Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Собраны уникальные всесторонние данные, позволяющие исследовать биогеохимическое развитие озер, как в период интенсивного загрязнения, так и в период его снижения. Определены ключевые критерии, отражающие развитие озер в условиях снижения загрязнения и потепления климата. Сформированы базы данных по ряду биогеохимии ряда водных систем: 1) 75 малым озерам, не затронутым человеческой деятельностью, расположенным в пределах Кольского региона, 2) геохимии донных отложений, химическому составу вод и 3) микроэлементному составу рыб озера Имандра в исторически загрязненном крупном озере Имандра (и в при резком снижении загрязнения; 4) трех озер, включая Валдайское озеро, в средней полосе, 5) проработаны исторические данные по температурным условиям исследованных регионов (по данным архивов погоды об осадках и температуры приземного слоя воздуха в период открытой воды), 6) собраны исторические гидрохимические данные о динамики загрязнения вод. Выполнен анализ существующих методологических решений оценки развития озер после снижения загрязнения и повышения температуры. Обосновано, что развития озер можно оценивать по режиму биогенных элементов, нарастанию органического вещества и снижения содержания кремния, как следствие поглощения его диатомовыми водорослями и отклика биологических сообществ. Изучена перспективность сочетаний нео- и палеоэкологических методов в оценки биогеохимической изменчивости озер и ковариаций металлов в процессе их поступления и осаждения в донные отложения водных объектов. Собраны разнородные биогеохимические данные и рассмотрена возможность моделирования динамики концентраций никеля в почвах, воде и донных отложениях озер под воздействием длительного периода поступления в атмосферу выбросов комбината «Печенганикель» на подстилающую поверхность. Обоснована технология сбалансированной идентификации, которая позволит на основе математического описания разнородных геохимических процессов, объединить натурные и экспериментальные данные и построить компьютерную модель с оптимальным балансом сложности и близости к имеющимся данным (на примере основного загрязняющего элемента – никеля). Данная модель направлена на ретроспективный анализ нарастания загрязнения и прогнозный сценарий очищению озер после остановки деятельности «Печенганикель» Результаты будут представлены в журнал «Геохимия». Проведен анализ имеющихся баз данных результатов научного задела долговременных исследований изменения геохимии вод суши на территории Кольского региона (1990–2018 гг.), которые произошли вследствие потепления климата и снижения эмиссии кислотообразующих газов в региональной и глобальной шкалах. В основу работы легли исследования 75 малых озер региона, которые проводились с 1990 по 2018 гг. с интервалом в 4–5 лет. На основании анализа архивов погоды выявлены достоверные тренды повышения температуры за 28-летний период исследований. Установлено повсеместное снижение содержаний техногенных сульфатов в воде и повышения кислотонейтрализующей способности вод вследствие сокращения выбросов в атмосферу антропогенной серы. Доказано увеличение содержания органического вещества и биогенных элементов в воде озер, которое достоверно связано с нарастанием температур в регионе. Ряд озер в кислотоуязвимых регионах сохраняют критические значения кислотонейтрализующей способности вод, что может быть связано как с локальным, так и с трансрегиональным переносом загрязненных воздушных масс. Приведенный анализ изменчивости химического состава вод в многолетнем ряду наблюдений демонстрирует эволюционное развитие озер и изменение биогеохимических циклов, как следствие преобразований водосборов под влиянием снижения выпадений кислот из атмосферы на водосборы и потепления климата в регионе. Результаты опубликованы международном журнале “Water” первого квартиля (в ранге Aquatic sience) , теоретическая часть - в ДАН (Науки о Земле). Рассмотрены особенности формирования органических веществ природных вод на территориях Европейской территории России (ЕТР) и Западной Сибири (ЗС) в широтной географической зональности. Дана оценка влиянию условий водосборов и климата на содержания автохтонных и аллохтонных органических веществ, рассчитаны и оценены условные коэффициенты соотношения этих форм как важных показателей геохимии вод суши. Многомерными статистическими методами анализа доказано влияние температурного фактора на содержание автохтонных органических веществ вод южных территорий ЕТР и ЗС. Найдены закономерности распределения липидов, белков и углеводов в автохтонных и аллохтонных органических веществах. Показан механизм биохимического преобразования связанных углеводов аллохтонных органических веществ в свободные автохтонные за счет микробного разложения, что характерно в большей степени для вод южных регионов ЗС. Рассмотрено влияние природно-климатические условий на изменения количеств органических веществ вод озер и их структурных характеристик (содержания ароматических и алифатических фрагментов). Статья сдана в журнал «Геохимия» Исследована биоаккумуляция основных загрязнителей в органах сига, а также их гематологические показателей в динамике за 40-летний период в исторически загрязненном оз. Имандра, которые раскрывают адаптационные механизмы в период развития экосистемы. Биологические реакции сига из исторически загрязненной части сильно изменены в отличие от таковых у сигов из никогда не загрязняемой части озера, и их сдвиги сохранялись даже за прошедшие 20 лет спада токсичной нагрузки. Во-первых, высокий антиоксидантный статус поддерживает системы организма, нивелируя негативные последствия токсичности металлов, фагоцитоза и воспалительных реакций. В этом случае, защитный механизм сигов из исторически загрязненной части озера активно использует окислительные системы неспецифического иммунитета. Во-вторых, адаптивная стратегия направлена на улучшение газообмена без компенсаторной пролиферации структуры, что увеличивает их функциональную поверхность и уменьшает расстояния до кровотока, а также путем увеличения гемоглобина в созревающих эритроцитах. В третьих, большая эффективность эндо- и фагоцитоза подтверждается увеличением моноцитов и макрофагов в периферической крови при снижении мелано-макрофагальных центров в почке рыб. Краткое содержание работы опубликовано в ДАН. Проведен анализ распределения ртути в колонках донных отложений как фоновых, так и техногенных арктических озер в трех регионах – Кольский Север, Малоземельская тундра и северо-запад Сибири. Послойный анализ колонок донных отложений показал, что распределение ртути существенно отличается от распределения других элементов существенно более сильным обогащением поверхностных слоев относительно локального фона. Рассчитаны потоки ртути в донные отложения с доиндустриального периода до настоящего времени. Анализ потоков свидетельствует о преобладании не литогенного потока ртути. Рассмотрена возможность техногенного загрязнения за счет трансграничного переноса. Результаты представлены в пленарном докладе на международной конференции и опубликованных тезисах.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
1. В рамках задач РНФ проведены масштабные экспедиционные работы и собраны уникальные всесторонние данные, позволяющие исследовать биогеохимическое развитие озер с 1990 до 2003г с ретроспективным анализом состояния в период интенсивного загрязнения до современного периода очищения вод потепления климата. Дополнены базы данных по ряду биогеохимических показателей. В экспедиционных работах обследовано около более 100 малых озер, не подверженных влиянию антропогенной деятельности в пределах Кольского региона 1) для изучения влияния потепления климата на биогеохимические циклы биогенных элементов, 2) отобраны донные отложения в озере Имандра для оценки развития осадконакопления, 3) отобраны пробы воды на химический состав вод 4) обследованы биологические сообщества, включая фито- и зоопланктона, бентоса, органов и тканей рыб для изучения миграции макроэлементов в пищевых цепях, а также стратегии адаптивных перестроек организма рыб в условиях снижения загрязнения. Продолжены сезонные выезды в район Валдайского озера, где находится площадка системы наблюдений: атмосферные выпадения – лизиметрические воды – воды озера, температуры. Ведутся интенсивные аналитические работы. 2. Впервые выявлены особенности биогеохимической миграции элементов и развитие эвтрофирования озер отдаленных арктических регионов, как следствие потепления климата и глобального рассеивания фосфора. На основе анализа долговременного мониторинга качества вод с 1990 по 2018 гг. (раз в 4–5 лет) получены доказательства нарастания общих форм фосфора и азота, а также органического вещества к последнему десятилетию, которые подтверждаются достоверными связями с температурными условиями. Рассчитаны потоки фосфора в озера с водосборов по модели В.В. Бульона, которые показывают их увеличения в последние десятилетия. Исследования показали, что произошло достоверное увеличение содержаний общего фосфора и азота на фоне сохранения концентраций их биодоступных форм, что свидетельствует о быстрой утилизации последних в продукционных процессах. Наиболее отчетливо эти процессы проявились в лесных экосистемах северной тайги. Одновременно доказано нарастание органического вещества в тундровой зоне, которое показывает достоверную связь с температурой приземного слоя воздуха за вегетационный период. Наши расчеты показали, что к периоду 2010–2018 гг. по сравнению с периодом 1990–2000 гг. произошло увеличение потоков фосфора с водосборной площади в исследованные озера с разной интенсивностью: в озеро тундровой зоны – в 2 раза, лесотундровой – в 4 раза, северо-таежной – в 3.5 раза. Согласно показателю трофического статуса озер Карлсона (TSI) показано, что снизилось количество олиготрофных и возросло число мезо- и эвтрофных озер даже в случаях отсутствия влияния каких-либо антропогенных факторов. «БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ АРКТИЧЕСКИХ ОЗЕР В УСЛОВИЯХ ПОТЕПЛЕНИЯ КЛИМАТА: РЕГИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ. (Т. И. Моисеенко, М. М. Базова, Е. О. Льюмменс. , ГЕОХИМИЯ, 2023, Vol. 61, No. 7, pp. 768–779). 3. Разработана модель динамики поступления никеля в озера с учетом миграционной активности и накопления элемента в почвах и донных отложениях вследствие длительного функционирования комбината «Печенганикель» и его выбросов в атмосферу на протяжении всего периода его функционирования. Проведено моделирование динамики концентрации никеля в почвах, воде и донных отложениях озер, вызванное выбросами в атмосферу комбината Печенганикель (Кольский полуостров) в течение всего периода его функционирования (более 70лет). Для оценки процессов развития геохимического состояния озер использована технология сбалансированной идентификации, которая позволяет на основе математического описания разнородных геохимических процессов, протекающих в экосистемах, объединить разнородные экспериментальные данные и построить компьютерную модель с оптимальным балансом сложности и близости к данным. Модель используется для анализа пространственно-временной изменчивости природных объектов в зоне распространения атмосферных загрязнений (никелем) от комбината Печенганикель. Приводятся и обсуждаются результаты, в том числе оценки ретроспективного состояния моделируемых объектов (до начала интенсивных исследований) и прогноз их динамики до 2030 г. По модельным расчетам интенсивность накопления Ni в почве и донных отложениях составляла 2.35 и 4.48 мг/м2 год в периоды максимальных выпадений (1980–2005 гг.), тогда как по прогнозу после остановки комбината начнется снижение интенсивности накопления Ni в донных отложениях (0.23 мг/м2 год) и медленное выщелачивание Ni из почвы (0.19 мг/м2 год). Преимущество разработанной модели заключается в том, что она отражает полную картину происходящих процессов: структуру преобразования атмосферного загрязнения на всей исследуемой территории, балансовую оценку миграционных потоков и накопление загрязнения, территориального его распределения и прогноз состояния всех сред экосистемы в будущем. «МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПРОГНОЗ СОСТОЯНИЯ ПРИРОДНЫХ СРЕД В ЗОНЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ МЕДНО-НИКЕЛЕВОГО КОМБИНАТА: СБАЛАНСИРОВАННАЯ МОДЕЛЬ ТРАНСФОРМАЦИИ АТМОСФЕРНЫХ ВЫПАДЕНИЙ НА ВОДОСБОРЕ И В ОЗЕРЕ ( А. В. Соколов, , Т. И. Моисеенко, Н. А. Гашкина, Ю. Г. Таций, ГЕОХИМИЯ, 2023, том 68, № 7, с. 737–749) 4. Завершен анализ соотношений аллохтонных и автохтонных органических веществ в водах озер на Европейской территории России и в западной Сибири от арктических регионов до степных по результатам исследований прошлых лет. Цель работ – выявить влияние климатических условий на биогеохимический статус природных вод, в частности особенностей структуры органических веществ. Коэффициенты оценки соотношений аллохтонных и автохтонных органических веществ отражают преимущественный генезис образования органических веществ в водоемах и демонстрируют влияние ряда ландшафтных и климатических параметров на биогеохимические процессы в водоемах, в частности, на образование органического вещества Доказано, что увеличение содержаний автохтонного вещества в водах суши южных регионов обусловлено более интенсивным вовлечением гумусовой органики в биогеохимические процессы, как на водосборе, так и в водоеме, что в итоге приводит к возрастанию образования автохтонных органических веществ. В водах южных территорий, особенно в ЗС, установлена высокая активность взаимодействий компонентов органических веществ разного генезиса, таких как липиды, белки, свободные и связанные углеводы. Исходя из полученных данных, можно предположить, что потепление климата приведет к изменениям в соотношениях аллохтонного и автохтонного органического вещества в водных системах в пользу последних. Опубликована статья «БИОГЕОХИМИЯ ПРИРОДНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ВОДАХ СУШИ: РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПРИ ПОТЕПЛЕНИИ КЛИМАТА» (Моисеенко Т.И., Дину М.И.) в журнале «Геохимия»(2023, том 68, № 2, с. 187–196).