Исследование термо-карстовых озер п. Орловский

Россия, Забайкальский край, Агинский район, п. Орловский,
Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Орловская средняя общеобразовательная школа»
Тема: «Исследование термокарстовых озер в поселке Орловский».
( научно – исследовательская работа)

Руководитель: Папсуева
Ирина Григорьевна
П.Орловский
2014 – 2015 уч.годВведение
.
Актуальность работы: Человеческое общество в процессе своего развития длительное время безрассудно пользовался природными ресурсами. Человек брал от природы и не задумывался о завтрашнем дне, но природа хрупка и ранима, особенно водные ресурсы, а «вода – это жизнь»
Объект исследования: озера в окрестностях поселка Орловский.
Предмет исследования: причины образования термокарстовых озер в окрестностях поселка Орловский
Цель работы: исследовать образование и экологическое состояние термокарстовых озер в окрестностях п. Орловский.
Задачи:
- Изучить причины происхождения термокарстовых озер
- Провести экспериментальные исследования состояния воды и сделать паспорт термокарстовых озер.
- Изучить представителей фауны термокарстовых озер.
Гипотеза: Исследование термокарстовых озер дает возможность сохранить удивительный ландшафт термокарстовых озер, как уникальный памятник природы или использовать их в качестве объекта экологической тропы.
Научная новизна: такое исследование проводится впервые, полученные результаты позволят сделать доступной информацию об удивительных природных богатствах края и сохранить уникальность термокарстовых озер.
Методы исследования:
∙ подбор теоретического материала;
∙ реферативно – аналитический;
∙ полевое наблюдение;
∙ экспериментально – лабораторный;
∙ статистическая обработка данных;
Этапы исследования:
1 этап – подбор теоретического материала, изучение литературы;
2 этап практическое исследование;
3 этап – обобщение.
Практическая значимость:
- материалы исследования будут использованы на практике для изучения уникальных мест родного края;
- формирует экологическое сознание подрастающего поколения;

Научная статья
В шести километрах на юго-запад от поселка Орловский мы обнаружили удивительные бугры - это располагаются одни из самых южных термокарстовых озер (приложение 3). Этим якутским словом обозначается удивительная форма рельефа — холм или бугор с ледяным ядром внутри. Он образуется благодаря увеличению объёма воды при замерзании в надмерзлотном слое. В результате лёд приподнимает поверхностную толщу тундры и возникает бугор (приложение 4). Эти бугры пучения заинтересовали нас, и мы стали наблюдать за ними. Бугры пучения постепенно «росли» всю зиму, углы склонов до 45°, вследствие чего бугор производит впечатление своеобразной пирамиды. В центре имеется небольшое воронкообразное углубление, заполненное водой. Бугор рассечен трещинами и издали имеет двуглавое очертание. Весной бугры – постепенно начали таять, «распускаясь, как цветок», обнажая свое ледяное ядро превращаясь в озера (приложение 5). Эти озера отличаются от других озер очертанием – они почти круглые или овальные, площадь самого большого из этих озерков более 40 квадратных метров, остальные – поменьше; глубина озер от 5 до 7-9метров. Зимой на этих озерах образуются большие ледяные бугры пучения - гидролакколиты. Бугры пучения в зимнее время образуются очень быстро, высота самого большого бугра около 2,5 м. Из-за образования трещин в мерзлоте напорные воды внедряются под почву и замерзают там, в виде крупных линз, поднимающих поверхностный слой и носящих название гидролакколитов (приложение 6)..
Ядро бугров пучения представлено либо чистым льдом, либо сильно льдистым грунтом. Бугры «растут» в течение всей зимы, в результате оттаивания многолетней мерзлоты и ископаемых льдов. Это было результатом проникновения тепла вглубь почвы до поверхности погребенного льда, вследствие врубки леса в этом месте и неоднократных пожаров в течение нескольких лет подряд, потепления климата: зимние температуры выше обычных температур, а лето - каждый год очень жаркое и сухое. Поверхность земли при этом просела, образуя так называемую западину, которая постепенно наполнялась талыми и дождевыми водами. Процесс вытаивания подземных льдов, образование понижений в рельефе и постепенное заполнение понижений водой привело к образованию термокарстовых озер, обычно такие озера названий не имеют.
Раньше чабаны использовали холодную воду озер вместо холодильников в летнее время. Они свежее мясо летом помещали в емкости и опускали эти емкости на дно озера. Мясо в емкости сохранялось очень долгое время.
В нашем поселке умеренно – континентальный климат с малым количеством снега, поэтому образуется многолетняя мерзлота на глубине 1,5 – 2 метра. Вода, подобно магме, вторгается в пласты горных пород, насыщает их и, застывая, образует льдистые слои разной толщины и протяженности. Лед заполняет трещины, как любой жильный минерал. Временами вода по трещинам поднимается к самой поверхности Земли и застывает здесь, расширяясь при охлаждении. В таких местах постепенно образуются крупные бугры - лакколиты.
Многолетняя мерзлота оказывает влияние не только на подземные воды, режим и питание рек, распространение озер и болот, но и на многие другие компоненты природы (рельеф, почвы, растительность), а также на хозяйственную деятельность человека.
Потепление климата, вырубка леса, частые пожары, жаркое, сухое лето привело к протаиванию отдельных участков многолетней мерзлоты, в результате которых образуются термо-карстовые озера.
Термокарстовые озера - это озера, образование котловин которых связано с вытаиванием ископаемого (многолетнего) льда. Мощность его колеблется от нескольких метров до 20-30 м, а глубина залегания от 2 до 5 м и более от поверхности. Что может вызвать изменение глубины прогревания почвы? Причины могут быть различными: потепление климата, пожары, вырубка лесов и др.
В зимнее время происходит морозное пучение пород обусловлено увеличением объёма замерзающей влаги и накоплением льда при промерзании. Этот процесс очень широко распространён преимущественно в суглинках, глинах и торфе. В результате промерзания торфяников в заболоченных низинах возникают бугристые участки с относительной высотой в несколько метров. Подобные образования широко развиты на севере Западной и Восточной Сибири. Когда среднегодовые температуры воздуха становятся ниже –6°C, промерзание воды в термокарстовых озерах часто приводит к образованию многолетних бугров пучения – гидролакколитов, содержащих ледяное ядро; они могут достигать высоты 30–60 метров при поперечнике 100–250 метров и встречаются чаще всего в Забайкалье, на Таймыре, на севере Западной Сибири и в Якутии, где называются булгунняхами [13]. Булгунняхи, бугры пучения или гидролакколиты -   форма рельефа в области развития многолетнемерзлых грунтов. Образуются в результате увеличения объема подземных вод при их замерзании. Встречаются единично. Преобладающая высотой 1–2 м (при диаметре 2–5 м). Крупные бугры (высотой 30–40 м) называются гидролакколитами. В канадской части Арктики образования, подобные бугры, называются пинго. Снаружи бугор покрыт торфяным пластом толщиной около 1 м. Под ним промерзший минеральный грунт из слоистых озерных отложений мощностью от одного до нескольких миллиметров. Минеральный грунт подстилается куполообразной массой льда, определяющей форму бугра. Подо льдом на глубине находится полость, заполненная водой, возможно, отчасти и газом, которые во время растрескивания бугра выходят наружу. Крупный бугор обычно имеет на вершине глубокую трещину. После ее появления бугор начинает быстро разрушаться: сначала вдоль трещины отмирает моховая дернина, затем обваливаются и уносятся талыми и дождевыми водами торф и почвенный слой. В результате лед обнажается и тает, что усиливает дальнейшее разрушение бугра. Из-за глубокой трещины старые бугры издалека кажутся двухвершинными. Весной бугры тают, превращаясь в термокарстовые озера [13].
Булгуннях – якутское слово, означающий «многолетний бугор пучения». Такие бугры возникают в местах замерзания подземных вод. Образующееся ледяное ядро постепенно увеличивается в размерах, приподнимая лежащий над ним грунт. Бугры с ледяным ядром (гидролакколиты) иногда могут существовать тысячелетиями. В северных районах булгунняхи достигают высоты 40 – 45 м.
Авгдейский бугуннях, получивший название по расположенному поблизости селу Авгдей, - один из крупнейших в Забайкалье. Его высота – около 11, а диаметр – около 100м. на вершине булгунняха располагается углубление, свидетельствующее о частичном протаивании льда в теплое время года.
Неподалеку можно встретить ряд других, более мелких, булгунняхов. Наличие многолетней мерзлоты приводит к тому, что вблизи бугра распространяется преимущественно холодолюбивая растительность и формируются сообщества северного типа. При этом растущие рядом лиственницы под действием мерзлых грунтов(почв) оказываются наклоненными в разные стороны («пьяный лес»).
Со временем многие булгунняхи протаивают. Вначале на вершине образуется воронка, заполненная полужидкой грязью. С таянием льда бугор проседает, и на его месте образуется озеро. Такие термокарстовые озера округлой формы – не редкость в Забайкалье.
Мы исследовали воду термокарстовых озер (приложение7).. Сделали несколько проб воды с озер и провели частичный анализ воды согласно физико–химическим методам изучения качества природных вод. Измерили температуру воздуха во время забора воды и температуру воды в озерах, измерили глубину озер с помощью шнурка делениями и груза, в образцах визуально определили мутность, взяли образцы воды в пробирки.
Воду на анализ взяли 27 мая 2014 года, каждое из озер определяем как озеро №1,2,3,4 соответственно (приложение 4). Измеряем температуру воздуха 7.05.2014 года с помощью спиртового термометра с делением в 10 С, данные заносим в таблицу, измеряем температуру воды у поверхности и на глубине, данные фиксируем в таблице.
18 октября 2014 года озера покрылись льдом, толщина льда на озерах – 2,5 см.
Температура воды в озерах подо льдом:
Озеро №1 – 0,90СОзеро №2 – 0,70СОзеро №3 – 0,50СОзеро №4 – 0,50СТемпература воздуха - -60С
26 ноября мы побывали снова на этих озерах. На одном их озер на поверхности льда мы обнаружили лягушек и пиявок, вмерзших в поверхность льда. Это произошло скорее всего в результате быстрой смены теплой погоды в дневное время, а в ночное время ударил сильный мороз и температура воздуха тоже резко понизилась и поверхность воды покрылась льдом вместе с лягушками. Лягушки и пиявки на них не усели видимо спуститься глубже в воду и замерзли в верхнем слое льда (приложение 7). Либо они сами выпрыгивали из воды в трещинах во льду из-за недостатка кислорода.
При измерении 26 ноября 2014 года температура воздуха - -100С, температура воды в озерах +0,50С подо льдом, толщина льда 25 см, а в местах пучения – толщина льда : 45 – 50 см, лед «поднимается, пучится», поднимаясь вверх и по нему проходят глубокие трещины, глубиной 35-40см.
Остальные измерения и исследования проводим по методике Мансурова С.Е. [9].
Таблица 1
Паспорт термокарстовых озер
Проба озер Температура воздуха 0С
Температура воды 0С
на поверхности Температура воды 0С
на глубине Глубинам
27.05.14 18.10.14 26.11 27.05.14 18.10.14 26.11 27.05.14 18.10.14 №1 +18 0С - 6 0С - 100С +4 +,90С +0,50С- 10С - 1,50С8
№2 +18 0С -6 0С - 100С +5 +70С +0,50С- 10С - 1,50С6
№3 +18 0С - 6 0С - 100С +6 +0,50С+0,50С- 10С - 1,50С4,5
№4 +18 0С -6 0С - 100С +6 +0,50С+0,50С- 10С - 1,50С3,5

Определяем цвет воды и льда визуально: вода во всех озерах при тонком слое – прозрачная, при толстом слое – голубая, лед - прозрачный при тонком слое, при толщине - белый.
Определяем запах по шкале интенсивности запаха ( приложении7 таблица 2)
При заборе 27.05.2014 года во всех четырех озерах вода не имеет запаха.
При нагревании воды до 200С – во всех 4-х озерах вода не имеет запаха
При нагревании воды до 600С – во всех 4-х озерах вода не имеет запаха
При нагревании воды до 1000С – во всех 4-х озерах запах в воде не ощущается
Значит воду термокарстовых озер можно использовать как питьевую (приложение7).
Прозрачность определяем с помощью белого диска Секи, типографского шрифта (воду в пробирке ставим на типографский шрифт и смотрим на какой высоте воды виден шрифт) данные заносим в таблицу №3
Определение фенолов. В четыре отмеченные колбы со 100 мл воды, добавляем раствор хлорной извести, через 10 минут определяем запах: аптечный запах не обнаружен. Значит содержание фенолов незначительное или отсутствует. При нагревании этого запаха то же нет.
Определяем степень радиации воды. С помощью прибора дозиметра НИИ 1 «Регул 001». Показания дозиметра: озеро № 1 – 15, озеро № 2 – 15, озеро №3 – 15, озеро №4 -15. Радиация воды не превышает допустимые нормы, поэтому вода термокарстовых озер соответствует нормам. Значит воду можно использовать в качестве питьевой воды.
Определяем кислотность pH раствор (содержание ионов водорода), помощью индикатора – лакмуса – цвет не изменился(приложение 8), теперь проверим с помощью специального прибора ионометра «pH мер 150 М». Данные показания заносим в таблицу. По результатам видно, что вода имеет значения близкие к нейтральной среде, поэтому индикаторы цвет не изменили( приложение .Анализ результатов сводим в таблице 5.
Таблица 5.
Качественные показатели воды
№ пробы Глубина. Озер мПрозрачность
см Радиация фенолы pH
раствор
1 8 12 15 Не обнаружено
Цвет лакмусовой бумажки не изменился
2 6 10,5 15 Не обнаружено
3 4,5 10 15 Не обнаружено
4 3,5 9 15 Не обнаружено
Загрязнения вызываемого стоками вызывают различные биогенные мутации. Из-за фекальных стоков, пасущихся рядом с озерами табунов коней, отар овец и стада коров в озерах развивается плодородная биологическая среда, что вызывает бурный рост растительности этих озерах. Что приводит к избытку кислорода, поэтому можно наблюдать так называемое «цветение» водоема (озеро № 4), на поверхности воды этого озера видно нефтяную пленку, которая переливаясь на солнце кажется очень красивой, но это пятна бензина. В этом озере наиболее удобный подъезд к воде, поэтому в этом озере иногда моют машины, поэтому на поверхности воды озера плавают нефтяные пятна.
Кроме того, берега озер сильно вытоптаны ногами и копытами животных. Берега начинают разрушаться, т.к. нет корней растительности, которые скрепляли почву берегов.
Вокруг термокарстовых озер видно травянистую растительность по берегам: камыш озерный растет в стоячей воде по болотистым берегам, осока водяная, осока острая, рогоз, кустарники и другие.
С помощью водяного сачка выловили 8 беспозвоночных, которые обитают в термокарстовых озерах: бокоплавы, жуки – плавунцы, личинка поденки, личинки стрекозы, личинки комаров и мошки и т. д.(приложение9). Так как глубина большая, достать до дна сачком (приложение10) невозможно, но пойманных беспозвоночных разделили на 3 группы:
Неустойчивые к загрязнению
3 Относительно устойчивые к загрязнению
2 Устойчивые к
Загрязнению
1
Личинка поденки Личинки стрекоз
Бокоплав
Жук – плавунец
Вертячка Личинка мошки
Личика комара
Пиявки
С помощью удочки нами были выловлена рыба: черный карась весом 100 гр и небольшой гальян, а также остромордые лягушки. Черный цвет рыбы подтверждает большую глубину этих небольших по площади термокарстовых озер и темный грунт дна.
В озере № 4
Неустойчивые к загрязнению
3 Относительно устойчивые к загрязнению
2 Устойчивые к
Загрязнению
1
Личинки стрекоз
Бокоплав
Жук – плавунец
Вертячка Личинка мошки
Личика комара
пиявки
Из полученных данных видно, что в трех озерах состояние воды хорошее, а в одном №4 – самом маленьком состояние воды – удовлетворительное.
Важной проблемой является загрязнение водоемов отходами сельского хозяйства. Возле озер постоянно пасутся стада коров, лошадей и баранов, которые приходят сюда на водопой, когда пересыхает речка Халанка и другие водоемы, загрязняя озера и вытаптывая растительность берегов.
Вокруг термокарстовых озер обитает много разнообразных животных и птиц. Весной на воду озер садятся перелетные птицы: гуси и утки, постоянно живут летом и выводят свое потомство турпаны, чирки, цапли, серые журавли, разные виды куликов. Много остромордых лягушек, летают бабочки и стрекозы и другие насекомые.
Если перестанут существовать эти небольшие озера, то исчезнет сложившийся биоценоз, красота природы нашего поселка

Заключение
.
В шести километрах на юго-запад от поселка Орловский обнаружены были бугры пучения. Термокарстовые озера - это озера, образование котловин которых связано с вытаиванием ископаемого (многолетнего) льда. Бугры пучения или гидролакколиы образуются в результате увеличения объема подземных вод при их замерзании. Встречаются единично, преобладающая высотой 2– 3м. Снаружи бугор покрыт торфяным пластом, под ним куполообразная масса льда, определяющей форму бугра. Подо льдом на глубине находится полость, заполненная водой, возможно, отчасти и газом, которые во время растрескивания бугра выходят наружу.
Весной бугры – постепенно начали таять, «распускаясь, как цветок», обнажая свое ледяное ядро, превращаясь в озера. Озера появились в следствии вытаивания многолетней мерзлоты в результате антропогенного воздействия человека. На основе наших исследований мы пришли к выводу, что химическое и физическое состояние озер хорошее, воду этих озер можно использовать даже в качестве питьевой воды и как природный холодильник.
В озерах обитает много разнообразных представителей беспозвоночных, имеется рыба, остромордые лягушки. По берегам озер произрастает влаголюбивая растительность. Разнообразие представителей фауны и флоры подтверждает чистоту воды в озерах.
На основании выше изложенного мы предлагаем:
1). Сохранить термокарстовые озера как памятник природы;
2). Запретить массовые вырубки лесов;
3). Запретить пожоги сенокосных угодий, наказывать виновников пожаров;
4). Воспитывать у населения бережное отношение к воде и окружающей природе. Список использованной литературы
Анисимов О.А., Нельсон Ф.Э. Прогноз изменения мерзлотных условий в северном полушарии: применение результатов балансовых и транзитивных расчетов по моделям общей циркуляции атмосферы // Криосфера Земли, 1998, 2. С. 53-57.
Алексеев В. П. Наледи и наледные процессы (вопросы терминологии и классификации). — Новосибирск: Наука, 1978. — 188 с.
Андреев В.Н. Гидролакколиты в Западносибирских тундрах, «Известия Гос. Географ. общ.», т. 68, вып. 2, 1936.
Борисенков Е.П. Изменение климата и человек. М.: Знание, 1990.
Втюрин Б. И. Подземные льды СССР. — М.: Наука, 1975. — 215 с.
Втюрина Е. А. Криогенное строение пород сезоннопротаивающего слоя. — М.: Наука, 1974. — 127 с.
Корсун О.В. Путеводитель по особо охраняемым природным территориям Вехнеамурского бассейна. Учебное пособие –Чита: Экспресс- издательство, 2008 – 216с.
Мансурова С.Е, Кокуева Н.Г. Следим за окружающей средой нашего города. Школьный практикум. – М.: «Владос», 2001. – 111с.
Общее мерзлотоведение (геокриология) / Под ред. В.А.Кудрявцева. М.: Изд-во МГУ, 1978. 464 с.
Павлов А.В. Закономерности формирования криолитозоны при современных изменениях климата // Известия РАН, серия геогр.,1997, N 4, c. 61-73.
Сумгин М.И. Вечная мерзлота, ОНТИ, 1936.
Сумгин М. И., Качурин С. П. и др. Общее мерзлотоведение. Л., 1940.
Толстихин Н.И. Подземные воды Забайкалья и их гидролакколиты. «Труды по изучению вечной мерзлоты», т. I, 1932.
Приложения
Образование бугров

Раскрытие бугра

Образование озера из бугров или булгунях (по – якутски)

Таяние бугора
Термокарстовое озеро

Забор проб на анализы

Таблица 2
Шкала интенсивности запаха
интенсивность балл Характеристика запаха
Никакого 0 Запах не ощущается
Очень слабый 1 Запах обнаруживается только опытным наблюдателем
Слабый 2 Обнаруживается только тогда, когда на него обращают внимание
Заметный 3 Запах, который сразу замечается
Отчетливый 4 Запах, заставляющий отказаться от питья
Очень сильный 5 Настолько сильный, что вода не пригодна для питья
Таблица 7
Оценочная таблица:
Значение индекса толерантности Качество воды
Более 23 Отличное
17 – 23 Хорошее
11 – 16 Удовлетворительное
Менее 10 плохое



Рис.4 ГидролакколитЖивые обитатели карстовых озер


Остромордые лягушки
Гольяны - обитатели термокарстовых озер