Transformation of water chemical composition in arctic tundra creeks under water-rock interaction
Authors: Лебедева Л.С. , Шамов В.В. , Тарбеева А.М. , Павлова Н.А. 
Published: July 2024

Степень изученности процессов миграции воды и растворенных веществ в арктических и субарктических мерзлотных ландшафтах крайне низкая. В нашем исследовании на основе гидрохимических данных, полученных в ходе экспедиций в 2019 и 2020 годах, делаются выводы об источниках питания и механизмах формирования стока трех ручьев в арктической тундре в низовьях реки Лены. Исследованные природные воды контрастны по химическому составу. Максимальные концентрации химических веществ, вплоть до солоноватого типа вод, характерны для высачиваний подземных вод, состав которых формируется при длительном взаимодействии с материнскими породами. Наиболее пресные воды приурочены к органогенным горизонтам почвенного профиля. Воды в истоках ручьев ультрапресные, холодные и иногда показывают слабокислую реакцию, что говорит об их формировании в обедненном минеральными веществами органогенном почвенном горизонте сезонно-талого слоя по контакту с кровлей многолетнемерзлых пород. На участках активного врезания русла в коренные породы воды ручьев обогащаются минеральными соединениями. Ниже по течению происходит прогрев воды в русле и приток ультрапресной воды со склонов, сформированной в верхней грубогумусной части сезонно-талого слоя. Истоки и слабоминерализованные притоки ручьев формируются за счет вытаивания льда сезонно-талого слоя. Взаимодействие воды и горных пород определяет химический состав воды исследованных ручьев. Сведения о химическом составе природных вод позволяют делать выводы об источниках и путях движения воды на водосборах, что необходимо для разработки моделей и прогнозирования природных процессов.

The degree of knowledge about migration of water and dissolved substances in arctic and subarctic permafrost landscapes is extremely low. In our study the water sources and the mechanisms of streamflow formation of the small Arctic tundra rivers in the lower Lena River are described on the basis of hydrochemical data. Studied natural waters are contrasting in chemical composition. The maximum concentrations of chemicals, up to the brackish type of water, are characteristic of groundwater seeps, the composition of which is formed during long-term interaction with parent rocks. The freshest waters are confined to the organic layers of the soil profile. The sources of streams are ultra-fresh, cold and sometimes show a slightly acidic reaction, which indicates their formation in the organic part of the active layer at the contact with the permafrost top. Downstream where the channel is actively cut into the bedrock, the streams' waters are enriched with mineral compounds. Downstream, water warms up in the channel and ultra-fresh water flows from the slopes and dilute the stream water. The sources and low-mineralized tributaries of the small streams are formed due to the thawing of the ground ice in the active layer. The interaction of water and rocks determines the chemical composition of the water of the studied streams. Information about the chemical composition of natural waters allows drawing conclusions about the sources and water pathways in the watersheds, which is necessary for developing models and predicting natural processes.