Введение
За последнее десятилетие в рамках выполнения темы исследования условий и характера формирования стока на территории Республики Татарстан изучено 75 % водных объектов. По 6914 рекам длиной свыше 5 км, 6621 озеру с площадью водного зеркала более 1 га, 1328 прудам, оборудованным гидротехническими сооружениями, а также по 4 крупным водохранилищам данные опубликованы в единственном республиканском легитимном документе – Гидрографическом справочнике «Водные объекты Республики Татарстан» 2018 г. издания [1, с. 391]. Данные справочника периодически пополняются, исправляются, уточняются, обновляются и переиздаются с 1959 г. Основой печатных изданий является база данных автоматизированной системы оценки водных ресурсов (БД АСОВР). Поскольку основные запасы водных ресурсов сосредоточены в реках, последним всегда уделялось приоритетное внимание. Однако параллельно наполнявшаяся база по озерам также требует системного анализа, поскольку данные о статусе водоемов и генезисе озер постоянно запрашиваются различными государственными учреждениями для разрешения имущественных споров и корректировки планирования территорий.
Карта-схема системы Собакинских озер
Водоемы, находящиеся на однотипном ландшафте, характеризуются, как правило, единством происхождения и схожими характеристиками [2]. Семь озер расположились на плато двухсотметровой высоты Вязовской горной гряды на западном кряже Волго-Камской антеклизы, сложенной породами верхней перми, в поверхностном горизонте, осложненном закрытым русским карстом [3, с. 74]. Зоны закрытого карста, когда карстующиеся горные породы перекрыты сверху песчаниками, глинами и другими некарстующимися породами, вполне подходят для ведения сельского хозяйства. Практически вся водосборная площадь Собакинских озер используется под пашню, и распашка производится под самый урез воды или края обрывистых озерных котловин (рисунок).
Карстовые явления на участке Улитино – Вязовые обусловлены прохождением тектонических поднятий Свияго-Улеминской ветви Вятско-Казанской плакантиклинали. Мощные толщи залегающих отложений татарского яруса дают основание предполагать, что образование провальных округлых и глубоких озер преимущественно связано с выщелачиванием линз эпигенетических кальцитов осадочных пород и доломитов в глинисто-мергелистой толще [4].
Целью исследования является выявление особенностей генезиса и геоэкологического развития семи озер, объединенных в комплекс «Собакинские Ямы», расположенных по правому берегу Куйбышевского водохранилища в Вязовских горах, западнее устья реки Свияга.
Материалы и методы исследования
Материалами исследования послужили спутниковые снимки Landsat разных лет, пробы воды, собранные во время полевых выездов, и последующие лабораторные анализы, проводившиеся сотрудниками лаборатории гидрологии Института проблем экологии и недропользования Академии наук Республики Татарстан. В зависимости от исследуемого элемента ландшафта и экосистемы водного объекта различались методы исследования. Гидробиологические показатели, химический состав воды, донных отложений определялись стандартными методами в стационарной лаборатории.
Результаты исследования и их обсуждение
Озера, как объединенные общими свойствами составляющие элементы множества топологического пространства, расположены на 37 га водосборной площади равнинного ландшафта между деревней Улитино и переименованным из села Собакино в поселок Набережный (квартал поселка городского типа Нижние Вязовые) Зеленодольского муниципального района Республики Татарстан. Отсюда произошло и единое топонимическое название комплекса озер – Собакинские. Котловины озер – круглые чашеобразные. Поскольку водораздел водосбора цепочки озер удален от оврагов Широкий Дол и Сельский Дол бассейна р. Секерка и рельефно имеет разную направленность, гидродинамическая связь с речными и овражно-балочными системами не фиксируется, что определяет отсутствие суффозионных процессов и стабильность уровня воды в озерных котловинах, зависящего только от интенсивности подземного питания. Уровень воды в озерах составляет 79,0 м при 53,0 м (Балтийская система высот) расположенного в подножье горной гряды Куйбышевского водохранилища.
Возраст карстовых воронок также определяется функционированием напорных родников, преимущественно извергающихся со дна озерных котловин с определенным дебитом воды. Как только напор воды снижается, озеро начинает деградировать. При этом конусообразная форма котловины округляется, озеро начинает терять глубину, расход воды преобладает над приходом в основном за счет испарения, и, поскольку этот процесс не связан с заилением и последующим залужением, свойственными пойменным поверхностным водоемам, карстовое озеро теряет глубину сверху вниз, обнажая обрывистые края котловины и постепенно превращаясь в яму. Возраст озер можно определить косвенно по морфометрическому коэффициенту карстовых воронок. У конусообразных воронок молодой стадии развития он менее 5, чашеобразных зрелой стадии – 5–10, блюдцеобразных завершающей стадии существования – до 50 [5, с. 64]. Таким образом, по приближенным обобщениям вся серия озер Собакино относится к карстовым провалам средней (зрелой) стадии развития. Стоит отметить, что в начале 2022 г. в бассейне озер образовался еще один карстовый провал [6]. Однако следует повториться, что время существования озер как водных объектов в карстовых котловинах определяется только дебитом подземной подпитки. На территории описываемого водосбора есть и пустые карстовые провалы, базис эрозии которых никогда не опускался ниже каких-либо водоносных горизонтов.
Часто отсутствие классического грунтового водоупорного слоя непосредственно котловин озер, наличие вместо него перемычек карстующихся пород c приоритетом карбонатно-сульфатных отложений приводит к провалам дна, и тогда вода озер стремительно уходит по пути наименьшего сопротивления вниз по трещинам разломов. Такое случилось, например, с марийским 37-метровой глубины озером Морской глаз в 2022 г., вода объемом 270 м3 из которого ушла за одну ночь [7]. Вероятность того, что вода, ушедшая в нижележащий горизонт, вновь поднимется в этом же месте, чего ждут местные жители, фактически равна нулю. Согласно теории, механизм движения воды в карстующихся породах происходит первоначально вертикально сверху вниз до водоупора долин крупных рек, где сменяется на горизонтальное, пополняя подрусловые или поддолинные пласты воды [8, с. 223]. Существуют зоны сифонного движения вод по изолированным каналам, где вода перемещается под давлением. Время от времени подрусловые воды выходят на подстилающую поверхность в виде родников сифонного или горизонтального типа.
Если поток разгрузки проходит под руслом, то родники находятся под водой реки, если под долиной, то разгрузка в виде родников происходит в бассейновом пространстве, часто сопровождаемая размытием воронок. С водораздельных пространств в освободившиеся подрусловые слои попадают смываемые с поверхности песок, галька, постепенно заполняющая пустоты и выдавливающая воду. Постепенно одни карстовые каверны заполняются, а за счет расширения периферийных трещин образуются другие. Процессы эти относятся к естественным географо-геологическим и характеризуются постоянной динамикой во времени. Надо полагать, что артезианские или поддолинные воды, питающие напорным способом Собакинские озера, находятся на глубине более 100 м. Два озера – Собакино и Провальное – имеют характерные воронки с восходящими напорными источниками. Именно этим двум озерам присвоен статус памятников природы регионального значения [9]. Однако согласно дешифрированию спутниковых снимков общего доступа Google Earth незамерзающими в зимнее время остаются пять озер, что подтверждает предположение о регулярном поступлении подземного питания в эти озера.
По пути следования воды размывают горные породы и выносят в озера обогащенный состав химических ингредиентов. В составе водных объектов территории русского карста воды обогащены, например, сульфидами кальция и цинка до 1000 мг/л. Гидрохимический анализ показывает уровень минерализации Собакинских озер от 180 до 390 мг/л [10]. Кроме высокого содержания цинка в не потерявших подземную подпитку озерах обнаруживается около 2,5 ПДК свинца, обусловливающих специфику цвета и прозрачности воды. Преобладающий тип вод гидрокарбонатно-кальциевый. Вода холодная – 6–10°С, у самой поверхности прогревается до 14°С.
Специфика качества вод, а также изолированность озер от других водоемов, влияет и на состав гидробионтов. В их водах обитают редко встречаемые в регионе виды из числа обитателей пелагиали, литорали и придонных слоев водной толщи. Видовой состав стабилен в течение многих лет и сохраняется даже в условиях произошедшей в 1970-е гг. стрессовой реорганизации ихтиофауны, произошедшей вследствие необоснованного научного эксперимента по выпуску инвазивного амурского вида лучеперых бычкообразных ротана головешки Perсcottus glenii [11], вызвавшего на короткое время нарушение естественного баланса, проявившегося в истреблении аборигенных видов ихтиофауны (ершей и карасей) исторически сложившегося «симбиоза» гидробионтов. Быстро расплодившийся ротан нанес в те годы ущерб ихтиофауне не только малых водоемов, но и Куйбышевскому водохранилищу [12]. Спустя три-четыре года баланс соотношения видов стабилизировался естественным путем, амурский ротан при этом не исчез, а плотно занял свою скромную нишу в сообществе. При этом катаклизме не пострадал эксклюзивный состав зоопланктона Собакинских озер, в смешанном сообществе из 43 идентифицированных видов которого одномоментно присутствуют такие редко встречаемые в регионе виды, как Camptocercus rectirostris Schoelder, Pleuroxis laevis Sars, Rhynchotalona falcate Sars, Leydigia leydigi Leydig, Peracanthra truncata Muller, родственные Simocephalus vetulus Muller и Simocephalus serrulatus Koch, Kurzia latissima Kurs из ветвистоусых ракообразных, Macrocyclops fuscus Jur., Eucyclops macrurus Sars, Eucyclops speratus Lill из веслоногих. Биомасса полезного кормового планктона в пелагиали озер всегда превышает 1,5 г/м3, а рассчитанные индексы сапробности и коэффициенты устойчивости указывают на высокую степень саморегуляции среды за счет биологического слоя вод. Не менее удивителен и состав фитопланктона, здесь впервые для водоемов республики были идентифицированы желто-зеленые Bumilleriopsis peterseniana Vischer et Pascher, сине-зеленые Plectonema Wollei Farlow, зеленые Coleochaete sculata Breb., Oedogonium rufescens Wittrock., Spirogyra daedalea f. Daedalea Lagerh., Pleurotaenium trabecula Hass., Cosmoastrum alternans var. Alternans (Breb.) Pal.-Mordv. В общей сложности идентифицировано 65 видов водорослей, 70 % из которых редко встречаемые [13]. Также присутствуют виды, занесенные в Красную книгу РТ: из десмидиевых Euastrum oblongum (Grev.) Ralfs., Euastrum verricosum Ehrenb, из ностоковых Nostoc pluniforme Ag. [14].
Исследования Собакинских озер производятся эпизодически, системный мониторинг отсутствует. С периодичностью в 5–6 лет снимаются морфометрические показатели, строятся батиграфические кривые, проводится анализ на гидрохимический и гидробиологический составы вод и донных отложений. Надо заметить, что в последнее десятилетие динамика морфометрии выполняется с помощью методов дистанционного зондирования Земли. Как уже отмечалось ранее, классического заиления озер не происходит, дно не теряющих подземную подпитку водоемов выстлано мелкодисперсным пелитовым илом. В деградирующих котловинах начинает происходить накопление ила около 1,4 мм в год за счет смываемого в котловины грунта с поверхностным стоком [15].
Следует заметить, что как в связи с естественно-геологическим процессом развития антеклизы, так и с интенсификацией освоения территориального пространства под возведение мостов, дорожных покрытий и коттеджного строительства, а также с влиянием прижимного гравитационного воздействия увеличившегося объема водохранилищных вод, функционирующего в режиме переменного подпора, усугубляющего абразию правобережья Волжского течения и одновременно перекрывающего подрусловые дислокации вод, обеспеченность стоком в пределах Свияжского бассейна, занимающего 95 % территории Предволжья, катастрофически снизилась. В частности, подземное питание сократилось в 5–10 раз. Исчезло 313 притоков второго и третьего порядков течения реки Свияга и ее притоков в пределах Республики Татарстан. Динамика обезвоживания Волго-Камской антеклизы беспрецедентно впечатляет, что отчетливо демонстрируют карты модуля подземного питания бассейна реки Свияга, составленные по данным периодов наблюдений и расчетов, полученных до создания Куйбышевского водохранилища и после [16].
Характер влияния резервуара Куйбышевского водохранилища на Предволжскую тектонику отличается тем, что давление водных масс на монолитную, фактически лишенную четвертичного осадочного покрытия антеклизу (Вязовские горы в том числе) вследствие пролонгированных внутренних и внешних абразионных процессов перекрывают артезианскую подпитку [17]. Грунтовка распределяется по поверхности более равномерно, а, поскольку врез Свияги неглубокий и вообще не вскрывает водоносных горизонтов, подрусловые процессы основного предволжского бассейна реки Свияга деградируют [18].
В итоге пруды и озера исчезают, скважинная добыча грунтовых вод не оправдывает затрат по причине глубинной передислокации водоносных горизонтов [19]. Однако на фоне общего тренда обезвоживания Собакинские озера остаются неизменными. Эстетика ландшафта и неординарные характеристики Собакинских озер еще в 2015 г. послужили поводом к разработке рекомендаций для включения территории их водосбора в границы нового туристического аттрактора на расширенной особо охраняемой территории, но удаленность от городских центров и большая очередность региональных водных объектов, попадающих в планы благоустройства, в прямом смысле спасают Собакинские озера от антропогенного воздействия, поскольку опыт работ по восстановлению ряда других объектов, таких как озера Лебяжьи или Голубые в черте г. Казань, показывает явно отрицательный результат [20].
Таким образом, любое предпринимаемое изменение геометрии ландшафта водосборов ведет к нарушениям устоявшихся механизмов функционирования экологического каркаса, приводящее к дисбалансу обменных процессов круговорота веществ и энергии. Самое ценное в озерах – это режим их термоклинной саморегуляции и сохранения естественного водного баланса, и любое нарушение механизмов этой функциональности в конечном итоге приведет к деградации водоема. Несмотря на то, что старт работ по сохранению и благоустройству природных водных объектов был первоначально организован в соответствии с законодательными правилами сопровождения проектной документации научными заключениями и рекомендациями в рамках составления томов ОВОС (Оценка воздействия на окружающую среду) и ООС (Охрана окружающей среды), уже вскоре эта процедура превратилась в номинальную, и к специалистам стали обращаться только в случае реализации неудачных проектов. Наиболее частые ошибки происходят из-за элементарно неверно определенного статуса водоема, когда называют озерами строительные котлованы, дренажные образования и пожарные водоемы, не обладающие свойствами естественных процессов саморегуляции и самоочищения, основанных на физико-химической и биохимической нейтрализации как аллохтонных, так и автохтонных загрязнений. Пренебрежительное отношение к рекомендациям специалистов – биологов и экологов все чаще приводят к исчезновению благоустроенных водоемов и по причине обязательно предусматриваемого проектами изъятия ила, называемого очисткой дна водоемов, лишающий организм озера элементарной двухфазовой нитрификации с превращением азота в нитратную форму, единственно усваиваемую протоплазмой гидробионтов форму посредством синтеза необходимого количества белковой биомассы. В результате биоценоз погибает, и самоочищение среды сводится к нулю. Другой распространенной ошибкой, связанной с пренебрежением эколого-геологическими и эколого-гидрологическими изысканиями, является механическое углубление дна водоемов, приводящее к прободению водоупорного слоя и последующего обезвоживания поврежденной котловины, как это случилось, например, с озером Черемшан Черемшанского муниципального района Республики Татарстан.
Заключение
Таким образом, территориальная изолированность расположения Собакинских озер, отсутствие гидродинамической связи с грунтовыми водоносными слоями и независимость от речных сетей обеспечивает сегодня естественную сохранность эксклюзивным водным объектам. Однако перспектива пролонгированного гравитационного воздействия на ложе Волжского течения Куйбышевского водохранилища и связанная с ним интенсификация абразионных процессов правобережного высокогорья, сложенного хрупкими карстующимися геологическими породами, предопределяет период существования озер только до начала грозящего уплотнения подмываемого берега.