CC BY
54
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2008 Геология Вып. 10 (26)
УДК 556.3(470.5)
Комплексное исследование субаквальных карстовых источников заповедника «Вишерский»1
С.М. Блинов3, В.Т. Хмурчикь, Ш.Р. Абдуллинс, И.В. Щуковаа
аПермский государственный университет, 614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15.
E-mail: [email protected], [email protected]
ьИнститут экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН, 614081, г. Пермь, ул. Голева, 13.
E-mail: [email protected]
сБашкирский государственный университет, 450074, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Аксакова, д. 57. E-mail: [email protected]
Обоснована актуальность и разработан комплекс методов поиска и исследования субаквальных карстовых источников. Приведены результаты исследования субаквальных карстовых источников заповедника «Вишерский».
Ключевые слова: гидрогеология, водоисточники, карст, заповедник Вишерский, Пермский край
Введение
На территории Урала значительную площадь занимают выходы на поверхность кар-стующихся горных пород, в которых распространены подземные воды различных гидрохимических типов. Определенная часть карстовых вод разгружается в реки и озера в виде подводных источников (родников) [10], играющих важную роль в питании поверхностных водоемов и водотоков. Нередко мощная концентрированная разгрузка подземных вод приводит к изменению химического состава воды рек, а в некоторых случаях - и к их загрязнению [2, 3].
В то же время субаквальные источники большую часть года или постоянно скрыты от наблюдателей толщей воды. В связи с этим большинство их мало изучены, а значительная часть, по нашим предположениям, вообще не известна исследователям [5].
Субаквальная разгрузка подземных вод карстовых массивов на территории заповедника «Вишерский» изучена мало. Гидрогеологическая съемка масштаба 1:200000 на этой территории не проводилась. Труднодоступ-ность и закрытый режим снижают степень вероятности описания субаквальных источников.
В связи с этим целями исследования являлись поиск и изучение концентрированной субаквальной разгрузки подземных вод кар-
стовых массивов на территории заповедника «Вишерский». Основные же задачи исследования включали выявление закономерностей гидродинамического, температурного и гидрохимического режимов карстовых источников, изучение состава бактериальных и альго-логических сообществ, исследование процессов вторичного минералообразования на геохимических барьерах в приустьевых участках субаквальных источников, оценка их роли в общем балансе карстовых вод и формировании стока рек.
1. Методы поиска и исследования субаквальных карстовых источников в 2005 - 2006 гг.
Поиск источников на перспективных участках проводился с использованием метода терморезистивиметрии, основанного на различии в температуре и минерализации подземных и поверхностных вод, с помощью прибора ТР-2, разработанного в ОКБ «Маяк» (г. Пермь). Дальнейшее исследование источников проводилось спелеоподводниками.
В 2006 г. нами были опробованы новые приборы фирмы «Эконикс-эксперт»: «Эксперт-001», позволяющие проводить замеры температуры и выявлять наличие кислорода в воде непосредственно в полевых условиях, и «Эксперт-002», предназначенный для измере-
1 Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ, грант № 05-05-64548_а.
© С. М. Блинов, В. Т. Хмурчик, Ш. Р. Абдуллин, И.В. Щукова, 2008
ния минерализации и удельной электрической проводимости.
Для водобалансовых расчетов проводились измерения расхода поверхностных водотоков.
Общий химический анализ воды источников выполнен в лаборатории Пермского ЦГМС. Содержание 36 микроэлементов в воде определялось по стандартной методике -посредством атомно-абсорбционного анализа в Центральной Уральской лаборатории (ЦУЛ) (г. Екатеринбург).
Определение минерального состава донных отложений приустьевых участков субак-вальных источников осуществлялось методом дорожки из 500 зерен с применением минералогического бинокуляра в лаборатории ГОТМ ФГНУ «Естественнонаучный институт». Минеральный состав фракций менее 0.1 мм определен с помощью рентгенофазового анализа на дифрактометре ДР0Н-2.0 по стандартной методике в лаборатории физических методов исследования Уральского Государственного горного университета (г. Екатеринбург).
Групповой состав бактериальных сообществ и численность бактерий в пробах воды и донных отложений устанавливались в лаборатории геологической микробиологии Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН методом посева в жидкие элективные среды из десятичных разведений с последующим расчетом по таблицам Мак-Креди. Выявление видового состава цианобактерий и водорослей в пробах происходило в лаборатории биологического факультета Башкирского государственного университета прямым микроскопированием и после культивирования проб - в жидкой минеральной среде № 6 [9]. Цианобактерии и водоросли культивировали в люминостате при освещенности 2500-3000 лк и комнатной температуре. Их обилие оценивали по 5-балльной шкале, рассчитывали частоту встречаемости видов ^). Для флористического анализа применяли количественный коэффициент сходства Съе-ренсена-Чекановского [12].
2. Результаты исследований
Летом 2005 г. был обследован участок р. Вишеры от устья р. Бобровой (на 4 км ниже устья р. Лопьи) до точки, расположенной на 2 км ниже устья р. Лыпьи. Здесь, на двух значительных по площади участках, на поверхность выходят нижнесилурийские закарстованные карбонатные горные породы.
Река Вишера на участке от устья р. Лопьи до устья р. Муравей пересекает нижнесилурийские карбонатные породы (рис. 1). Во время экспедиций, проведенных в период летней межени, в этом районе обнаружен и исследован ряд карстовых источников, разгружающихся субаквально.
Зона субаквальной разгрузки подземных вод на р. Бобровой. Этот левый приток р. Вишеры впадает в нее на 4 км ниже устья р. Лопьи. В устье приток имеет значительный расход, несмотря на малую длину - около
2 км и площадь поверхностного водосбора менее 10 км2.
Основная часть жидкого стока реки в меженный период формируется за счет разгрузки трещинно-карстовых вод массива нижнесилурийских мраморизованных известняков. Разгрузка осуществляется из раскрытой (до 15-20 см) субгоризонтальной трещины, расположенной в межень незначительно ниже уреза воды, в виде трех групп источников (9 + 4 + 1), расположенных с левого коренного берега на участке протяженностью 400 м. Температура воды источников 3.4-3.8 °С (данные на 08.08.2005), общий расход в летнюю межень - 1560 л/с (табл. 1), рН - 7.6. Вода ультрапресная с минерализацией 96 мг/л, гидрокарбонатно-кальциевого состава
(табл. 2). Атомно-адсорбционным анализом в ней обнаружены №, Сг, V, Т^ Си, 2п, РЬ, Ag, Sn, Ва, Sг, № (табл. 3).
Численность гетеротрофных и аммонифицирующих бактерий в воде превышает миллион клеток в миллилитре, численность нефтеокисляющих бактерий находится на уровне нескольких тысяч клеток в миллилитре. Бактерии, способные к денитрификации и азот-фиксации, не обнаружены.
В донных отложениях численность гетеротрофных бактерий составляет миллиарды клеток в грамме сырого осадка, а аммонифицирующих бактерий - сотни миллионов клеток. В донных отложениях обнаружены денитрифицирующие бактерии в количестве нескольких тысяч клеток в грамме сырого осадка.
Повторные исследования проводились во время весеннего половодья (10.06.2006). Оказалось, что в этот период часть поверхностных вод р. Вишеры поступает по пересыхающему в летний (меженный) период руслу в р. Бобровую, что существенно увеличивает ее суммарный расход - до 4615 л/с.
Рис. 1. Геологическая карта района субаквальной разгрузки подземных вод в карстовых массивах от устья р. Лопьи до устья р. Муравей.
Таблица 1. Расход и температура воды карстовых источников и водотоков в заповеднике «Вишерский» (август 2005/июнь 2006)
Пункт измерения Расход, л/с Температура, оС
Нижнесилурийские карбонатные породы на участке между устьями рек Лопья и Муравей
14 источников с левого берега р. Бобровой (зона разгрузки 1 на рис. 1) 1560/2752 3.4-3.8/3.4
Источники, образующие левый приток р. Вишеры в 300 м выше по течению от о. Лебяжий (зона разгрузки 2 на рис. 1) 35/150 3.8-4.2
Источники, образующие левый приток р. Вишеры напротив о. Лебяжий (зона разгрузки 3 на рис. 1) 240/410 3.4-3.8/3.6
Источник, образующий озеро на 860 м северо-восточнее устья р. Муравей (зона разгрузки 4 на рис. 1) 300*/636 3.8/3.5
Источники зоны разгрузки севернее устья р. Муравей (зона разгрузки 5 на рис. 1) 50*/315 3.7-3.8/3.7
Лландоверийские карбонатные породы нижнего силура в районе устья р. Лыпьи
Источник Лыпьинский (зона разгрузки 6 на рис. 2) 320/1157 3.8/4.8
Источники на дне р. Вишеры у о. Зауголок (зона разгрузки 7 на рис. 2) 20* 3.2
Источник, образующий озеро на 1.8 км юго-западнее устья р. Лыпьи (зона разгрузки 8 на рис. 2) 22/506 4.2/6.3
Примечание: * данные о расходах требуют уточнения
Таблица 2. Химический состав подземных вод карстовых источников в заповеднике «Вишерский» (август 2005), мг/л
№ Место отбора ИСОз БО/' СГ ЫОз N02 Са2+ Na++K ^еобщ Мине- рали- зация рН
Нижнесилурийские карбонатные породы на участке между устьями рек Лопья и Муравей
1у* Источник на дне р. Бобровой 68.90 3.50 0.10 0.12 0.005 20.80 1.90 0.20 0.05 95.60 7.57
3у Источник, образующий озеро на 850 м северо-восточнее устья р. Муравей 74.50 4.60 0.20 0.10 н.о. 22.10 2.70 0.30 0.05 104.60 7.51
5у Источник, образующий водопро-явление на 150 м северо-восточнее устья р. Муравей 71.80 2.80 1.20 0.09 0.013 22.00 2.40 0.10 0.06 100.50 7.63
Лландоверийские карбонатные породы нижнего силу2 ра в районе устья р. Лыпьи
7у Источник Лыпьинский 94.00 7.20 0.70 0.14 н.о. 26.90 5.10 0.20 0.05 134.30 7.79
9у Источник на дне р. Вишеры, левый берег у о. Зауголок 97.60 6.20 0.20 0.11 н.о. 29.50 3.30 0.20 0.05 137.20 7.38
8у Источник, образующий озеро на 1.8 км юго-западнее устья р. Лыпьи 87.80 6.70 0.30 0.15 н.о. 21.60 6.20 0.10 0.07 122.90 6.64
Примечание: *номера мест отбора соответствуют таковым в базе данных
Таблица 3. Микроэлементный состав подземных вод карстовых источников в заповеднике «Вишерский» (август 200.), мкг/л
№ Место отбора N1 Сг Мп V Т1 Си 2п РЬ Ая Ва 8г 8п № Ы
Нижнесилурийские карбонатные породы на участке между устьями рек Лопья и Муравей
IV Источник на дне р. Бобровой 0.3 3.5 н.о. 1.0 10.4 2.1 10.4 0.6 0.03 27.6 48.3 0.1 0.5 н.о.
3у Источник, образующий озеро на 850 м северо-восточнее устья р. Муравей н.о. 2.2 н.о. 1.1 11.2 2.2 3.7 0.5 0.01 22.4 52.2 н.о. 0.5 н.о.
5v Источник, образующий водопроявление на 150 м северо-восточнее устья р. Муравей 0.2 3.7 н.о. 0.7 7.5 2.2 3.7 0.4 0.02 22.4 44.8 н.о. 0.5 н.о.
Лландоверийские карбонатные породы нижнего силура в районе устья р. Лыпьи
7v Источник Лыпьинский 0.5 1.0 н.о. 1.5 14.8 4.9 5.9 0.7 0.02 39.4 88.7 н.о. н.о. 1.8
Источник на дне р. Вишеры, левый берег у о. Зауголок 0.9 1.0 9.8 1.0 9.8 5.9 14.7 1.5 0.03 29.5 88.5 0.5 н.о. 4.9
8v Источник, образующий озеро на 1.8 км юго-западнее устья р. Лыпьи 0.8 0.9 9.0 0.9 9.0 5.4 13.5 0.5 2.70 63.1 63.1 0.3 н.о. 1.4
Однако разгрузка трещинно-карстовых вод в виде субаквальных карстовых источников и в этот период года играет преобладающую роль в питании р. Бобровой — их суммарный расход 2752 л/с. Температура воды источников составляет 3.4 °С (табл. 1), рН - 7.3. Вода ультрапресная — с минерализацией 82 мг/л, гидрокарбонатно-кальциевого состава
(табл. 4). С помощью атомно-адсорбционного анализа в ней обнаружены №, Сг, Мп, V, Т^ Си, 2п, РЬ, Ag, Ва, Sn, Sг, № (табл. 5). Содержание растворенного кислорода в воде — 3.21 мг/л.
Субаквальные карстовые источники, находящиеся в 300 м выше по течению от о. Лебяжий. Карстовые источники образуют небольшие водоемы, избыток воды в которых и формирует левый приток р. Вишеры. Зона разгрузки начинается на 1.8 км северо-восточнее устья притока. Ближайшие к р. Вишере источники расположены в пойме реки в нескольких десятках метров от уреза воды, разгрузка происходит через слой аллювиальных отложений, представленных песком и гравием. Глубина устьев источников не превышает 0.5 м. Температура воды источников составляет 3.8-4.2 °С (данные на 09.08.2005), общий расход воды в летнюю межень незна-
чительный - 35 л/с. По данным исследований на 10.06.2006 расход воды увеличился в 4 раза (табл. 1) по сравнению с меженным периодом.
Группа субаквальных источников, зафиксированных напротив о. Лебяжий. На дне левобережного старичного озера напротив острова Лебяжий разгружается группа карстовых источников. Два источника представляют собой карстовые воронки на дне озера, частично заполненные глыбами известняка и галечным материалом аллювия. О поступлении воды из воронок можно судить по движению водорослей. Другие источники, разгрузка которых происходит через слой аллювиальных отложений, расположены на мелководье. Восходящие потоки обнаруживаются по куполам над поверхностью воды и грубообломочным фракциям аллювия, которые находятся в местах разгрузки во взвешенном состоянии. Температура воды источников составляет 3.4-
3.8 °С. Сток воды из озера формирует левый приток р. Вишеры, расход которого в июле 2005 г. был 240 л/с, а в августе 2006 г. - почти в 2 раза больше: 410 л/с (табл. 1).
Минерализация воды достигает 57.0 мг/л, удельная электрическая проводимость - 120.6 мкСм, температура - 3.6 °С, содержание кислорода - 3.43 мг/л.
Таблица 4. Химический состав подземных вод карстовых источников в заповеднике «Вишерский» (июнь 2006), мг/л
№ Место отбора нсо3- Б042- С1- ыо3- N02 Са2+ Ыа++К ^еобщ Мине- рали- зация рН
Нижнесилурийские карбонатные породы на участке между устьями рек Лопья и Муравей
У5/ 06 Источник на дне р. Бобровой 59.80 2.80 0.60 н.о. н.о. 16.40 1.60 0.35 н.о. 81.55 7.29
У7/ 06 Источник, образующий озеро на 850 м северо-восточнее устья р. Муравей 62.60 3.40 0.50 н.о. н.о. 18.20 1.10 0.32 н.о. 86.12 7.46
Лландоверийские карбонатные породы нижнего силура в районе устья р. Лыпьи
У9/ 06 Источник Лыпьинский 76.40 4.40 0.40 н.о. н.о. 20.60 2.20 0.40 н.о. 104.40 7.04
У11 /06 Источник на дне р. Вишеры, левый берег у о. Зауголок 68.30 3.90 0.40 н.о. н.о. 20.20 2.10 0.41 н.о. 95.31 7.21
У12 /06 Источник, образующий озеро на 1.8 км юго-западнее устья р. Лыпьи 68.30 5.40 0.60 н.о. н.о. 16.80 3.80 0.43 н.о. 95.33 7.29
Таблица 5. Микроэлементный состав подземных вод карстовых источников в заповеднике «Вишерский» (июнь 2006), мкг/л
№ Место отбора N1 Сг Мп У Ті Си 2п РЬ АЯ Ва 8г 8п №
Нижнесилурийские карбонатные породы на участке между устьями рек Лопья и Муравей
У4/ 06 Источник на дне р. Бобровой 1.0 2.0 30.0 1.8 20.0 2.0 10.0 1.5 0.04 30.0 70.0 0.4 0.9
У6/ 06 Источник, образующий озеро на 850 м северо-восточнее устья р. Муравей 0.1 5.0 40.0 2.0 30.0 1.8 18.0 0.6 0.07 50.0 60.0 0.4 0.7
Лландоверийские карбонатные породы нижнего силура в районе устья р. Лыпьи
У8/ 06 Источник Лыпьинский 1.50 5.0 10.0 3.0 30.0 1.5 5.0 0.5 0.05 60.0 60.0 0.0 0.9
У14/ 06 Источник на дне р. Вишеры, левый берег у о. Зауголок 0.70 1.0 0.0 2.0 30.0 2.0 7.0 0.6 0.06 50.0 70.0 0.0 1.0
У13/ 06 Источник, образующий озеро на 1.8 км юго-западнее устья р. Лыпьи 1.00 2.0 40.0 2.0 18.0 2.0 9.0 1.0 0.06 70.0 50.0 0.0 0.9
Источник, образующий озеро на 850 м северо-восточнее устья р. Муравей, на 250 м восточнее левого берега р. Вишеры, разгружается из крупной карстовой воронки диаметром 10 м и глубиной 4 м. Борта воронки сложены крупными глыбовыми блоками известняка со следами неравномерного растворения. О разгрузке подземных вод свидетельствует движение водорослей.
Озеро, питание которого осуществляется за счет разгрузки трещинно-карстовых вод, вытянуто в субмеридиональном направлении и имеет протяженность около 150 м, ширину до 40 м. На дне озера есть карстовые воронки, которые меньше воронки, из которой осуществляется разгрузка. Донные отложения представлены серым известковым песком с примесью органического ила. По песчаным «вул-
канчикам» на дне обнаруживаются незначительные по расходу субаквальные источники.
Температура воды источника составляет
3.8 °С (данные на 10.08.2005), расход в летнюю межень - около 300 л/с (табл. 1), рН -
7.5. Вода имеет гидрокарбонатно-кальциевый состав и минерализацию 105 мг/л (табл. 2). С помощью атомно-адсорбционного анализа обнаружены Сг, V, Т^ Си, 2п, РЬ, Ag, Ва, Sr, № (табл. 3).
Численность гетеротрофных и аммонифицирующих бактерий в воде достигает нескольких тысяч клеток в миллилитре, численность нефтеокисляющих бактерий не превышает нескольких сотен клеток. Бактерии, способные к денитрификации и азотфиксации, не обнаружены. В донных отложениях численность гетеротрофных и аммонифицирующих бактерий составляет несколько миллиардов клеток в грамме сырого осадка, при этом численность аммонифицирующих бактерий несколько меньше. Количество денитрифицирующих бактерий достигает нескольких тысяч в грамме сырого осадка.
При повторном исследовании (11.06.2006) минерализация озерной воды составила 86 мг/л. Вода ультрапресная, гидрокарбонатно -кальциевого состава, рН - 7.5, температура ее
- 3.5 °С, содержание кислорода в ней - 2.3 мг/л. Расход воды увеличился более чем в 2 раза по сравнению с прошлогодним показателем (табл. 4). Атомно-адсорбционный анализ позволил обнаружить №, Сг, Мп, V, Т^ Си, 2п, РЬ, Ag, Ва, Sr, Sn, № (табл. 5).
Зона субаквальной разгрузки в районе устья р. Муравей. Источники образуют небольшие водоемы, избыток воды в которых формирует левый приток р. Вишеры, устье которого расположено в 100 м выше по течению от устья р. Муравей. Зона разгрузки находится в 200-метровой зоне левого берега р. Вишеры. Ближайший к реке источник расположен в 60 м от уреза воды. Разгрузка происходит через слой аллювиальных отложений, представленных песком. Устья источников находятся неглубоко (до 0.5 м). Температура воды источников составляет 3.7-3.8 °С (данные на 10.08.2005), общий расход в летнюю межень - около 50 л/с (табл. 1), рН - 7.6. Вода
гидрокарбонатно-кальциевого состава с минерализацией 101 мг/л (табл. 2). Атомноадсорбционный анализ обнаружил №, Сг, V, Т^ Си, 2п, РЬ, Ag, Ва, Sr, № (табл. 3).
В донных отложениях численность гетеротрофных бактерий составляет миллиарды клеток в грамме сырого осадка, аммонифицирующих - на порядок меньше, денитрифицирующих - не превышает нескольких десятков клеток.
Исследования в 2006 г. показали, что минерализация воды в источнике достигала 57.8 мг/л, удельная электрическая проводимость 122.3 мкСм, температура - 3.7 °С, содержание кислорода - 2.59 мг/л. Суммарный расход источников на 11.06.2006 равен 315 л/с.
Вишера в районе устья р. Лыпьи пересекает лландоверийские карбонатные породы нижнего силура (рис. 2). Здесь обнаружены и исследованы три субаквальных карстовых источника.
Источник Лыпьинский расположен на правом берегу р. Лыпьи, на 200 м выше ее устья. Разгрузка подземных вод происходит из карстовой воронки диаметром 15 м и глубиной 4.7 м, находящейся в пойме реки. Во время весеннего половодья и летне-осенних дождевых паводков этот участок затапливается речной водой. В межень избыток воды из воронки поступает в р. Лыпью. Расход источника составляет 320 л/с, температура воды - 3.8 °С (табл. 1 - данные на 13.08.2005), рН - 7.8. Вода имеет гидрокарбонатно-кальциевый состав и минерализацию 134 мг/л (табл. 2). Атомноадсорбционный анализ позволил обнаружить М, Сг, V, Т^ Си, 2п, РЬ, Ag, Ва, Sr (табл. 3).
Численность гетеротрофных бактерий в воде не превышает нескольких тысяч клеток в миллилитре, аммонифицирующих бактерий -на два порядка меньше. Обнаружены нефтеокисляющие бактерии, количество которых не превышает нескольких единиц. Бактерии, способные к денитрификации и азотфикса-ции, не выявлены. В донных отложениях численность гетеротрофных бактерий составляет миллиарды клеток в грамме сырого осадка, аммонифицирующих - сотни миллионов клеток, денитрифицирующих - нескольких тысяч клеток.
1 0 1 2 км
Нижний и средний девон. Известняки, аргиллиты, алевролиты, кварцевые песчаники
Нижний девон от вязовской до чеславской свиты. Рифогенные известняки и доломиты, аргиллиты, алевролиты, песчаники Нижний девон, такатинская свита. Кварцевые песчаники, прослоями гравийные, конгломераты, аргиллиты и алевролиты Верхний силур - нижний девон. Известняки, сланцы, песчаники
Венлокский ярус. Глинистые сланцы, песчаники, известняки, доломиты
Лландоверийский ярус. Доломиты, известняки, песчаники,гравелиты
Средний и верхний ордовик. Доломитизированные известняки, доломиты, мергели, сланцы, песчаники, в основании конгломераты
Зоны субаквальной разгрузки подземных вод карстовых массивов:
6 - на р.Лыпья; 7 - у острова Зауголок; 8 - в 900 м ниже острова Зауголок
Рис. 2. Геологическая карта района субаквальной разгрузки подземных вод карстовых массивов в районе устья р. Лыпьи
0,-02 -
О^г+сз --
эД -
Эл/ -^1 ■ Ог*з "
о
В период окончания весеннего половодья карстовая воронка полностью заполняется водой, но разгрузка источника в р. Лыпья определяется визуально. По данным замера расход воды составил 1157 л/с, что в 3 раза больше по сравнению с разгрузкой в период межени (табл. 1). Минерализация воды источника - 104 мг/л, рН - 7.0, состав воды - гид-рокарбонатно-кальциевый. Температура воды
- 4.8 °С, содержание кислорода - 4.9 мг/л. Атомно-адсорбционный анализ показал, что в воде содержится №, Сг, Мп, V, Т^ Си, 2п, РЬ, Ag, Ва, Sr, № (табл. 4, 5).
Группа источников на дне р. Вишеры у
о. Зауголок. Водовмещающие породы представлены трещиноватым известняком с плитчатой отдельностью. Разгрузка подземных вод происходит из карстовых каналов, устья которых расположены ниже уреза воды, с левого скального берега р. Вишеры. Общий расход воды 4 субаквальных источников в летнюю межень составляет около 20 л/с, температура воды - 3.2 °С (табл. 1), рН - 7.4. Вода имеет гидрокарбонатно-кальциевый состав и минерализацию 137 мг/л (табл. 2). Атомноадсорбционный анализ позволил обнаружить N1, Сг, Мп, V, Т1, Си, 2п, РЬ, Л§, Ва, 8г, Ы (табл. 3).
Исследования, проведенные годом позже (12.06.2006), показали, что расход воды источников и температура не изменились (табл. 1), рН равен 7.2. Вода в них ультрапре-сная гидрокарбонатно-кальциевого состава с минерализацией 95 мг/л (табл. 4). С помощью атомно-адсорбционного анализа выявлены №, Сг, V, Т^ Си, 2п, РЬ, Ag, Ва, Sr, № (табл. 5).
Источник, образующий озеро на 1.8 км юго-западнее устья р. Лыпьи. Разгрузка подземных вод происходит из двух каналов на дне карстовой воронки, расположенной в 40 м от правого берега р. Вишеры. Диаметр воронки составляет 30 м, глубина - 8 м. Избыток воды в воронке образует небольшой правый приток р. Вишеры. Расход источника в меженный период составляет 22 л/с, температура воды - 4.2 °С (данные на 14.08.2005), рН -
6.6. Вода имеет гидрокарбонатно-кальциевый состав и минерализацию 123 мг/л (табл. 2). В ходе атомно-адсорбционного анализа обнаружены №, Сг, Мп, V, Т^ Си, 2п, РЬ, Ag, Ва, 8г, Ы (табл. 3).
Численность гетеротрофных и аммонифицирующих бактерий в воде достигает нескольких десятков тысяч клеток в миллилитре, нефтеокисляющих - на порядок меньше. Бактерии, способные к денитрификации и азотфиксации, не обнаружены. В донных отложениях численность гетеротрофных бактерий составляет миллиарды клеток в грамме сырого осадка, аммонифицирующих бактерий
- на три порядка меньше. Обнаружены денитрифицирующие бактерии в количестве нескольких тысяч клеток на грамм сырого осадка.
При исследовании источника 12.06.2006 расход воды в нем по сравнению с данными в межень увеличился в 25 раз (табл. 1). Минерализация воды в карстовом озере составила 95 мг/л, рН - 7.3, температура - 6.3 °С, содержание кислорода - 4.82 мг/л. Вода имеет гидрокарбонатно-кальциевый состав (табл. 4). Атомно-адсорбционный анализ показал, что в ней содержится Ni, Cr, Mn, V, Ti, Cu, Zn, Pb, Ag, Ba, Sr, Nb (табл. 5).
В результате альгологического исследования субаквальных карстовых источников заповедника «Вишерский» выявлено 25 видов цианобактерий и водорослей: Cyanoprocaryota
- 5 видов (20 %), Bacillariophyta - 13 (52 %), Chlorophyta - 7 (28 %) (табл. 6). Из 16 обнаруженных семейств цианобактерий и водорослей преобладают представители Nostocaceae (Cyanoprocaryota) - 4 вида и Achnanthaceae (Bacillariophyta) - 4 вида. Остальные семейства представлены лишь одним или двумя видами.
В 5 пробах бентали обнаружено 5 видов (21.7 %) Cyanoprocaryota, 11 (47.8 %) -
Bacillariophyta и 7 (30.5 %) - Chlorophyta, причем в отдельных пробах количество видов зеленых водорослей превышает число диатомовых или равно ему. Наиболее часто в исследованных пробах встречаются представители зеленых водорослей - Neospongiococcum excentricum (Deason et Bold) Deason et Cox (F = 80 %), Chlorella vulgaris Beijer (F = 100 %), Scenedesmus ellipticus Corda (F = 100 %). По сумме баллов доминируют виды Achnanthes conspicua A. Maver, Chlorella vulgaris и Scenedesmus ellipticus.
Таблица 6. Список видов цианобактерий и водорослей, обнаруженных в некоторых субаквальных карстовых источниках заповедника «Вишерский»
Таксон Проба*
і 2 3 4 5 V7 V8
Cyanoprocaryota 1 О 1 3 1 О О
Schizothrix lardacea (Ces.) Gom. 3 5
Anabaena Jonssonii B.-Peters і
Anabaena sp. і
Cylindrospermum michailovskoense Elenk. і
Nostoc paludosum (Kutz.) Elenk. 5
Bacillariophyta 4 2 4 4 3 1 2
Melosira varians Ag. 3 3
Cymbella sp. 2 2
Achnanthes conspicua A. Maver 4 5 4
Achnanthes sp. 2
Achnanthes striata Skv. і
Planothidium lanceolata (Breb. In Kutz.) Round et Bukht. 3 3
Sellaphora bacillum (Ehr.) Mann і
Sellaphorapupula (Kutz.) Mann 3
Navicula atomus (Nag.) Grun. і
Navicula minima Grun. і і
Gyrosigma Spenceri (W. Sm.) Cl. 2
Amphora veneta Kutz. і
Nitzschiapalea (Kutz.) W. Sm. і 2
Chlorophyta 5 4 4 4 3 О О
Chlamydomonas gloeogama Korsch. і
Neospongiococcum excentricum (Deason et Bold) Deason et Cox і і 3 і
Chlorella vulgaris Beijer 4 4 і 4 і
Scenedesmus ellipticus Corda 5 5 4 4 5
Scenedesmus spinosus Chod. 2 і і
Chlorosarcinopsis arenicola Groover et Bold 5
Chlorhormidium flaccidum var. nitens Menegh. emend. Klebs 2
Примечание: * номера проб соответствуют таковым в табл. 1, 2 и 3
4. Обсуждение результатов исследований
Результаты исследований являются предварительными, так как данных наблюдений в период летней межени недостаточно и требуется проведение экспедиции в период весеннего половодья. Однако уже сейчас можно сделать выводы о большом значении проведенных исследований.
Так, расход воды, разгружающейся из трещины в массиве карбонатных пород на дне р. Бобровой по предварительным данным на Урале уступает только источнику Красный Ключ в Башкирии [6]. Неожиданным оказалось высокое содержание Ag в источнике, об-
разующем озеро на 1.8 км юго-западнее устья р. Лыпьи. Концентрация Ag здесь на два порядка выше, чем в остальных пробах, и соответствует содержанию в подземных водах месторождений серебра [11]. Однако для исключения ошибки требуется проведение повторных анализов и наблюдений за составом воды в другие сезоны года.
В ходе исследования выявлены основные особенности участков субаквальной разгрузки подземных вод в карстовых массивах на р. Вишере. Чаще всего они характеризуются широким развитием подруслового карста, о чем свидетельствуют многочисленные воронки на дне реки и стариц. Река здесь имеет большую глубину, на отдельных участках аллювий отсутствует, а на дне обнажаются ко-
ренные карбонатные породы. О площадной разгрузке подземных вод на отдельных участках свидетельствует газовыделение со дна реки через слой аллювиальных отложений, а также общее понижение температуры речной воды. Берега часто высокие, скалистые, представленные массивами закарстованных карбонатных пород, где широко развиты карстовые воронки, а также небольшие и, редко, значительные пещеры.
Вода карстовых источников карбонатных массивов имеет голубоватый оттенок, обладает флюоресценцией. Температура воды составляет 3.4-3.8 °С, минерализация - 100-140 мг/л. С учетом высоких расходов карстовых источников уже на предварительном этапе исследования можно сделать вывод о том, что разгрузка подземных вод закарстованных карбонатных массивов играет важную роль в формировании расхода, температурного и гидрохимического режима р. Вишеры, а в конечном счете и экосистемы заповедника «Вишерский». Таким образом, уникальные карстовые ландшафты территории требуют внимательного изучения и сохранения.
В ходе микробиологических исследований внимание было обращено на численность микроорганизмов основных физиологических групп цикла азота - аммонификаторов, денит-рификаторов, азотфиксаторов, так как азот является одним из основных лимитирующих факторов в экосистемах. Внимание было уделено и численности нефтеокисляющих бактерий, и ее отношению к численности гетеротрофных бактерий, что может быть показателем нефтяного загрязнения экосистемы естественным или техногенным путем.
В водных пробах численность гетеротрофных бактерий, как правило, совпадает с численностью аммонифицирующих бактерий либо на порядок превышает ее. Низкое содержание минеральных водорастворенных форм азота «ориентирует» бактериальное сообщество на извлечение данного химического элемента из водорастворенных органических веществ, результатом чего является высокое отношение численности аммонифицирующих бактерий к количеству. Более того, в бактериальном сообществе воды отсутствуют бактерии, ответственные за «расходную часть» бюджета азота - денитрифицирующие бактерии. Ранее нами была предложена схема функционирования цикла азота в подземных водах Пермского Прикамья [13]. Данные, по-
лученные для субаквальных источников заповедника «Вишерский» хорошо с ней согласуются.
Тип микробного сообщества, развивающегося в донных осадках, зависит от конкретных физико-химических условий. При этом основными определяющими факторами являются доступность источников энергии и наличие доноров и акцепторов электронов. Численность гетеротрофных бактерий в исследованных нами донных отложениях субаквальных родников согласуется с имеющимися в литературе данными для донных отложений поверхностных водных объектов [8, 15, 16], она выше на несколько порядков численности гетеротрофных бактерий в пробах воды. Однако способностью к аммонификации органических веществ обладает меньшая, чем в водных пробах, часть микроорганизмов сообщества (численность аммонифицирующих бактерий на несколько порядков ниже численности гетеротрофных бактерий). Содержание минеральных форм азота, образующихся в донных отложениях при разложении органического вещества, обычно выше, чем в воде. Это дает возможность существовать в составе сообщества бак-териям-денитрификаторам. В результате их деятельности происходит потеря азота экосистемой. Численность денитрифицирующих бактерий в донных отложениях находится на уровне нескольких тысяч клеток в грамме сырого осадка, в то время как в водных пробах они не обнаружены. Полученные данные соответствуют модели, разработанной для морских отложений. Согласно ей разложение органического вещества ведет к увеличению роли бак-терий-денитрификаторов в бактериальном сообществе [14]. Установленная нами низкая численность бактерий, способных к усвоению углеводородов нефти, является показателем отсутствия нефтяного загрязнения исследованных объектов.
Из 6 проб воды 4 оказались альгологиче-ски стерильными, что, по-видимому, связано с поступлением воды из-под земли. Такая же закономерность наблюдается при изучении пелагиали пещерных водоемов [1]. В 2 пробах воды выявлено лишь 3 вида диатомовых водорослей, причем все они являются обитателями бентоса, откуда и могли попасть в пробы. Все виды отмечены в единичных случаях. Сравнительный флористический анализ показал, что сходство видового состава в исследованных пробах отсутствует.
Известно, что из бентосных водорослей в континентальных водоемах преобладают диатомовые, зеленые, сине-зеленые и желтозеленые нитчатые водоросли, прикрепленные или не прикрепленные к субстрату [7]. Поэтому доминирование в нашем случае представителей Bacillariophyta и Chlorophyta является закономерным.
В ходе сравнительного флористического анализа установлено, что наибольшее сходство видового состава отмечено в пробах № 1 и 4 (Кс.-ч.(кол.) = 70 %), № 1 и 2 (Кс,ч.(кол.) = 67 %). Среднее сходство видового состава выявлено в пробах № 1 и 5 (КС.-Ч.(Кол.) = 41 %), № 2 и 5 (Кс.-ч.(Кол.) = 49 %), № 3 и 5 (Кс.-ч.(Кол.) = 42 %), № 2 и 4 (Кс-ч.(Кол.) = 48 %). Сходство его в остальных группах проб незначительное. Возможно, такое распределение видового состава
Библиографический список
1. Абдуллин Ш.Р. Водоросли некоторых подземных водоемов пещеры Шульган-Таш (Южный Урал) / Ш.Р. Абдуллин, М.Ю. Шарипова // Охрана растительного и животного мира Поволжья и сопредельных территорий: матер. Всерос. науч. конф., посвящ. 130-летию со дня рождения И. И. Спрыгина. Пенза, 2003. С. 190
- 192.
2. Батурин Е.Н. Нефтяное загрязнение Камского водохранилища за счет субаквальной разгрузки карстовых вод / Е.Н. Батурин, С.М. Блинов // Севергеоэкотех-2004: матер. междунар. науч. конф. Ухта, 2004. Ч.1. С.135 - 140.
3. Блинов С.М. Эколого-геохимическое изучение постликвидационных процессов в Кизелов-ском угольном бассейне / С.М. Блинов// Региональный конкурс РФФИ-Урал: результаты науч. исследований, полученные за 2002 г. Аннотационные отчеты. Пермь, 2003. С. 248 -251.
4. Блинов С.М. Изучение субаквальных карстовых источников: задачи, перспективы, методы / С.М. Блинов, И.А. Лавров, Е.Н. Батурин // Геология и полезные ископаемые Зап. Урала: матер. рег. науч.-практ. конф. Пермь, 2005. С. 287 - 290.
5. Блинов С.М. Исследование субаквальных карстовых источников / С.М. Блинов, И.А. Лавров, И.М. Тюрина // Карстоведение - XXI век: матер. междунар. симп. Пермь, 2004. С. 176 -178.
6. Буданов Н.Д. Гидрогеология Урала / Н.Д. Буданов. М.: Наука, 1964. 304 с.
7. Водоросли: справочник / С.П. Вассер,
Н.В. Кондратьева, Н.П. Масюк и др. Киев: Наук. думка, 1989. 122 c.
обусловлено локальными абиотическими факторами, а также различными источниками формирования флоры цианобактерий и водорослей в местах отбора проб.
Таким образом, предварительное изучение цианобактерий и водорослей субаквальных карстовых источников заповедника «Вишер-ский» позволяет сделать вывод о том, что вода данных источников альгологически стерильна или же в ней содержится малое количество видов водорослей, попадающих, по-видимому, из близлежащих экотопов. В бен-тали зоны разгрузки этих источников по количеству видов и частоте встречаемости в целом преобладают представители диатомовых водорослей, по сумме баллов обилия - зеленые водоросли.
8. Горленко В.М. Экология водных микроорганизмов / В.М. Горленко, Г.А. Дубинина, С.И. Кузнецов. М.: Наука, 1977. 289 с.
9. Громов Б.В. Коллекция культур водорослей Биологического института Ленинградского университета / Б.В. Громов // Тр. Петергоф. биол. ин-та ЛГУ. Л., 1965. Т. 19. С. 125 - 139.
10. Дублянский В.Н. Карстоведение. Ч. 1. Общее карстоведение / В.Н. Дублянский, Г.Н. Дуб-лянская. Пермь, 2004. 308 с.
11. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов / В.В. Иванов. М.: Экология, 1997. Т. 5. 576 с.
12. Кузяхметов Г.Г. Методы изучения почвенных водорослей / Г.Г. Кузяхметов, И.Е. Дубовик. Уфа, 2001. 56 с.
13. Хмурчик В.Т. Бактериальная активность и физиологические группы микроорганизмов цикла азота в подземных водах Пермского Прикамья: автореф. Дис. ... канд. биол. наук / В.Т. Хмурчик. Пермь, 1997. 23 с.
14. Blackburn T.H. Model of nitrification and denitrification in marine sediments / T.H. Blackburn, N.D. Blackburn // FEMS Microbiol. Lett. 1992. Vol. 100, № 1-3. P. 517 - 522.
15. Moriarty D.J.W. Heterotrophic bacterial activity and growth rates in sediments of the continental-margin of eastern Australia / D.J.W. Moriarty, G.W. Skyring, G.W. O'Brien, D.T. Heggie // Deep-Sea Res. 1991. Vol. 38, № 6. P. 693 - 712.
16. Proctor L.M. Method for enumeration of 5-cyano-2,3-ditoyl tetrazolium chloride (CTC)-active cells and cell-specific CTC activity of bentic bacteria in riverine, estuarine and coastal sediments / L.M. Proctor, A.C. Souza // J Microbiol. Meth. 2001. Vol. 43, № 3. P. 213 - 222.
The complex study of subaqual karstic water sources of «Visherskiy» Reserve
S.M. Blinov, V.T. Khmurchik, S.R. Abdullin, I.V. Shchukova
Perm state University, 614990, Perm, Bukirev St., 15.
E-mail: [email protected], [email protected]
Institute of ecology and genetics of microorganisms the UB of the RAS, 614081, Perm, Goleva St., 13. E-mail: [email protected]
Bashkir state University, 450074, Republic Bashkortostan, Ufa, Aksakov St., 57. E-mail: abdul-linshrb su@mail. ru
The actuality of the study is proven and the methods for searching and investigation of subaqual karstic water sources is developed. The results of complex study (data on water discharge and temperature, chemical and microbiological analysis, etc.) are presented in the paper.
Key words: hydrogeology, water sources, karst, Vishera Reserve, Perm Region.
Рецензент кандидат геол. -минер. наук И.Н. Шестов
