ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2010, том 433, № 6, с. 817-821
ГЕОГРАФИЯ
УДК 556.541 (282.256.341.5)
ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА И ХИМИЧЕСКИЙ СТОК РЕКИ СЕЛЕНГИ
© 2010 г. В. Н. Синюкович, Л. М. Сороковикова, И. В. Томберг, член-корреспондент РАН А. К. Тулохонов
Поступило 30.03.2010 г.
Влияние глобального потепления на изменения гидрологических процессов и климата на Байкале, отмеченное в [1, 2], проявляется и в перестройке других региональных природных явлений, способных оказать определенное воздействие на экосистему оз. Байкал. Одним из них является поступление растворенных и взвешенных веществ в озеро с водами его основного притока — р. Селенги. Нами рассмотрены изменения химического стока реки на рубеже ХХ—ХХ1 столетий. Как известно, на Байкале потепление с середины 1970-х годов проявилось значительно сильнее, чем в среднем на Земле и особенно для зимнего и весеннего периодов [1—3]. Анализ годовых значений температуры воздуха и увлажненности в бассейне Байкала указывает на неоднозначность их хода в разные периоды. До 1970-х годов они изменялись в противофазе, а в 1980-е годы происходил параллельный рост этих показателей [1]. Со второй половины 1990-х годов рост температуры прекратился, но ее значения продолжали оставаться повышенными. С этого времени отмечается и снижение водности р. Селенги, определившее отрицательный тренд ее стока за весь период наблюдений (1934—2005 гг.), со скоростью снижения около 1.4 м3/с в год (рис. 1а). В течение 1996— 2005 гг. водность реки в среднем была на 22% ниже нормы и только в 1998 г. сток несколько повышался.
Наступление указанного периода низкой водности на р. Селенге связано с колебаниями климата в регионе, в частности, со снижением общей увлажненности в ее бассейне. Об этом свидетельствуют отрицательные долговременные тенденции изменения годовых сумм осадков в наиболее увлажненных верхне- и нижнеселенгинском районах, где коэффициенты тренда во второй половине ХХ в. достигали —2.5 мм/год [4]. По наблюдениям метеостанции в Кабанске снижение сред-
Лимнологический институт
Сибирского отделения Российской Академии наук,
Иркутск
Байкальский институт природопользования, Улан-Удэ
них значений осадков за вторую половину ХХ в. составило 49 мм при интенсивности их снижения за весь период наблюдений (1899—2005 гг.) около 0.7 мм/год (рис. 1б). Следует отметить, что указанное снижение увлажненности в регионе не противоречит характерной для геологических масштабов колебаний климата согласованности колебаний увлажненности и температуры воздуха в байкальском регионе [5], так как рост температуры после 1995 г. здесь прекратился.
Для оценки химического стока р. Селенги в период 1996—2005 гг. использованы результаты комплексного изучения авторами нижнего течения р. Селенги в указанные годы и данные предшествующих исследований [6, 7]. В состав учитываемых компонентов химического стока включены главные ионы и биогенные элементы. Пробы воды отбирались в разные фазы водного режима с поверхности на русловом (верхнем придельто-вом) участке р. Селенги у с. Кабанск, в основных протоках ее дельты и на селенгинском мелководье оз. Байкал. Химический анализ выполнен общепринятыми в гидрохимии пресных вод методами [8] с учетом современных разработок [9]. Сток воды оценивался по данным Росгидромета у с. Ка-банск (43 км от устья) и рзд. Мостовой (127 км от устья).
За счет сравнительно схожих геологических и климатических условий на всей территории бассейна, включая Монголию, химический состав селенгинских вод отличается невысокой вариабельностью по длине реки [6, 7, 10]. По данным наблюдений их минерализация (сумма ионов) изменялась в пределах 120—289 мг/дм3 в зависимости от сезонных колебаний речного стока с максимумом содержания основных ионов в зимнюю межень и минимумом в половодье и паводки (табл. 1).
Первые оценки химического стока р. Селенги получены в середине ХХ в. и по данным [10, 11] составляли от 3.44 до 3.93 млн. т/год (первая величина рассчитана для периода с пониженной водностью). В последующем за счет роста стока ионов антропогенного происхождения — сульфатов, хлоридов и минерального азота — химический сток реки несколько увеличился и на конец
818
СИНЮКОВИЧ и др.
м3/с
1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
мм
1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Годы
Рис. 1. Многолетние колебания среднегодового стока р. Селенги у рзд. Мостовой (а) и годовых сумм атмосферных осадков в Кабанске (б). Прямая линия — линейный тренд; штриховая — полиномиальный.
прошедшего столетия в условиях средней водности составлял около 4.1 млн. т/год [6].
В работах [6, 12] показана возможность расчета ионного стока р. Селенги по связи с водностью реки, достаточно точно аппроксимированной степенной функцией (Я2 = 0.98):
0И = 0.3473 е08667, (1)
где 0и — расход ионов в кг/с, 0в — расход воды в м3/с.
В отдельные выдающиеся паводки минерализация воды и содержание ингредиентов в селен-гинской воде не снижаются, а наоборот, возрастают, определяя ухудшение связи в верхней части кривой (1).
Изучение подобной ситуации, наблюдавшейся при прохождении продолжительного паводка в августе 1993 г., показало, что химический сток Селенги при этом возрастает на 20—30% (в 1993 г. он достигал 5.1 млн. т) вследствие смыва накопленного материала со слабопромываемых (нередко засоленных) зон бассейна во время прохождения высоких паводков [6, 7]. Однако в 1996—2005 гг. подобных паводков на р. Селенге не наблюдалось и характер искомой зависимости не изменился. Это позволило принять для расчетов химического стока реки за данный период выражение (1) без корректировки, что немаловажно и для сравнения полученных результатов с более ранними данными. Для контроля сток каждого из ионов
Таблица 1. Концентрация главных ионов в воде р. Селенги (с. Мурзино) при разной водности, мг/дм3
Условия водности нсо3 С1- SO4 К+ Са2+ МБ2+
Паводок 1993 г. 114.7 1.6 7.7 5.8 2.2 29.0 6.0
Средний сток летнего 92.1-112.5 0.9-1.5 5.8-13.2 3.9-8.1 1.1-1.7 15.3-24.9 3.9-6.7
периода
Летняя межень 2003 г. 116.0 1.8 11.9 7.1 1.7 28.7 6.2
ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА И ХИМИЧЕСКИЙ СТОК
819
2.0 г
1.5
1.0
0.5
2 □ 3
| шл
| ШЛ
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
Годы
Рис. 2. Динамика компонентов ионного стока р. Селенги в исследуемый период, нормированных по среднемноголет-ним значениям. 1 - сумма ионов; 2 - кремний; 3 - минеральный фосфор; 4 - минеральный азот.
параллельно рассчитывался по индивидуальным" зависимостям от расходов воды.
Результаты расчетов показали, что произошедшее снижение расходов воды р. Селенги и осадков в ее бассейне сопровождалось и снижением выноса рекой растворенного вещества. Особенно отчетливо это проявилось в периоды исключительно низкой водности. Так, в июле 2003 г. расходы воды Селенги составляли всего 52% месячной нормы, вследствие чего ионный сток реки, несмотря на повышенные значения минерализации (см. табл. 1), снизился до 0.34 млн. т при средних июльских значениях 0.48—0.51 млн. т. В среднем за 1996—2005 гг. ионный сток Селенги из-за низкой водности был на 20% ниже нормы (рис. 2), а в наиболее маловодный 2002 г. — на 32%. И лишь в 1998 г. сток ионов был несколько выше среднего и составлял 4.2 млн. т/год.
Безусловно, указанное снижение химического стока Селенги отчасти обусловлено уменьшением его антропогенной составляющей из-за общего спада российской экономики с 1990-х годов, однако доля техногенной части ионов, содержащей в основном сульфаты, хлориды и минераль-
ный азот, по данным [7, 13] составляет около 5% от общего химического стока реки и не может быть причиной его снижения до 1 млн. т и более.
Происходящее снижение объемов выноса растворенных веществ с водами р. Селенги может вызвать дефицит отдельных элементов в экосистеме оз. Байкал, особенно чувствительной к недостатку биогенных элементов. Последние способны повлиять, по крайней мере, на направленность и интенсивность продукционных процессов как на акватории селенгинского мелководья, так и в открытом Байкале. В условиях средней водности вынос биогенных элементов р. Селенгой составляет: растворенного кремния 114 тыс. т/год, нитратного азота 6.1 тыс. т/год, аммонийного азота 2.6 тыс. т/год, минерального фосфора 608 т/год [13]. В отличие от главных ионов сток биогенных элементов меняется не только в зависимости от водности реки, но и интенсивности биологических процессов, которые замедляются с ростом расходов и мутности воды.
С увеличением расходов воды, особенно при выходе ее на пойму, нами выявлено устойчивое повышение концентрации биогенных элементов
4
Таблица 2. Концентрация биогенных элементов в воде р. Селенги (с. Мурзино) в период открытого русла, мг/дм3
Условия водности Si ро4 -р КН+ -К КО- -К
Паводок 3.2-4.0 0.031-0.048 0.51-0.73 0.30-0.40
Средний сток 3.2-3.5 0.002-0.004 0.05-0.30 0.10-0.30
Летняя межень 3.0-3.2 0.001-0.002 0.10-0.20 0.020-0.040
820
СИНЮКОВИЧ и др.
в реке (табл. 2). Наиболее высокие их значения наблюдались во время отмеченного выше аномального паводка в августе 1993 г. На пике паводка содержание аммонийного азота и фосфора в селенгинской воде в сравнении с летней меженью было выше почти на порядок, а кремния и нитратного азота - на 20-40%. При этом месячный сток биогенных элементов превышал половину годовой нормы, а по аммонийному азоту был выше таковой почти в 2 раза [6].
В маловодные периоды условия формирования стока биогенных элементов имеют свои особенности. Снижение расходов реки в период открытого русла способствует более интенсивному прогреву вод, уменьшению скоростей течения и содержания взвешенных веществ. Все это приводит к активизации развития фитопланктона и тем самым обусловливает снижение содержания биогенных элементов в речных водах и их стока в озеро [14]. В рассматриваемый период (1996-2005 гг.) сток биогенных элементов р. Селенги был значительно ниже соответствующих средних значений и превышал их только в 1998 г. (см. рис. 2). При этом вынос фосфора колебался от 335 до 780 т/год и в среднем был на 28% ниже нормы. Годовой сток суммы минерального азота изменялся в д
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.