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.

Участник проекта Владислава Чуруксаева, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории вычислительной геофизики ТГУ / © Из личного архива Владиславы Чуруксаевой

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.

Изменение минерализации воды в озере с притоком высокоминерализованной речной воды на десятые сутки эксперимента (сверху) и на двадцатые сутки (снизу). На цветных фрагментах — изменение температуры воды, красной линией отмечен профиль температуры максимальной плотности (местоположение термобара) / © Баир Цыденов

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.