О взаимосвязи солнечной активности и гидрохимических показателей воды Телецкого озера и его притоков (горный Алтай)

Г.А. Шевченко

О ВЗАИМОСВЯЗИ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ И ГИДРОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВОДЫ ТЕЛЕЦКОГО ОЗЕРА И ЕГО ПРИТОКОВ

На примере Телецкого озера проанализирована связь гидрохимических характеристик поверхностных водоемов с солнечными циклами. Впервые показана зависимость ряда физико-химических показателей воды озера и его притоков от основных параметров солнечной активности.

Ключевые слова: Телецкое озеро; гидрохимический состав; солнечная активность.

В начале ХХ в. А.Л. Чижевским были заложены основы космобиологии - научного направления, раскрывающего зависимость процессов в биосфере от периодичности солнечной активности [1]. Дальнейшими исследованиями было установлено влияние Солнца и на состояние атмосферы Земли. Однако до настоящего времени влияние солнечной цикличности на характеристики земной гидросферы, особенно её поверхностного слоя, является недостаточно изученной проблемой.

Из немногочисленных известных авторам исследований в этом направлении следует отметить работу сотрудников Института лимнологии СО РАН, установивших интенсивное развитие фитопланктона в оз. Байкал в периоды максимальной солнечной активности [2].

Из работ по этой проблеме на территории Горного Алтая следует отметить исследование Н.А. Кочевой [3], установившей связь грозоактивности с 11-летними циклами солнечной активности, а также изучение сотрудниками кафедры геоэкологии и геохимии ТПУ (Л.П. Рих-ванов и др. [4]) связи состава атмосферных выпадений в регионе за последние 65 лет с гелиофизическими параметрами (на примере ледника Большой Актру).

Проведенный в работе [4] анализ тенденций изменения содержания микроэлементов в талой воде ледни-

ка Большой Актру показал не только идентичность их поведения, но и отчетливо проявленную цикличность распределения, которая выражается в закономерном возрастании их концентраций в десятки-сотни раз в периоды минимальной солнечной активности.

Из литературы известно, что в эти периоды значительно возрастает активность процессов энерго- и массообмена в оболочках Земли, в том числе в ее атмосфере. По мнению А.Н. Дмитриева [5], в это время на выпадение атмосферных аэрозолей оказывают дополнительное влияние космические лучи, наибольшая интенсивность которых проявляется в минимумы солнечной активности. Установлено, что под влиянием космических лучей усиливается ионизация тропосферы, электромагнитные процессы в ней достигают максимума, что и приводит к усилению аэрозолеобра-зования и, как следствие, к увеличению содержания микроэлементов в атмосферных выпадениях. Это подтверждается значимыми прямыми корреляционными связями между содержанием изученных химических элементов в талой воде ледника Актру (Ка, М^, А1, Са, Т1, Бе, Сг, 8г, W и др.) и минимумами солнечной активности (на примере числа Вольфа) в период 1939-2005 гг. (рис. 1).

Кс (Ее), число Вольфа 1000 -г

100

10

1

0,1

05 СМ ю

05 О О

05 О О

ОІ ОІ

Рис. 1. Связь микроэлементов в талой воде ледника Большой Актру с солнечными циклами

Методики исследования. Для изучения возможного влияния солнечной активности на гидрохимические характеристики Телецкого озера и его основных притоков использована база фактических данных Запсиб-гидромета за 1985-2002 гг. (пункты Артыбаш, Яйлю, Кыга, Кокши и Чулышман), содержащая значения более 40 показателей состояния воды.

Основной метод исследования заключался в проведении корреляционного анализа по Спирмену между среднегодовыми физико-химическими показателями состава воды в вышеотмеченных пунктах и основными

параметрами солнечной активности - числом Вольфа ^), геомагнитными индексами (С9, Ар, Ср, аа), потоком солнечного радиоизлучения на длине волны 10,7 см (серии С, Б), потоком галактических космических лучей (ГКЛ) [6].

С идентичным подходом был проведен предварительный анализ связей между термическим режимом воды и приземного воздуха с гидрохимическими и гелиофизическими параметрами, а также оценено влияние последних на уровень водного зеркала Телецкого озера.

Обсуждение результатов. Полученные в результате проведенного анализа данные, частично сведенные в табл. 1, могут быть интерпретированы следующим образом.

Между физико-химическими показателями состава воды Телецкого озера и его притоков существуют прямые и обратные разноуровневые (значимые и субзна-чимые) связи с изученными гелиофизическими пара-

метрами. Обращает на себя внимание практически одинаковый характер корреляционных связей параметров солнечной активности с показателями как озерной, так и речных вод. Для последних, как правило, характерны более высокие значения и частота встречаемости этих связей, что предположительно объясняется значительной ролью в их питании атмосферных осадков, более подверженных солнечному влиянию.

Т а б л и ц а 1

Уровни связи физико-химических показателей воды Телецкого озера и его основных притоков с параметрами солнечной активности

Параметр рН Прозрач- ность Насыщение кислородом МИ4+ N02“ Є042- Смолы, асфальтены 8І № Мо

Телецкое озе га) 1 2 л « ш, а б ты э к н у (п о

W -0,54 -0,44 0,32 0,18 -0,19 0,53 -0,56 -0,50 -0,25 0,55

10,7 см -0,52 -0,38 0,31 0,15 -0,15 0,49 -0,59 -0,47 -0,31 0,53

С9 -0,39 -0,32 0,51 0,19 -0,08 0,27 -0,24 -0,43 -0,34 0,46

Ар -0,34 -0,32 0,50 0,19 -0,06 0,27 -0,21 -0,44 -0,30 0,42

ГКЛ 0,40 0,20 -0,40 -0,02 0,15 -0,21 0,29 0,43 0,32 -0,36

Основные притоки Телецкого озера

W -0,41 -0,76 0,69 0,46 -0,62 0,43 -0,59 -0,28 -0,40 0,79

10,7 см -0,35 -0,76 0,62 0,48 -0,62 0,39 -0,62 -0,24 -0,47 0,68

С9 -0,53 -0,45 0,57 0,43 -0,66 0,10 -0,30 -0,24 -0,62 0,35

Ар -0,46 -0,47 0,57 0,43 -0,69 0,14 -0,29 -0,33 -0,60 0,29

ГКЛ 0,46 0,72 -0,68 -0,56 0,42 -0,33 0,44 0,23 0,51 -0,64

Примечание. Значения коэффициентов парной корреляции: жирный шрифт для р = 0,10, жирный курсив дляр = 0,05.

Следует также отметить более высокий, по сравнению с геомагнитными индексами, уровень корреляционных связей между изученными гидрохимическими показателями и такими гелиофизическими параметрами, как число Вольфа и поток солнечного радиоизлучения на длине волны 10,7 см, а также «противофазный» характер связей всех вышеотмеченных параметров с потоком галактических космических лучей (ГКЛ). Такое положение вполне согласуется с установленными соотношениями между использованными в работе гелиофизическими параметрами.

Для изученных озерных и, в меньшей степени, для речных пунктов наблюдаются некоторые различия в уровне значимости и знаке корреляционных связей гидрохимических и гелиофизических показателей, которые можно объяснить их гидрологическими особенностями, в частности различием глубин, условий водообмена и пр. Возможно, сказываются и отличия в уровне антропогенной нагрузки на разные участки озера.

Из изученных гидрохимических показателей обратные связи с гелиофизическими параметрами (кроме ГКЛ) характерны для рН, прозрачности озерной и речных вод, содержания в них нитрит-иона, природных смол, кремнезема и ряда тяжелых металлов. Прямые зависимости присущи для насыщенности кислородом, иона аммония, сульфат-иона, молибдена, ванадия и пр. (см. табл. 1).

Механизмы влияния солнечной активности на закономерные изменения вышеотмеченных показателей состава воды в настоящее время не установлены, хотя имеются данные о закономерном увеличении (г = 0,70,85) электропроводимости воды в периоды солнечной активности [7]. Можно также предполагать, что увеличение в воде концентрации водородных ионов (уменьшение рН), наблюдаемое в минимумы солнечных циклов, происходит под влиянием потока галактических

космических лучей (ГКЛ) и влечет за собой изменение растворимости ряда элементов и газов, а также смещение баланса химических реакций в природных водах. В частности, об этом свидетельствуют противоположные тенденции поведения ионов аммония и образующихся при их окислении нитритов, а также увеличение насыщения кислородом в максимумы солнечной активности.

Снижение прозрачности воды в периоды активного Солнца, по-видимому, связано с увеличением концентрации в ней взвешенных веществ, что, предположительно, обусловлено увеличением инсоляции, прямым следствием которой являются повышенное таяние снежников (ледников) и увеличение поступления тонкообломочного материала в водоемы.

Вышеотмеченные наиболее показательные и значимые (р = 0,05) корреляционные связи между гелиофизическими параметрами и физико-химическими показателями воды Телецкого озера и его основных притоков, наглядно видны на графиках их распределения (рис. 2).

Для проверки предположения о возможной связи термического фактора с гелиофизическими и гидрохимическими показателями, в том числе с газовым режимом (концентрация и насыщение кислорода, углекислого газа), рассчитаны их коэффициенты корреляции для пунктов Артыбаш (температура воды) и Яйлю (температура воздуха) (табл. 2).

Полученные данные указывают на наличие значимой зависимости термического режима воды и приземного воздуха от параметров W, потока солнечного радиоизлучения (прямая корреляция) и ГКЛ (обратная корреляция). В то же время температурный режим тесно связан с рядом физико-химических показателей озерной воды, что является косвенным свидетельством влияния солнечной активности как на гидрохимическую, так и гидрологическую характеристику Телецко-го озера. В пользу этого предположения говорит суб-

значимая связь между уровнем воды в озере и основ- гичная зависимость между солнечными циклами и

ными гелиофизическими параметрами (W, С9). Анало- уровнем степных озер в Зауралье отмечена в работе [8].

Яйлю, r=-0.56

9400

9080

8760

8440і"

8120

7800

1985 1988 1991 1994 1997 2000

110

103

З 5 З а

о© 89 * §

Кыга, r=0.57

Д

ufé \лАр

Насыщение

1985 1988 1991 1994 1997 2000

Артыбаш, r=0.43

1985 1988 1991 1994 1997

Рис. 2. Распределение гидрохимических показателей Телецкого озера и его притоков

Связь температуры воды Телецкого озера (Артыбаш) и приземного воздуха (Яйлю) с гидрохимическими показателями воды и гелиофизическими параметрами

Т а б л и ц а 2

Параметр Прозрач- ность Насыщение кислородом СО2 nh4+ NO3- Сго6щ Смолы, асфальтены W 10.7 см ГКЛ

Температура воды -0,77 -0,59 -0,41 0,65 0,70 -0,91 -0,30 0,95 0,93 -0,93

Температура воздуха -0,62 -0,67 -0,66 0,37 0,79 -0,75 -0,78 0,83 0,84 -0,72

Примечание. Жирным шрифтом выделены значимые коэффициенты парной корреляции прир = 0,05.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, ной активности; намечается связь отдельных гидро-

что распределение ряда показателей химического логических характеристик и температурного режи-

состава воды Телецкого озера и его основных при- ма Телецкого озера с гелиофизическими парамет-

токов находится в зависимости от циклов солнеч- рами.

ЛИТЕРАТУРА

1. Чижевский А.Л. Земля в объятиях Солнца. М.: Эксмо, 2004. 928 с.

2. Bondarenko N.A., Evstafyev V.K. Eleven and ten-year cycles of Lake Baikal spring phytoplankton conformed to solar activity cycles. Hydrobiologia:

2006. Р. 19-24.

3. КочееваН.А. Влияние природно-техногенных систем на грозоактивность Горного Алтая: Автореф. дис. ... канд. геол.-минер. наук. Томск, 2002. 23 с.

4. Рихванов Л.П., Робертус Ю.В. др. Особенности распределения химических элементов в талой воде ледника Большой Актру

// Известия ТПУ. 2008.

5. Дмитриев А.Н. Природные электромагнитные процессы на Земле. Горно-Алтайск: Универ-Принт, 1995. 80 с.

6. Warld Data Center in Russia. URL: www.wdcb.ru

7. Агеев И.М., Шишкин Г.Г. Влияние солнечной активности на электропроводность воды. URL: http://cosmobio.science-center.net/russian/

conf/c01/4_10.html

8. Уровень воды в озёрах. URL: http://articles.excelion.ru/science/geografy/15334481.htmГ,%20'Уровень%20воды%20в%20озёрах

S 5

їо 96

Статья представлена научной редакцией «Науки о Земле» 22 июня 2009 г. 206