Озера в городе: от эстетики и рекреации до повышенных содержаний фосфора и свинца

Не все антропогенное – городское

В первую очередь нужно сказать, что в научной литературе не существует понятия «Городское озеро». Лимнологи выделяют озера по типу происхождения их котловин (ледниковые, тектонические, карстовые, вулканические), по размеру (малые, большие, средние), по уровню минерализации (пресные и соленые (они же минеральные) и другим параметрам. В любом городе Земли может быть озеро, которое будет соответствовать одной из указанных классификаций. Например, озеро Семеновское, расположенное в центре города Мурманска, — это малый пресный водоем естественного происхождения, котловина которого образовалась в результате деятельности ледника. То есть прилагательное «городское» применимо к Семеновскому озеру только из-за того, что его окружают автомобильные дороги, жилые дома, магазины и парки вместо сплошного леса, если бы речь шла о тайге, или мшистых скал, если бы речь шла о тундровой зоне.

В работе Джеспера Перссона «Urban Lakes And Ponds» приводится следующее определение: городское озеро – это внутренний водоем, относящийся к поверхностным водам, окруженный городской средой и больший, чем пруд. В среде российских лимнологов термин «Городское озеро» используется в таком же ключе. При этом и отечественные, и зарубежные лимнологи выделяют городские озера в отдельный тип водоемов исключительно из-за важности их изучения с точки зрения хозяйственного использования и рекреации.

Возвращаясь к происхождению водоемов, важно отметить, что бывают городские озера, которые имеют антропогенное происхождение. Например, к ним можно отнести водоемы, образовавшиеся в результате затопления отработанных карьеров. Примером такого водного объекта служит озеро Каменный карьер (известны еще названия Ключевской карьер и карьер «Каменный бор»), расположенное в одном из районов города Петрозаводска (Карелия). С конца XVIII века на месте будущего озера велась добыча кварцитопесчаника для строительства и облицовки зданий и сооружений. В 1981 году разработку карьера прекратили, так как от взрывов возникла угроза разрушения жилых домов вблизи предприятия. Несмотря на то, что изначально карьер находился в лесном массиве вдали от центра города, позже город разросся и рядом возникли новые микрорайоны. Через несколько лет подземные воды заполнили углубление в земле и в Карелии возникло новое городское (!) озеро, которое пользуется популярностью у местных жителей. Но не все такие антропогенные водоемы обязательно будут иметь статус городских.

Допустим, разработка карьера может вестись где-нибудь в удаленной от населенных пунктов местности. Следовательно, после затопления образуется озеро, которое будет просто озером с котловиной искусственного происхождения. Пример такого водоема – озеро Тальков камень, которое расположено на Урале в 20 км к югу от Екатеринбурга. Озеро известно тем, что имеет форму сердца, если смотреть на него сверху. Нетрудно догадаться, что на месте будущего водоема добывался тальк, который используется в качестве огнеупорных материалов. Добыча полезного сырья велась на бывшем карьере с 1843 года по 1920-е года, а потом он заполнился грунтовыми водами и образовался водоем. Но, невзирая на антропогенное происхождение Талькового камня, его нельзя отнести к разряду городских, хотя горожане активно используют водоем в рекреационных целях. В 2007 году на территории Свердловской области был создан природный парк «Бажовские места», а озеро Тальков Камень стало главным объектом туризма на территории парка.

Загадка тайги

Еще один сложный момент терминологии городских озер – это крупные водоемы, часть акватории которых граничит с каким-нибудь городом. Чикаго, Торонто, Кливленд и другие города США и Канады находятся на берегу Великих североамериканских озер (Great Lakes). Многочисленными городами трех стран окружено крупнейшее озеро Африки – Виктория. Самое глубокое озеро мира, Байкал, окружено в основном поселками. Единственный город, который находится непосредственно на его берегу – Северобайкальск с населением всего 25 тысяч человек. А вот на Онежском озере, которое является третьим по величине в России и вторым в Европе (после Ладожского), находится главный город Республики Карелии – Петрозаводск с населением 270 тысяч человек. Один из заливов назван в честь этого города – Петрозаводской губой. Кроме этого, на Онежском озере расположены еще два небольших города Карелии – Кондопога и Медвежьегорск, а также множество сел и поселков. Ученые не раз отмечали высокую степень загрязнения урбанизированных заливов Онежского озера. Поэтому отдельные составляющие акваторий крупных озер также можно отнести к разряду городских, хотя это однозначно дискуссионный вопрос. По мнению одного из исследователей Онежского озера, декана факультета географии РГПУ им. А. И. Герцена, доктора географических наук Дмитрия Субетто к группе «городских озер» относятся только водоемы, которые расположены внутри городской черты. «Онежское озеро, безусловно, под такое определение не попадает. Это природный, большой водоем, на берегу которого расположен крупный город», – заключает ученый.

Зато никаких вопросов не вызывают водоемы, у которых их урбанизированный статус закреплен в названии. Больше двадцати озер на территории России и соседних стран имеют гидроним «Городское». Яндекс-карты утверждают, что в городе Талдом, расположенном в 110 км от Москвы, есть свое озеро Городское. Сразу два Городских озера расположены рядом с Пятигорском – в черте небольших городков Железноводский и Лермонтов (Ставропольский край). Еще свои Городские озера имеют Альметьевск, Зеленодольск и Нурлат (Татарстан), Советск (Калининградская область), Мглин (Брянская область), Бельцы (Молдавия), Житикара (Казахстан), Климовичи (Белоруссия) и Цхинвал (Южная Осетия). В городе Соль-Илецк (Оренбургская область) есть сразу два озера со статусом «городской»: Малое Городское и Большое Городское. Однако и среди этих озер с гидронимом «Городское» есть водоем-исключение. По названию он, конечно, Городской, а вот по статусу – нет. Озеро находится в Тюменской области в 70 км к югу от Тобольска среди болот и тайги. Ближайший населенный пункт – село Ашлык с населением чуть больше 100 человек. Какой шутник придумал название для этого озера – лимнологическая загадка. Интересно, что такой же шутник нашелся и на другом конце света: в провинции Саскачеван (Канада) есть озеро Urban Lake, хотя ни рядом, ни даже в сотнях километров от него нет никаких населенных пунктов, не говоря уже о больших городах Северной Америки.

Удобный лед

Основная гидрологическая функция любого озера заключается в накоплении воды и регулировании речного стока. У городских озер, кроме этой, имеются и другие функции. Лимнологи выделяют хозяйственно-бытовую, рекреационную, культурологическую, эстетическую и научно-образовательную функции городских озер, учитывая, что водные объекты внутри города тесно связаны с жизнью его населения. Облагораживание городских озер путем организации набережных, зеленых зон со скамейками, детскими площадками и уличными тренажерами, а также регулярный контроль за чистой вокруг озер – залог успеха при планировании комфортной городской среды. Обычно люди используют озера и другие водные объекты, связанные с городом, для пикников, прогулок и пробежек вокруг него, купания и рыбной ловли. Последний вариант проведения досуга особенно популярен в зимнее время в северных широтах, когда поверхность озер покрывает лед. Школьные учителя и ученые могут использовать городские озера для демонстрации и объяснения ученикам, студентам и просто интересующимся людям химических и экологических процессов, которые происходят в воде. Безусловно, городские озера – это прекрасный объект для работы лимнологов, особенно тех, кто занимается оценкой антропогенного влияния на водоемы. Причем работать на водоемах можно, как летом, используя лодки и катамараны, так и зимой прямо со льда.

Методы исследования городских озер приблизительно такие же, как и методы изучения любых других озер. По характеру определяемых параметров они разделяются на две большие группы: методы оценки абиотических компонентов озера и оценка биологических параметров. К первой группе относится химический состав воды и донных отложений озер, гранулометрический и минералогический состав донных отложений и, учитывая современные тенденции, содержание микропластика. Биологи и, по совместительству, лимнологи изучают в озерах планктон (организмы, живущие в толще воды), бентос (организмы, обитающие на дне), рыбу и высшую водную растительность по берегам. Также при изучении озер можно получать информацию не только об их современном состоянии, но и об истории их возникновения и развития. Этим занимаются палеолимнологи. Несмотря на созвучие терминов «Лимнология» и «Палеолимнология», первая дисциплина – это раздел гидрологии, а вторая – это наука на стыке географии, геологии и той же гидрологии. Палеолимнологи изучают донные отложения, чтобы по их ненарушенным кернам (или колонкам) выяснять геологические, экологические, климатические и антропогенные изменения, происходившие в самом озере и на территории вокруг него. При изучении городских озер крайне важны палеолимнологи, которые могут оценить процесс развития водоема с момента появления вокруг него первых поселений до настоящего времени. И это могут быть как сотни, так и тысячи лет – все зависит от возраста того или иного города.

Учитывая междисциплинарный размах, с которым лимнологи могут подходить к изучению городских озер, в их арсенале будет много разных приборов для отбора проб. Например, для проб воды они используют батометр. Это прибор обычно цилиндрической формы, позволяющий отбирать воду с различных глубин озера. Для донных отложений лимнологи используют дночерпатели и проботборники колоночного типа, которые обычно применяют палеолимнологи для исторических реконструкций. Для изучения планктона и бентоса пробы из батометров и дночерпателей исследователи переливают на разнообразные сети, чтобы внутри остались только организмы нужного размера. Также для ловли рыбы ученые используют различные сети – и для крупных, и для мелких представителей ихтиофауны. Особым колоритом отличаются зимние лимнологические изыскания: чтобы что-то отобрать со льда озера, нужно сначала преодолеть преграду в виде этого самого льда. Для этого лимнологи используют обычный (рыбацкий) бур и пилу для льда. Учитывая, что зимы в некоторых районах страны могут быть продолжительными, то толщина льда со снегом на городских озерах может достигать метра. Процедура выпиливания полыньи для отбора проб воды и донных отложений из-за этих специфических условий длится до часа. При все этом некоторые лимнологические работы даже удобнее выполнять зимой, чем в период открытой воды, так как ученый может точно выйти на нужное место и отобрать пробу. Летом для точной работы в ветренную погоду лодку нужно якорить или вообще воздерживаться от отбора проб, если на озере поднимаются высокие волны. Оптимальный период для лимнологической работы на льду озера в Карелии – это март, в Мурманской области – это апрель. Именно в апреле в 2021 и 2023 годах проводились школы полярных лимнологов, во время которых молодые ученые с разных регионов собирались на берегу озера Имандра, чтобы изучить теоретические и практические основы исследования водных объектов, в первую очередь озер.

Редкоземельная пыль и рацион окуней

Основные проблемы городских озер – это загрязнение и безопасность людей. При этом рост населения городов, увеличение доли промышленности и транспорта в них с каждым годом усугубляют проблемы городских озер по всему миру. Известно, что водные объекты в черте города чаще подвержены эрозии берегов по сравнению с аналогичными озерами вне городов. Пыль, образующаяся в результате эрозии почв, разрушения зданий и дорожных покрытий, также способствует загрязнению озер. Часто бессточные водоемы, подверженные антропогенной нагрузке, имеют повышенную мутность из-за мелких частиц, смытых с водосборной площади. Во многих городах мира также до сих пор используются химические реагенты (например, хлориды), которые весной поступают в реки и озера городов вместе с талым снегом. Также в озера городов интенсивно поступают азот, фосфор, сера, органические материалы, тяжелые металлы и нефтепродукты. Поступление биогенных элементов (этот процесс называется эвтрофикацией) приводит к летнему цветению воды из-за водорослей и интенсивному развитию высшей водной растительности. Из-за обилия органики, оседающей на дне городских озер, в них становится мало кислорода. Это тормозит развитие живых организмов, например, бентоса. В городских районах, где на зеленых насаждениях используют препараты для борьбы с сорняками и насекомыми-вредителями (гербициды и инсектициды), эти вещества смываются с почвы в воду и отложения городских озер. Ученые из Америки выявили, что свинец мог поступать в озера городов из-за использования арсената свинца для борьбы с вредителями на полях для гольфа.

Однако главным источником свинца в озерах и других природных объектов городов является транспорт. С 1920-х годов до начала 21 века тетраэтилсвинец добавляли в бензин в качестве антидетонирующей присадки. В результате свинцом оказались загрязнены практически все экосистемы городов по всему миру. Также этот металл активно поступал и поступает в озера в результате дальнего атмосферного переноса, что связано со сжиганием угля. Угольный след при этом проявляется еще и в повышенных содержаниях других металлов, например кадмия, ртути, сурьмы, висмута и других элементов. Японские ученые установили, что возраст донных отложений, которые заражены этими металлами и неметаллами, достигает 150-200 лет, что сопоставимо с началом промышленной революции в странах Северной Америки, Европе и позже в Азии.

Кроме донных отложений схожие тенденции можно проследить в ледниках Гренландии, которые сильно удалены от самих источников загрязнения и городских территорий. В озерах города Мурманска, которым посвящена монография ученых КНЦ РАН, прослеживаются все эти локальные и глобальные тенденции. В частности, воды и илы мурманских водоемов имеют повышенный уровень накопления практических всех тяжелых металлов относительно местного фонового уровня и средних концентраций элементов в верхней части земной коры. При этом источники у загрязнителей разные: автомобильный транспорт приносит повышенные содержания свинца, угольный порт – того же свинца, кадмия, сурьмы, мазутные котельные и ТЭЦ – ванадий и никель, а пыль от выветривания пород и почвы, а также разрушения дорог и строений – редкоземельные металлы. Еще не стоит забывать, что в Мурманской области действуют металлургические заводы, что сказывается на загрязнении озер на большей части региона медью и никелем. Городские озера – не исключение.

Также работы по озерам города Мурманска показали, что по сравнению с фоном региона вода в них более минерализована, имеет повышенные значения pH и концентрации фосфора и азота. Отдельно стоит отметить увеличение содержания нефтепродуктов, особенно в воде и донных отложениях озер, расположенных вблизи оживленных дорог, заправок и автомастерских. Наиболее сложная ситуация сложилась с озером Ледовым, которое можно считать самым загрязненным среди озер Мурманска и одним из самых загрязненных среди всех озер региона. В частности, содержание нефтепродуктов в этом городском озере оказалось выше, чем в некоторых водоемах нефтедобывающих регионов, к котором Мурманская область не относится. В связи с такой ситуацией в илах этого озера биологи не смогли найти бентосных организмов, в воде – рыбу, а у планктона установили ежегодную смену доминирующих групп этих организмов.

Специалисты установили, что это связано с химическими параметрами воды, например, с вариацией содержания фосфора и значения pH. Другие мурманские водоемы также засвидетельствовали, что их городской статус негативно сказался на живых организмах: состав бентоса и планктона не отличается разнообразием, что присуще загрязненным водоемам, присутствуют виды, которые могут быть токсичными для животных и человека, а также виды и группы организмов, которые наиболее устойчивы к внешнему воздействию. При этом, несмотря на загрязнение, во всех озерах, кроме Ледового, есть рыба: окунь и щука во внутренних озерах Мурманска, и кумжа и сиг – в озере Большом, которое находится на окраине города. Ихтиологи отметили интересный факт, что окунь одного из озер Мурманска питается зоопланктоном, что нетипично для этой рыбы. В основном окуни, будучи хищниками, предпочитают зообентос и других рыб. Вероятно, это также связано с антропогенным фактором, ведь в этом озере большая биомасса планктона из-за эвтрофирования, что и определило рацион окуней.

Микропластик и тут

Не стоит думать, что ситуация с озерами в городе Мурманске уникальна. Промышленная революция, рост городов оставили свой отпечаток практически на всей окружающей среде – водоемы лишь частный случай. Американское озеро Онондага (Lake Onondaga) больше века подвергалось загрязнению из-за неочищенных бытовых стоков и промышленных выбросов. В 1986 году оно было признано самым грязным озером США. Концентрации тяжелых металлов в отложениях этого озера в худшие годы в десятки, сотни и даже тысячи раз превышали природные значения. Лишь после присвоения озеру такого неприятного статуса власти начали реабилитацию водоема, что существенно улучшило ситуацию. В общем, пока петух не клюнет или гром не грянет, ничего человек делать не будет. И это справедливо для любой страны. В нашей стране, кстати, устранение проблемных водоемов порой решается более радикально. Например, озеро Карачай (Челябинская область), в котором более 60 лет захоранивали радиоактивные отходы, в 2015 году полностью засыпали и закрыли скальным грунтом и бетонными блоками. И это хорошо, ведь озеро стало представлять реальную угрозу из-за накопленного ущерба, равного, по разным оценкам, от 2 до 6 Чернобылей.

И хотя эти примеры не совсем про чисто городские озера, их можно учитывать (другой вопрос: как?) при планировании восстановления неблагоприятных последствий загрязнения водных объектов на урбанизированных территориях. Но одна вещь, кажется, бесспорной: городские озера необходимо изучать и мониторить.

С этим согласен главный научный сотрудник Института проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН, доктор географических наук Владимир Даувальтер, который считает, что озера, как и другие водоемы, находящиеся в городской черте, являются очень важным объектом для оценки экологического состояния территории. По мнению лимнолога, такие исследования природных объектов необходимо проводить регулярно и в течение всего года, так как качество воды и водоемов в целом очень быстро меняется, как погода.

«Даже незначительный дождь, или, наоборот, сухой период может существенно повлиять на озера, на химический и гидробиологический состав водоемов», – заключает Владимир Даувальтер.

Кроме регулярности исследований озер на предмет давно известных загрязнителей, важно осваивать и новые методы. Сегодня общемировой тренд – это исследование накопления микропластика в различных средах. Не обошла эта проблема и лимнологию. В этом году вышла обзорная статья китайских ученых, в которой они обобщили работы по загрязнению микропластиком озер по всему миру. Главный вывод лимнологов: самые грязные озера расположены в городах или вблизи них. Причем чем выше плотность населения, тем больше частиц микропластика можно обнаружить в воде и отложениях озер. Тоже самое другие ученые из Китая писали три года назад о тяжелых металлах: отмечается четкий градиент на увеличение концентраций загрязнителей от фоновых озер и озер в сельской местности к городским водоемам.

Возвращаясь к микропластику, важно отметить, что он накапливается не только в воде и илах, но и во льду озер. Лимнологи установили, что лед хорошо поглощает и концентрирует загрязнители из воды и воздуха. При этом на поверхности льда и в его нижних слоях, граничащих с водой, содержание микропластика в 10-100 раз превышает концентрацию загрязнителей в воде. Безусловно, это нужно учитывать при планировании будущих работ по новому виду поллютантов в озерах, так как большинство озер мира сосредоточено в Северном полушарии Земли, включая Арктическую зону, где зима длится более полугода. Сейчас исследования по микропластику проводятся в основном на крупных озерах России: Байкале, Ладожском, Онежском. Однако, как отмечают китайские ученые в своем обзоре, наибольшие содержания частиц микропластика обнаруживается в небольших городских озерах и прудах. Следовательно, именно на эти объекты нужно направить вектор исследования лимнологам России и всего мира.

Автор: Захар Слуковский, заведующий лабораторией геоэкологии и рационального природопользования Арктики Кольского научного центра РАН, кандидат биологических наук