Assessment of seismic vibratory impact on experimental lakes ecosystems

Innokenti Innokentyevich Zhirkov; Жирков Иннокентий Иннокентьевич; Matvei Matveevich Tyaptirgyanov; Тяптиргянов Матвей Матвеевич; Tamara Petrovna Trofimova; Трофимова Тамара Петровна; Irina Grigoryevna Sobakina; Собакина Ирина Григорьевна; Konstantin Innokentyevich Zhirkov; Жирков Константин Иннокентьевич

doi:10.17816/snv201872106

Assessment of seismic vibratory impact on experimental lakes ecosystems

Authors: Zhirkov I.I.¹, Tyaptirgyanov M.M.¹, Trofimova T.P.¹, Sobakina I.G.¹, Zhirkov K.I.¹
Affiliations:
1. M.K. Ammosov North-Eastern Federal University
Issue: Vol 7, No 2 (2018)
Pages: 36-40
Section: 03.02.00 – General Biology
URL: https://snv63.ru/2309-4370/article/view/21710
DOI: https://doi.org/10.17816/snv201872106
ID: 21710

Cite item

Full Text

Abstract
Full Text
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

The paper deals with the assessment of seismic vibratory impact on experimental lakes ecosystems. Changes of chemical and zooplanktonic composition of experimental lakes before vibration works were studied. Crucian carps were used for the assessment of vibratory impact. Hydrochemical researches included definition of organoleptic indicators, dissolved gases, biogenous elements, organic substance and the main ions, polluting substances and metals. The chemical analysis is carried out by standard hydrochemistry techniques. 18 samples on quantitative and qualitative structure of a zooplankton were collected and processed. Zooplankton organisms definition was carried out by means of widely used determinants. For icthyological researches fish caught in Nidzhili Lake was used. The bioanalysis was carried out by standard ichthyology techniques. The conducted pilot studies have shown that such quantitative and qualitative water condition changes and such vibratory impact on zooplanktonic organisms and crucians condition which we consider reaching catastrophic influences. If to take into account intensity and efficiency of fish, zooplanktonic and bentosny organisms’ restoration in the studied lakes, it is possible to consider that there are no cardinal changes in hydrobionts and fish fauna as a result of vibratory impact. It is also possible to assume that the essential part of such changes remains out of attention and opportunities of modern monitoring.

Keywords

experiment, vibration, seismic exploration, harmful effects, fishery lake, winter mode, hydrochemistry, organoleptic properties, biogenous, organic and pollutants, zooplanktonic structure, number, biomass, Carassius auratus, Carassius carassius, kriolitozona, Western Yakutia

Full Text

Введение

Данные исследования проведены на основании заказа ГБУ РС(Я) «Дирекция биоресурсов и ООПТ Минприроды РС(Я)». Для выполнения задания, сформулированного по госконтракту, группа озероведов Лаборатории озероведения Института естественных наук Северо-Восточного федерального университета выполнила экспериментальные полевые исследования зимнего режима закрытых озер территории, намеченной для сплошной сейсморазведки с частотой пикетов зондирования через каждые 50 м ортогональной сетки. Это на 254 пикетных точках в пределах западной части озера Ниджили, на 39–40 пикетных точках озера Люксюгюн и на 56 точках в основной и западной частях озера Чинэкэ, не считая других озер, расположенных к западу от озера Ниджили. Чтобы узнать степень отрицательного воздействия возбуждения сейсмосигналов вибрационными установками СВ-20/150 МТК, были отобраны пробы карасей из сетного улова озера Ниджили и живыми были перевезены к озеру Люксюгюн и Сордоннох. Эти караси были погружены завернутыми в сетную дель в заготовленные проруби-майны, а затем подвергнуты вибрационным воздействиям 3 установок. Пробы карасей, гидробионтов из подледных горизонтов, а также пробы воды подледных и придонных горизонтов озерных вод и донные отложения озер, привезенные для стационарных исследований, были анализированы. Привезены также пробы карасей, не подвергавшихся вибрационным воздействиям для сравнения с экспериментальными экземплярами. Пробы гидробионтов были проанализированы гидробиологами НИИПЭС СВФУ, гидрохимические – в Лаборатории озероведения, морфологические, патологоанатомические и гистологические исследования карасей выполнены на кафедре фундаментальной и прикладной зоологии ИЕН СВФУ, а также в Якутской республиканской ветеринарно-испытательной лаборатории.

По ландшафтно-лимногенетической классификации И.И. Жиркова [1, с. 22] озера Ниджили, Люксюгюн относятся эрозионно-термокарстовым типам, Сордоннох – тукулановому типу. Исследованные озера являются не только источником жизнеобеспечения и благополучия жителей пяти населенных пунктов улуса, но сакральными (священными) озерами для всех коренных жителей Якутии.

Перед нами выдвигались две гипотезы, которые надо было подтвердить или отвергнуть по результатам исследований. Так, в мелководных озерах с твердым, в основном с песчаным дном, виброволны могут многократно отражаться со дна и нижней поверхности льда и в таком замкнутом пространстве наложиться на встречные волны в интерференцию и оказывать усиленные повреждения.

И предполагалось, что виброволны могут оказывать провоцирующие действия на озерные осадки, взмучивая их, вздымая в водную среду газовые продукты разложения отмерших гидробионтов и иловой среды в целом, и тем самым существенно ухудшить зимовальные условия ихтиофауны.

В целях определения изменения состояния водных объектов в ходе сейсмовибрационных работ и их влияния на состояние гидробионтов в зимовальных условиях были проведены гидрохимические и гидробиологические обследования озер Сордонноох, Ниджили и Люксюгюн.

Материалы и методы исследования

Материалом для гидрохимических исследований являются пробы озерных вод. Пробы воды отобраны на станциях: с поверхностных и с придонных слоев воды. Гидрохимические исследования включали определение органолептических показателей, растворенных газов, биогенных элементов, органического вещества и главных ионов, загрязняющие вещества (фенолы, АПАВ нефтепродукты) и металлы. Определение физических свойств и органолептических показателей воды проводилось непосредственно в точке отбора проб в полевых условиях. Химический анализ проведен по общепринятым в гидрохимии гостированным методикам [2; 3] с использованием анализатора жидкости «Флюорат», системы капиллярного электрофореза «Капель», атомно-абсорбционного спектрометра «Квант Z.ЭТА» и объемного анализа.

Материалом для определения зоопланктонного состава послужили 18 проб, отобранные с поверхностных и придонных проб процеживанием 50 л воды через сеть Апштейна (газ № 64–77) с последующей фиксацией 4% формалином.

Камеральную обработку проводили счетно-весовым методом в камере Богорова с выделением для массовых видов размерно-возрастных групп. Расчет численности и биомассы организмов зоопланктона производился на 1 м³ воды. Биомасса рассчитывалась путем перевода численности на индивидуальный вес организмов, исходя из зависимости между длиной и массой тела [4, с. 170–171; 5, с. 59–71]. Определение организмов зоопланктона проводили с помощью широко используемых определителей [6–11]. В работе использованы широко применяемые в гидробиологии характеристики зоопланктона: число видов, численность, биомасса, соотношение таксономических групп и др. [12].

Материалом для ихтиологических исследований послужили золотые караси, отловленные сетью в озере Ниджили. Для ловли использовались ставные сети ячеей 10–50 см. У отловленных карасей проанализировали морфологические признаки до и после сейсмовибрационных работ. Биоанализ проводился по общепринятым в ихтиологии методикам [13; 14]. Пластические признаки измерялись при помощи штангенциркуля с точностью до 0,01 мм, меристические – препаровальной иглой. Возраст определялся по чешуе, взятой под спинным плавником выше средней линии, и рассматривали при помощи бинокуляра МБС-1 с увеличением ×30. Половая зрелость определялась по шестибалльной шкале. Степень жирности – по пятибалльной шкале [15].

Результаты и обсуждения

Экспериментальные данные по гидрохимическим показателям

На химический состав воды существенно влияет природно-климатический фактор – образование ледового покрова. В этот период закономерно изменяются показатели качества воды.

Водородный показатель (рН) озер имеет нейтрально-слабощелочную среду и колеблется в пределах 6,5–7,5. В зимней стагнации вполне закономерно происходит накопление свободного СО₂ и снижение концентрации растворенного (О₂) вследствие биохимического потребления.

В распределении концентраций ионов железа (III) отмечены сезонные колебания. Так, по сравнению с зимними пробами летом их содержание немного снижается. При этом относительно более высокие показатели зафиксированы в воде озер Ниджили и Сордоннох, превышающие ПДК для рыбохозяйственных вод. Повышенное содержание ионов железа, очевидно, имеет автохтонное происхождение в связи с цветением воды и связанным с этим биохимическим окислением фитопланктона. В воде озера Сордоннох зимой, после вибрационных работ, концентрация ионов железа в толще воды увеличилась и колебалась от 2,0 до 1,6 мг/л по вертикали.

Отмечено значительное повышение содержаний нитратных ионов (NO₃‾) в зимних пробах по сравнению с летними показателями и их превышение ПДК в 1,2–1,6 раз. Это вполне закономерно и связано с переходом веществ из органической в минеральную форму при их разложении и снижении потребления бионтами. В толще подледной воды также зафиксировано несколько повышенное значение аммонийного азота (1,4–1,6 мг/л при норме 2,6 мг/л) по сравнению с данными периода открытой воды (0,2–0,5 мг/л).

Общая жесткость воды исследованных озер классифицируется как «мягкая» и колеблется от 1,36 до 2,84 ммоль/л, имеет кальциевый характер. В исследованных водных объектах отмечено достаточное накопление в массе воды легкоокисляемых органических веществ гуминового происхождения независимо от сезонов времени, что свидетельствует о продолжающихся процессах биохимического разложения фитопланктона. Отмечено, что общая минерализация в подледный период закономерно повышается в несколько раз в связи с концентрированием растворенных солей в водной массе при фазовых переходах воды из жидкого состояния в твердое и отжатием растворенных ионов изо льда в воду. Так, в зимнем режиме минерализация воды озера Люксюгюн варьирует от 483,56 до 387,82 мг/л по вертикали от поверхности ко дну. В июле 2014 г. минерализация была снижена в несколько раз и равнялась 103,7 мг/л. Такая же картина характерна и для других исследованных озер.

Воды исследованных водных объектов по гидрохимической классификации О.А. Алекина [16, с. 33] в основном имеют гидрокарбонатный класс натриевой группы II типа и по минерализации относятся к «пресным» водам.

Таким образом, в целом физические свойства, макрокомпонентный состав и общие показатели (щелочность, кислотность, жесткость, окисляемость, минерализация) воды исследованных озер до и после вибрационных работ не имеют резких кардинальных отличий. Наблюдается незначительное увеличение показателей перманганатной окисляемости, ионов железа окисного и аммонийного азота после работ. А также зафиксировано повышение мутности, что связано с перемешиванием водной массы в результате работ и увеличение концентрации свободного диоксида углерода. Превышение ПДК для рыбохозяйственных водоемов отмечено по минеральным формам аммонийного и нитратного азота, железа трехвалентного до и после работ в озере Сордоннох. Превышение ПДК в воде озера Люксюгюн также отмечено по всем трем формам минерального азота: аммонийному, нитритному и нитратному. Несоответствие нормативам СанПиН рыбохозяйственных водоемов в озере Ниджили отмечено по железу (Fe³⁺) и аммонийному азоту.

Экспериментальные данные по зоопланктонным организмам

Зоопланктон оз. Люксюгюн состоит из 3 видов, в том числе коловраток Brachionus quadridentatus, веслоногих низших раков Cyclops vicinus, C. scutifer. Количественные показатели численности колебались от 0 до 130 экз./м³, биомассы от 0 до 6,28 мг/м³. Если в пробах до сейсмоакустических работ присутствовали веслоногие ракообразные, характерные для этого времени года для большинства водоемов Центральной Якутии [17, с. 114–116; 18, с. 107–112; 19, с. 223–224], то после сейсморазведочных работ в пробах из поверхностного слоя воды была отмечена лишь альфасапробная коловратка Brachionus quadridentatus, не характерная для этого времени года для исследованной территории.

Зоопланктон оз. Сордоннох в период исследований состоял из нематод, коловраток Bdelloida, Keratella quadrata, молоди Cyclopoida науплиальной стадии развития, молоди Harpactiformes копеподитной стадии развития. Зоопланктон озера до сейсморазведочных работ в качественном и количественном отношении состоял из характерных для данного времени и региона организмов. В пробах до сейсморазведочных работ численность зоопланктона колебалась от 20 до 30 экз./м³, биомасса от 0,3 до 1,02 мг/м³. В поверхностных слоях преобладали коловратки Bdelloida и нематоды, в придонных Keratella quadrata и молодь Harpactiformes. После работ в пробах с поверхностных и придонных слоев зоопланктонные организмы полностью исчезли, в пробах не зафиксированы.

По материалам, отобранным в период минимального содержания кислорода в воде для водоемов Якутии, зоопланктон оз. Ниджили состоит из 6 видов, в том числе коловраток – 3, веслоногих низших ракообразных – 3. Доминирующий комплекс состоял из молоди Cyclopoidae IV–V копеподитной стадии развития, коловраток Polyarthra major, веслоногих ракообразных Cyclops vicinus.

Таким образом, экспериментальные данные по изучению сейсмоакустических работ на жизнедеятельность гидробионтов показали их прямое негативное влияние на качественный и количественный состав зоопланктона в зимний период.

Экспериментальные данные по состоянию ихтиофауны

По заключению эксперта-ихтиолога М.М. Тяптиргянова влияние сейсмических вибросигналов пагубно отразилось на карасях. У них на жаберных аппаратах скапливается очень большое количество слизи, а также ил, песок и мелкие камешки. Наблюдается выпадение чешуй с кожного покрова – скалиоз. Отмечены кровоизлияния как внешних, так и внутренних органов (5 зон): повреждения в области печени, прорыв плавательного пузыря, желчного пузыря, множественные внутренние кровоизлияния в области брюшины, у одного карася – выпадение глазного зрачка.

По заключению экспертов-специалистов Якутской республиканской ветеринарно-испытательной лаборатории изменений, характерных при воспалении плавательного пузыря, бронхиомикозе и миксоболиозе рыб не обнаружено. По поводу данного заключения скажем, что этих изменений, характерных для заболеваний рыб, и не должно быть. Мы ведь ищем не результаты эпидемиологических болезней рыб, а результаты физических, физиологических и патологоанатомических воздействий технических систем, продуцирующих мощные вибрационные ударные волны, которые из-за мелководности озер могут породить встречные волны, отраженные со дна, и, наложившись на них в интерференцию, усиливать эффект вредности.

Выводы

На основании выполненных экспериментальных работ можно сделать следующие выводы:

Экспериментальные апробирования вибрационных воздействий на живых рыб и гидробионтов показали, что караси сетного улова из озера Ниджили и неводного улова из озера Люксюгюн оказались по морфологическим оценкам с поврежденными плавниками и чешуйными покровами, по патологоанатомическим оценкам – с некоторыми нарушениями внутренних органов (прободенный плавательный пузырь с переднего и заднего концов у одного карася, поврежденный желчный пузырь у другого, забитые слизью и илом жабры у других карасей, поврежденный глаз у одного карася).
По гидрохимическим показателям предположение о масштабных обогащениях придонных слоев воды вредными газовыми компонентами не подтвердилось. Изменения химического и газового состава воды, разумеется, отслеживается, но не катастрофические. Сравнение гидрохимического состояния озера Ниджили с данными раннего исследования [20, с. 188–189] показало также отсутствие резкой разницы.
Экспериментальные данные показали прямое негативное влияние сейсмовибрационных работ на качественный и количественный состав зоопланктона в зимний период.
В ранневесеннем режиме, чтобы караси, начавшие просыпаться от анабиоза под воздействием проникающей через снег и лед прямой и рассеянной солнечной радиации, успевали сориентироваться, откуда исходит опасность, и смогли отмигрировать в зону покоя озера, нами было предложено сейсморазведку начать с крайней западной стороны озера Ниджили, постепенно и методично продвигаясь к восточной стороне лицензионной части озера.
Учитывая, что озеро Ниджили и окружающие его озера являются крупнейшими озерами Центральной Якутии, богатыми карасевыми запасами, используемыми местным населением для употребления в пищу, запретить ведение сейсмовибрационных работ, проводимых геофизической экспедицией ОАО «Сибнефтегеофизика» в зимний анабиозный период. В периоды пробуждения карасей от анабиоза производить сейсмовибрационные работы только в присутствии экспертов в экспериментальных целях.
Поскольку известно, что у карася якутского установлено порционное икрометание, остаются неясными, неявными интенсивность и длительность анабиоза после прохождения очередной порции икрометания.
Из-за постоянного фиксируемого дисбаланса между количеством самцов и самок на озере Ниджили наблюдается абсолютное преобладание самок с переполненными икряными мешками и одновременно острейший дефицит самцов, готовых оплодотворить икру молокой. Результат этого дисбаланса плачевный: в карасевом стаде озера Ниджили из-за неоплодотворенности икры молокой формируется из года в год партеногенетическое поколение карасевой молоди, неспособной к созданию пропорционального соотношения между самцами и самками, с одной стороны, но при этом способной к нормальному оплодотворению икры молокой самцов вообще.