Специалисты Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики Уральского отделения РАН (Лавёровский центр) наряду с учёными других стран участвуют в программе мониторинга глобальных изменений климата, организованной Международным агентством по атомной энергии.
В период с 2014 по 2018 год учёные Института геодинамики и геологии ФИЦКИА УрО РАН работали с МАГАТЭ в рамках исследовательского контракта «Стабильные и радиогенные изотопы растворённых и взвешенных веществ в российских арктических реках». Контракт был частью скоординированного научно-исследовательского проекта «Применение и разработка изотопных методов оценки воздействия человека на водный баланс и динамику питательных веществ в крупных речных бассейнах», реализацию которого помимо российских учёных обеспечивали представители 20 стран Европы, Азии, Африки, Северной и Латинской Америки.
Архангельские учёные участвовали в создании новой базы данных стабильных изотопов воды для крупнейшей европейской арктической реки Северная Двина как части Глобальной сети изотопов рек (GNIR). В статье, опубликованной в международном журнале Environmental Monitoring and Assessment, впервые была проанализирована эволюция изотопного состава воды в Архангельской области – от атмосферных осадков до поверхностных вод и подземных вод в водоносных горизонтах.
Содержание стабильных изотопов в природной воде (дейтерий, водород, кислород-16, кислород-18) позволяет определить условия и период её образования. Проведённый архангельскими учёными сезонный мониторинг изотопного состава воды реки Северная Двина, подземных вод на её водосборе, а также атмосферных осадков позволил количественно оценить роль подземных вод и атмосферного питания в формировании общего стока реки.
Как отмечает директор Института геодинамики и геологии ФИЦКИА УрО РАН Александр Малов, вода Северной Двины характеризуется относительно невысокой сезонной изотопной амплитудой кислорода-18 δ18О (от -11,8 до -15,7 ‰). Минимальные значения δ18О в речных водах характерны для периода максимального таяния снегов в мае, а максимальные – с июля по октябрь. С декабря по апрель наблюдаются промежуточные значения. Сброс подземных и талых вод в реку изменяет изотопные циклы осадков в январе-мае, соответственно.
Средние значения δ18О воды реки Северная Двина и атмосферных осадков в Архангельске были использованы для разделения водного потока на три составляющие:
1) базовый поток с δ18O от -13,2 ‰ до -14,4 ‰;
2) прямые осадки ( δ18O колеблется от -21 ‰ зимой до -7 ‰ летом);
3) талая вода, которая вносит свой вклад преимущественно в течение мая (δ18O -21 ‰).
Относительные пропорции трёх компонентов значительно меняются в течение года. Базовый поток составляет около 100% от общего стока в декабре-апреле с типичными значениями ?18O около -13,8 ‰. В течение июля-октября вклад базового потока снижается примерно до 50%. Используя среднее значение ?18O для пресных и солоноватых подземных вод (-13,6 ± 0,3 ‰), учёные получили среднегодовое значение подземного притока в размере 25 % от общего речного стока, что согласуется с диапазоном, определенным ранее с использованием гидрологического балансового метода.
– Полученные результаты послужили основой для улучшения текущего мониторинга изотопного состава речных вод с оценкой гидрологических процессов и наблюдением как краткосрочных, так и долгосрочных климатических и антропогенных воздействий, – комментирует директор Института геодинамики и геологии ФИЦКИА УрО РАН Александр Малов. – В связи с этим МАГАТЭ предложило нам, начиная с 2021 года, продолжить работы в этом направлении по контракту, предусматривающему выполнение исследовательского проекта «Сеть изотопных данных для осадков и рек в бассейне реки Северная Двина в Российской Федерации». Он будет являться частью проекта скоординированных исследований МАГАТЭ F30056 под названием «Сети изотопных данных для осадков, рек и подземных вод», который утверждён на период с 6 декабря 2016 года по 31 декабря 2026 года.
Проектом предусматривается сбор ежемесячных проб атмосферных осадков, речных и подземных вод для анализа стабильных изотопов воды, нитратов и гидрохимического анализа. В рамках контракта МАГАТЭ предоставляет оборудование для сбора проб: специальные пробоотборники для дождевой воды, мерные цилиндры и т.д.
Информация о характеристиках изотопно-химического состава осадков, поверхностных и подземных вод будет отражать долговременные изменения в относительном соотношении этих составляющих водного баланса. На основании этих изменений можно будет оценивать интенсивность и направленность климатических изменений, которые вызывают обеспокоенность в последние годы в мировом сообществе.
Фото 1. Совещание в МАГАТЭ по проблеме «Применение и разработка изотопных методов оценки воздействия человека на водный баланс и динамику питательных веществ в крупных речных бассейнах» (Александр Малов – в верхнем ряду в центре).
Рис. 1. А - ?18О в осадках на станции GNIP-Архангельск (полиномиальная линия тренда, степень 2); В - δ18О в воде р. Северная Двина; C - d-избыток в воде реки Северная Двина; D - Расход реки Северная Двина, 10-3 м3/с.
Фото 1.
Рис. 1.
