Название проекта

Крупные озера Арктики в условиях глобальных и региональных изменений окружающей среды и климата

Ключевые слова

поверхностные воды Арктики, пресноводные экосистемы, гидробионты, гидрохимия, донные отложения, палеоэкологические реконструкции, голоцен, видовое разнообразие, цианопрокариоты, цветение вод, ихтиофауна, изменения климата, загрязнения, оценка качества вод

Аннотация проекта

Интенсивное развитие промышленности в Арктике в XX веке, разведка и освоение новых запасов полезных ископаемых в последние десятилетия, наряду с наблюдаемыми климатическими изменениями, привели к возрастающему воздействию на ключевые биологические, геохимические и физические процессы в пресноводных экосистемах Севера. Крупные арктические пресноводные экосистемы – ценный природный ресурс, являющийся наиболее чувствительным компонентом природной среды. В последние десятилетия масштабное ухудшение качества вод Арктической зоны РФ в результате промышленного загрязнения привело к дефициту пресной воды и ценных гидробиологических ресурсов. Негативные изменения могут затронуть важнейшие для региона отрасли экономики: здравоохранение, энергетику, коммерческое рыболовство, аквакультуру, туризм, вызвать социальную напряженность вследствие ухудшения качества жизни. Это делает актуальным разработку новых систем оценки состояния пресноводных экосистем и принципов управления водными ресурсами Арктики в изменяющихся условиях окружающей среды.
Проект направлен на масштабную комплексную оценку современного состояния и исторической динамики развития экосистемы озера Имандра – крупнейшего арктического водохранилища, выявление индикаторных параметров экологической устойчивости в условиях глобальных изменений климата и антропогенной трансформации окружающей среды, а также разработку интегральных показателей, характеризующих опасность загрязнения высокочувствительных арктических водоемов питьевого и рыбохозяйственного назначения.
Полученные результаты позволят оценить современное состояние водоема, степень его антропогенной трансформации, выявить особенности распределения загрязнителей (включая токсичные тяжелые металлы) в различных биотических и абиотических элементах экосистемы. Будет реконструирована история изменений палеогеографических обстановок на водосборе в позднем плейстоцене и голоцене с целью выявления диапазонов естественно-природной вариативности экосистемных показателей и качества арктических вод в историческом прошлом, а также выделены основные факторы, регулирующие эти процессы. Планируется разработать современную систему оценки качества вод арктической зоны, направленные на сохранение и восстановление их ресурсного потенциала.

Актуальность исследования

Крупные озера Арктической зоны, будучи важнейшим природным ресурсом, наряду с водохранилищами и озерно-речными системами относятся к важнейшим составляющим энергетики и промышленности, являются источником питьевой воды и продовольствия, выступают составной частью жизненной среды человека. В силу особой чувствительности природных систем Арктики, находящихся в условиях пограничных или критических параметров, когда даже незначительные колебания последних ведут к значимым изменениям природных комплексов, флоры, фауны, растительности, седиментационной обстановки, гидрологических и гидрохимических параметров водоемов и прилегающей суши и т.п., экосистемы крупных озер несут информацию, связанную не только с локальными и региональными палеоэкологическими особенностями, но и с усиленными сигналами глобальных событий. При этом они являются и наиболее уязвимыми компонентами природы Арктики, подверженными разного рода загрязнениям и трансформациям, интегрирующие все изменения, происходящие на территории их водосборов. В этом отношении озеро Имандра, относится к наиболее интересным модельным объектам. Его экосистема формировалась длительное время в течение по крайне мере последних 10 тысяч лет. На его водосборе расположены ряд промышленных предприятий, построена атомная электростанция на прямоточной системе охлаждения, проживает более 200 тыс. человек, по берегам водоема проходят автомобильная и железная дороги федерального назначения, сток зарегулирован. Более полувека оз. Имандра а также водоемы и водотоки его водосбора используются как источник технического и питьевого водоснабжения, в интересах рекреации и туризма, рыбного промысла. В 1930-1940 гг. здесь начались разработка и освоение месторождений полезных ископаемых, что привело к появлению комплекса негативных явлений и загрязнению водоема. Сложная морфология водоема обуславливает выраженную зональность различных видов воздействий, что позволяет проводить сравнительные исследования. Наряду с уязвимостью из-за своего географического положения в высоких широтах, экосистема озера Имандра имеет и существенную экологическую устойчивость благодаря длительной эволюции и крупным размерам водоема. В тоже время наметились тренды деградации водоема, снижения его ресурсного потенциала. 
Учитывая относительно короткий период исследований водоема, что характерно для большинства арктических водных систем, важнейшим направлением исследований являются палеолимнологические реконструкции, позволяющие проследить хронологию трансформации озера. Актуальность этих исследований связана и с недостаточной изученностью плейстоцен-голоценовых палеогеографических обстановок в бассейне озера Имандра, которые в целом определяли развитие и формирование его экосистемы в целом, и качества пресных вод, в частности. Мало изученными являются и гидробиологические ресурсы пресных вод арктических регионов. Происходит изменение скорости образования первичной продукции и нарушение циклов биогенных элементов в пресноводных экосистемах, эвтофикация вод. Механизмы этих процессов не до конца понятны и требуют детального изучения. Изменение скорости и направленности сукцессий арктических водоемов способствует продвижению на север организмов, характерных для более южных областей, приводит к инвазии новых видов гидробионтов, к вспышкам численности инвазивного типа аборигенных видов, радикальным перестройкам видовой структуры сообществ гидробионтов, включая снижения численности или полного исчезновения ценных промысловых видов. Кроме того, на качестве гидробиологических ресурсов отразилась природная и антропогенная трансформация окружающей среды и климата арктических регионов, смещение показателей арктической климатической системы в сторону потепления. В этом отношении особую актуальность приобретают проблемы накопления токсичных веществ в различных компонентах экосистем, в первую очередь тяжелых металлов, включая ртуть и свинец, являющихся глобальными загрязнителями пресных вод. Наметившиеся процессы деградации экосистемы озера, показывают неэффективность существующих подходов управления ресурсами поверхностных вод АЗРФ. Накапливаемая информация о состояние отдельных компонентов экосистемы малодоступна для принятия управленческих решений, существующие критерии качества не учитывают региональные особенности. Это требует разработки принципов экологических информационных систем, позволяющих проводить оценку состояния экосистемы водоема в целом и принимать научно-обоснованные управленческие решения. 
Таким образом, комплексная оценка современного состояния и динамики развития экосистемы озера Имандра, выявление индикаторных параметров ее экологической устойчивости в условиях глобальных изменений климата и антропогенной трансформации окружающей среды, разработка интегральных региональных показателей качества вод и критических нагрузок, интегрированные в единую экологическую информационную систему, как научной основы новых подходов управления ресурсами пресных вод Арктики, представляется весьма актуальной задачей исследования, решение которой будет способствовать сохранению и рациональному использованию их ресурсного потенциала.

Цель и задачи проекта

Цель проекта – комплексная оценка современного состояния и динамики развития экосистемы озера Имандра, выявление индикаторных параметров ее экологической устойчивости в условиях глобальных изменений климата и антропогенной трансформации окружающей среды, разработка интегральных показателей, характеризующих опасность загрязнения высокочувствительных арктических водоемов питьевого и рыбохозяйственного назначения, как научной основы формирования новых подходов управления ресурсами пресных вод Арктики.
Задачи:
1. Реконструкция и анализ плейстоцен-голоценовых изменений палеогеографических обстановок в бассейне озера Имандра, выявление этапов его развития и трансформации биотопа соответствующей экосистемы, а также оценка ее откликов на современные преобразования климатической системы Арктики; 
2. Анализ данных многолетних изменений параметров экосистемы (химический состав вод и донных отложений, видовой состав и структура сообществ водорослей, зоопланктона, бентоса и ихтиофауны) озера Имандра и разработка региональных критериев экологической оценки качества природных вод Арктической зоны в условиях меняющегося климата.
3. Изучение динамики биоразнообразия гидробионтов: инвентаризация видового состава инвазивных, условно инвазивных, интродуцированных видов гидробионтов, а также видов активно распространяющихся в пределах экосистем за счет процессов саморасселения; выявление потенциально токсичных водорослей и цианопрокариот, вызывающих «цветение» вод, как отклик на глобальные изменения климата.
4. Оценка уровней антропогенной нагрузки на озеро Имандра на основе анализа патологий рыб и накопления ртути и других тяжелых металлов в их организмах. Анализ изменений в структуре ихтиофауны водоема. Адаптация существующих систем оценки качества среды к меняющимся климатическим условиям.
5. Выявление роли региональных факторов формирования качества вод оз. Имандра (источники промышленного загрязнения) и процессов глобальных изменений окружающей среды в ускорении скорости сукцессий водоемов Арктики, определение закономерностей трансформирования рыбной части сообщества водоема и разработка научного подхода к восстановлению его рыбохозяйственного статуса.
6. Создание единой базы данных исследований, обеспечивающей целостное структурированное хранение накопленных данных исследований, реализацию механизмов целевого доступа к ним и формирование тематических карт на базе ГИС-технологий.
7. Районирование акватории озера на основе распределения приоритетных загрязняющих веществ (тяжелые металлы, кислотообразующие соединения, биогенные элементы и др.) в воде и донных отложениях и наиболее информативных геохимических и биологических показателей, разработка интегральных показателей загрязнения озера Имандра, оценка устойчивости и изменчивости экосистемы озера Имандра в условиях меняющегося климата и увеличения антропогенной нагрузки. Обобщение полученных результатов в монографии и серии экологических карт, созданных на базе ГИС-технологий.