Последнее десятилетие характеризуется заметными глобальными изменениями климата и его воздействием на водные системы, и вместе с тем - незначительным уменьшением антропогенной нагрузки на них. В результате состояние крупных озер в разных странах стало несколько иным, чем было сравнительно недавно.

Экология Ладожского и Онежского озер ухудшается, в особенности с 70-х годов. А ведь от них зависит жизнь нескольких миллионов жителей Санкт- Петербурга и Ленинградской области, а также Республики Карелия. Скажем, Ладога - не только источник воды для бытовых и промышленных нужд, она во многом определяет состояние биосферы территории, в которую входят северо- запад европейской части России и Финляндия, а также река Нева и в какой-то мере связанные с ней Финский залив и Балтийское море.

ОЗЕРАМ ГРОЗИТ ЭВТРОФИРОВАНИЕ

Рост "фосфорной нагрузки" на Ладогу с начала 60-х годов привел в середине 80- х олиготрофное(*) прежде озеро в мезотрофное(**) состояние, а к концу 80-х годов возникла угроза перехода его в эвтрофное(*). Подобные процессы происходили и на Великих американских озерах - Онтарио и Эри (трех остальных это не коснулось). Все это существенно изменило основные функциональные соотношения в перечисленных водоемах, привело к нарушению стабильности в звеньях их экосистем, складывавшихся тысячелетиями. Правда, специалисты долго считали, что Ладогу не может постигнуть судьба указанных американских озер в силу ее холодно-водности, расположения в достаточно высоких широтах, а также ввиду особенностей пород, слагающих котловину. Однако надежды не оправдались, и несмотря на стабилизацию фосфорной нагрузки на уровне 6100 т/год к началу 90-х годов и даже некоторое ее снижение за последние годы, угроза загрязнения и эвтрофирования озера сохраняется.

К сожалению, Институт Озероведения РАН изучение акватории Ладоги в 90-х годах проводил нерегулярно, и это не позволило охарактеризовать вегетационный (летний) период в целом. Но в северной части Ладоги сотрудники Института водных проблем Севера Карельского научного центра РАН исследования вели систематически, в результате в определенной степени удалось оценить проблемы эвтрофирования озера.

Анализ ситуации на других больших озерах мира показывает: в середине XX в. их экосистемы быстро менялись, и лишь в конце 80-х - начале 90-х годов началась фаза некоторой стабилизации. Однако полностью восстановить олиготрофный статус, в сущности, не удалось ни на одном из больших озер Европы и Америки. Например, Ладога сейчас переживает вторичное загрязнение, по масштабам

--------------------------------------------------------------------------------
* Олиготрофный водоем содержит мало органических веществ, развитие организмов в нем замедлено (прим. ред.).

** Мезотрофный водоем - с умеренным содержанием питательных веществ; вода чистая, прозрачная (прим. ред.).

* Эвтрофный водоем - неглубокий, хорошо прогреваемый, с обильным содержанием питательных веществ и потому с повышенной продуктивностью находящихся там организмов; вода в нем загрязнена (прим. ред.).

--------------------------------------------------------------------------------
и опасности последствий превосходящее первоначальный эффект сброса в нее сточных вод.

Специалисты знают: текущее состояние любого внутреннего водоема и его эволюция в определенной мере зависят от зональных параметров (геохимия ландшафта, климатические и погодные условия), специфики самого водоема (форма котловины, литология, гидрология водосбора, внешний водообмен), а также от характера и интенсивности антропогенного воздействия. И неудивительно, что порой озера идентичного происхождения, имеющие близкий трофический статус, впоследствии существенно разнятся в своем развитии либо в силу изменчивости локального (регионального) климата, либо особенностей местного влияния деятельности людей. В этой связи интересно сравнить современные изменения в экосистемах больших озер Северной Америки и Европы, которые некогда характеризовались определенной схожестью ряда гидрофизических, гидрохимических и гидробиологических параметров.

СХОДСТВА И РАЗЛИЧИЯ

Освоение водосбора Великих американских озер в XIX-XX вв. происходило намного интенсивнее, чем больших европейских. Ныне население вокруг первых в несколько раз больше, чем вблизи вторых, ибо в США и Канаде по берегам соответствующих водоемов расположены города-мегаполисы, промышленные гиганты, в то время как в самом крупном городе на побережье Онежского озера - Петрозаводске - живет менее 300 тыс. человек.

К тому же площади поверхности больших озер Европы и Америки различаются на порядок, объем вод - примерно в 20 раз, время условного внешнего водообмена в озерах существенно больше, чем у их европейских "собратьев". Зато термогидродинамические процессы вод в тех и других в определенной степени схожи: при осреднении климата (за 30 лет) в них доминирует циклоническая циркуляция вод. Как показали последние исследования, в Великих американских озерах ее интенсивность выше в зимний период, поскольку они не замерзают (за исключением Эри). Европейские же зимой полностью или частично покрывает ледяной покров и потому там отмечена слабая интенсивность перемешивания вод, что ускоряет эвтрофикационные процессы и загрязнение озер.

Главным рельефообразующим процессом, сформировавшим котловины рассматриваемых озер, расположенных от 40 до 60 с.ш., явилось аккумулятивно-эрозионное воздействие ледника, а раньше - тектонические разломы третичного периода.

Онежское и Ладожское озера находятся в зоне сочленения древнего Балтийского кристаллического щита и Русской платформы. Их ложа были заложены еще в протерозое и прошли сложный путь преобразований в континентальном и морском режиме. В последующие эпохи активная денудация(*) и ледниковая экзарация(**) привели к дифференциации рельефа и образованию на месте наименее устойчивых осадочных пород глубоких заливов современных водоемов. Последний ледник (10-12 тыс. лет назад) углубил древнюю депрессию и перекрыл рельеф покровом моренных, флювиогляциальных и лимногляциальных отложений. А в Северной Америке по той же причине образовались котловины озера Верхнего и северной части Гурона, в то время как в зоне моренных отложений оказались Мичиган и Эри, а также южные провинции Гурона и Онтарио. Случилось это всего около 10 тыс. лет назад.

Общее для больших озер Северной Америки и Европы - сравнительно малая минерализация вод с рН около 7. Содержание кремния и азота тут обычно достаточно для развития планктона, зато фосфора мало (менее 10 мкг/л), что лимитирует развитие фитопланктона.

ЭКОСИСТЕМЫ ЛАДОГИ И ОНЕГИ

Олиготрофный статус Ладожского озера удерживался вплоть до второй половины 60-х годов XX в., когда средняя концентрация общего фосфора тут была около Ю мкг/л. Начавшееся затем изменение к мезотрофии обусловлено причинами антропогенного характера. Это происходило, по крайней мере, в несколько этапов. В 1976-1983 гг. в результате развития промышленности, сельского хозяйства и длительного поступления биогенных веществ в этом водоеме резко увеличилась концентрация фосфора (в среднем до 26 мкг/л) и стали быстро накапливаться органические соединения. В 1983-1986 гг. средняя концентрация фосфора упала до 22 мкг/л на фоне стабилизации (впервые с конца 60-х годов) первичной продуктивности водоема и усиления бактериальной деструкции. Фитопланктон, характерный для олиготрофных водоемов, вновь начал доминировать. В 1986-1989 гг. среднеозерная концентрация фосфора составляла 21 мкг/л. Происходило дальнейшее накопление органического вещества в донных отложениях. А с 1991 г. по настоящее время содержание общего фосфора уменьшилось до 17 мкг/л. При среднем невысоком уровне тяжелых металлов в воде (в сравнении с американскими озерами) небольшие поступления в Ладогу кадмия, хрома, ртути, ванадия, свинца, церия приводили к гибели фитопланктона.

Чем обусловлено улучшение экологического состояния озера?

--------------------------------------------------------------------------------
* Денудация - совокупность процессов сноса и удаления с возвышенностей продуктов выветривания горных пород с последующим их накоплением в понижениях рельефа (прим. ред.).

** Экзарация - разрушение лона ледника вмерзшими в лед обломками горных пород (прим. ред.).
--------------------------------------------------------------------------------
В 80-90-е годы предприняли ряд мер: перепрофилировали Приозерский целлюлозно-бумажный комбинат, усовершенствовали технологические процессы на Волховском алюминиевом заводе, предприятиях целлюлозно- бумажной промышленности (Питкяранта, Ляскела), кроме того, в 5-10 раз снизился объем удобрений, вносимых на сельскохозяйственные угодья вследствие экономического кризиса в России.

Однако в силу большого объема воды в озере и инерционности процессов его загрязнения и самоочищения в настоящее время отчетливо прослеживается сокращение численности высокопородных рыб, в частности сига. Отмечено накопление галогеноуглеродов и ДДТ в тканях озерной фауны, в том числе у тюленей и разных пород рыб, а это приводит к тяжелым патологиям их внутренних органов.

Онежское озеро до настоящего времени в целом сохранило олиготрофный статус. Поскольку подстилающие его бассейн породы сложены труднорастворимыми кембрийскими породами, минерализация вод притоков и самого водоема очень низкая: 37 мг/л, что соответственно в 1,5-3 и 4-5 раз ниже, чем в Ладоге и Великих американских озерах.

Биопродуктивные процессы всех трофических звеньев Онеги из-за холодноводности выражены слабо. В последние два десятилетия в открытых зонах озера наблюдается рост фито- и зоопланктона и т.п., как итог антропогенного загрязнения, поступающего в основном из Кондопожской и Петрозаводской губ. По содержанию в них первичной продукции они приближаются к мезотрофным экосистемам, а северная часть Кондопожской - даже к эвтрофным.

Сегодня средняя концентрация фосфора в этом озере не превышает 8-10 мкг/л. При увеличении его поступления в водоем процесс антропогенного эвтрофирования может пойти гораздо быстрее, чем в Ладоге. Связано это с тем, что средние глубины Онеги в 1,7 раза меньше, чем в Ладоге. Значит, оно лучше профевается, имеет более благоприятные условия для развития фитопланктона. Поскольку для сохранения олиготрофного статуса Онежского озера концентрация общего фосфора в нем не должна превышать 15 мкг/д, то в целом сегодня оно находится на стадии дестабилизации экосистемы и начальных этапах эвтрофирования.

ПЯТЬ ОЗЕР - ПЯТЬ СУДЕБ

Географическое положение и особенности водосбора в значительной мере способствовали снижению темпов естественного старения Великих американских озер. По качественным и количественным характеристикам вода там изначально олиготрофна. Тем не менее распашка окрестных земель, развитие промышленности, рост населения, интенсификация водного транспорта и туризма, гидроэнергетика в совокупности в 60-80-е годы XX в. обусловили интенсивное эвтрофирование и токсическое загрязнение этой гигантской озерной системы. Наиболее сильно это сказалось на Эри, Мичигане и Онтарио.

Эвтрофирование последнего происходило с начала XX столетия вплоть до 1974 г., когда резко сократилось поступление соединений фосфора антропогенного происхождения. Так сказалось вступление в силу в 1972 г. американо- канадского соглашения по качеству вод Великих озер. В итоге концентрация фосфора здесь в последние годы сократилась с 25 до 10 мкг/л. Произошел сдвиг в структуре фито-комплекса, и теперь трофический статус водоема приблизился к мезо-олиготрофному. С 1975 по 1985 г. среднеозерная концентрация хлорофилла снизилась с 4 до 2,5 мкг/л.

Озеро Гурон - олиготрофное, за исключением залива Сагино и южной части залива Джорджиан, где превалируют условия, способствующие эвтрофированию. Значительные технические и административные усилия, а также законодательные меры, предпринятые два десятилетия назад, позволили удерживать поступление фосфора практически на неизменном уровне (за исключением залива Сагино, там средняя его концентрация не превышает 5 мкг/л). Вместе с тем рыбные ресурсы озера находятся под серьезным прессингом чрезмерного отлова, сокращения площадей нерестилищ, токсического загрязнения вод и донных отложений. Концентрация хлорофилла тут колеблется в пределах 0,5-1,5 мкг/л.

Наиболее подвержено антропогенному загрязнению озеро Эри. Поэтому уже в конце 60-х годов в летнее время в значительной его части начал возникать (прежде всего в придонных слоях) острый дефицит растворенного кислорода, и средства массовой информации стали относить водоем к разряду "мертвых". На самом деле лимнологические характеристики озера различны в трех частях - западной, центральной и восточной. Первая (мелководная) находится под сильнейшим влиянием рек Детройт и Моми. Сюда активно поступают биогенные вещества и наличествуют значительные рыбные запасы. Вторая часть озера, где глубины не превышают 20 м, умеренно эвтрофирована с эпизодическим дефицитом кислорода. Здесь велики скорости накопления осадков, что связано с размывом береговой полосы. Наименее эвтрофирована самая глубоководная и холодная восточная провинция. В результате поступлений в воду ксенобиотиков уже в 1970 г. в тканях обитающего тут сига были обнаружены значительные концентрации ртути, что послужило поводом для запрета на его отлов. Однако меры, предпринятые для радикального снижения антропогенной нагрузки на Эри, привели к существенному его "оздоровлению". Этому способствовала и высокая проточность воды (время внешнего водообмена в Эри составляет лишь 2,6 года).

Мичиган - второй по степени эвтрофированности в системе Великих американских озер. Тем не менее трофический статус большей части воды у южных и восточных его берегов - олиготрофный и мезотрофный. Благодаря принимаемым мерам содержание ДДТ, ПХБ (полихлорированных бифенилов) в тканях рыб (например, форели) постепенно падает, хотя и остается еще на уровне, превышающем допустимые значения. До сих пор высоки уровни ПХБ, кадмия, свинца, ртути в воде рек Манистик, Фоке, а также в ряде заливов Мичигана.

Верхнее озеро имеет самую большую в мире площадь водной поверхности (после Каспийского моря) и занимает второе место после Байкала по объему воды. Большие глубины, относительно малая площадь водосборной территории, не склонные к размыву берега, слабая антропогенная нагрузка позволяют ему сохранять олиготрофный статус. И все же в последние десятилетия отмечаются сдвиги в структуре фитокомплекса, которые, в отличие от других озер этой лимнической системы, обусловлены в первую очередь инвазией(*) хищной ихтиофауны и лишь во вторую - увеличением поступления биогенных элементов. Предпринимаемые меры экологической защиты данного водоема практически исключают вероятность его эвтрофирования или токсического загрязнения.

ЧТО ПРОДИКТУЕТ КЛИМАТ?

Обсуждавшиеся выше изменения экологического состояния озер Европы и Северной Америки происходили на фоне существенной климатической нестабильности как в отдельных регионах, так и на планете в целом. Из анализа данных о приземной температуре воздуха за последние 100 лет следует: к 40-м годам XX в. закончилось интенсивное потепление, сменившееся относительно коротким похолоданием, продолжавшимся до начала 60-х годов. В середине 60- х и в 90-е годы вновь отмечено потепление.

Эта нестабильность вызвана перестройкой (изменением) глобального климата, по-видимому, в сторону его общего потепления. Упоминавшиеся выше кратковременные похолодания обусловливала естественная изменчивость климата, активизация вулканической деятельности в определенные периоды, и как следствие - существенное уменьшение уровня поступающей солнечной радиации из-за снижения прозрачности атмосферы. Региональные изменения климата в районах рассматриваемых озер при общей сходной тенденции имеют и существенные отличия во внутривековом масштабе.

В частности, с конца 70-х годов на северо-западе России наблюдается увеличение интенсивности осадков, рост уровня воды в озерах, уменьшение продолжительности снежного покрова на водосборе и ледостава в Балтийском и Баренцевом морях. В глобальном масштабе (по данным анализа осредненной температуры воздуха за 1990- 1998 гг.) в конце 90-х годов была отмечена тенденция к увеличению температуры воздуха, в особенности в 1997 г. А вот в Восточной Фенноскандии (районе крупнейших озер Европы) при общей тенденции повышения температуры воздуха приземная температура в то время соответствовала норме.

В западной части Северного полушария на широтах Великих американских озер потепление глобального климата в указанный период сказывалось повышением температуры воздуха во все сезоны года, увеличением испарения как с поверхности озер, так и на водосборе в целом.

Оценивая последствия климатических вариаций и антропогенного прессинга за минувшие 40 лет, можно сделать вывод: хозяйственная деятельность человека оказала превалирующее влияние на динамику двух крупных экосистем - озер севера Америки и Европы, хотя не надо забывать, что преобладала естественная, природная изменчивость климата. Значит, в будущем при условии неуклонного снижения антропогенной нагрузки роль климатических факторов в формировании динамики указанных экосистем может оказаться превалирующей. Однако при увеличении температуры воздуха за счет роста концентрации углекислого газа в атмосфере, т.е. при парниковом эффекте, в рассматриваемых регионах Америки и Европы произойдут противоположные изменения.

Приведем оценки изменений в Великих американских озерах, полученные с помощью моделей глобального климата. При увеличении СО в два раза на территории между 42 и 47 с.ш. будет наблюдаться уменьшение осадков и стока рек, а при повышении температуры нижнего слоя атмосферы ускорится испарение. И как следствие - понизится уровень водоемов и увеличится температура их поверхности. При этом минимальных изменений можно ожидать на озере Верхнем, а самое большое падение уровня воды может произойти на Гуроне, Мичигане и Эри-до 1-2,5 м. Кстати, в последнем случае, поскольку местная экономика существенно определяется водными ресурсами (использование озер для нужд гидроэнергетики, водоснабжения, транспорта, добычи минеральных ресурсов и как приемников сточных вод, в том числе подогретых, сбрасываемых атомными станциями), то при снижении уровня стояния воды ей будет нанесен существенный ущерб.

В районе озер на северо-западе Европы, по расчетам на моделях, за тот же период при удвоении СО количество атмосферных осадков возрастет на 5-15%, что повлечет небольшое повышение уровня соответствующих водоемов. Колебания количества осадков приведут к вариациям стока, времени наступления и интенсивности паводков и, в конечном счете, повлияют на экосистему в целом. Климат в Ленинградской области, Карелии и Финляндии станет более морским. В среднем на несколько недель сократится продолжительность ледяного покрова на озерах. В свою очередь, это будет способствовать повышению температуры воды, более интенсивной динамике водных масс, уменьшению придонного слоя. В еще большей степени эвтрофирование водоемов обеднит озерные воды растворенным кислородом. С повышением выноса в водоемы минеральных солей на водосборе станет утоныыаться поверхностный почвенный покров. А увеличение поступления органики и биогенных веществ с водосбора приведет к ускорению образования продукции бактерий и фитопланктона. В озерах появится больше зоопланктона при меньшем его разнообразии, увеличится количество синезеленых водорослей. Такие факторы будут способствовать изменению видового состава ихтиофауны.

Таким образом, в обеих рассматриваемых озерных провинциях произойдут противоположные изменения осадков, стока рек и уровня поверхности водоемов. В этом будут заключаться принципиальные различия крупнейших озер Европы и Америки в будущем.

Резюме: несмотря на определенное сходство формирования котловин и первичного олиготрофного характера озер Северо-Западной Европы и Северной Америки, развитие их экосистем проходило достаточно своеобразно, в особенности в XX в. Более того, ход процессов эвтрофирования, токсического загрязнения разных озер даже в одной системе существенно различается. Обусловлено это как особенностями лимногенеза, морфометрии, своеобразием термогидродинамических процессов, явлениями на водосборе, так и спецификой законодательной основы по управлению и охране конкретных озер, инвестициями на проведение защитных мероприятий, водохозяйственной деятельностью на акватории и водосборе. Существенные отличия имеются и в протекании лимнологических процессов в их экосистемах, что связано с разной реакцией на воздействие климата.

Выходит, хотя крупнейшие европейские и североамериканские озера удалены друг от друга на значительные расстояния, тем не менее они связаны техногенно и находятся под воздействием глобальных изменений климата.