Режимы осадконакопления в озерах Серебры и Сырыткуль (Южный Урал

Вестник Челябинского государственного университета. 2011. № 5 (220). Экология. Природопользование. Вып. 5. С. 24-30.

В. В. Дерягин, А. В. Масленникова, А. В. Дерягин

РЕЖИМЫ ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ В ОЗЕРАХ СЕРЕБРЫ И СЫРЫТКУЛЬ

На основании изучения донных отложений с ненарушенной стратификацией двух озер Южного Урала выявлено пять режимов осадконакопления, типичных для известного периода развития озер.

Ключевые слова: донные осадки озер, стратификация отложений, режим осадконакопления, голоцен, Южный Урал.

Интерес к изучению донных осадков озер обусловлен не только тем, что илы являются ценным природным ресурсом. Известна роль озерных отложений как индикатора степени воздействия процессов техногенеза на окружающую среду [1], а также как летописи природных событий на водосборе и в водной массе [2]. Для выявления эволюционных этапов развития озера большое значение имеет морфологическая структура его донных отложений, которую обычно при отборе стратифицированной колонки можно оценить визуально. И эта оценка позволяет сделать вывод о значительной изменчивости режима осадконакопления в озерах, который отражает климатогидрологические и ландшафтные изменения на водосборах данных озер.

Современное общество только начинает привыкать к мысли о значительной изменчивости как природы в целом, так и отдельных ее компонентов, которые привычно считаются очень стабильными, практически неизменными. К мало изменяющимся (или изменяющимся в малых пределах) объектам часто относят озера, что не соответствует действительности. Впечатление о стабильности водоемов и отсутствии эволюции природной обстановки возникло в связи с тем, что циклы колебаний водности озер обычно превышают время хозяйствования одного поколения [3]. Знание общих закономерностей эволюции озер необходимо для прогнозирования их существования в условиях усиливающейся антропогенной нагрузки и организации рационального природопользования на прогнозной основе. Поэтому диагностирование смены природной обстановки на озерных водосборах Южного Урала через анализ структуры донных отложений озер является не только теоретической, но и практически значимой актуальной проблемой.

Цель данной работы — выявление динамики процессов осадконакопления в двух озерах

Южного Урала за установленный период их развития.

Исходные материалы и методы исследования. Представленные результаты и выводы опираются на описания отобранных поршневой трубкой стратифицированных колонок осадков двух озер восточного склона Южного Урала.

Выбор методов исследования основывался на положении о том, что общие закономерности озерного осадконакопления отражают закономерности развития и водной массы, и водосборных ландшафтов. Водная масса озера является коллектором поступающих веществ и одновременно — смесителем, результатом почти полного перемешивания в котором становится донный осадок. В формирующемся осадке отражаются все процессы на водосборе: геологогеоморфологические, климато-гидрологические, геохимические, биологические, антропогенные. Фактически все эти процессы отражают изменения соотношения тепла и влаги на водосборной территории в данных (также меняющихся) геолого-геоморфологических условиях.

Отбор проб донных отложений осуществлялся с использованием гидрологического оборудования широко известных конструкций, позволяющего получать образцы с ненарушенной стратификацией. Для получения колонок (кернов) донных отложений применялась поршневая трубка Ливингстона в модификации Д. А. Субетто. Данная конструкция обеспечивает отбор иловой колонки с ненарушенной стратификацией мощностью в 9,5 м на глубине озера до 10 м (общая длина рабочей колонны около 20 м). Для отбора стратифицированных проб неконсолидированных поверхностных донных осадков применялись коробчатые дночерпатели (в частности, Экмана — Берджи) или цилиндрические гравитационного типа с нижней отсекающей диафрагмой. Отбор проб из них производился после откачки верхнего слоя воды, послойно, широкой

плоской ложкой, при постоянном контроле мощности отбираемого слоя.

Разработанная нами методика использования данного оборудования позволяет отбирать пробу практически любого объема и веса с заданного горизонта с точностью ±0,5 см в пределах 19 м от поверхности воды.

Результаты исследований и их интерпретация. Результаты исследований стратификации донных отложений изученных нами 40 озер Среднего, Южного Урала и Зауралья не укладываются в семь типов озерного осадконакопления, которые выделил В. Н. Сукачев [4]. Особенно ярко различия видны на примере рядом расположенных озер Карабашской группы Серебры и Сырыткуль.

Оба озера находятся в окрестностях г. Кара-баша (рис. 1), известного своим медеплавильным производством и высочайшей степенью техногенного загрязнения. По лимнологическому районированию [3] эти озера расположены в Восточно-Предгорном гидрологическом районе, в северной части восточного склона Южного Урала. Оба озера пресные, проточные, входят в озерные системы, подпружены в начале-середине прошлого века и, на первый взгляд, должны иметь схожую историю развития и сходные донные отложения. Однако их изучение дает пример разнообразия режимов осад-конакопления и природной обстановки в послеледниковое время на Южном Урале.

Озеро Серебры около 100 лет используется для водоснабжения. Его естественные размеры не превышали 0,5 км2 при объеме не более

5 млн м3. В начале прошлого века на нем построили первую плотину, которую после прорыва в 1954 г. перенесли и надстроили на 3,5 м. Сейчас, при абсолютной высоте зеркала озера 374 м над уровнем моря, его площадь 1,12 км2, объем 5,75 млн м3, максимальная глубина 8,5 м при средней 5,12 м (рис. 2). Прозрачность по диску Секки 2,4 м летом и до б м зимой, минерализация менее 100 мг/л. Современный коэффициент водообмена 0,45 [б].

Озеро лежит в южнотаежной части горнолесной зоны Уральской горной страны, в провинции восточных предгорий подзоны сосноволиственничных густотравных лесов с примесью ели и пихты [7]. Но окружено оно мертвопокровным березовым криволесьем техногенного происхождения, которое сменяется на удалении от берега в 2-3 км южной сосново-березовой тай-

гой с примесью липы, елей, пихт и лиственницы [8]. В середине прошлого века к естественной водосборной площади путем перехвата стока р. Громотуха и оз. Б. Арашкуль (бывший бассейн р. Уфа) присоединили около 4 км3, в результате чего площадь водосбора увеличилась до 11,1 км2.

Весной со льда в центральной части озера Серебры с глубины 7,1 м поршневой трубкой отобрана колонка донных отложений мощностью 448 см в точке с координатами N55° 30.720; E60° 11.794 (по навигатору GPS MAP 60 CSx). В дополнение к ней были опробованы несколько точек по акватории озера, которые дали сходную картину. Возраст озера был определен В. И. Хомутовой в 12,5 тыс. лет [9].

Литологическое описание изученной колонки донных отложений озера Серебры представлено в табл. 1.

Таблица 1

Литостратиграфия донных отложений озера Серебры

Глубина, м Описание выделенного слоя

0,00-0,12 0,12-0,37 0,37-1,б9 1,б9-2,25 2,25-3,б7 3,б8-4,34 4,34-4,42 4,42-4,48 Неконсолидированный черный пели-товый органогенный ил с блестками слюды, текучей консистенции Черный полужидкий слабоконсоли-дированный пелитовый ил Буро-оливковый консолидированный ил пелитовой размерности с блестками слюды, к нижней границе слоя на срезе появляется зеленоватый оттенок Буро-оливковый зеленоватый консолидированный ил алеврит-пелитовой размерности Темный буро-оливковый (к нижней границе слоя почти черный) консолидированный ил с зеленоватым оттенком на срезе Темный буро-оливковый (почти черный) консолидированный ил Очень плотный опесчаненный черный ил Песок кварцевый слюдистый

Озеро Сырыткуль лежит на северо-западной окраине Ильменского государственного заповедника в межгорной впадине Ильменского хребта, в бассейне р. Миасс (рис. 1). Координаты центра озера N55° 19.871; Е 60° 15.190 по навигатору.

Сырыткуль является третьим в каскаде данной системы озер. Естественные размеры этого озера до постройки плотины не превышали 0,5 км2 при объеме в 1 млн м3. Плотина увеличила площадь зеркала до 0,6 км2. Современный уровень уреза

Рис. 1. Расположение озер Серебры и Сырыткуль относительно г. Карабаша. Фрагмент карты [З]

Рис. 2. Батиметрическая схема озера Серебры и точка отбора донных отложений

вод 307 м над уровнем моря, объем 2,18 млн м3, максимальная глубина 6,5 м при средней 3,66 м. Коэффициент емкости 0,57, что говорит о котловине параболического типа, характерной для тектонических озер. Коэффициент открытости 0,16 (низкий), что способствует небольшому ветровому перемешиванию водной массы. Прозрачность по диску Секки в середине лета 1,6 м (2010 г.), минерализация около 100 мг/л. Площадь водосбора, с которой вода стекает непосредственно в это озеро,— 2,86 км2. Его водосбор покрыт южнотаежными смешанными лесами, где преобладают сосна и береза, встречаются

ель, пихта и липа. На месте вырубок преобладают березовые леса с примесью осины и сосновым подростом.

Летом 2010 г. на акватории озера Сырыткуль по транссекте отобрано пять колонок донных отложений с ненарушенной стратификацией (рис. 3). Отбор колонок донных отложений осуществлялся с платформы катамарана, устанавливаемого на шести якорях. В данной работе приведено краткое литологическое описание одной из колонок (табл. 2). Она отобрана в точке с координатами по навигатору N55° 19.712; Еб0° 15.175. Глубина воды в точке отбора 5,7 м.

Рис. 3. Батиметрическая схема озера Сырыткуль и точки отбора колонок стратифицированных донных отложений

Таблица 2

Литостратиграфия донных отложений озера Сырыткуль, колонка № 3

Глубина, м Описание выделенного слоя № слоя на рис. 4

0,00-0,14 Неконсолидированный черный органогенный ил жидкой консистенции 1

0,14-1,70 Темный, с оливково-бурым оттенком, однородный ил консистенции мягкого творога с множеством карбонатных белых «точек» в верхней части, глубже переходящих в «присыпку» 2

1,70-2,27 Красновато-темно-коричневый плотный ил с черной полосчатостью типа годичной (от 1 до 0,2 мм мощностью) разной степени выраженности, много мелкой ра-куши, встречаются обломки катушек и прудовиков до 1,5 см по длине скорлуп 3

2,27-2,61 Ил карбонатный, бежевый («кофе с молоком»), к низу слоя буровато-коричневый; выраженные темные слойки от 0,2 до 7 мм, много разной ракуши 4

2,61-2,89 Буровато-темно-коричневый карбонатный ил с редкой мелкой ракушью и редкими светлыми (бежевыми, в середине — оранжево-бежевыми) прослойками 2-6 мм

2,89-2,94 Ил песочно-серый (цвета халвы) с выраженной коричневой слоистостью от 2 до 6 мм 5

2,94-3,48 Темно-бежевый ил с коричневыми, темно-коричневыми и песочно-серыми прослойками от 2 до 16 мм с мелкой редкой ракушью и остатками осоки (?) на 322 см

3,48-3,54 Красно-коричневый (темно-розовый) ил с множеством темно-коричневых и темнобурых слойков 6

3,54-3,61 Коричневато-бурый ил с неясной слоистостью 7

3,61-4,21 Чередование темно- и светло-бежевого ила с коричневыми слойками от 2 до 8 мм

4,21-4,24 Коричневато-розовый ил без ракуши

4,24-4,25 Буровато-коричневый ил без ракуши. Граница с предыдущим очень резкая 8

4,25-4,87 Темный красновато-коричневый (темнее коричневато-розового) ил с чередованием темных (разной интенсивности) буровато-коричневых слоев до 16 мм мощностью

4,87-5,17 Сизая глина, в верхнем слое с примесью коричневого ила и редкими растительными остатками (не идентифицируются) 10

Для составления схемы литостратиграфии ту и структурным особенностям в 10 слоев-

осадков озера Сырыткуль в описании всех ко- подразделений, номера которых в табл. 2 соот-

лонок выделенные слои объединены по цве- ветствуют номерам слоев на рис. 4.

н О

1

2

3

4

5

6 7 3 9

10 11 12

Рис. 4. Схема стратификации донных отложений озера Сырыткуль.

Цифры в кружках — номера колонок (скважин). Цифры 1-10 условных обозначений соответствуют нумерации обобщенных слоев в табл. 2; № 9 — темный плотный торф красновато-коричневого цвета

Выводы. В структуре донных отложений озера Сырыткуль необходимо отметить особенности, характерные для некоторых исследованных озер Южного Урала [9-10]. Во-первых, по акватории озера имели место различные режимы осадконакопления: торфяно-болотный в южной и озерно-сапропелевый на большей ее части. Во-вторых, стадия пересыхания озера и образования торфяного горизонта в центральной части отсутствует (не обнаружена) в течение всего периода осадконакопления, что позволяет предполагать постоянную проточность (как минимум — обводнение чаши озера). В-третьих, выделяется центральная область осадконакоп-ления, для которой характерен свой, «индивидуальный», режим на начальных стадиях развития озера, не повторившийся позднее в ходе его эволюции.

Главное отличие осадков озера Сырыткуль от озера Серебры — наличие мощного слоя карбонатонакопления на ранних стадиях развития водоема. Карбонатные отложения имеются также, например, в озере Увильды и его спут никах [9].

Рассматривая режимы осадконакопления озер Серебры и Сырыткуль, можно отметить два различных режима осадконакопления для первого и три — для второго. По нашему мнению, это два типичных вида стратификации донных отложений озер Южного Урала.

Обобщая стратификацию осадков этих озер и сопоставляя данные по другим 40 исследованным озерам, можно выделить сверху вниз: пачку сапропелевых желеобразных оливковых илов, составляющую от 17 до 77 % мощности озерных отложений; пачку карбонатных полосчатых са-пропелей (8-25 % мощности отложений) этапа минерализации водоемов; маломощный слой торфяных отложений различного состава (610 % мощности отложений), свидетельствующих

об усыхании водоемов; пачку песков и/или глин, отлагавшихся в холодных и сухих условиях по-слеледниковья.

Заключение. Изучение морфологической структуры донных отложений двух рядом расположенных озер Южного Урала позволяет сделать следующие выводы.

1. Учитывая значительное разнообразие природных условий Южного Урала и относительно небольшое количество исследованных озер, можно утверждать, что степень изученности режимов озерного осадконакопления этого регио-

на исключительно мала как в современном, так и в палеогеографическом аспекте.

2. В большинстве исследованных озер от позд-неледниковья (около 12-13 тыс. лет назад [10-11]) до современности последовательно сменялись пять стадий осадконакопления: минерогенная, торфяно-болотная, карбонатонакопления, темных (гумусированных) сапропелей и оливковых желеобразных сапропелей. Каждому из выявленных режимов осадконакопления соответствуют свои природные условия.

3. В некоторых из рассмотренных озер стадии торфяно-болотного и карбонатного накопления отсутствуют. Причины различий в режимах осадконакопления требуют дополнительных исследований.

4. В соответствии с выделенными стадиями осадконакопления установлено, что современные гидрологические (морфометрические, гидрохимические и гидробиологические) характеристики озера не всегда являются унаследованными от предыдущих этапов его эволюции и могут коренным образом отличаться от характеристик палеоводоема на некоторых этапах его развития.

Список литературы

1. Даувальтер, В. А. Закономерности осадконакопления в водных объектах Европейской субарктики (природоохранные аспекты проблемы) : автореф. дис. ... д-ра геогр. наук / В. А. Даувальтер. М., 1999.

2. Субетто, Д. А. Озерный седиментогенез севера Европейской части России в позднем плейстоцене и голоцене : автореф. дис. ... д-ра геогр. наук / Д. А. Субетто. СПб., 2003.

3. Андреева, М. А. Озера Среднего и Южного Урала / М. А. Андреева. Челябинск, 1973.

4. Сукачев, В. Н. Очерк истории озер и растительности Среднего Урала в течение голоцена по данным изучения сапропелевых отложений / В. Н. Сукачев, Г. И. Поплавская // Бюл. Комис. по изучению четвертич. периода. М. : Наука, 1946. № 8. С. 5-37.

5. Озера Южного Урала : турист. карта-километровка. Екатеринбург : Урал. картогр. компания, 2005.

6. Дерягин, В. В. Полевая практика по геоморфологии в виде экспедиционного маршрута на административной территории г. Карабаша : учеб.-метод. пособие / В. В. Дерягин. Челябинск : Абрис, 2010. 76 с.

7. Челябинская область : атлас / под ред. В. В. Латюшина. Челябинск : Абрис, 2010. 32 с.

8. Дерягин, В. В. Озерные геосистемы восточного склона Южного Урала и их изменение в зоне техногенного воздействия : автореф. дис. . канд. геогр. наук / В. В. Дерягин. Пермь, 1999.

9. Хомутова, В. И. Южный Урал. Озеро Увиль -ды / В. И. Хомутова [и др.] // История озер Севера Азии. СПб. : Наука, 1995. С. 22-40.

10. Хомутова, В. И. Спорово-пыльцевой анализ донных отложений / В. И. Хомутова // Ландшафтный фактор в формировании гидрологии озер Южного Урала. Л. : Наука, 1978. С. 222-227.

11. Хотинский, Н. А. Голоцен Северной Евразии / Н. А. Хотинский. М. : Наука, 1977.