Диссертация: Морфометрические и гидрохимические характеристики водоёмов полигонально-тундровых ландшафтов северо-востока Якутии

Актуальность исследования. Ландшафты северных регионов в условиях криолитозоны характеризуются широким распространением водоёмов разного происхождения. Большая часть из них – термокарстовые озёра, представляющие несомненный интерес как специфические водные объекты тундровой зоны с экстремальными условиями среды. Кроме собственно термокарстовых озёр в тундре широко распространены мелкие полигональные водоёмы, которые в процессе активизации (протаивания льда) термокарстовых процессов могут образовывать крупные водные объекты. Изучение первоначальных параметров полигональных водоёмов представляют интерес в лимнологии и в природопользовании. Несмотря на все это, лимнологические свойства тундровых водоёмов в условиях сплошного распространения многолетней мерзлоты изучены далеко не достаточно, особенно это касается Северо-Востока России. Наличие многолетней мерзлоты, её зональные и региональные особенности ограничивают промышленное освоение криолитозоны. Морфометрические параметры полигональных водоёмов служат косвенным источником информации о состоянии мёрзлых грунтов, характере протекания термокарстовых процессов, позволяют сделать вывод о возможных сценариях развития водных объектов, что даёт возможность планировать экономическое развитие региона и обеспечить устойчивое существование традиционных видов природопользования.
Объектом исследования являются мелководные полигональные водоёмы, расположенные в низовьях рек Индигирка и Колыма, на о. Большой Ляховский и на п-ове Фаддеевский (о. Котельный, Новосибирские о-ва).
Предмет исследования морфометрические и гидрохимические параметры труднодоступных и малоизученных полигональных водоёмов.
Цель работы: выявить основные морфометрические и гидрохимические особенности полигональных водоёмов.
Основная цель диссертационной работы заключается в исследовании современных морфометрических и гидрохимических особенностей полигональных водоёмов и определении связи этих особенностей с ландшафтными типами района исследований.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи: - проанализировать изученность мелководных полигональных водоёмов, расположенных на территориях полигонально-тундровых ландшафтов арктической зоны Евразии и Северной Америки; - дать характеристику морфометрических и гидрохимических параметров изученных водоёмов по типам ландшафтов; - выявить основные морфометрические и гидрохимические особенности водоёмов по точкам (Кыталык, Походск, о. Большой Ляховский и на п-ове Фаддеевский) исследования с применением статистических программ.
Методы исследования. В работе применён комплекс методов по сбору полевого материала, его камеральной и аналитической обработке. Исследования базируются на стандартных лимнологических, гидрохимических, сравнительно-географических, геоинформационных методах и методе математической статистики.
Научная новизна работы состоит в том, что: а) впервые для труднодоступных полигональных водоёмов Северо-Востока Якутии произведён расчёт ряда морфометрических характеристик (показатель удлинённости, изрезанности, объём водоёма и др.) водного зеркала по типам ландшафтов; б) впервые проведена оценка взаимной обусловленности морфометрических и гидрохимических параметров полигональных водоёмов Северо-Востока Якутии, в том числе по типам ландшафтов, а также с учётом их островного и материкового месторасположения; в) впервые выполнена оценка качества вод полигональных водоёмов по значениям нормативов предельно-допустимых концентраций для рыбохозяйственного назначения (ПДКрыб.хоз.).
Основные положения, выносимые на защиту: 1. По основным химическим свойствам вода изученных водных объектов материковой части района исследования характеризуется как сульфатно-гидрокарбонатная, а островных водоёмов как хлоридно-гидрокарбонатная. 2. Полигональные водоёмы по морфометрическим параметрам и их сочетаниям не демонстрируют закономерных соответствий значениям основных гидрохимических характеристик. 3. По морфометрическим параметрам выделены и охарактеризованы стадии развития (зарождение-эволюция-деградация) полигональных водоёмов Севера Якутии, связанные с особенностями и характером протаивания повторно-жильного льда.
Теоретическая значимость работы состоит в получении новых сведений о морфометрических и гидрохимических параметрах слабоизученных термокарстовых полигональных водоёмов севера Якутии; установлении отсутствия взаимосвязей и взаимной обусловленности сочетаний значений, морфометрических и гидрохимических характеристик полигональных водоёмов; обнаружении различий основных физико-химических показателей водоёмов (ионный состав, концентрация кремния) Новосибирских островов и объектов, расположенных на «материковой» части Якутии; пионерном вычислении расчётных морфометрических характеристик для полигональных водоёмов. Результаты исследований существенно расширили знания о морфометрических и гидрохимических параметрах полигональных водоёмов Евразии.
Практическое значение. Современные физико-химические параметры изученных водоёмов могут использоваться как фоновые данные для дальнейшего проведения биомониторинга. Материалы исследования применимы во время проведения водохозяйственных мероприятий по обеспечению перспективных населённых пунктов водой, пригодной для хозяйственно-гигиенического использования, а также для целей рыбного хозяйства в качестве информационной базы о морфометрических, физико-химических и гидрохимических характеристиках биотопов. Результаты исследований используются для практических работ по спецкурсу «Охрана водных ресурсов и их рациональное использование в условиях криолитозоны» для студентов, обучающихся по специальности «Природопользование».
Степень достоверности и апробация работы. Основные результаты исследования неоднократно докладывались и обсуждались на республиканских, российских и международных конференциях различного уровня: на международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум» (Москва, 2013-2016 г.); на первой международной конференции «Paleolimnology of Northern Eurasia. Proceedings of the International Conference» (г. Петрозаводск, 2014 г.); международной научно-практической конференции LXVII Герценовские чтения (г. Санкт-Петербург, 2014 г.); на второй международной конференции «Paleolimnology of Northern Eurasia. Experience, Methodology, Current Status: Proceedings of the International Conference» (г. Якутск, 2016 г.); IV республиканской научно-практической конференции «География и краеведение в Якутии (г. Якутск, 2016).
Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 20 работ, в том числе 4 в научных журналах, включённых в перечень Высшей аттестационной комиссии Российской Федерации.
Личный вклад автора. Диссертация выполнена автором в совместной российскогерманской лаборатории по изучению экологического состояния Арктики (Биологический мониторинг – БиоМ) кафедры экологии Института естественных наук Северо-Восточного федерального университета имени М. К. Аммосова в рамках проектов: РФФИ № 11-04-91332- ННИО «Полигоны в болотах тундры: динамика и ответ на изменчивость климата в полярных регионах» (2011-2013 гг.); РФФИ 12-05-98546-р_восток_а «Палеогеография позднего плейстоцена и голоцена озера Большое Токо (Становой хребет) по палеоботаническим и геохимическим данным» (2012-2014 гг.); РФФИ № 13-05-00327 «Палеоэкология и палеогеография озёр Новосибирских островов» (2013-2015 гг.), РФФИ-регион №15-45-05063 р_восток_а «Палеоэкологические исследования голоценовой истории озёр бассейна реки Индигирка» (2015-2017 гг.); Проектная часть государственного задания в сфере научной деятельности Министерства образования и науки РФ по заданию № 5.184.2014/К (2014-2016 гг.); Министерства образования и науки РФ «Программа развития СВФУ Мероприятие 2.8. «Биомониторинг тундровых экосистем Северо-Востока России в условиях глобального изменения климата и интенсификации антропогенного процесса (мониторинг, экология, палеогеография, модель и технологии природопользования)» (2010-2014 гг.); за счёт экспедиционных грантов Института полярных и морских исследований имени А. Вегенера (AWI, Германия). Автор принимал участие в сборе полевого материала, химикоаналитических работах, самостоятельно произвёл вычисление расчётных морфометрических характеристик водоёмов, осуществил статистическую обработку данных, а также сам выполнил всю работу по оформлению результатов исследования.
Структура и содержание работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов и списка использованной литературы (132 источника, в том числе 29 иностранных). Общий объём работы 125 страниц, включая 38 рисунков и 22 таблицы.