ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2008, № 5, с. 3-21
УДК 550.42.47:551.214
ДИНАМИКА ИЗМЕНЕНИЯ ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК, ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА И БИОЦЕНОЗОВ ПРЕСНЫХ И ТЕРМАЛЬНЫХ ВОД БАССЕЙНА ОЗЕРА КАРЫМСКОЕ ПОСЛЕ КАТАСТРОФИЧЕСКОГО ПОДВОДНОГО ИЗВЕРЖЕНИЯ 1996 г. В КАЛЬДЕРЕ АКАДЕМИИ НАУК (КАМЧАТКА)
© 2008 г. Г. А. Карпов1, Е. Г. Лупикина1, А. Г. Николаева1, А. Ю. Бычков2, С. А. Лапицкий2, И. Ю. Николаева2
1Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский, 683006 2Геологический факультет МГУ им. М.ВЛомоносова, Москва, 119899 Поступила в редакцию 08.10.2007 г.
По результатам биогидрогеохимического мониторинга рассматривается динамика изменения гидрогеохимических характеристик водной массы озера Карымское, состояние и характеристика зон подводных разгрузок в кратере Токарева, образовавшемся в 1996 г., гидрогеохимическая характеристика термальных источников обрамления озера и сукцессии биоты в нем за период 1996-2006 (2007) гг. Обнаружены стратификация химического состава вод озера по глубине и наличие устойчивых зон повышенных содержаний растворенного кислорода. Выявлена тенденция ощелачивания вод озера и понижения их общей минерализации. Продолжается деятельность новообразованных термальных источников и подводных разгрузок терм и газов. Получены первые данные по содержанию микроэлементов в термальных источниках Карымского бассейна. Биоразнообразие водорослей в Карымском озере увеличилось, в основном, за счет видового разнообразия бентических Bacillariophyta. В апреле 2007 г. в озере зафиксирована регенерация планктонной фитокомпоненты докатастрофического периода.
ВВЕДЕНИЕ
Бассейн Карымского озера, вместе с вытекающей из него р. Карымской, впадающей в Кроноц-кий залив Тихого океана, занимает центральное место в геоструктуре Карымского вулканического центра Восточной Камчатки и являет собой пример уникального целостного вулканогенного гидроландшафтного комплекса. Здесь наблюдается широкое проявление сейсмических, вулканических, гидротермальных и микробиологических процессов, связанных с деятельностью длительноживущих магматических очагов [4, 5].
Подводное извержение 01-02.01.1996 г. в заполненной пресноводным озером кальдере Академии Наук привело к крупным морфологическим изменениям в северном секторе кальдеры, к инверсии химического состава и температуры воды озера, а также вызвало глубокую депрессию в развитии его биоты [14, 20, 21]. Кроме того, с 1996 г. по настоящее время (2007 г.) бассейн озера испытывает своеобразное воздействие извергающегося вулкана Карымский, отложения пепловых выбросов которого участвуют в накоплении донных осадков и играют определенную роль в формировании химического состава водной массы озера.
В этой связи целью наших исследований было, главным образом, изучение биогидрохимических последствий подводного извержения и динамики
восстановления экосистемы бассейна Карымского озера в посткатастрофический период на фоне продолжающегося извержения Карымского вулкана.
МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ.
Основным методом исследований был комплексный гидробиогеохимический мониторинг бассейна Карымского озера, проводившийся по-сезонно с 1996 г. Особое внимание уделялось изучению гидрохимических характеристик водной массы озера, а также динамике изменения его солевого и газового состава и получению материала для предварительного прогноза времени восстановления деградированного бассейна.
С разной степенью детальности за 10 лет наблюдений обследована и опробована вся территория бассейна Карымского озера. Особенно детально, с помощью оборудованного лебедкой катамарана, с 2001 г. опробовались две станции: Бх - в центре образовавшегося в 1996 г. кратера Токарева в северном секторе озера и Б2 - в центре акватории озера (рис. 1), на которых посезонно, два раза в год (в апреле, со льда; летом - в июле-августе, с катамарана), отбирались батометром через 10 м (а в поверхностном слое воды в интервалах 2, 5, 7 м) до дна (60 м) пробы воды на полный гидрохимический анализ, анализ биогенных компонентов и содержание
Рис. 1. Схематическая карта Карымского озера и мест отбора проб в 1997-2007 гг. 1 - береговая линия оз. Карымское до фреатического извержения в нем в 1996 г.; 2 - станции опробования на акватории озера; 3 - режимные станции комплексных опробований гидрохимических параметров; 4 - режимные створы на р. Карымская; 5 - точки изучения биоценозов в прибрежной зоне озера; 6 - места развития фито- (а) и зооценозов (б); 7 - площади разгрузок термальных вод по замерам 2000 г.; 8 - площади разгрузок грунтовых вод; 9 - гидрохимические профили со станциями комплексного опробования в 2000-2002 гг.; 10 - места донных выходов гидротерм; 11 - донные выходы газов. На врезке показана карта Камчатки с районом работ.
растворенного кислорода, выборочно - на геохимический анализ. Параллельно измерялись температуры опробованных горизонтов. В период 19961999 гг. на этих и других станциях режимные пробы отбирались только с поверхности. Кроме того, опробование с целью исследования биоценозов и содержания в воде биогенных компонентов прово-
дилось регулярно в прибрежной зоне озера и эпизодически аквалангистами в разных секторах озера до глубин 20 м. Драгированием поднимались донные пробы с глубин 20-60 м.
Летом 2001 г. с помощью катамарана было выполнено гидрохимическое профилирование на 10 станциях по направлению Ю-С, от береговой зоны
Станция - 82 Станция - 81 Станция - 42з
(центр озера) (центр подводного кратера Токарева) (южный берег озера)
Т, °С Т, °С Т, °С
2 4 6 8 10 12 0 2 4 6 8 10 12 14 0 2 4 6 8 10
я -20
л м
s -30
vo
ч
^ -40
-50
-60
Al 1 1 1 l_ r.J'l - ) i i 1 / ) /
J ---^л^"******^ ? 2 /
t - с T, 1 Г Т i 1 i • 1 1 > ó > ос \ C О i i ' ® р i i
i 1 1 1 s-1 /1 ® J 1 У / / + 1 1
- 1 1 1 1
pi 4. 1 1 4 1® T, °C 6 4.8 5. 1 1 > р 0 5.2 i i 1 1 1 T °C 54 pH
0.99960.9998 1.00001.0002 1.0004
3
р (плотность, г/см )
0.99960.9998 1.00001.0002 1.0004 р
41 1 1 1 г 1 ® Sv
-
- < -pH^ 4.4 1 у /® { T, °с 4.3 4.2 1 1 р pH
0.9997
0.9999 1.0001 р
Рис. 2. Вариации Т, pH и плотности (р) воды в вертикальных профилях (точки отбора проб воды через 10 м) на оз. Карымское по данным наблюдений в 1996 и 1998 гг. Цифрами в кружках обозначены: 1 - эпилимнион; 2 - мета-лимнион; 3 - гиполимнион; кривыми линиями: сплошной - измерения 14.08.98, пунктирной - измерения 14.09.96, точечной - измерения 30.08.1996 г.
разгружающихся в озеро источников Академии Наук, через кратер Токарева к участку разгрузки гидротерм в пляжной зоне кратера (рис. 1, профиль АВ). Визуально и инструментально (с помощью спутникового GPS-навигатора) фиксировались участки термальной разгрузки по периметру озера, обследовались все крупные термопроявления с изменениями температуры и отбором воды, газов и осадков.
Площадное и глубинное гидрохимическое опробования вод Карымского озера осуществлялось с применением опрокидывающихся батометров фирмы "HYDRO-BIOS KIEL" шведского производства с глубоководными термометрами Тг. Температурная съемка глубинных зон озера в зимнее время, со льда, выполнялась с использованием "косы" с термисторами GTH-1160 фирмы "Greisinger" (с Ni/Cr термопарой), размещенными на расстоянии 10 м друг от друга.
Определение растворенного кислорода в 1998-2006 гг. проводилось по общепринятой в гидрохимической практике методике [17]. На определение содержания растворенного кислорода пробы воды отбирались на гидрохимических станциях в вертикальном профиле озера через 5-10 м в герметичные склянки с притертыми пробками. Донные выходы газогидротерм, обнаруженные во время исследований в 1999-2005 гг., обследовались визуально, фотографировались и опробовались (с отбором проб воды, газов, осадков и биоты) с помощью аквалангистов. Полный гидрохимический анализ проб производился в Аналитическом центре Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН.
Определение содержания микроэлементов в водах и осадках выполнены методом ICP в аттестованной лаборатории геологического факультета Московского государственного университета на приборах ICP - MS "Element-2", Германия, ICP - MS "Plasma Quard-2" VG, Англия и ICP - OES "ICAP-61, Thermo Jarrell", США.
ДИНАМИКА ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОДНОЙ МАССЫ ОЗ. КАРЫМСКОЕ ЗА ПЕРИОД 1996-2006 ГГ.
Исследования показали, что после подводного извержения 1996 г. вода в озере была перемешана и имела приблизительно однородные характеристики в отношении температуры, pH и химического состава по всей толще как в кратере, так и на акватории [20, 21, 23]. Но уже в 1998 г. была отмечена довольно четкая стратификация водной массы озера по этим параметрам. При этом обнаружено типичное для глубоководных пресноводных водоемов вертикальное распределение температур.
Слой температурного скачка (термоклин) в акватории озера начинается с глубины около 10-20 м. Ниже, с увеличением глубины, температура плавно снижается. Ниже 30-40 м выделяется зона гиполим-ниона, в пределах которой температура в течение года держится в пределах 4°С (рис. 2). Такая картина характерна для всей акватории озера. Но на некоторых участках фиксируется слабое повышение температуры в придонном слое [15]. В кратере Токаре-
Станция 8^ - центр подводного кратера Токарева Станция 82 - центр оз. Карымское
Концентрация О2 раств., в мг/л
Рис. 3. Концентрация растворенного кислорода (О2 раств) в вертикальном профиле оз. Карымского (по данным наблюдений в период 1998-2007 гг. на режимных станциях: - центр подводного кратера Токарева и 82 - центр озера.
ва (рис. 1, станция 81) распределение температуры по глубине совершенно иное. Здесь, также как и в прибрежном южном секторе озера (рис. 1, точка 428), где разгружаются термальные воды источников Академии Наук, в летний период на поверхности держится температура воды в пределах 12-14°С. К глубине 40 м она плавно понижается до 4.6°С и сохраняется на этом уровне до дна (56 м). Хорошее согласование с распределением температуры воды имеют величины рН и плотности воды (рис. 2).
Устойчивое повышенное содержание растворенного кислорода (до 14.0 мг/л) наблюдается в слое вод
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.