритовой фракции, доля которой для осадков оз. Падмозера (83%) очень высока. Максималь-

Таблица 3

донные отложения озер Заонежья [5]

Озеро	Пло щадь	Песок и гравий		ил с песком		ил		ил с рудой		Гли-нис-тый ил
	км2	км2	%	км2	%	км2	%	км2	%	км2	%
Яндомозеро	31,7	7,0	20	0.3	1	22,6	73	–	–	1,8	6
Падмозеро	11,6	0,4	5	–	–	2,4	21	–	–	8,8	74
Ладмозеро	24,8	6,5	27	0.5	2	7,6	31	6,1	24	4,1	16

Таблица 4

Описание колонок донных отложений (2005)

Озеро	Описание донных отложений
Яндомозеро	0–28 см темно-коричневый ил, далее серый глинистый ил
Падмозеро	0–0,4 см коричневый наилок, далее чередование слоев темно-серого, почти черного и светлого розово-охристого цветов толщиной от 2,5 см до долей мм по мере уплотнения осадка. По всей длине колонки наблюдали пузыри газа, максимальное количество в слое 4–15 см.
Ладмозеро	0–2 см коричневый ил; 2–12 см серо-коричневый ил; 12–30 см серый глинистый ил

Таблица 5 гранулометрический состав донных отложений, % (2005)

Озеро	глубина залега ния, м	Песок	алеврит крупный	алеврит мелкий	Пе лит	Sono траску
Яндомозеро	4,5	27	42	17	14	5,2
Падмозеро	15,0	1	51	32	16	1,8
Ладмозеро	36,0	17	40	22	22	2,0

ное содержание песчаной фракции (27%) в составе осадка обнаружено в оз. Яндомо-зеро, что логично объясняется высокой вероятностью взмучивания и переноса донных отложений от берегов в результате ветрового перемешивания в условиях небольшой глубины и открытой формы котловины водоема. В донных отложениях оз. Падмозеро песчаная фракция практичес-

Среда обитания

Общество. Среда. Развитие ¹ 4’2019

Рис. 2. Распределение донных отложений в озерах: А – Падмозеро, Б – Ладмозеро и С – Яндомозеро.

ки отсутствует, что, по-видимому, связано с активным зарастанием литорали тростником, препятствующим взмучиванию и переносу отложений. Отсортированность донных отложений озер Падмозера и Лад-мозера – средняя, коэффициент отсорти-рованности для оз. Яндомозера высокий (5,2), что соответствует плохо отсортированному осадку [2].

Особенностью химического состава иловых донных отложений озера Ладмозе-ро является относительно высокое содержание железа (5,1%). По данным Полякова Ю.К. рудные образования занимают около трети площади дна [11]. Накопления на склонах пелагиальных впадин характерно для водоемов Карелии с глубоко врезанными котловинами. Процесс седиментации происходит в окислительной обстановке (Еh = 347 рН = 5,77) . Малые значения потребления кислорода илом (1,22 мгО2 / 100 мг ила в сутки) свидетельствуют об активных процессах минерализации органических веществ в водной толще в результате чего в донных отложениях в основном накапливается негидролизуемое стойкое аллохтонное ОВ (атомное соотношение С:N=20), источником которого являются гумусные воды реки Муна. Содержание в донных отложениях органических веществ – низкое (Со г = 5%), биогенных элементов – невысо-кооерг(Nорг= 0,5% , Робщ = 0,12%) (табл. 6).

Иловые отложения оз. Падмозеро занимают 87% общей площади дна. Береговые наносы – песчаные. Слоистая структура иловой колонки, отобранной с глубины 15 м в центре озера (табл. 4) вероятно соответствует высокой скорости седиментации и развитию сезонного (зимнего) дефицита кислорода. Содержания органического вещества, азота и фосфора сравнительно невелики (ППП = 13,9%, С_орг. = 7,1% , ПК = 3,2 мгО₂ / 100 мг ила в сутки^. , N_общ = 0,80%, Р_общ = 0,13). Концентрация хлорофилла а (0,5 мг/г) высокая. Величина атомного соотношения С:N = 10,3 указывает на автохтонный характер органического вещества. Содержание токсических веществ мало (НУ 0,007%), концентрации тяжелых металлов не превышают их содержания в коренных породах (табл. 6). Светло-розовые тона донных отложений оз. Падмозера, отличающие их от других озер Заонежья, по-видимому, сформированы обломочными продуктами выветривания карбонатных пород, распространенных на водосборе озера, поскольку физико-химические условия вод (pH = 8, HCO₃ = 89 мг/л, CO₂ – от 0,8 до 20 мг/л) не предполагают образование хемогенных карбонатов кальция и железа в озере.

Таблица 6 химический состав иловых донных отложений (слой 0–5 см), % (2000–2016 гг.)					89
Показатель	единицы измерения	Ян-дом-озеро	Падм-озеро	ладм-озеро
Eh	мВ	257	269	347
pH		5,96	6,67	5,77
Порист.		0,96	0,84	0,94
Удельная масса	г/см3	1,2055	1,1655	1,0903
Плотность	г/мл	1,0322	1,1058	1,0475
Естественная влажность	%	95,17	82,96	93,60
ППП		27,29	13,91	15,46
С орг		14,40	7,10	8,50
Нефтяные углеводороды		0,006	0,007	0,004
N–NH4+		0,101	0,057	0,05
N орг		1,16	0,80	0,50
P лаб		0,06	0,10	0,12
P общ		0,12	0,13	0,18
Fe		3,38	3,17	5,10
Mn		0,20	0,38	0,28
Зольность		62,4	81,7	77,5
C:N		12	10	20
ПК	мгО2/г	6,3	3,2	1,2
Chla	мкг/г	226	506	76
Cd		0,61	0,20	0,28
Ni		44	31	25
Pb		29	12	46
Co		15	14	12
Zn		127	75	104
Cu		64	38	38

Яндомозеро является хорошо прогреваемым и перемешиваемым водоемом, что способствует интенсивной минерализации органических веществ в водной толще и в поверхностном слое донных отложений, подверженных взмучиванию, что в свою очередь увеличивает скорость «рециклинга» биогенных элементов в озерной экосистеме и определяет высокую среднегодовую продуктивность водоема 88 г С/м² по сравнению с Ладмозером и Падмозером (21 и 50 г С/м², соответственно по данным [7]). Илы озера (занимающие 75% площади дна) содержат сравнительно большие концентрации органического вещества (ППП = 27%, С_орг. = 14%, ПК = 6,3 мгО₂/100мг ила в сутки, Chl a = 0,23 мг/г). Содержание азота (N_общ = 1,2%) – высокое. Концентрации Fe (3,4%) – ниже, а Мn (0,2%) – выше кларковых значений. Нефтяные углеводороды,

Среда обитания

как и в других озерах обнаружены в малом количестве 0,006%.

Таким образом, в химическом составе донных отложений всех трех озер преобладают минеральные частицы. Количес- твенные и качественные характеристики органического вещества исследованных озер различны, что свидетельствует о разных источниках его поступления. Так, для оз. Ладмозеро – это болотный гумус, для оз. Яндомозеро – высшая водная растительность и фитопланктон, а для оз. Падмозеро наблюдается сезонная зависимость (в течение лета – это продукция фитопланктона, по окончании вегетационного периода – высшая водная растительность, в осенний и весенний периоды – болотный гумус). Генезисом органического вещества определяется и скорость его деградации. Логичным кажется то, что наибольшее значение суточного потребления кислорода илами зафиксировано для оз. Яндомозера – 6,3 мгО2/г (3,2 – Падмозеро, 1,2 – Ладмозеро).

Заключение

Геологическое прошлое обусловило разнообразие форм озерных котловин, гидрологических, химических и биологических режимов водоемов, и как следствие различия седиментационных обстановок в водных объектах Заонежского полуострова. Уникальность каждого водоема обусловливает разнообразие встречающихся осадков. По характеру седиментационных процес-