В международном издательстве Springer вышла первая в мире научная монография, посвященная меромиктическим (или неперемешиваемым) озерам. Главными редакторами книги стали ученые из России и Нидерландов.
В книге описаны общие для таких озер закономерности функционирования и приведены примеры более 80 неперемешиваемых озер на пяти континентах. Авторы отмечают, что подобные озера встречаются на планете гораздо чаще, чем предполагалось ранее. Влияние природы и деятельность человека могут приводить к смене режима перемешивания во многих озерах и связанному с этим ухудшению качества воды.
Меромиктическим называется озеро, в котором вода от поверхности до дна не обновляется в течение относительно длительного периода времени. Обычно в озере, которое не перемешивается, начиная с определенной глубины в воде нет кислорода. В этих слоях не могут жить высшие животные и растения, там обитают только особые виды бактерий. С точки зрения водопользования изменение режима перемешивания приводит к ухудшению качества воды. Если вода в озере перестает циркулировать, то на глубине, после истощения запасов кислорода, погибают рыбы и другие животные. Если озеро долгое время не перемешивалось, а потом внезапно перемешалось, то бедные кислородом слои поднимаются наверх и убивают все живое.
Неперемешиваемые озера впервые были описаны учеными более ста лет назад. С тех пор подобные водоемы были открыты на всех континентах. Однако их исследования велись фрагментарно. Не были понятны общие закономерности, которые приводят к возникновению таких состояний; химические, биологические и экологические последствия. В конце февраля 2017 года в международном издательстве Springer вышла первая коллективная научная монография, посвященная этим интересным природным объектам. Редакторами книги стали ученые Федерального исследовательского центра Красноярский научный центр СО РАН кандидат биологических наук Егор Сергеевич Задереев и академик Андрей Георгиевич Дегерменджи и исследователь из Нидерландов, почетный доктор СО РАН Рамеш Гулати.
«Соавторами книги стали более 40 ученых из 12 стран мира. Отдельной работой было собрать всех этих исследователей воедино, согласовать концепцию книги, обосновать перед издательством необходимость ее издания. Мы начинаем книгу с общих глав, в которых обсуждаем распространение таких озер в мире, что общего у таких озер с точки зрения физики, химии и биологии. Далее идут авторские главы, описывающие особенности конкретных озер на разных континентах. Одна из основных мыслей, которую мы пытаемся транслировать — такие озера не просто редкие и специфичные объекты, которые представляют интерес для небольшой группы исследователей. Это скорее особое состояние водоема, которое при сочетании определенных условий может случиться практически в любом озере», — рассказывает один из главных редакторов книги, ведущий научный сотрудник Института биофизики ФИЦ КНЦ СО РАН Егор Задереев.
Наиболее известным случаем внезапного перемешивания меромиктического озера, так называемой лимнологической катастрофы, стало частичное перемешивание озера Ньос в Камеруне, в Африке, в 1986 году. Это озеро находится в зоне активного вулканизма, и в глубине, в слоях, которые не захватывают течения, накапливаются вулканические угарные газы. После частичного перемешивания газы вышли наружу, заполнили долину и вызвали гибель от удушья полутора тысяч жителей прибрежных деревень и большого количества домашнего скота. Смертельная опасность озера Ньос связана с сочетанием нескольких факторов: большая глубина, наличие источника вулканических газов, режим перемешивания.
Подобных водоемов в мире не так много. Перемешивание обычного меромиктического озера скорее всего приведет лишь к недолгому неприятному запаху в окрестностях, гибели части рыбы или другой живности, резкому помутнению воды. Однако даже такие последствия для водоемов, которые используются для отдыха или других форм рекреации, нельзя считать благоприятными. Поэтому исследования таких озер на разных континентах и попытки найти общие закономерности важны как для науки, так и для практических нужд. Например, во многих странах мира карьеры, оставшиеся после выработки природных ресурсов, заполняют водой и превращают в искусственные водоемы с регулируемым режимом перемешивания. Очень часто в таких озерах на дне скапливаются токсичные соединения, и предотвращение перемешивания может быть одним из способов управления качеством воды.
«Мы, конечно, достигли большого прогресса в понимании процесса меромиксии, но в книге, по моему мнению, не хватает одной главы — теоретических исследований, которые позволяют сделать прогноз наступления или, наоборот, разрушения такого состояния, — рассказывает один из редакторов книги академик Андрей Дегерменджи. — Связано это с тем, что таких исследований очень мало. Современная научная монография — это не столько попытка заглянуть за горизонт, сколько фиксация достигнутого наукой в определенной области. Мы подвели своеобразный итог текущих исследований, сформулировали общую согласованную научную позицию, от которой можно двигаться дальше. Уверен, что уровень понимания физических и биологических особенностей, которые протекают в этих озерах, таков, что мы должны выходить на общую теорию. Это задача для будущих исследований, поскольку есть основание искать на основе будущей теории подобия общие механизмы в работе водоемов разного размера, от озер до океанов: газообмен на границе воды с атмосферой, устойчивость стратификации, выживание акваценоза в экстремальной среде, управление состоянием экосистем и многих других явлений».
Наиболее изученными меромиктическим водоемами в России являются озера Шира и Шунет в Хакасии. Ученые из Института биофизики ФИЦ КНЦ СО РАН не случайно стали одними из инициаторов написания и главными редакторами вышедшей монографии. На протяжении последних двадцати лет вместе с коллегами из многих российских и зарубежных институтов они ведут комплексные исследования этих природных лабораторий. Процессы перемешивания во многих водных экосистемах достаточно похожи. В каком-то смысле и так называемые мертвые зоны в океане — участки, где из-за снижения содержания кислорода происходит гибель высших форм жизни, и заморные явления в обычных озерах, и меромиктические озера являются результатом сложных, но похожих взаимодействий физических, химических и биологических процессов. Всесторонний подход к изучению таких объектов, попытки найти общие закономерности для разных водоемов крайне важны для достижения основной цели экологии, как науки — умения предсказывать будущее и, по возможности, управлять состоянием природных экосистем.
«Эта книга заполняет существующий пробел знаний в водной экологии. С одной стороны, меромиктические озера сильно отличаются от обычных озер, которые перешиваются регулярно. С другой стороны, такие условия могут наблюдаться в самых разных водоемах: соленых и карстовых озерах, тропических пресных водоемах и прудах, образовавшихся в карьерах после добычи полезных ископаемых. Мы должны понимать общие для таких водных объектов закономерности, чтобы уметь предсказывать или контролировать распространение таких состояний», — подводит краткий итог редакторской работы почетный доктор СО РАН, известный голландский эколог Рамеш Гулати.
Егор Задереев
Фото: автора (1, анонс), U.S. Geological Survey (2)
