Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Якутия является крупнейшим регионом Российской Федерации, на ее территории насчитывается, по меньшей мере, 700 тыс. озер [1]. Несмотря на то, что в республике располагаются такие крупные реки как Лена, Индигирка, Колыма, Яна и другие, для значительной части жителей региона основным источником воды являются разнообразные озера [2, 3], типологическое многообразие которых изложено в региональной классификации И.И. Жиркова [4]. Из сотни тысяч озер обследованию подвергнуты только несколько сотен озер субъекта, главным образом в наиболее освоенной части региона – в Центральной Якутии. Арктические водоемы региона все еще изучены слабо [5], сведения о морфометрических параметрах, приведенных в данной статье, позволят внести значительный вклад в деятельность по устранению пробелов знаний о характеристиках озер Севера Якутии, отражающих пространственную конфигурацию и размеры водоемов.

Цель исследования: выявление особенностей морфометрических параметров разнотипных озер Севера Якутии.

Материалы и методы исследования

Проведено исследование морфометрических параметров 83 озер, расположенных (рис. 1) на севере Якутии (за полярным кругом) в бассейнах рек Колыма (3 водоема), Индигирка (12), Лена (18), Оленек (8) и Анабар (42) [6, 7]. Полевые работы на озерах выполнены в период с 2002 по 2012 г. в рамках российских и российско-германских экспедиций (главным образом под руководством Л.А. Пестряковой).

В настоящей работе рассмотрены следующие морфометрические параметры озер: длина водного зеркала, ширина максимальная и средняя, максимальная глубина, длина береговой линии, показатель удлиненности, развитие (изрезанность) береговой линии, площадь водного зеркала и приблизительный объем водной массы (таблица).

Описание характеристик морфометрии озер реализовано в рамках границ, занимаемых водной массой. Максимальная глубина установлена в ходе полевых исследований при помощи ручного эхолота Speedtech Depthmate SM-5. Такие параметры водного зеркала, как длина, максимальная ширина, площадь, длина береговой линии, измерены для каждого водного объекта в программе Google Earth Pro (время обращения август – сентябрь 2014 г.) и уточнены по топографическим картам масштаба 1:50000–1:200000. Средняя ширина, показатели удлиненности и развития береговой линии установлены расчетным путем по общепринятым формулам (1–3). Для определения приблизительного объема водной массы использована формула полусферы (4), где в качестве площади окружности использована площадь зеркала водоема, а в качестве радиуса – максимальная глубина. Данная формула применена ввиду отсутствия детальных батиметрических данных и сведений о средней глубине исследуемых водоемов.

Средняя ширина Hср определена по формуле

(1)

где F – площадь зеркала водного объекта;

L – длина озера.

Показатель удлиненности Kуд вычислен по формуле

(2)

где L – длина озера;

Hср – средняя ширина.

Показатель изрезанности K установлен по формуле

(3)

где F – площадь зеркала водного объекта;

Lб.л. – длина береговой линии.

Приблизительный объем водоема V рассчитан по формуле

(4)

где F – площадь зеркала водного объекта;

hmax – максимальная глубина.

Для установления возможных закономерностей в изменении морфометрических характеристик и параметров местоположения озер в компьютерной программе Statistica (Ver. 10) проведен корреляционный анализ с применением коэффициента ранговой корреляции Спирмена [7].

Морфогенетические типы озер определены в соответствии с классификацией И.И. Жиркова [4]. Для водно-эрозионных, эрозионно-термокарстовых и термокарстовых типов озер ключевыми признаками (в настоящей работе) выступили процессы, в результате которых образовались водоемы. Нагорно-плоскогорный и дельтовый типы выделены по местоположению водоемов с учетом карты типологии озер Якутии [8].

Результаты исследования и их обсуждение

В целом морфометрические параметры озерных экосистем варьируются в широких пределах (таблица). Озеро Инд31 (оз. Сутуруоха) представляет собой нетипичный водоем неясного происхождения и образовалось, вероятно, в результате тектонических процессов и деятельности ледников [9]. Ввиду близости Полоусного кряжа и согласно территориальным подразделениям карты типологии озер Якутии [8] оно отнесено к нагорно-плоскогорному типу. Данный водоем обладает аномально высокими значениями параметров водного зеркала, которые сильно искажают средние исследуемых характеристик. Для устранения отклоняющего воздействия аномальных значений озера Инд31 средние значения морфометрических параметров озер рассчитаны как с учетом значений данного водоема (приведены в квадратных скобках в таблице), так и с исключением их из исследуемой выборки.

В результате проведенного корреляционного анализа не выявлено значимых средних и сильных взаимосвязей (при p < 0,05) морфометрических параметров озер с показателями их местоположения (широтой, долготой местности, природными зонами и подзонами) [7], поэтому принято решение рассматривать морфометрические параметры озер без их группировок по территориальному признаку. Большая часть исследуемых водоемов связана в своем происхождении с термокарстом [10, 11] и водно-эрозионными процессами на водотоках и относится к водно-эрозионному и эрозионно-термокарстовому морфогенетическим типам классификации И.И. Жиркова. Ниже приведена характеристика основных морфометрических характеристик: максимальной глубины озер, формы и площади зеркала, изрезанности береговой линии и приблизительного объема.

Максимальная глубина водных объектов принимает значения от 0,3 (Лен14, озеро дельтового типа) до 12,4 м (Ан4, эрозионно-термокарстовое озеро), в среднем, составляя 3,8 м (для выборки, включающей Инд31, значения также равны 3,8 м). Наибольшими средними значениями параметра обладают водоемы эрозионно-термокарстового типа (4,1 м), наименьшими – термокарстовые озера (2,25 м). В целом группы озер дельтового, нагорно-плоскогорного и термокарстового типов представлены небольшим количеством объектов (5 и менее), что не делает объективным представление о распределении исследуемых параметров указанных морфогенетических типов, однако так как озера расположены в труднодоступных районах Арктики, и информации о такого рода водоемах в открытых источниках немного, то они не были исключены из описания.

В соответствии с классификацией С.П. Китаева [12] по значениям максимальной глубины исследуемые водные объекты могут быть отнесены к следующим группам (рис. 2): с очень малой (<3,12 м); с малой (3,12–6,25 м) и со средней глубиной (6,25–12,5 м).

Рис. 2. Распределение озер по максимальной глубине. *Примечание: n – количество озер

В целом по значениям максимальной глубины выборка исследуемых озер характеризуется преобладанием водоемов с очень малой глубиной (58 % объектов или 48 озер). Озера с малой и со средней глубиной представлены соответственно 23 % (19 ед.) и 19 % (16 ед.) числа водоемов. Распределение водно-эрозионных озер по максимальной глубине близко распределению водоемов по значениям данного параметра, полученного для всего набора озер (n = 83). Для отмеченного морфогенетического типа характерно преобладание озер с очень малой глубиной (62 % или 25 озер). Водоемы с малой и со средней глубиной составляют 20 % (8 ед.) и 18 % (7 ед.) количества озер водно-эрозионного типа соответственно. Эрозионно-термокарстовый тип тоже характеризуется преобладанием водоемов с очень малой глубиной. Однако доля озер с малой (30 % или 10 ед.) и средней глубиной (21 % или 7 ед.) типа выше, чем в среднем по району исследования. Озера дельтового типа принадлежат группам водоемов с очень малой (60 % или 3 ед.) и средней глубиной (40 % или 2 ед.). Нагорно-плоскогорные водоемы обладают малой (1 ед.) и очень малой (2 ед.), термокарстовые – очень малой глубиной (2 озера).

Форма водного зеркала объектов исследования определена по значениям коэффициента удлиненности (Ку) с использованием классификации С.В. Григорьева [12]. В соответствии с данной классификацией водоемы могут обладать округлой (Ку < 1,5); близкой к округлой (Ку = 1,5–3,0); близкой к овальной (Ку = 3,0–5,0); овально-удлиненной (Ку = 5,0–7,0); удлиненной (Ку = 7,0–10,0) и вытянутой в виде борозды (Ку > 10,0) формами. Показатель удлиненности водных объектов выборки варьирует в диапазоне от 1,3 до 33,1, при среднем значении 3,8.

Почти две трети объектов исследования (64 % или 53 ед.) характеризуются формой зеркала, близкой к округлой (рис. 3). Следующей по количеству водоемов группой являются близкие к овальной по форме зеркала озера (19 % или 16 ед.). На долю овально-удлиненных (5 ед.), удлиненных (3 ед.) и озер в виде борозды (4 ед.) в совокупности приходится 14 % (12 озер) выборки. Всеми указанными морфологическими категориями представлена лишь выборка озер водно-эрозионного генезиса, для которой характерно преобладание близкой к округлой (40 % или 16 ед.) и близкой к овальной форм (30 % или 12 ед.). На долю овально-удлиненных (10 % или 4 ед.), удлиненных (8 % или 3 ед.) и вытянутых в виде борозды (10 % или 4 ед.) приходятся примерно равные доли озер водно-эрозионного типа. Округлой формой обладает только один водоем (2 %) указанного морфогенетического типа. Среди эрозионно-термокарстовых озер превалируют близкие к округлой (85 % или 28 ед.), оставшаяся часть водоемов обладает формой близкой к овальной (12 % или 4 ед.) и округлой (3 % или 1 ед.). Все исследуемые озера дельтового и нагорно-плоскогорного типов характеризуются формой близкой к округлой, термокарстовые – округлой (50 % или 1 ед.) и близкой к округлой (50 % или 1 ед.).

Примечательным является то, что в исследуемом наборе озер овальная и более вытянутые формы характерны только для водных объектов, генезис которых связан с водотоками (водно-эрозионные и эрозионно-термокарстовые озера). Водно-эрозионные озера, образованные путем отделения их котловин от русел водотоков, сохраняют признаки «текучих» водных объектов в более вытянутой форме. Доля «удлиненных» групп водоемов (овально-удлиненные, удлиненные и вытянутые в виде борозды), характерных только для водно-эрозионных озер, в свовокупности составляет 28 % (11 ед.) объектов морфогенетического типа.

Развитие береговой линии исследуемых озер характеризуется крайними наименьшим и наибольшим значениями, соответственно равными 1,0 (Ан9 – термокарстовый водоем и Ан16 – водно-эрозионное озеро) и 3,8 (Ан18, водно-эрозионный водоем), в среднем составляя 1,4. Наибольшие средние значения развития береговой линии отмечены для озер водно-эрозионного типа (1,6), что описывает форму их зеркала как наиболее сложную среди имеющихся групп. Наименьшими значениями развития береговой линии обладают термокарстовые (1,1) и дельтовые водоемы (1,1), длины береговой линии, которых близки длине окружностей, равных площади соответствующих водоемов. Интересно, что изрезанность береговой линии водно-эрозионных озер значительно выше аналогичного параметра эрозионно-термокарстовых водоемов (почти на одну треть), что указывает на значительно более сложную конфигурацию зеркала эрозионных озер. Водно-эрозионные и эрозионно-термокарстовые водные объекты являются генетически близкими. Котловины эрозионно-термокарстового типа характеризуются широким развитием термокарста на ранее образованных в результате отделения от русла водотока котловинах, что нередко способствует изменению их формы. Вытянутый, характерный для водотоков, внешний вид сменяется более округлыми очертаниями. В целом исследуемые водные объекты обладают умеренным развитием береговой линии, форма их зеркала, как правило, имеет достаточно простые очертания без резко выраженных зигзаго- образных переходов.

Площадь водного зеркала озер выборки изменяется в диапазоне от 0,0007 (Ан9, термокарстовый тип) до 70,6 км2 (Инд31, нагорно-плоскогорный тип) при среднем 1,4 км2 (или 0,6 км2, если исключить Инд31). Набольшими средними значениями параметра характеризуются водоемы нагорно-плоскогорного типа (26,38 км2), наименьшими – термокарстовые озера (0,001 км2). Средние значения площадей водно-эрозионных и эрозионно-термокарстовых озер равны и составляют 0,48 км2. Средняя площадь дельтовых водоемов – 0,57 км2.

Рассматриваемые озера по величине площади зеркала, в соответствии с классификацией П.В. Иванова [12], могут быть подразделены на следующие группы: озерки (от 0,001 до 0,1 км2), очень малые (0,1–1 км2), малые (1–10 км2) и средние (10–100 км2).

Основная масса исследуемых водных объектов по значениям площади зеркала (рис. 4) является озерками (42 % или 35 водоемов) и очень малыми водоемами (40 % или 33 озера). Объединением малых водных объектов представлено 16 % общего числа озер (или 13 ед.). Стоит отметить, что один термокарстовый водоем рассматриваемой выборки по площади меньше озерка. Одно озеро, как было указано ранее (Инд31), заметно превосходит все отмеченные по размерам водного зеркала и отнесено к категории средних.

Водно-эрозионный тип представлен озерками (47 % или 19 ед.), очень малыми (33 % или 13 ед.) и малыми водоемами (20 % или 8 ед.). Эрозионно-термокарстовый также характеризуются наличием озер указанных групп, однако количественно над озерками (42 % или 14 ед.) и малыми (9 % или 3 ед.) преобладают очень малые (49 % или 16 ед.) водоемы. Для дельтового типа отмечено преобладание очень малых водных объектов (60 % или 3 ед.). Каждый из водоемов нагорно-плоскогорного объединения представляет одну из размерных группировок: очень малые, малые и средние озера. Термокарстовые водные объекты характеризуются наименьшими площадями и могут быть отнесены к озеркам и меньшей размерной категории.

Приблизительный объем водной массы исследуемой выборки изменяется в диапазоне от 4,3*10-7 (Лен14, дельтовый тип) до 7,3*10-2 км3 (Инд31, нагорно-плоскогорный тип), при среднем 1,6*10-3 км3 (или 7,0*10-4 км3 без учета Инд31). Наибольшим средним объемом обладают водоемы нагорно-плоскогорного типа (2,6*10-2 км3), наименьшим – термокарстовые водные объекты (9,9*10-7 км3). Водно-эрозионные озера (7,8*10-4 км3) по среднему объему примерно в 1,5 раза больше эрозионно-термокарстовых (5*10-4 км3) и примерно равны дельтовым (7,3*10-4 км3).

Сопоставление морфометрических характеристик озерных экосистем района исследования с аналогичными параметрами озер различных частей Якутии [13–15] показало, что значения морфометрических параметров озер внутри различных морфогенетических типов сильно варьируются. Так, озера водно-эрозионного типа Севера Якутии имеют площадь в 5 раз большую, аналогичных, расположенных в центральной части региона [13], а эрозионно-термокарстовые водоемы, наоборот, в 15 раз меньше тех, что расположены в Центральной Якутии, остальные характеристики изменяются схожим образом. В результате сравнения значений площадей зеркала исследуемых водоемов и озер трех широко распространенных морфогенетических типов (водно-эрозионного, эрозионно-термокарстового и термокарстового), расположенных в различных частях Якутии [14], последовал вывод, что в целом значения указанного параметра для эрозионно-термокарстового, водно-эрозионного и термокарстового морфогенетических типов озер Якутии являются схожими и находятся в диапазоне от 0,001 до 1,0 км2. Полученные для северных водоемов значения лежат внутри указанных пределов, что позволяет говорить о том, что исследуемые озера по размерам зеркала являются типичными для региона.

Заключение

Таким образом, морфометрические характеристики изучаемых озер изменяются в широких пределах. Водоемы обладают очень малой (58 % объектов), средней (23 %) и малой глубиной (19 %). Наиболее глубокими являются озера эрозионно-термокарстового типа (в среднем 4,1 м). Почти две трети объектов исследования (64 %) характеризуются формой зеркала, близкой к округлой. Овальная и более вытянутая формы характерны только для водных объектов, генезис которых связан с водотоками (водно-эрозионные и эрозионно-термокарстовые озера). «Удлиненные формы» (овально-удлиненная, удлиненная и вытянутая в виде борозды) присущи исключительно водно-эрозионному типу и принадлежат одной третьей части водоемов указанного генезиса. Озера водно-эрозионного типа также обладают наиболее сложной конфигурацией зеркала на фоне общего умеренного развития береговой линии объектов района. Основная масса всех описанных озер по значениям площади зеркала является озерками (42 %) и очень малыми водоемами (40 %). Наибольшей площадью и объемом обладают водоемы нагорно-плоскогорного типа, наименьшими – термокарстовые озера. Водно-эрозионные, эрозионно-термокарстовые и дельтовые водные объекты характеризуются схожими средними значениями площади зеркала, позволяющими отнести их к очень малым водоемам. Водно-эрозионные и дельтовые озера по объему в среднем примерно в 1,5 раза больше эрозионно-термокарстовых. Сопоставление морфометрических характеристик озер района исследования с аналогичными параметрами водоемов различных частей Якутии показало, что значения морфометрических параметров внутри различных морфогенетических типов сильно варьируют. Полученные для северных водоемов площади водной поверхности лежат внутри диапазона значений соответствующего параметра озер региона, что позволяет говорить о том, что основная масса исследуемых водоемов (кроме оз. Сутуруоха) по размерам зеркала является типичной. Дальнейшие направления работ в области изучения морфометрических параметров озер Севера Якутии целесообразно проводить в направлении рассмотрения статистической значимости различий характеристик озер различных морфогенетических типов.

Работа выполнена в рамках проектного финансирования СВФУ им. М.К. Аммосова (приказ 494-ОД от 02.05.2017 г.) «Палео- экологические и биоиндикационные исследования водных экосистем криолитозоны Северо-Востока России в условиях изменения климата и антропогенного пресса», проектной части государственного задания в сфере научной деятельности Министерства образования и науки РФ по Заданию 5.2711.2017/4.6. «Биогеографические закономерности биоты озер арктической зоны Северо-Востока Российской Федерации», проекта РФФИ-регион 18-45-140053 р_а «Эволюция природной среды Восточного сектора Арктики в голоцене с применением прокси-индикаторов (на примере Якутии)».