Диагностика состояний бассейновой системы Телецкого озера в условиях современных климатических и антропогенных вызовов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-17-00135

НазваниеДиагностика состояний бассейновой системы Телецкого озера в условиях современных климатических и антропогенных вызовов

Руководитель Малыгина Наталья Сергеевна, Кандидат географических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук , Алтайский край

Конкурс №55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-707 - Ландшафтоведение

Ключевые слова Телецкое озеро, бассейновая система, диагностика, изотопологи, микропластик, элементный состав частиц, диатомеи, пыльца

Код ГРНТИ39.19.31

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Современные вызовы, в первую очередь, климатические изменения и интенсификация антропогенной деятельности в последние десятилетия являются основными драйверами трансформации окружающей среды (IPCC, 2014; Special Report on Global Warming of 1.5 C, 2018), влекущими за собой не только значительные экологические, но и экономические последствия, которые в финансовом выражении могут достигнуть 6,6% от мирового ВВП (Takakura et al., 2019). Последствия такой трансформации, в том числе для общества, до конца не ясны, поэтому для диагностики и мониторинга состояний систем жизнеобеспечения человека в новых реалиях необходим поиск полигонов, физико-географическая и ландшафтно-геохимическая организация которых информативна в отношении происходящих изменений. Такие полигоны должны представлять собой функционально-целостные системы, компоненты и подсистемы которых связаны потоками вещества и энергии, а изменение природных условий происходит не случайно, а в соответствии с последовательным увеличением или уменьшением значений градиентов природных факторов в пространстве. Крупные озерно-бассейновые системы, отвечающие обозначенным выше условиям, – идеальный пример таких полигонов, поэтому в географических и смежных науках на них всегда обращалось особое внимание. Они рассматривались как особый класс парадинамических и парагенетических ландшафтов (Мильков, 1981), как пример каскадных ландшафтно-геохимических систем (Глазовская, 1986), как нуклеарно-векторные геосистемы (Ретеюм, 1987; Авессаломова, Самойлова, 2006). Озерно-бассейновые системы расположены на границах взаимодействия контрастных природных сред, где меняется интенсивность миграции вещества и поэтому удобны в качестве полигонов для рассмотрения проявлений климатических изменений и антропогенного воздействия. При этом особого внимания заслуживают уникальные озерно-бассейновые системы, расположенные в равной удаленности от океанов, которые наряду с фиксацией последствий изменения региональной экологической ситуации, позволяют в полной мере проследить отклик на глобальные изменения. В пределах обширного горного пояса на севере Внутренней Азии необходимым условиям отвечает бассейновая система Телецкого озера. Зачастую реализация полного цикла диагностики разновременных состояний уникальных бассейновых систем очень сложна, поскольку они структурно и функционально состоят из множества разнородных элементов. Для понимания и последующего отображения механизмов и последствий внутрисистемных элементов необходимо привлечение широкого арсенала методов анализа, прогнозирования, моделирования, визуализации. В связи с этим, наиболее реалистичным представляется реализация алгоритма, в основе которого лежит использование комбинации маркеров, имеющих как природное, так и антропогенное происхождение, а также способных выступать в качестве надежных трассеров как на границах природных сред (водной, наземно-воздушной, почвенной), так и на катенах, а для пространственной интерпретации данных – ландшафтной основы, отражающей основные закономерности дифференциации природы. В целях диагностики состояния и изменений уникальной бассейновой системы Телецкого озера впервые предлагается совместное использование комплекса надежных маркеров. Природными маркерами будут выступать первичные биологические аэрозоли (анг. primary biological aerosol particles - PBAP), которые имеют хорошую сохранность, а именно пыльца высших (покрытая спорополленином), споры низших растений и водоросли (диатомовые, имеющие кремнистый панцирь, и цисты золотистых). В качестве антропогенных маркеров будут использованы микрочастицы пластика (размер менее 5 мм), которые могут иметь только антропогенное происхождение, а в последние время обнаруживаются не только в районах непосредственной деятельности человека, но и в донных отложениях глубинных океанических впадин, в арктических льдах, снеге европейских горных регионов, т.е. антропогенно не нагруженных территориях. Основными каналами, посредством которых осуществляется транзит и перераспределение вещества в географическом пространстве, являются воздушная и водная среда, связанные, в первую очередь, посредством атмосферных осадков и стока. В этой связи, помимо РВАР и частиц микропластика, целесообразно использовать в качестве маркеров стабильные изотопологи воды Н218О и HD16О которые способны выступать в роли трассеров как явно выраженных, так и скрытых процессов протекающих в бассейновой системе. Изотопическая версия модели общей циркуляции атмосферы ECHAM6-wiso, используемая в режиме релаксации к полям некоторых известных параметров (взятым из данных ретроспективного климатического анализа ERA5), позволит получать оценки изменений климатических параметров, включая изотопный состав осадков, на регулярной сетке для всей области исследования. Дополнительными как природными, так и антропогенными маркерами могут выступать химические элементы, которые активно используют при оценках геохимических миграций. Важно, что распределение большинства указанных маркеров в первую очередь, подчиняется ландшафтным закономерностям, и исходя из этого, ландшафтный подход предлагается рассматривать как основной в ходе исследования, имеющий широкие возможности на всех его этапах: от выбора полигонов для наблюдений до интерпретации полученных результатов и создания картографических моделей. Поэтому основной задачей проекта является пионерная диагностика состояния уникальной бассейновой системы Телецкого озера с использованием природных и антропогенных маркеров, с опорой на базовые положения ландшафтного подхода, в целях оценок как современных состояний геосистем, так и их дальнейшего развития с учетом прогнозируемых климатических изменений и возрастающей антропогенной нагрузки. Важнейшей частью реализации проекта будет построение изоскейпов и по аналогии с ними патикл-скейпов, т.е. впервые созданных в геоинформационной среде на основе инструментального, траекторного, синоптического анализа и анализа ландшафтных сопряжений вероятностных картографических моделей распределения природных и антропогенных маркеров состояния бассейновой системы. Актуальность обозначенной проблемы не вызывает сомнения, так как Телецкое озеро и его водоохранная зона, входят в Алтайский государственный заповедник, и в 1998 г. ЮНЕСКО были внесены в список объектов Всемирного наследия «Золотые Горы Алтая» (http://whc.unesco.org/en/list/768), а сам заповедник в 2009 году включён во Всемирную сеть биосферных резерватов Программы ЮНЕСКО «Человек и биосфера». В настоящее состояние Телецкого озера и его водосборного бассейна вызывает опасения, о чем было заявлено на сессии Комитета всемирного наследия ЮНЕСКО и опубликовано в июле 2019 года в «Decision: 43 COM 7B.16 Golden Mountains of Altai (Russian Federation) (N 768rev)» (http://whc.unesco.org/en/decisions/7480). Указом президента от 21 июля 2020 года «О национальных целях развития Российской Федерации на период до 2030 года» в рамках национальной цели по созданию «Комфортной и безопасной среды для жизни» установлен следующий целевой показатель: «ликвидация наиболее опасных объектов накопленного вреда окружающей среде и экологическое оздоровление водных объектов, включая реку Волгу, озера Байкал и Телецкое» (http://kremlin.ru/events/president/news/63728). В проекте Стратегии развития системы особо охраняемых природных территорий Российской Федерации на период до 2030 года в качестве одного из основных направлений деятельности названо развитие системы особо охраняемых природных территорий в целях сохранения, восстановления и устойчивого использования водных объектов, вторым в перечне указано Телецкое озеро. Таким образом, решение проблемы диагностики состояния уникальной бассейновой системы Телецкого озера с использованием надежных природных и антропогенных маркеров и ландшафтно-интерпретационного подхода имеет высокую научную значимость, в силу того, что предложенный и апробированный алгоритм может быть реализован и для других озерно-бассейновых систем. Кроме этого, актуальность решения обозначенной проблемы важна для реализации оценок путей развития и разработки дальнейших мер по оптимизации состояния данной уникальной бассейновой системы Телецкого озера.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Малыгина Н.С., Митрофанова Е.Ю., Курятникова Н.А., Бирюков Р.Ю., Золотов Д.В., Першин Д.К., Черных Д.В. Microplastic Pollution in the Surface Waters from Plain and Mountainous Lakes in Siberia, Russia Water, № 13 (16), 2287, 1-14 (год публикации - 2021)
10.3390/w13162287

2. Генкал С.И., Митрофанова Е.Ю. Centric diatoms of Lake Teletskoye (Altai, Russia) and a new species from the genus Pantocsekiella (Centrophyceae) International Journal on Algae, V. 24, Is. 1, pp. 1-16 (год публикации - 2022)
10.1615/InterJAlgae.v24.i1.10

3. Курятникова Н.А., Малыгина Н.С., Першин Д.К. Pollen in layers of seasonal snow in the south of Western Siberia Ukrainian Journal of Ecology, № 11 (3), 406-411 (год публикации - 2021)
10.15421/2021_0189

4. Митрофанова Е.Ю., Генкал С.И., Воробьев Р.И. Летний планктон высокогорного озера Джулукуль (Алтай, Россия) в августе 2020 г. Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии, № 1 Том 20, стр. 309-312 (год публикации - 2021)
10.14258/pbssm.2021061

5. Митрофанова Е.Ю. Мелкоклеточные центрические диатомовые водоросли в Телецком озере (Алтай, Россия): состав, распространение и роль в экосистеме глубокого олиготрофного водоема Водные и экологические проблемы Сибири и Центральной Азии, Т.2, с. 288-296. (год публикации - 2022)

6. Генкал С.И, Митрофанова Е.Ю New Data on the Morphology, Taxonomy and Distribution of Small-Celled Species of the Genus Stephanodiscus in Lake Teletskoye and the Water Bodies of Its Basin (Altai, Russia) Inland Water Biology, October 2022 (год публикации - 2022)
10.1134/S1995082922060049

7. Митрофанова Е.Ю., Воробьев Р.И. Литоральный фитопланктон глубокого олиготрофного Телецкого озера в 2021 году Полевые исследования в Алтайском биосферном заповеднике, вып. 4, с.53-59 (год публикации - 2022)
10.52245/26867109_2022_4_53

8. Золотов Д.В., Черных Д.В., Бирюков Р.Ю., Кулагина М.А. Флористические находки в бассейне Телецкого озера (Республика Алтай) Turczaninowia, V. 25 (2), pp. 62–66 (год публикации - 2022)
10.14258/turczaninowia.25.2.5

9. Генкал С.И., Митрофанова Е.Ю. New Data on Morphological Variability Stephanodiscus alpinus Hustedt (Bacillariophyta) International Journal on Algae, V.24 (3), pp. 209-220 (год публикации - 2022)
10.1615/InterJAlgae.v24.i3.10

10. Черных Д.В., Бирюков Р.Ю., Курятникова Н.А., Малыгина Н.С. Microplastics in the Snow Cover of Urban Landscapes: A Case Study of Barnaul Geography and Natural Resources, V. 43 (1), pp. 44-49 (год публикации - 2022)
10.1134/S1875372822050080

11. Малыгина Н.С., Бирюков Р.Ю., Грибанов К.Г., Золотов Д.В., Курятникова Н.А., Митрофанова Е.Ю., Першин Д.К., Черных Д.В., Шигимага А.А. Микропластик в поверхностных водах Телецкого озера: первые результаты Водные и экологические проблемы Сибири и Центральной Азии, Т.3. С. 256–258. (год публикации - 2022)

12. Золотов Д.В., Черных Д.В., Бирюков Р.Ю., Першин Д.К., Кулагина М.А. Rhynchospora alba (L.) Vahl (Cyperaceae). In: Findings to the flora of Russia and adjacent countries: New national and regional vascular plant records, 4 (A.V. Verkhozina, ed.) Botanica Pacifica, V.11(1), pp.129–157 (год публикации - 2022)
10.17581/bp.2022.11114

13. Малыгина Н.С., Бирюков Р.Ю., Золотов Д.В., Курятникова Н.А., Митрофанова Е.Ю., Першин Д.К., Черных Д.В. Атмосферное поступление микропластика в бассейне Телецкого озера Аэрозоли Сибири. XXIX Конференция, 2022. С. 63-64. (год публикации - 2022)

14. Черных Д.В. Формирование, конфигурация и будущее природно-хозяйственных систем в окрестностях Телецкого озера (Русский Алтай) Рациональное природопользование: традиции и инновации, С. 343-349. (год публикации - 2022)

15. Першин Д., Малыгина Н., Черных Д., Бирюков Р., Золотов Д., Лубенец Л. Variability in Snowpack Isotopic Composition between Open and Forested Areas in the West Siberian Forest Steppe Forests, 14 (1), 160 (год публикации - 2023)
10.3390/f14010160

16. Золотов Д.В., Черных Д.В., Бирюков Р.Ю. Rare and differential stenotopic plant species from mountain peat bogs in the Teletskoye Lake basin (Republic of Altai, Russia) Acta Biologica Sibirica, V. 9, p. 501-508 (год публикации - 2023)
10.5281/zenodo.8297552

17. Генкал С.И., Митрофанова Е.Ю. Morphology and population size structure of Pantocsekiella teletskoyensis (Bacillatiophyta) in the deep mountain lake Acta Biologica Sibirica, V. 9, p. 403-415 (год публикации - 2023)
10.5281/zenodo.8192366

18. Черных Д.В., Золотов Д.В., Бирюков Р.Ю. Особенности пространственно-временной организации ландшафтов Прителецкой части Русского Алтая Феномен ландшафтно-географического исследования, Новосибирск: СО РАН, с. 78-92 (год публикации - 2023)
10.53954/9785604788929_78

19. Курятникова Н.А., Бирюков Р.Ю., Золотов Д.В., Малыгина Н.С., Черных Д.В. Modern pollen spectra of the Teletskoye Lake shore: early results Acta Biologica Sibirica (год публикации - 2023)

20. Черных Д.В. Провинциальные и внутрипровинциальные ландшафты-аналоги в бассейне Телецкого озера (Русский Алтай) Теоретические и прикладные проблемы ландшафтной географии. VII Мильковские чтения : материалы XIV Международной ландшафтной конференции, Издательский дом ВГУ, Воронеж, с.69-71 (год публикации - 2023)
10.17308/978-5-9273-3692-0-2023-69-71

21. Генкал С.И., Митрофанова Е.Ю. Stephanocostis chantaicus (Bacillariophyta), a Rare Species for Russia (Morphology, Ecology, Distribution) International Journal on Algae, V. 25, Is. 1, 2023, pp. 35-42 (год публикации - 2023)
10.1615/InterJAlgae.v25.i1.30

22. Черных Д.В. Провинциальные и внутрипровинциальные ландшафты-аналоги в бассейне Телецкого озера (Русский Алтай) Вестник Воронежского государственного университета. Серия: География. Геоэкология (год публикации - 2024)

23. Moon A., Jongebloed U., Dingilian K.K., Schauer A.J., Chan Y., Cesler-Maloney M., Simpson W.R., Weber R.J., Tsiang L., Yazbeck F., Zhai S., Wedum A., Turner A.J., Albertin S., Bekki S., Savarino S., Gribanov K., Pratt K.A., Costa E.J., Anastasio C. Primary Sulfate Is the Dominant Source of Particulate Sulfate during 2 Winter in Fairbanks, Alaska ACS ES&T Air, https://doi.org/10.1021/acsestair.3c00023 (год публикации - 2023)
10.1021/acsestair.3c00023

Публикации