меромиктический водоем что это
Меромиктический водоём
Термин «меромиктический» применительно к водоёмам был введён в употребление в 1935 году австрийским лимнологом И. Финденеггом, а после существенной доработки в 1937 году концепции меромиктического водоёма и введения понятия «хемоклина» британским лимнологом и экологом Дж. Э. Хатчинсоном вошёл во всеобщее употребление.
Наряду с меромиктическими водоёмами в узком смысле, в которых циркуляция воды между слоями практически отсутствует, рассматривают более многочисленную группу меромиктических водоёмов в широком смысле, в которых такая циркуляция всё же иногда имеет место, но носит нерегулярный, спорадический характер.
Крупнейшим меромиктическим водоёмом является Чёрное море, 5/6 водной толщи которого содержит сероводород (что делает данный слой непригодным для жизни организмов, нуждающихся в наличии кислорода).
Примеры меромиктических водоёмов в России — озеро Могильное на острове Кильдин (в Баренцевом море, у побережья Кольского полуострова) и озеро Шира в Хакасии. Озеро Могильное отделено от моря валунной перемычкой, которая, по разным оценкам, возникла от тысячи до 3,5 тыс. лет тому назад. В этом озере имеются три слоя: поверхностный слой с почти пресной водой, расположенный на глубине от 5 до 9 м слой с морской водой и лежащий ниже его (вплоть до максимальной, 17-метровой глубины) слой, в котором вода лишена кислорода и насыщена сероводородом. Каждый из слоёв характеризуется своей флорой и фауной, так что в озере соседствуют три экосистемы: с пресноводными организмами вблизи поверхности, типичными морскими организмами (включая треску) в среднем слое и бактериальной флорой в придонном слое. В озере Шира опреснённый поверхностный и солёный, насыщенный сероводородом слои разделяет тонкий (5 см) промежуточный слой, обогащённый кислородом и являющийся местом обитания большого количества фотосинтезирующих пурпурных бактерий.
Ареной экологической катастрофы в августе 1986 года стали окрестности камерунского высокогорного меромиктического озера Ньос. Тогда донные воды этого кратерного озера, насыщенные вулканическими газами (прежде всего, углекислотой), неожиданно вырвались на поверхность. В результате за нескольких часов огромное количество углекислого газа было выброшено в прилегающие к озеру районы, распространившись почти на 30 км; от удушья погибли более 1700 человек, 3,5 тыс. голов скота.
Меромиктическое озеро
СОДЕРЖАНИЕ
Характеристики [ править ]
Большинство озер голомиктические ; то есть не реже одного раза в год происходит физическое перемешивание поверхностных и глубинных вод. В так называемых мономиктовых озерах перемешивание происходит один раз в год; в димиктических озерах смешение происходит два раза в год (обычно весной и осенью), а в полимиктовых озерах смешение происходит несколько раз в год. Однако в меромиктических озерах слои воды в озере могут оставаться несмешанными в течение многих лет, десятилетий или столетий.
Меромиктическое озеро может образоваться по ряду причин:
Слои отложений на дне меромиктического озера остаются относительно нетронутыми, потому что физическое перемешивание незначительно и мало живых организмов, способных их взволновать. Также существует небольшое химическое разложение. По этой причине керны отложений на дне меромиктических озер важны для отслеживания прошлых изменений климата на озере путем изучения захваченных пыльцевых зерен и типов отложений [см. Прокси (климат) ].
Когда слои смешиваются по какой-либо причине, последствия могут быть разрушительными для организмов, которые обычно живут в миксолимнионе. Этот слой обычно намного меньше по объему, чем монимолимнион. Когда слои смешиваются, концентрация кислорода на поверхности резко снижается. Это может привести к гибели многих организмов, например рыб, которым необходим кислород.
Меромиктический водоем что это
Проект выполняется в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на в рамках реализации мероприятия Проведение научных исследований научными группами под руководством кандидатов наук.
Актуальность и научная значимость проекта
Актуальность и научная значимость проекта связана с необходимостью понимания механизмов формирования вертикальных неоднородностей в распределении различных организмов в водных экосистемах, и влияния этих неоднородностей на функционирование трофических цепей.
Актуальность с практической точки зрения связана с созданием устройств и приборов для исследования вертикальных неоднородностей в распределении биологических объектов, моделей для анализа состояния и прогноза динамик водных экосистем.
Цель проекта
 |
Получение новых знаний о функционировании трофических цепей стратифицированных меромиктических озер и последующее использование полученных закономерностей и разработанных математических моделей для анализа динамики водных экосистем, оценки последствий антропогенных или других воздействий.
Решаемые задачи
Исследовать механизмы формирования вертикального распределения гидробионтов в стратифицированных меромиктических озерах Шира и Шунет.
Получить точное представление о структуре трофических цепей в двух меромиктических озерах и выполнить оценку потоков вещества и энергии в исследуемых трофических цепях.
Оценить роль микробной петли в функционировании трофических цепей меромиктических озер.
Создать математические модели гидрофизических и биологических процессов; использовать полученные закономерности и разработанные математические модели для прогноза и управления качеством воды, анализа последствий антропогенных и других воздействия.
Создать и апробировать методы анализа неоднородного распределения гидробионтов в водных экосистемах, с целью последующей коммерциализации методик.
Общая информация о меромиктических озерах
Наиболее перспективными для исследования механизмов формирования вертикальных неоднородностей живого в водных экосистемах, а также функционирования трофической сети в условиях стратифицированного распределения физико-химических факторов среды являются меромиктические озера. Меромиктические озера являются уникальными типом озер, в которых практически отсутствует циркуляция воды между слоями различной минерализации.
 |
Более минерализованная и плотная вода придонного слоя на долгие годы исключена из газового обмена, что приводит к формированию аноксигенных условий. На границе между перемешиваемой и неперемешиваемой частями озера (хемоклин) наблюдается резкий скачок физико-химических свойств среды (солености, концентрации кислорода, концентрации биогенных элементов и др.). Однако хемоклин является не единственной градиентной зоной в меромиктических озерах. Если водоем достаточно глубокий, то очень часто в таком озере в летнее время может наблюдаться и температурная стратификация. При этом зона резкого падения температуры (термоклин), может располагаться существенно выше хемоклина. Таким образом, в глубоком меромиктическом озере благодаря стратифицированному распределению температуры и солености могут формироваться несколько гидродинамически изолированных зон обитания. Эти зоны обитания создают условия для пространственного разделения биологических компонент. Необходимо отметить, что в подобных экосистемах структура трофических цепей может существенно отличаться от таковой в классических озерных экосистемах (фитопланктон-зоопланктон-рыбы). Во-первых, очень часто в меромиктических соленых озерах отсутствует третий трофический уровень — рыбы. Во-вторых, аноксигенные условия благоприятствуют развитию аноксигенных микробиальных сообществ. Таким образом, в этих озерах большой вклад в баланс продукции органического вещества могут вносить фототрофные серные бактерии хемоклина.
Необходимо отметить, что в целом меромиктические озера являются мало исследованными водными объектами. Безусловно, подобные водные объекты встречаются не очень часто. В то же время они представляют уникальную возможность решать заявленные в проекте задачи на природных водоемах.
Объекты исследования: озера Шира и Шунет
В качестве объектов исследования предлагаются два меромиктических водоема различающихся по степени соленостной стратификации и стабильности.
В результате для сравнительного исследования и анализа мы имеем две экосистемы, различающиеся по степени стратификации, но сходные с точки зрения видового и функционального разнообразия.
Материально-техническая база для выполнения проекта
 |
Проведение полевых работ будет осуществляться на базе научно-исследовательского стационара на озере Шира, где имеется оборудованное лабораторное помещение и вся необходимая техника (моторная, резиновые лодки, вездеход) и гидробиологическое оборудование для отбора из озер всех видов проб.
Первый этап
Аннотация результатов выполнения работ по 1-му этапу
Презентация результатов НИР по 1-му этапу
Второй этап
Аннотация результатов выполнения работ по 2-му этапу
Презентация результатов НИР по 2-му этапу
Третий этап
Аннотация результатов выполнения работ по 3-му этапу
Презентация результатов НИР по 3-му этапу
Четвертый этап
Аннотация результатов выполнения работ по 4-му этапу
Презентация результатов НИР по 4-му этапу
Пятый этап
Аннотация результатов выполнения работ по 5-му этапу
Презентация результатов НИР по 5-му этапу
В издательстве Springer опубликована первая в мире монография по неперемешиваемым озерам
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.
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.
СОДЕРЖАНИЕ
Характеристики
Большинство озер голомиктические ; то есть не реже одного раза в год происходит физическое перемешивание поверхностных и глубинных вод. В так называемых мономиктовых озерах перемешивание происходит один раз в год; в димиктовых озерах смешение происходит два раза в год (обычно весной и осенью), а в полимиктовых озерах смешение происходит несколько раз в год. Однако в меромиктических озерах слои воды в озере могут оставаться несмешанными в течение многих лет, десятилетий или столетий.
Меромиктическое озеро может образоваться из-за того, что бассейн необычно глубокий и крутой по сравнению с площадью поверхности озера, или из-за того, что нижний слой озера очень соленый и более плотный, чем верхние слои воды.
Слои отложений на дне меромиктического озера остаются относительно нетронутыми, потому что физическое перемешивание незначительно и мало живых организмов, которые могли бы их взволновать. Также существует небольшое химическое разложение. По этой причине керны отложений на дне меромиктических озер важны для отслеживания прошлых изменений климата на озере путем изучения захваченных пыльцевых зерен и типов отложений [см. Прокси (климат) ].
Когда слои смешиваются по какой-либо причине, последствия могут быть разрушительными для организмов, которые обычно живут в миксолимнионе. Этот слой обычно намного меньше по объему, чем монимолимнион. Когда слои смешиваются, концентрация кислорода на поверхности резко снижается. Это может привести к гибели многих организмов, например рыб, которым необходим кислород.