Использование высокочувствительного оборудования в лимнологических исследованиях

Здоровеннова Г.Э.

Институт водных проблем Севера КарНЦ РАН

г. Петрозаводск, пр. А. Невского, д. 50, zdorovennova@gmail.com

В последние годы с появлением нового высокочувствительного оборудования существенно расширились возможности лимнологических исследований. Датчики температуры, давления и растворенного кислорода производства фирмы “RBR Ltd.” (Канада) обладают высокой точностью и разрешающей способностью (Таблица). Использование этих высокочувствительных датчиков на автономных станциях в продолжительных измерениях температуры воды, давления и содержания растворенного кислорода с малым шагом по времени (от нескольких секунд), позволяет получать принципиально новую информацию о мелкомасштабной изменчивости измеряемых параметров.

Таблица.

Характеристики приборов с указанием измеряемых параметров, диапазона измерений, точности и разрешающей способности

Прибор	Параметр	Диапазон	Точность	Разрешение
TR-1060	Температура	-5…+ 35°C	± 0.002 °C	<0.00005 °C
TDR-2050	Давление Температура	100дБ -5…+ 35°C	±0.05% ± 0.002°C	<0.001% <0.00005°C
DO-1050	Содержание РК	0…150%	±1%	-

Измерение содержания растворенного кислорода, давления и температуры воды с использованием датчиков фирмы “RBR Ltd.” проводилось с июля 2007 по октябрь 2012 гг. на оз. Вендюрском, расположенном на юге Карелии (62°10’-62°20’с.ш., 33°10’-33°20’в.д.) (Рис. 1). Площадь зеркала озера 10.4 км², объем вод ~5.5∙10⁷ м³, средняя глубина 5.3, максимальная 13.4 м, площадь водосборного бассейна 82.8 км².

Автономные станции (косы) (Рис. 1, цифра 1), оснащенные датчиками давления, температуры и растворенного кислорода, располагались в центральной глубоководной части оз. Вендюрского (глубина 11.3 м), в локальном углублении дна в 300 м от северного берега (глубина 7 м) и на северо-восточном склоне озера (глубина 7 м). Каждая из кос представляла собой фал с прикрепленными к нему через 0.5-2 м в водной толще и через 2-20 см в придонном слое датчиками. В целях сохранности приборов верхний датчик, расположенный под шаром с положительной плавучестью, обычно находился на глубине 1.5-2.5 м.

Рис. Батиметрия озера Вендюрского и положение кос (1), придонной платформы (2) и подледных кос (3), оснащенных датчиками давления, температуры и содержания растворенного кислорода в 2007-2012 гг.

Кроме того, в центральной глубоководной части озера была размещена придонная платформа, оснащенная датчиками давления и температуры (Рис. 1, цифра 2). Часть датчиков располагалась в придонном слое воды, часть – в верхнем слое донных отложений. Все датчики имели логгеры, позволяющие записывать большой объем информации: за зимнюю постановку – более 350 тыс., за летнюю – 170-190 тыс. значений каждого из измеряемых параметров. Косы и придонная платформа находились в озере непрерывно в течение года. В июне и октябре они извлекались из озера на 2-4 дня для снятия данных, калибровки датчиков и перезарядки, после чего помещались на прежнее место. Местоположение станций определялось с помощью GPS с точностью ±20 м по горизонтали. Кроме того, в апреле 2010-2012 гг. со льда на срок от 1.5 до 4 суток устанавливалась коса, оснащенная датчиками давления, температуры и содержания растворенного кислорода (Рис. 1, цифра 3). Датчики на подледных косах располагались через 5-50 см. Шаг по времени при зимних и летних постановках составлял одну минуту, на «подледных» косах – 10 секунд.

В качестве примера на рис. 2 приведены записи придонных температурных датчиков косы, расположенной на северо-восточном склоне оз. Вендюрского зимой 2007-2008 гг. В придонном слое толщиной около 20 см четко выделяются высокочастотные колебания температуры с периодом 25-30 мин. Амплитуда смещения изотерм достигает 2-4 см. С периодичностью в несколько часов наблюдается интенсификация осциллирующих колебаний.

Полученная в ходе более чем 5-летних непрерывных измерений информация позволяет судить о межгодовой, сезонной, синоптической и мелкомасштабной изменчивости температуры и содержания растворенного кислорода в водах оз. Вендюрского, включая периоды образования и разрушения ледового покрова. В ходе исследований была получена принципиально новая информация о временном ходе переноса тепла и вещества вблизи границы водной массы озера с донными отложениями в течение года. На фоне сезонных изменений отмечался широкий спектр колебаний температуры и содержания растворенного кислорода, отличающихся по амплитуде, периоду, продолжительности существования и горизонтам, на которых эти колебания проявлялись. Результаты анализа полученных данных были частично опубликованы в работах (1-3).

Рис. 2. Смещения изотерм в придонном слое в районе постановки косы на северо-восточном склоне оз. Вендюрского зимой 2007-2008 гг. Цифрами указано значение температуры, ºС.

Работа выполнена в рамках проекта РФФИ 10-05-91331-ННИО_а в сотрудничестве с Лейбниц-Институтом пресноводной экологии и рыбоводства внутренних вод, Германия и Университетом Хельсинки, Финляндия.

Литература.

1. Здоровеннов Р. Э., Здоровеннова Г. Э., Пальшин Н. И., Тержевик А. Ю. Изменчивость термического и кислородного режимов мелководного озера зимой // Труды КарНЦ РАН. 2011. 4: 57-63.

2. Тержевик А. Ю., Н. И. Пальшин, С. Д. Голосов, Р. Э. Здоровеннов, Г. Э. Здоровеннова, А. В. Митрохов, М. С. Потахин, Е. А. Шипунова, И. С. Зверев Гидрофизические аспекты формирования кислородного режима мелководного озера, покрытого льдом // Водные ресурсы. 2010. 37(5): 568-579.

3. Kirillin G., Leppäranta M., Terzhevik A. , Granin N., Bernhardt J., Engelhardt C., Efremova T., Palshin N., Sherstyankin P., Zdorovennova G., Zdorovennov R. Physics of seasonally ice-covered lakes: a review// Aquatic Sciences. 2012. 74(4): 659-682.