RU
EN
Номер: 21-17-00135
Название: Диагностика 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
Годы выполнения при поддержке РНФ: 2021 - 2023
Конкурс: 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 ГРНТИ: 39.19.31
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.
Ожидаемые результаты:
1. Полученные для уникальной бассейновой системы Телецкого озера данные (с высоким пространственным и временным разрешением) по спорово-пыльцевому, альгологическому, изотопному, элементному составу и микропластику, соответствующие международным требованиям и стандартам (GNIP, GNIR, PМР, Diatom Monitoring Protocol, Standardised protocol, Harmonization of Microplastics Monitoring Methodologies, ЕРА), в будущем будут использованы как для палеореконструкций под эгидой PAGES, так и для проекций будущих изменений, в первую очередь в рамках CMIP6.
2. Идентифицированные основные атмосферные источники поступления природных и антропогенных маркеров (включая изотопологи) и описанные метеорологические особенности, обуславливающие их перераспределение и аккумуляцию в данной бассейновой системе. Эти данные могут быть использованы при прогнозировании опасных природных явлений, как в самой системе, так и на сопредельных с ней территориях Сибирского региона, в которых в последние годы наблюдалось больше всего в России природных чрезвычайных ситуаций, включая катастрофическое наводнение 2014 г.
3. Разработанный алгоритм идентифицирования маркеров в бассейновых системах на основе ландшафтно-интерпретационного подхода и реализованный в геоинформационной среде посредством построения серии картографических моделей – изоскейпов, с учетом результатов верификации данными ISOGRID и IsoMAP, а также по аналогии построение патикл-скейпов, отражающих особенности дальнего и ближнего переноса вещества в воздушной и водной средах и дифференцированная оценка ситуации в изучаемой системе с учетом ландшафтных сопряжений (ландшафтных катен, ландшафтных арен). Предложенный алгоритм может быть использован в интенсивно развивающемся «изотопном» климатическом и гидрологическом моделировании, и в первую очередь, для Севера Азии, где значимость водных объектов для народно-хозяйственной деятельности неоспорима.
4. Карты изотопного состава атмосферных осадков для бассейна Телецкого озера, а также их прогностические среднегодовые изменения до 2050 г., полученные на основе использования модели ECHAM6-wiso, которые могут быть учтены в оценках климатических и гидрологических изменений, выполняемых, например, Росгидрометом и МГЭИК. При этом полученные в ходе выполнения проекта результаты будут использоваться для валидации модели ECHAM6-wiso при непосредственном участии исполнителей проекта.
5. Анализ пространственно-временной динамики ландшафтов в модельном бассейне на основе разновременных данных дистанционного зондирования, результаты которого будут представлены в виде серии карт на несколько временных срезов и матриц переходов, отражающих частоту прямых и обратных изменений разных классов наземных покровов один в другой на снимках разных лет. Полученные результаты будут использованы для выявления и иллюстрации связи между антропогенной динамикой ландшафтов и состоянием Телецкого озера, характеризуемым на основе природных и антропогенных маркеров, а также для разделения вклада местных и внешних источников в загрязнение бассейновой системы.
6. Результаты консолидированной оценки как современных состояний изучаемой бассейновой системы Телецкого озера, так и их развития в будущем базирующейся на национальных и международных стандартах и методиках в первую очередь в границах сценариев RCP, которые должны быть учтены при разработке законопроекта об охране Телецкого озера и национальной цели ««Комфортной и безопасной среды для жизни» согласно указа президента от 21 июля 2020 г.
Полученные в ходе проекта результаты, помимо весомой научной значимости, будут иметь и важную общественную составляющую, поскольку часть территории исследования, входит в объект Всемирного наследия ЮНЕСКО «Золотые горы Алтая». Результаты научного исследования, будут отражены как в научных, так и в научно-популярных российских и зарубежных публикациях, а также размещены на сайте предлагаемого проекта и интегрированы в национальные и международные базы данных.
