СДЕЛАЕМ ОЗЕРА ЧИЩЕ

— Комплексным анализом донных отложений озер я начала заниматься сразу же после поступления на работу в Институт минералогии УрО РАН в 2007 году, в лабораторию под руководством Валерия Николаевича Удачина. В марте следующего года на озере Иткуль мы с Владимиром Владиславовичем Дерягиным из Челябинского педагогического университета взяли первую в моей жизни колонку донных отложений. Для этого мы использовали специальный прибор, представляющий собой, если упрощенно, герметично запирающуюся металлическую трубу, которая вдавливается в донные отложения. А затем с помощью специального поршня из нее извлекается собственно колонка донных отложений. Изначально мы хотели изучить геохимию и минералогию полученной колонки донных отложений и определить разновидности содержащейся в ней пыльцы, спор и диатомовых водорослей. Конечной целью этих исследований была реконструкция условий осадконакопления в голоцене и позднеледниковье. Концентрации токсичных элементов определялись тогда лишь для оценки степени техногенного воздействия на озера.

Позднее, в 2014–2017 годах, сотрудники лаборатории минералогии рудогенеза и лаборатории минералогии техногенеза и геоэкологии нашего института проводили совместные работы по масштабному проекту, поддержанному РНФ. Мы выясняли, как распределяются токсичные элементы при образовании и дальнейших изменениях колчеданных месторождений. В результате определили аномальные концентрации потенциально опасных элементов — урана, молибдена, селена, мышьяка, цинка, олова, меди, золота и серебра — в донных отложениях раннего и среднего голоцена, т.е. имеющих возраст около 2,5–11,5 тысяч лет. Тогда появилась цель установить не только антропогенные, но и естественные факторы, влияющие на аккумуляцию токсичных элементов в озерах. Мы также отметили существенные изменения видового состава диатомовых водорослей в донных отложениях, накопленных под влиянием выбросов Карабашского медеплавильного комбината. Отсюда возникла идея использовать разнообразие диатомовых водорослей как показатель для оценки степени техногенного воздействия на экосистемы озер Урала.

Специфика нынешнего проекта состоит в мультидисциплинарности, комплексности и использовании разнообразных подходов при изучении факторов аккумуляции и влияния на озерные экосистемы токсичных элементов. Мы опираемся не только на данные исследований вод и поверхностных отложений почти сотни озер Южного и Среднего Урала, но и реконструируем условия аномального концентрирования потенциально опасных элементов в донных отложениях, накопленных несколько тысяч лет назад.

— Несомненно, у каждого элемента свои особенности воздействия на различные группы организмов. Это тема для обширных биохимических исследований. Мы изучаем воздействие токсичных элементов на озерные экосистемы с помощью определенной группы организмов — диатомей. Эти водоросли считаются чувствительными индикаторами процессов, связанных с горнопромышленным техногенезом, в том числе и с загрязнением озерных экосистем тяжелыми металлами.

Сейчас проводятся молекулярно-генетические исследования, позволяющие понять, на какие процессы воздействуют токсичные элементы. Например, недавно ученые из Франции и Канады установили, что кадмий влияет на экспрессию генов, ответственных за митохондриальный метаболизм, фотосинтез и обмен кремния у достаточно распространенной пеннатной диатомовой водоросли. Многочисленными исследованиями доказана трансформация состава диатомовых сообществ и различные морфологические изменения отдельных видов диатомей в ответ на повышение концентраций тяжелых металлов в воде. Поэтому мы и выбрали эту группу для оценки влияния токсичных элементов на озера.

Особенность нашей работы в том, что мы изучаем влияние токсичных элементов не только на озерные экосистемы с околонейтральным рН (показателем кислотности) вод, но и на соленые озера с высоким рН. Это позволит получить индексы для оценки воздействия на водоемы.

— На накопление влияют непосредственно физико-химические параметры воды, например, концентрации растворенного органического вещества, рН, щелочность, минерализация. Кроме того, очень важную косвенную роль играют процессы, происходящие на водосборе, — например, колебания климата, вызывающие изменения процессов выветривания горных пород и влияющие на состояние озер. Воздействие этих факторов можно оценить только по базе данных водоемов, содержащей сведения о современных донных отложениях и воде. Поэтому мы проводим исследования не только в пространстве, но и во времени, реконструируя условия аномальной аккумуляции токсичных элементов в донных отложениях, накопленных тысячи лет назад.

— Основной антропогенный фактор — горнопромышленный техногенез. Особенно большой «вклад» на Южном и Среднем Урале вносят медеплавильные заводы. Их производственная активность приводит не только к повышению содержания в озерных экосистемах токсичных элементов техногенной ассоциации — меди, цинка, свинца, кадмия, мышьяка, селена, молибдена, сурьмы и таллия, — но и к так называемой ацидификации, понижению показателя кислотности озерных вод. Особенно интенсивно этот процесс идет в озерах с низкой буферной емкостью, т.е. обладающих слабой способностью противостоять увеличению уровня кислотности вод. Ацидификация озерных вод приводит к их вторичному загрязнению тяжелыми металлами, уже накопленными в донных отложениях.

— В Институте минералогии УрО РАН созданы прекрасные условия для мультидисциплинарных исследований. В нашей работе мы применяем классические геохимические и палеолимнологические методы. Геохимическая часть работы включает высокоточный анализ содержания токсичных элементов в воде и донных отложениях с помощью масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС) и лазерной абляцией (ЛА-ИСП-МС), термодинамическое моделирование и определение форм нахождения элементов с помощью последовательных экстракций, а также изучение минералогии донных отложений. Основной палеолимнологический метод — уже упомянутый мной диатомовый анализ. С его помощью выполняются количественные реконструкции и будут получены индексы для оценки влияния токсичных элементов на озера с различными параметрами. Также для понимания процессов, происходящих на водосборах озер тысячи лет назад, мы используем палинологический анализ, который предполагает изучение полученных из отложений пыльцы и спор, а также некоторых других микроскопических остатков растительного и животного происхождения.