Соленость питающих Байкал рек повлияла на чистоту его воды

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Water.

Байкал — самое глубокое на земле озеро, которое содержит 20% всех запасов пресной воды в мире. При этом оно отличается чистотой, не характерной для крупных водоемов. Обычно в глубоких озерах вода на поверхности и вблизи берега может циркулировать под действием ветров или сезонных колебаний температуры, в то время как на больших глубинах имеет постоянную температуру и плотность. Так, в озере Танганьика в центральной Африке, занимающем второе место по глубине после Байкала, формируются постоянные слои воды с разными свойствами, которые практически не смешиваются между собой. Из-за этого нижние слои страдают от недостатка кислорода, накопления загрязнений и других застойных явлений. Несмотря на глубину Байкала — свыше 1500 метров, — его придонные воды постоянно обновляются, вся толща равномерно насыщается кислородом, а озеро сохраняет чистоту.

На циркуляцию воды влияет множество факторов, в том числе ветер, речные притоки, солнечное тепло и геотермальное — нагрев из недр земли, а также изменения температуры, давления и плотности воды в самом озере. Хотя полевые наблюдения на Байкале проводятся с середины прошлого века, обилие переменных долгое время не позволяло ученым однозначно определить, какие именно механизмы обеспечивают обновление глубинных слоев водоема.

Ученые из Томского государственного университета (Томск) с помощью компьютерного моделирования установили, что циркуляция воды в Байкале зависит от содержания солей в питающих его реках. Авторы провели пять численных экспериментов для участка в центральной части Байкала от реки Болдакова на востоке до пролива Малое Море на западе.

Исследователи использовали полученные ранее данные о содержании растворенных в воде солей, изменениях температуры и плотности в осенний период. В это время в озере формируется термобар — узкая термическая зона, где богатые кислородом поверхностные воды, охлаждаясь, опускаются вглубь. Это происходит из-за того, что при температуре 4°C вода достигает максимальной плотности и становится тяжелой. Механизм развития термобара — один из ключевых факторов, влияющих на перемешивание вод в крупных водоемах умеренных широт, однако в Байкале он затрагивает слой лишь до 250 метров.

Математическая модель помогла выяснить, что на глубину и скорость формирования термобара в Байкале, помимо погодных условий, влияет минерализация воды притоков.

«Притоки Байкала сильно отличаются между собой содержанием растворенных солей. Минерализация определяется, прежде всего, составом почв его водосборного бассейна и преобладающим типом питания — пополнения водой. Небольшие реки со снеговым типом питания, такие как Рель, Куркула, Хара-Мурин, содержат менее 50 миллиграмм солей на литр, а Большая Бугульдейка из-за обилия пород с растворимыми минералами имеет соленость около 300 миллиграмм на литр», — говорит участник проекта Владислава Чуруксаева, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории вычислительной геофизики Томского государственного университета.

Авторы отметили, что слабоминерализованная речная вода (20–50 миллиграмм солей на миллилитр), впадая в Байкал, растекалась по поверхности, быстро охлаждая озеро, что ускоряло формирование термобара. На таких участках вода перемешивалась лишь в поверхностном слое. В местах впадения рек с минерализацией около 100 миллиграмм в литре — такой же, как у Байкала — образовывались водовороты, перемещающие потоки вдоль термобара на глубине до 250 метров. В свою очередь тяжелая вода, насыщенная солями, устремлялась вниз вдоль подводных склонов, создавая на глубине до 700 метров сильные течения.

Понимание процессов обновления глубинных слоев Байкала необходимо, чтобы прогнозировать, как озеро будет реагировать на климатические изменения и деятельность человека. Например, сбрасываемые в реки сточные воды могут попадать на дно Байкала, загрязняя его, или изменять концентрацию примесей в реках, затрудняя «дыхание» озера.

«Мы планируем также построить численные модели с учетом других природных факторов. Например, проверить, как на обновление вод Байкала влияет геотермальный прогрев. Также рассмотрим комбинации разных факторов: ветра, минерализации, геотермального потока тепла», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Баир Цыденов, кандидат физико-математических наук, заведующий научно-исследовательской лабораторией вычислительной геофизики Томского государственного университета.

РНФ

179 статей

РНФ осуществляет финансовую и организационную поддержку фундаментальных и поисковых научных исследований посредством финансирования прошедших конкурсный отбор научных, научно-технических программ и проектов.

Показать больше

Закладка

Скопировать ссылку

Email

Печать

Twitter

VK

Telegram