К. К. Вотинцев к вопросу о современном осадкообразовании в байкале

К.К. ВОТИНЦЕВ

Несомненный интерес представляет при этом исследование крупных глубоководных озер, непрерывное существование которых исчисляется сотнями тысяч и миллионами лет.

Одним из таких водоемов является оз. Байкал. Здесь особенно удачно могут сочетаться исследования процессов осадконакопления и в древних глубоководных озерах (глубинная область Байкала), и в мелководных, в значительной степени эвтрофированных водоемах (заливы этого озера) и, наконец, в новообразованных в результате тектонической деятельности в современную эпоху водоемах (зал. Провал, образовавшийся на Байкале в 1862г.).

В настоящее время Лимнологический институт Сибирского отделения Академии наук СССР проводит всесторонние исследования донных отложений Байкала и условий осадконакопления в нем. Некоторые итоги этих работ, выполненных в гидрохимической лаборатории Института, и составляют предмет настоящей статьи.

Общая скорость осадканакопления в Байкале определяется таласогенным, флювиогенным и эоловым приносом веществ. В связи с тем, что для достаточно надежной количественной оценки этих факторов у пас нет еще необходимых материалов, мы, помимо прямого расчета скорости осадконакоплепия в Байкале, применили косвенный метод, используя данные по химическому балансу озера.

Изучение химического баланса Байкала (⁸) позволило нам, прежде всего, оценить роль талассогенного фактора. Как выяснилось, поступление некоторых гидрохимических компонентов в озере значительно превышает их сток из него с водами р. Ангары (табл. 1). К таким компонентам относятся сульфаты, хлориды, магний, нитраты, фосфаты, железо, кремний и органическое вещество. Так, в Байкале ежегодно остается избыток сульфатов магния до 30% от их прихода в озеро, хлоридов — до 47, фосфатов — до 60, органического вещества — до 76, кремнскислоты —до 78 и железа — до 98%.

Табл.1.
Не вдаваясь в объяснение дальнейшей судьбы компонентов ионного состава воды, как не имеющей непосредственного отношения к рассматриваемому нами вопросу, остановимся лишь на тех из них, избыток которых увлекается в донные отложения Байкала. Из перечисленных к таким компонентам относятся кремний, железо, фосфор и отчасти органическое вещество.

Как выяснено нами ранее (^4,5), остающийся в Байкале избыток кремния выводится из его круговорота в озере путем потребления диатомовыми водорослями с последующим увлечением в грунт и захоронением в донных отложениях в форме панцырей диатомой. Общее количество кремния, ежегодно увлекаемого в донные осадки Байкала, в пересчете па двуокись достигает 495 тыс. т.

Железо частью подвергается окислению и коагуляции с последующей седиментацией в форме гидроокиси, частично вступает во взаимодействие с фосфатами, образуя фосфорнокислое железо. Последнее также подвергается седиментации и в процессе дальнейшего диагенеза превращается п минерал вивианит. Годовой избыток железа, поступающий в донные отложения, составляет 28,9 тыс. т.

На основании приведенных данных можно подойти к оценке роли кремния, железа и фосфора в илообразовательных процессах в Байкале.

Если считать, что железо поступает в донные отложения Байкала в форме гидроокиси и фосфата, связывая избыток последнего, а кремний — в виде двуокиси кремния, то общее количество рассматриваемых компонентов, ежегодно осаждающееся на дно озера, можно принять достигающим 551,4 тыс. т. Допустим, что процесс седиментации их происходит равномерно по всей акватории Байкала, тогда это составит 17,5 г па 1 м² поверхности озера в год. При удельном .весе грунта без нор, равном 2,5, это даст слой твердого материала, равный 0,007 мм в год, или 0,7 см в 1000 лет.

Роль эоловых частиц в формировании донных отложений Байкала, судя по имеющиеся данным (⁶), весьма невелика. Если не принимать во внимание случаев, когда кратковременное локальное возрастание значимости этого фактора было вызвано специфическими причинами (скажем, влиянием пыльной бури), то в среднем можно считать, что в течение года с эоловыми частицами Байкал получает нс свыше 300 мг твердого материала на 1 м² поверхности озера. В пересчете на весь водоем это количество составляет 9,0—9,5 тыс. т, образуя слой иловых отложений всего около 0,06 см в 1000 лет.

Значение твердого стока рек может быть оценено лишь весьма приближенно по данным о взвешенных наносах.

В целом, по имеющимся материалам, сток взвешенных веществ четырех главнейших рок—притоков Байкала: Селенги, Баргузина, Верхней Ангары и Снежной —равен 3157,7 тыс. т в год. Принимая, что указанные реки составляют в водном балансе озера 72,3% годового стока и что сток взвешенных частиц пропорционален водному стоку рек, можно принять, что последний для всех притоков Байкала достигает 4313,8 тыс. т в год, или 136,9 г па 1 м² поверхности озера.

Величина стока влекомых наносов и роль абразии берегов на Байкале пока не изучены. Неизвестно также реальное распределение взвешенных частиц речного стока по акватории озера. Несомненно, что значительная их часть должна осаждаться в придельтовых участках рек, не достигая глубоководной области Байкала.

Таким образом, общее осадконакопление в Байкале в настоящее время может быть оценено по талассогенному и флювиогенному переносу веществ. В сумме оба эти фактора дают ежегодно 154,4 г твердого материала на 1 м² поверхности озера (принимается, что распределение осадков происходит равномерно по всей его акватории). При максимальной молекулярной влагоемкости илов, равной 12,9% (⁴), их естественная пористость определяется приблизительно в 25%. Отсюда при удельном весе твердого материала 2,5 скорость осадконакопления составляет 0,077 мм в год, или 7,7 см в 1000 лет.

Приближенность проведенных расчетов побудила нас при оценке скорости осадконакопления в Байкале пояти другим, косвенным путем.

По данным Л. М. Князевой ("), содержание аутигенной кремнекислоты в глубоководных осадках Байкала составляет в среднем 20,1%, считая на сухой вес естественного грунта. Принимая, что в течение года в донные отложения озера переходит весь избыток кремния, поступающий с питающими Байкал водами и равный 495 тыс. т, нетрудно подсчитать и общую скорость осадконакопления в Байкале. Она выражается в 78,8 г на 1 м² поверхности озера в год, что при удельном весе грунта без пор, равном 2,5, дает слой твердого материала 0,0315 мм в год, или 3,15 см в 1000 лет. С учетом пористости скорость осадконакопления в Байкале получается равной 0-417 мм в год, или 4,17 см в 1000 лет.

Как видно, полученная этим методом расчета величина скорости осадконакопления в Байкале значительно уступает полученной выше суммарной величине осадконакопления за счет талассогенного и флювиогенного материала. Разность между обоими этими величинами составляет 45 % от большей из них. Мы полагаем, что эта раэдздсть характеризует количество взвешенного материала речного стока, отлагающегося в дельтах рек и придельтовых пространствах озера.

Если принять приближенно, что скорость осадконакопления в Байкале в прошлом не сильно отличалась от современной, то можно подсчитать примерную мощность донных отложений в озере. Мощность эта в среднем должна составлять за 20—25 млн период существования Байкала 834— 1042 м. В действительности и как показывают геофизические исследования, мощность рыхлых отложений в котловине Байкала в разных его районах различна. Это указывает на различия условий осадконаиопления в разных частях озера ;в разное время.

Выше было указано, что в Байкале остается большая доля аллохтонного органического вещества. Дальнейшая его судьба оказывается весьма сложной.

Несомненно, все растворенное и значительная часть взвешенного органического вещества (лептопель), поступающего в Байкал с речным и склоновым стоком, а также с атмосферными осадками, подвергается разложению в толще вод и не достигает дна водоема. На дно озера, особенно в его глубоководной области, .опускается только более грубый органический детрит. Не достигает дна Байкала и большая часть отмершего фитопланктона. После отмирания последний разлагается, как показали наши исследования (³), в верхней 70-максимум 100-метровой зоне глубин озера. Однако некоторые виды водорослей, в частности виды мелозиры, как недавно установлено (⁷), опускаются в конце вегетации в глубинные слои воды Байкала в жизнеспособном состоянии, увлекая с собой, следовательно, и слагающие их органические вещества. Исследования показали, что еще на глубинах 500 м сохраняется до 80% живых клеток водорослей. Вероятно, в живом состоянии они достигают дна озера, что подтвержадется нахож-

дением там живых клеток мелозиры (методом люминисцентной микроскопии) .

В урожайные по мелозире годы ее продукция за период вегетации составляет до 350 г и более на 1 м² поверхности озе,ра в слое 0—50 м (⁹), а общая биомасса этих водорослей, сохраняющаяся в конце вегетации в слое воды 0—250 м, бывает до 240 г под 1 м² поверхности озера (⁵). Влажность мелозиры равна 85,3%, содержание в ней органического углерода 18% на сухой вес. Отсюда нетрудно подсчитать, что по окончании вегетации в донные отложения Байкала с указанным количеством водорослей поступает до 6—9 г С_орг на 1 м² поверхности озера. Учитывая, что высокие урожаи мелозиры в Байкале наблюдаются 1 раз в 2—4 года, можно принять в среднем ежегодное поступление огранического вещества в донные отложения Байкала только за счет этой водоросли равным 2—3 г С_орг на 1 м² поверхности озера, или в пересчете на весь водоем в 73—104 тыс. т.

Что касается зоопланктона, то главнейшие его представители — рачки епишура, циклоп и макрогектопус — достигают дна Байкала после отмирания в малоразрушенном состоянии (²). К сожалению, количество этих рачков, опускающихся на дно озера, в настоящее время неизвестно. Исходя из сугубо ориентировочных расчетов М. М. Кожова (¹⁰), можно полагать, что естественному отмиранию подвергается в Байкале до 1300 тыс. т. зоопланктона (в сыром весе) в год. В пересчете на 1 м² поверхности озера это количество составляет 43 г. С учетом влажности зоопланктона (около 90%) и содержания в нем С_орг (приблизительно 50%, считая на сухой вес) это количество содержит около 2 г С_орг.

В сумме фито- и зоопланктоном ежегодно увлекается в донные отложения Байкала в урожайные годы до 8—11 г С_орг на 1 м² поверхности озера, а в среднем, с учетом неурожайных лет, до 3—4 г в год.

По данным Л. М. Князевой (¹¹), донные отложения Байкала содержат в среднем около 2% С_орг, считая на сухой вес грунта. Если принять, что за год на 1 м² поверхности озера поступает 78,8 г твердого материала (см. выше), то в нем должно содержаться всего около 1,6 г С_орг. Таким образом, в поверхностных слоях донных отложений Байкала в среднем ежегодно подвергается деструкции до 1,5—2,5 г С_орг на 1 м² (поверхности озера, или 50—60% от его количества, поступающего на дно с отмирающим планктоном, без учета привносимого сюда с твердым стоком рек и с берегов озера.
Лимнологический институт Поступило Сибирского отделения Академии наук СССР 30 XII 1966

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА