Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Физико-географические особенности района исследования

1.1 Географическое положение

1.2 Геологическое строение и рельеф

1.3 Климат

1.4 Гидрографическая сеть

1.5 Ландшафт

2. Гидрология озера Чебаркуль

3. Современное гидро-экологическое состояние озерной системы

3.1 Материалы и методики исследования

3.2 Морфометрические параметры озера

3.3 Гидрофизические и гидрохимические параметры озера

3.4 Антропогенное воздействие на озеро Чебаркуль

4. Педагогическая разработка

4.1 Общая характеристика озера

Заключение

Список литературы



Введение

Актуальность работы - озеро Чебаркуль является источником питьевого и хозяйственного водоснабжения города Чебаркуль.

На озеро оказывают воздействия различные группы факторов, в том числе антропогенного характера: забор вод для хозяйственного использования, рекреационная нагрузка. Также 15 февраля 2013 г. крупный обломок небесного тела после взрыва Челябинского болида упал в озеро Чебаркуль. Данное событие оказало негативное влияние как прямым, так и косвенным (процесс подъема части метеорита) образом.

Цель работы - исследовать и оценить современное гидро-экологического состояние озера Чебаркуль.

Задачи исследования:

1. Гидрологическое исследование озера Чебаркуль;

2. Установление антропогенного воздействия на озеро Чебаркуль;

3. Оценить гидро-экологическое состояние озера Чебаркуль;

4. Предложить рекомендации по оптимальному режиму водопользования озера Чебаркуль;

Научная новизна работы. Дана оценка современного гидро-экологического состояния озера Чебаркуль; впервые в мировой практике оценены некоторые гидрофизические параметры экосистемы озера после падения метеорита (совместно с научным руководителем); выявлена современная рекреационная нагрузка на озеро. Практическая значимость. На основании полученных результатов, даны рекомендации по оптимальному водопользованию и предложены мероприятия по сохранению водного объекта. Апробация работы. Результаты работы докладывались на Майских чтениях памяти М.А. Андреевой (2012, 2013), на Ассамблее студенческой науки ЧГПУ (2013, 2014), на международной конференции «Астероиды и кометы. Челябинское событие и падение метеорита в озеро Чебаркуль» (2013). По результатам исследований имеется 3 публикации.

1. Физико-географические особенности района исследования

1.1 Географическое положение

Озеро Чебаркуль располагается в Чебаркульском районе. Чебаркульский муниципальный район располагается в северной части центра Челябинской области, к западу от города Челябинска. Административным центром Чебаркульского района является город областного подчинения Чебаркуль (не входит в состав района). Город Чебаркуль расположен на восточном побережье озера. Площадь территории -- 2879 кмІ, сельскохозяйственные угодья -- 146,3 тысяч га.

Координаты центральной части озера Чебаркуль: 54°57?30? с. ш. 60°19?15? в. д.? [2].

Рис. 1. Карта озера Чебаркуль

Через Чебаркульский район проходят участок Транссибирской железной дороги и автомобильная трасса федерального значения М5.



1.2 Геологическое строение и рельеф

Геология

Озеро Чебаркуль располагается на Уральских горах. Уральские горы образовались в позднем палеозое в эпоху интенсивного горообразования (герцинская складчатость). Формирование горной системы Урала началось в позднем девоне (около 350 млн лет назад) и закончилось в триасе (около 200 млн лет назад).

Чебаркульский район имеет сложный петрологический состав, обусловленный длительностью и неоднородностью тектонического развития территории и преобладания (в различные геологические эпохи) различных процессов минералообразования. Восточные предгорья Уральских гор сложены древними палеозойскими породами, собранными в сложные складки и разорванные тектоническими нарушениями и интрузиями [1].

Через район проходят три линии разрывных нарушений (надвиги): одна через западную часть района, приближаясь к центру, и две вблизи восточной границы района, соединяясь примерно на половине пути следования через район в одну линию разрывных нарушений.

Район лежит в трех тектонических структурах. Район большей своей частью располагается в Восточно-Уральской зоне прогибов и поднятий. Восточная часть района исследований располагается в Восточно-Уральском прогибе. Самая западная часть Чебаркульского района располагается в Магнитогорском синклинории. Также через западную часть района проходит граница структур спрединговых океанических хребтов Урало-Сибирского палеоокеана.

Исследуемый район имеет отложения:

1. Ордовикские отложения (эффузивы, известняки, песчаники, сланцы);

2. Незначительные Архейские отложения (гнейсы, кварциты, кристаллические сланцы, известняки) на северо-западной границе района;

3. Девонские отложения (эффузивы, сланцы, известняки);

4. Силурийские отложения (эффузивы, кремнистые сланцы, известняки);

5. Протерозойские отложения (песчаники, кварциты, сланцы, известняки).

Также имеются и магматические образования на территории Чебаркульского района:

1. Пироксениты и серпентиниты;

2. Сиениты;

3. Граниты, гранодиориты.

Западная часть водосборов озер сложена преимущественно породами нижнего палеозоя (gPz1), представленными биотическими гнейсами, гранато-слюдяными и графитовыми сланцами. Встречаются метаморфические породы системы ордовика - филлитовые сланцы, слюдяные, углисто-кварцитовые (местами амфиболиты и зеленые сланцы). Водосбор сложен преимущественно интрузивными породами позднего палеозоя (yPz3), представленных в основном гранитами и их разновидностями. Таким образом, горные породы водосборов формировались на протяжении около 200 млн лет, в интервале 480-270 млн лет назад [2].

Таким образом Чебаркульский район имеет большое количество отложений различных периодов.

Рельеф

Озеро Чебаркуль располагается на западной границе Зауральского пенеплена, восточном склоне Уральских гор. Здесь проходит геоморфологическая переходная зона от восточных склонов Урала к Зауральскому пенеплену [2].

Рельеф складчато-глыбовый (отдельные западные участки водосборов) и равнинно увалистый. Большая часть район располагается на высоте от 200 до 400 метров над уровнем моря, но встречаются небольшие области высот от 400 до 600 метров. Абсолютные высоты в горной части исследуемого района не превышают 754 м (г. Ильмен-Тау), в зоне пенеплена - 356 м (г. Геодезическая) [2].

Полезные ископаемые

На территории Чебаркульского района находятся месторождения мрамора, гранита, диорита, талька, россыпное месторождение золота, лечебных грязей сапропелей, глины кирпичной.

1.3 Климат

Челябинская область расположена почти в центре громадного материка Евразии, к востоку от Уральского хребта, на большом удалении от морей и океанов, прежде всего от Атлантики.

По общим характеристикам климат Челябинской области относится к умеренному континентальному. Температура воздуха зависит как от влияния поступающих на территорию области воздушных масс, так и от количества получаемой солнечной энергии.

На территории области преобладает западный перенос воздушных масс с Атлантики, который способствует увеличению увлажнения и смягчению климата в Предуралье. Зимой на Зауралье оказывает влияние Азиатский барический максимум, с которым связан вынос холодного континентального воздуха.

Меридиональное простирание Уральских гор и открытость Зауралья в сторону Северного Ледовитого океана способствуют частому вторжению арктического воздуха, для которого характерны низкие температуры и малое содержание влаги. В летний сезон в южные районы поступает континентальный тропический воздух, приносящий жаркую, сухую погоду. Таким образом, с перемещением воздушных масс происходят переносы тепла и влаги. Сезонные различия в преобладающих направлениях ветров следует знать и учитывать при экологических, в частности, геохимических исследованиях.

Чебаркульский район расположен в двух, примерно равных областях среднегодового выпадения осадков:

Первая область занимает северо-западную часть района - среднегодовое количество осадков составляет от 400 до 500 мм осадков. Вторая область - южно-восточную часть района. Среднегодовое количество осадков здесь составляет 350-400 мм.

Также район располагается между двумя изотермами температур января и июля. Таким образом, среднегодовая температура воздуха в районе в январе составляет порядка -16° - -17°C. Среднегодовая температура июля составляет +17° - +18°C.

1.4 Гидрографическая сеть

Чебаркульский район по водоразделу относится к бассейну реки Тобол.

Через район проходит несколько линий по среднегодовому стоку рек:

1-на северо-западе района средний годовой сток рек составляет от 100 до 150 мм;

2- от северо-запада и до юго-востока средний годовой сток составляет 50-100 мм ;

3- на юго-западе средний годовой сток составляет от 30 до 50 мм.

Также на севере района исследования протекает правый приток реки Миасс. Также от центра района к югу и юго-западу протекает река Увелька с притоками.

В Чебаркульском районе много озёр: Чебаркуль, Б. Кисегач, М. Кисегач, Мисяш, Еловое, М. Теренкуль, Б. Теренкуль, Б. Еланчик, Кудравы.

Это связано с неравномерностью распределения озер по территории района - от северо-запада к юго-востоку количество озер резко снижается.



Таблица 1 Морфометрические показатели озер Чебаркульского района

Название озера	Площадь водного зеркала, км2	Объем, млн. м3
Чебаркуль	18	100
Б. Кисегач	15,4	268,2
М. Кисегач	2,04
Мисяш	4,4
Еловое	3,12
Б. Теренкуль	2,36
Б. Еланчик	6,16
Кундравы	7,6

Минерализация озерных вод

Вдоль западной границы района, минерализация составляет 0,15-0,2 г/л, тип озер HCO3-Ca-Mg. Это зона озер восточных предгорий.

Остальная часть района составляет зона озер Зауральского пенеплена. Минерализация составляет 0,5-1,5 г/л, тип HCO3-Mg-Na.

1.5 Ландшафт

Почвы

Большую часть района составляют выщелоченные и оподзоленные черноземы. В северо-западной части района, юго-западе района, а также в области между центром и югом района расположены серые лесные почвы в сочетании с серыми лесными неполноразвитыми почвами. Чуть севернее центра района и на юго-западе района расположены серые лесные почвы в сочетании с солодями.

Растительность

На большой части района, повсеместно, расположены луговые степи, остепененные луга и сельскохозяйственные земли на их месте.

В северо-западной части района (кроме самого северо-западной части) и в юго-восточной части (кроме самой юго-восточной части) района располагаются светлохвойные сосновые леса с примесью лиственницы и березы, также южнотаежные леса.

Также в центральной, южной части и местами по всему району располагаются березовые и осино-березовые колки.

Животные

Чебаркульский район входит в зону фауны лесостепи (степных и лесостепных животных). Непосредственно в Чебаркульском районе живут:

1-на северо-западе района: пятнистый олень, лось.

2- в северной части, на границе: черный хорек и косуля

3- в центральной части живет ондатра, ближе к югу - ласка

4- на юго-западе - тетерев

5- на юго-востоке - заяц-беляк

Физико-географическое районирование

Чебаркульский район практически полностью входит в лесостепную зону, подзону средней лесостепи с ленточными сосновыми борами, но не смотря на это тяготеет к лесной зоне.

Небольшая часть района, вдоль границы, и северо-западная часть района входит в горно-лесную зону, озерно-лесную подзону сосново-лиственных пород.



2. Гидрология озера Чебаркуль

Месторасположение. Озеро Чебаркуль расположено на юго-западной окраине МО г. Чебаркуль Челябинской области. Относится к бассейну р. Увельки (Уй-Тобол-Иртыш-Обь). Озеро является источником питьевого водоснабжения населения г. Чебаркуль [3].

В системе гидрографического и водохозяйственного районирования России рассматриваемая гидрографическая единица относится к Иртышскому бассейновому округу.

Код Иртышского бассейнового округа: 14.

Наименование и код гидрографической единицы: Тобол (российская часть бассейна), 14.01.05.

Код и наименование водохозяйственного участка: 14.01.05.001, Увелька.

Код водного объекта по государственному водному кадастру: КАР ОБЬ 1162 643 994 214 129 [3].

Максимальный объем водной массы озер Чебаркульского района составляет 50-150 млн м3 [10].

История изучения. Озеро Чебаркуль имеет достаточно долгую историю изучения: В. Н. Сементовский в 1905 году произвел изучение морфометрических характеристик озера [15]; М. А. Андреева внесла озеро в термическую классификацию 1973 года [4]; С. Г. Захаров занимается изучением озера Чебаркуль с 1995 года; первое исследование микроэлементов в озере Чебаркуль было произведено в 1969-1973 гг. экспедицией УралНИИВХ [16]; А. В. Подлесный в своей работе [17] дает оценку трофического уровня озера Чебаркуль.

Морфометрия. Озеро Чебаркуль расположено в зоне холмистых предгорий Ильменского хребта, на границе биоклиматических зон южной тайги и лесостепи. Озеро имеет сложную котловину тектонического происхождения, приурочена к предгорному прогибу Восточного макросклона Южного Урала. Данное озеро относится к провинции горных озер и озер восточных предгорий.

В озеро впадают реки: Еловка и Кундуруша. Из озера в юго-восточной его части вытекает р. Коелга. В настоящее время исток реки перекрыт дамбой [3].

Морфометрическая характеристика озера Чебаркуль:

- объем воды в озере 110,0 млн. м3

- площадь зеркала 17,6 км2

- средняя глубина 5,5 м

- максимальная глубина 14,0 м. [3]

Водный режим и колебания уровней воды

- средняя отметка уровня воды

за период наблюдений с 01.01.1940 г. 320,48 м БС

- максимальная отметка уровня воды 321,37 м БС (1972 г.)

- минимальная отметка уровня воды 317,69 м БС (1999г.)[3]

Гидрофизическое состояние водных масс до 2012 г.

Прозрачность воды

За период наблюдений с 1905 года по 2012 год прозрачность воды по белому диску Прозрачность воды зависит от нескольких факторов: количество взвешенных частиц глины, песка, микроорганизмов, содержание химических соединений. Также прозрачность воды позволяет косвенно определить количество взвешенных частиц и коллоидов в воде. В классическом полевом методе прозрачность воды определяется с помощью диска Секки.

Прозрачность воды, как и многие показатели воды не является постоянным показателем. Она меняется как по сезонам, так и с течением времени. Наиболее часто наименьшая прозрачность воды составляет в конце лета-начале осени во время максимального «цветения» воды. Озеро Чебаркуль не является исключением.

Электропроводность воды

Электропроводность -- это способность водного раствора проводить электрический ток, выраженная в числовой форме. Электропроводность природной воды зависит от степени минерализации (концентрации растворенных минеральных солей) и температуры. Поэтому по величине электрической проводимости воды можно с определенной степенью погрешности судить о минерализации воды и возможной повышенного содержания тяжелых металлов воде.

Электропроводность воды в озере может меняться ка по сезонам, так и с глубиной.

Как менялась за период наблюдений

pH воды

pH воды не является постоянным показателем, он меняется по сезонам года и с глубиной. Нормативные требования рН питьевой воде 6,0-9,0; в воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования -- 6,5--8,5. Пониженное значение рН может свидетельствовать о повышенном содержании гуминовых и других природных кислот.

Гидрохимическое состояние водных масс до 2012 г.

Основные ионы и минерализация воды.

Основные ионы - это химические элементы, присутствующие в организмах в больших концентрациях.

Минерализация воды - количество (концентрация) растворенных в воде твердых минеральных веществ, находящихся в виде ионов, а также и коллоидов [www1].

По данным М. А. Андреевой [4] химический тип воды - гидрокарбонатно-магниевые воды, минерализация - 367,9 мг/л.

Таблица 2 Содержание основных ионов в водах озера Чебаркуль в черте г. Чебаркуль по данным ФГУ «Челябинский ЦГМС» за 2010 г.

Определяемые показатели, Ед. измерения	Результаты исследований
Хлориды, мг/дмі	52,5
Сульфаты, мг/дмі	41,1
Азот аммонийный, мг/дмі	0,25
Нитриты, мг/дмі	0,006
Нитраты, мг/дмі	0,209

Значение удельного комбинаторного индекса загрязненности вод (УКИЗВ) озера в 2010 г. составило 2,38, класс качества 3, разряд А, характеристика качества «умеренно-загрязненная» [3].

Микроэлементы

Микроэлементы - это химические элементы, присутствующие в организмах в низких концентрациях (обычно тысячные доли процента и ниже). Как недостаток, так и избыток этих веществ в организме нарушают нормальное функционирование организма или отдельных органов.

Микроэлементы, в том числе и тяжелые металлы, содержатся во всех водных источниках. Но не всегда повышенное содержание микроэлементов в воде является антропогенным воздействием, зачастую это может оказаться природным явлением, или другими словами природным фоном водоема.

Таблица 3 Содержание основных ионов в водах озера Чебаркуль в черте г. Чебаркуль по данным ФГУ «Челябинский ЦГМС» за 2010 г.

Определяемые показатели, Ед. измерения	Результаты исследований
Железо общее, мг/дмі	0,039
Марганец, мг/дмі	0,041
Цинк, мг/дмі	0,023
Медь, мг/дмі	0,0012

Для озер каждого региона характерны свои особенности концентрации микроэлементов в воде, для озер горно-лесной провинции они составляют:



Таблица 4 Содержание микроэлементов в воде озер горно-лесной провинции, мг/л [2].

Горизонт	Feобщ	Mn	Zn	Cu	Ni	Pb
Поверхностный	0,02-0,07	0,02-0,1	0,01-0,04	0,001-0,003	0,001-0,005	Следы - 0,005
Придонный	0,06-0,1	0,03-0,2	0,02-0,06	0,001-0,004	0,001-0,003	0,001-0,005

Органические вещества.

Перманганатная окисляемость воды.

В воде источников водоснабжения могут быть обнаружены несколько тысяч органических веществ разных химических классов и групп.

Органические соединения природного происхождения (гуминовые вещества, различные амины) и техногенного происхождения (поверхностно-активные вещества) способны изменять органолептические свойства воды (запах, привкус, окраска, мутность, способность к пенообразованию, пленкообразование), что позволяет их выявить и ограничить содержание в питьевой воде. В то же время огромное число органических соединений весьма неустойчивы и склонны к непрерывной трансформации, поэтому непосредственное определение концентрации органических веществ в питьевой воде затруднительно, из-за чего содержание их принято характеризовать косвенным путем в мг О2/дм3, определяя, например, перманганатную окисляемость питьевой воды.

Значение перманганатной окисляемости выше 20 мг О2/дм3 свидетельствует о содержании в воде легко окисляющихся органических соединений, многие из которых отрицательно влияют на печень, почки, репродуктивную функцию организма. При обеззараживании такой воды хлорированием образуются хлоруглеводороды, значительно более вредные для здоровья населения.

Если при анализе пробы воды обнаружено, что значение перманганатной окисляемости выше 5, а тем более 20 мг О2/дм3, такая вода требует очистки от органических загрязнений.

Химическое потребление кислорода (ХПК)

ХПК - это количество кислорода, потребляемое при химическом окислении содержащихся в воде органических и неорганических веществ под действием различных окислителей.

Правила охраны поверхностных вод (1991) устанавливают норматив ХПК для водоемов и водотоков в местах хозяйственно-питьевого водопользования - не более 15 мг О2/дм3.

Гидробиоценоз.

Озеро Чебаркуль представляет собой целостную, устойчивую экосистему. В озере произрастает: водная растительность - осока, тростник [www3]; проживает: фитопланктон, включая цианобактерии (при усиленном размножении вызывают «цветение» воды, особенно интенсивно в заливах, «курьях»)[www3], планктон и не менее 14 видов рыб (линь, карп, лещ, щука, окунь, ротан, плотва, ёрш, язь, карась, рипус, налим, судак, разводится сиг)[www2]. Местные рыбы для размножения предпочитают «курьи», где мечет икру, и выводится рыбья молодь.

Антропогенное воздейстие на озеро и водосбор

Озеро Чебаркуль является источником питьевой воды для города Чебаркуль. Ежегодно из озера забирается около 4 млн м3. История водоснабжения (график объемов по годам)

Озеро Чебаркуль имеет водоохранную зону и прибрежную защитную полосу в соответствии со ст. 65 Водного кодекса Российской Федерации (№ 74-ФЗ от 03.06.2006 г.) составляет 50 м. Ширина береговой полосы для общего пользования составляет 20 м от береговой линии (ст. 6 ВК РФ) [3]. Водоохранная зона озера пользуется популярностью у отдыхающих, которые, к сожалению, оставляют большое количество мусора, создают новые костровища, моют машины и производят другие запретные действия в водоохранной зоне.



3. Современное гидро-экологическое состояние озерной системы

3.1 Материалы и методики исследования

В период 2012 - 2015 гг. нами были проделаны работы:

· Сбор информации по озеру Чебаркуль - библиографический поиск и работа в архивах и фондах предприятий;

· Отбор проб воды по глубинной вертикали и по акватории озера Чебаркуль;

· Измерение в полевых условиях электропроводности воды, температуры прозрачности;

· Наблюдения за ледовым покровом;

· Наблюдение за рекреационной нагрузкой на пляжи озера (2013 и 2014 годы).

· Динамика гидрофизических характеристик в зоне падения метеорита в 2013 - 2014 гг.

Отбор проб проводился от 3 до 7 точкам с различных глубин в летний и в зимний период батометром Молчанова ГР-18.

Химический анализ проб воды осуществлялся согласно стандартным методикам пакета Р. Д. 52.24-95 в лаборатории поверхностных вод Челябинского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды на следующий компонентный состав:

1. Основные ионы воды (HCO3, SO4, Cl, Ca, Mg, Na, K);

2. Биогенные вещества (NH4, NO2, NO3, Pобщ);

3. Тяжелые металлы (Fe, Mn, Cu, Zn, Cd, Pb, Ni);

4. Органические вещества (цветность воды, перманганатная окисляемость, ХПК).

Изучался гидрофизическое состояние водных масс:

1. Температура воды;

2. Прозрачность,

3. pH

4. электропроводность воды.

Изучение рекреационной нагрузки заключалась в проведении сбора данных о количестве отдыхающих на городском оборудованном и «диком» пляжах города Чебаркуль, а также измерении площади обоих пляжей. Подсчеты отдыхающих на обоих пляжах проводились каждый 2 часа с 10:00 до 18:00. Для большей достоверности, данные собирались в дни, наиболее благоприятные для купания и отдыха на пляжах. Было произведено разделение на будние и выходные дни, для возможности выявления максимальной рекреационной нагрузки на пляжи. Также были рассчитаны соотношения людей на пляжах к соответствующим нормам с целью установления рекреационной нагрузки на озера Чебаркуль.

Помимо этого, изучение рекреационной нагрузки включало поиск костровищ и свалок мусора в прибрежной зоне (на расстоянии 50 метров от кромки водного объекта).

Полученные данные были нанесены на оцифрованную карту озера Чебаркуль. Источник для оцифровки карт - компьютерная программа «Google Планета Земля».

3.2 Морфометрические параметры озера

В начале марта 2013 г. уровень вод был определен с помощью GPS-навигатора (319,5 м БС). Площадь озерного зеркала при данной отметке уреза воды составляет 18 км2, объем водной массы около 100 млн. м3, максимальная глубина составляет 12,5 м, средняя - 5,6 м.

3.3 Гидрофизические и гидрохимические параметры озера

Гидрофизические исследования

Прозрачность воды

В летне-осенний период прозрачность озера составляет от 0,9 до 3,8 метров в зависимости от места проведения исследования. Зимой прозрачность воды изменялась в пределах 3,5 -4,3 м.

Электропроводность воды

В зимний период (февраль-март) электропроводность в поверхностном слое воды в радиусе 50-100 метров от падения метеорита составляет 606-612 мкСм, в придонных горизонтах - 640-675 мкСм, достигая максимуму в районе метеоритной полыньи [5].

В летний период электропроводность воды в приповерхностном слое составляет порядка 537-546 мкСМ в зависимости от места исследования. В придонном слое в летнее время электропроводность составляет порядка 540 мкСМ. В месте падения метеорита в придонных слоях электропроводность составляет порядка 553-555 мкСм.

График 1

График 2



Повышенная электропроводность воды в зимний период в месте падения метеорита связана с повышенным содержанием химических элементов и соединений в воде вследствие механического воздействия метеорита на придонные отложения.

pH воды

Измерение рН при контроле качества природной и питьевой воды проводится практически повсеместно.

Зимой значения рН в поверхностном слое составляет порядка 8,17, в придонном слое - 7,69.

В летний период в поверхностном слое воды озера Чебаркуль рН составляет 8,73 - 8,92, с глубиной значение рН может уменьшается до 7,49.

Температура воды.

В ходе анализа данных, полученных в результате полевых исследований, был установлено следующее: температура воды в феврале 2013 года была теплее, чем в феврале 2014 года, не смотря на то, что толщина льда в 2014 году была больше.

Наибольшая разница температур наблюдается в придонном слоем воды (глубина 9м.) и составляет 0,70С.

Антропогенное воздействие в результате подъема метеорита оказало значительное воздействие на дно озера. Это привело к высвобождению биогенных веществ и к усилению деятельности микроорганизмов на дне озера, что привело к повышению температуры на дне озера.

Вынос биогенных веществ способствует цветению воду, что приводит к ухудшению качества вод, в том числе к ухудшению прозрачности вод озера.

Основные ионы, микроэлементы и минерализация воды.

Гидрохимические исследования показали, что по преобладающим ионам воды озера Чебаркуль относится к содовому классу группы магния, но местами воды сменяются с хлор-магниевого (IIIa) типа на сульфатно-натриевый (II) тип. Минерализация воды колеблется в пределах 387-500 мг/л в зависимости от сезона года и глубины.

В августе 2012 года содержание основный ионов составляло: SO4 - 31,9 мг/л, Cl - 49,9 мг/л.

Таблица 2 Состав основных ионов и минерализация вод озера Чебаркуль (мг/л)

	HCO3	SO4	Cl	Ca	Mg	Na+K	У ионов
02.2013	232	41,7	60,3	39,9	33,9	41,6	449,4 - 500

Жесткость воды

Жесткость воды не является постоянным показателем, что подтверждается нашими исследованиями. В августе 2012 года жесткость воды менялась как по акватории, так и по глубине, и составляла 3,9-4,0 мг-экв/дм3. В феврале 2013 года жесткость воды озера Чебаркуль в зависимости от глубины в месте падения метеорита составила 4,68-4,78 мг-экв/дм3.

График 3



Жесткость воды не превышает значений ПДК (ПДК 7,0 мг-экв/дм3). Озеро Чебаркуль имеет воды средней жесткости.

Микроэлементы

В отобранных пробах 16.02.2013 в месте падения метеорита по всей глубиной вертикали фоновое значение превысили лишь несколько элементов: Pb - по всей глубиной вертикали, и Mn - в придонных слоях воды (глубина 9 метров). ландшафт озерный минерализация вода

Таблица 3 Микроэлементы в месте падения метеорита 16.02.2013 г, мг/л.

Глубина	Fe общ	Cu	Zn	Cd	Pb	Mn	Ni
0,2 метра	0,01	0,0015	0,039	0,00	0,0081	0,025	0,0013
4 метра	0,01	0,0014	0,035	0,00	0,0054	0,027	0,0020
9 метров	0,02	0,0016	0,037	0,00	0,0066	0,887	0,0019

График 4

Небольшое превышение содержания Pb фона возможно как следствие влияния метеорита на придонные отложения озера Чебаркуль, так и антропогенным воздействием.

Содержание Mn в придонных слоях 16.02.2013 в месте падения метеорита составил 0,887 мг/л, что превышает ПДК в 8,87 раз. Это связано с механическим воздействием метеорита на придонные отложения вследствие падения в озеро Чебаркуль.

При анализе проб отобранных в летний период, повышенное содержание какого-либо микроэлемента не замечено.

Содержание микроэлементов, включая тяжелые металлы, в воде не являются постоянным, что подтверждается нашими анализами.

График 5

График 6

График 7



График 8

Как было сказано выше, содержание Mn 16 февраля 2013 года связано с механическим воздействием метеорита на придонные отложения. В августе 2013 года содержание Mn в придонных слоях также превышает фоновый показатель, но не превышает пределы ПДК. Вероятно содержание Mn выше фона является остаточным явлением механического воздействия метеорита на придонные отложения озера Чебаркуль.

20 августа 2014 года были отобраны последние контрольные пробы вод и проведен анализ Feобщ и Mn. Отбор проб проводился в двух точках: 1 - вблизи места падения метеорита, 2 - контрольная точка. В каждой точке отбирались по 2 пробы: одна - вблизи поверхности воды, вторая - в придонном слое воды.

Были получены следующие данные:

1. Mn по акватории практически не изменяется и составляет порядком 0,017 - 0,020 мг/л;

2. Feобщ так же мало изменяется по результатам полученных данных и составляет 0,02 - 0,03 мг/л в зависимости от пробы.

Динамика биогенных веществ

В ходе анализа результатов отобранных проб удалось подтвердить, что содержание Nмин. и Pобщ. не является постоянными величинами, что оно постоянно изменятся.

Изменение содержание Nмин. в водах по сезонам.

Изменение содержание Nмин. в водах по сезонам связано с изменением активности водной растительности и фитопланктона.

График 9

Зимой концентрация Nмин. увеличивается в связи с прекращением фотосинтезирующей деятельности водных растений и фитопланктона, а также в связи с гибелью и разложением водных растений и фитопланктона. Летом же наоборот, потребление Nмин. увеличивается, поэтому концентрация падает.

Изменение содержание Nмин. в водах по глубинам.

По глубинам также происходит изменение содержания Nмин. С увеличением глубины, как зимой, так и летом увеличивается содержания Nмин. в водах озера Чебаркуль.

График 10

В феврале 2013 года в приповерхностном слое воды концентрация Nмин. составила 0,551 мг/дм3, а на глубине 9 метров концентрация возросла до 0,744 мг/дм3.

Такое высокое содержание Nмин. в воде связано с его выходом из донных грунтов в результате их нарушения.

В августе 2013 года в приповерхностном слое воды концентрация Nмин. составила 0,2 мг/дм3, на глубине 9 метров - 0,272 мг/дм3.

График 11

Зимой такое отличие между глубинами в 0,193 мг/дм3 Nмин., а летом всего на 0,072 мг/дм3 Nмин.

График 12

Это объясняется тем, что летом, благодаря ветрам, воды озера хорошо перемешиваются, поэтому водная растительность и фитопланктон более равномерно потребляет Nмин. из всей толщи воды озера.

В августе 2014 года содержание Nмин. составляет порядком 0,032 мг/л - 0,034 мг/л по акватории озера. Если провести сравнение с этим же периодом предыдущего года, то можно отметить, что содержание Nмин. в 2014 году стало меньше.

Изменение содержание Pобщ. в водах озера.

Содержание Pобщ. в водах озера по сезонам практически не изменяется: от 0,014 до 0,017 мг/дм3 летом, зимой концентрация около 0,012 мг/дм3 в приповерхностном слое воды.

Однако зимой, с глубиной, содержание Pобщ. в воде изменяется: в приповерхностном слое воды содержание фосфора равняется 0,012 мг/дм3, а на глубине 9 метров - 0,088 мг/дм3. Такое резкое повышение концентрации Pобщ. с глубиной может быть как и естественным процессом, так и выходом Pобщ. из донных отложений вследствие воздействия метеорита на эти самые придонные толщи.

Летом с глубиной содержание Pобщ. в воде почти не изменяется: на поверхности концентрация изменяется от 0,014 до 0,017 мг/дм3, на глубине 9 метров концентрация составляет 0,015 мг/дм3.

Однако в августе 2013 года в месте падения метеорита на глубине 9 метров было установлено повышенное содержание Pобщ 0,64 мг/ дм3. Это является не типичным явлением для озера Чебаркуль. Возможно, это является следствием механического воздействия на придонные слои, в попытках найти метеорит.

Год спустя, в августе 2014 года в месте падения метеорита на глубине 9 метров содержание Pобщ составляло 0,009 мг/ дм3, а в поверхностном слое воды - 0,009 мг/ дм3. Это говорит о том, что с течением времени негативные воздействия на озеро прекращаются.

В мире существует тенденция, что при превышении пороговой концентрации Nмин. свыше 0,3 мг/ дм3, а Pобщ. свыше 0,01 мг/ дм3 в озере, образуются благоприятные условия для повышенного роста числа фитопланктона, в результате чего появляется такое неблагоприятное явление как «цветение воды». Для Nмин. превышение данного порогового значения наблюдается в зимние время, а летом почти достигает значения 0,3 мг/ дм3 (0,272 мг/дм3) в придонных слоях озера. Для Pобщ. превышение концентрации в 0,01 мг/ дм3 наблюдается на протяжении всего года примерно в 1,4-1,7 раз. В связи с вышеперечисленными особенностями содержания Nмин. и Pобщ. в водах озера Чебаркуль летом наблюдается «цветение воды». Если в дальнейшем концентрация Nмин. и Pобщ. в водах озера Чебаркуль будет увеличено, то «цветение воды» будет отмечаться не только во время сезонного цветения во второй половине лета, но во все остальные времена года, включая зиму, что негативно скажется на качестве вод озера Чебаркуль.

Органические вещества

В ходе изучения анализов отобранных проб за 2012-201 5 года было установлено:

1. Цветность воды изменяется как по сезонам, так и по глубинам. Наибольшая цветность воды была замечена летом 2012 года: по акватории она изменялась от 21,60 до 33,20 (при значениях ПДК 200), а по глубиной вертикали от 23,50 на поверхности до 66,10 у дна. Такая высокая цветность вод является следствием сложившихся погодных условий. В течение нескольких дней до отбора анализов стояла ветреная погода, в результате чего воды озера перемешались от поверхности до дна. Это подтверждается тем, что при измерении температуры воды по глубинной вертикали (до глубины около 9 метров), разница температуры на поверхности и на дне составляла всего лишь 0,60C (температура воды на поверхности - 18,60C, а на дне - 180C), то есть отсутствовал термоклин. В результате произошел дополнительных вынос веществ со дна озера, что и привело к повышению цветности.

Зимой 2013 года по данным анализов отмечается наименьшая цветность вод: от 80 на поверхности до 140 на глубине 9 метров.

Летом 2013 года цветность вод не значительно не изменяется как по акватории (от 120 до 170 на поверхности), так с глубиной (от 120 до 180 на глубине 9 метров). Данные значения не выходят за пределы ПДК.

В августе 2014 года цветность воды в поверхностном слое воды по акватории озера составила 10-120, с глубиной это значение возрастает до 140.

2. Содержание Feобщ. За все время наблюдений не выходило за пределы ПДК. Содержание Feобщ. в воде озера Чебаркуль изменялось от 0,001 мг/дм3 до 0,22 мг/дм3, при значениях ПДК до 0,3 мг/дм3.

3. Перманганатная окисляемость и Химическое потребление кислорода (ХПК).

Перманганатная окисляемость воды.

По полученным данным отобранных проб в феврале 2013 года нам стало известно, что перманганатная окисляемость в приповерхностных водах составила 8,6 мг О2/дм3 и уменьшалась с глубиной до 8 мг О2/дм3 на глубине 9 метров. При значениях ПДК 5,0-7,0 мг/дм3, это говорит о повышенной перманганатной окисляемости.

Химическое потребление кислорода (ХПК)

По данным анализа отобранных проб в феврале 2013 года установлено, что ХПК изменяется от 50,9 мг О2/дм3 в приповерхностном слое, до 33,1 мг О2/дм3 в придонном слое. Это говорит о том, что в приповерхностном слое повышенное содержание окисляемых органических и неорганических веществ, такая вода требует дополнительной очистки.

Соотношение ХПК к Перманганатной окисляемости воды

В научном мире имеется тенденция, что соотношении Перманганатной окисляемости к ХПК равном 0,4 (40 %) и более, то в этих водах имеет большое значение антропогенное воздействие. При анализе полученных данных установлено, что максимально большое соотношении Перманганатной окисляемости к ХПК равно 0,24 (24%) в придонных водах озера Чебаркуль в феврале 2013 года. Это говорит, что в данном случае не происходило существенного антропогенного воздействия.

3.4 Антропогенное воздействие на озеро Чебаркуль

Антропогенное воздействие на озеро Чебаркуль включает в себя следующие факторы:

1 - Рекреационная нагрузка на пляжи;

2 - базы отдыха;

3 - сточные воды;

4 - промышленное и любительское рыболовство;

5 - водозабор из озера 3,5-4 млн. м3/год;

6 - туристы и хозяйственная деятельность, связанная с обнаружением и подъемом метеорита.

В данной работе наиболее тщательно были рассмотрены следующие аспекты антропогенной нагрузки: рекреационная нагрузка на побережье озера Чебаркуль.

Рекреационная нагрузка на побережье озера Чебаркуль включает в себя анализ перегруженности пляжей и рекреационно-селитебное районирование побережья озера.

Рекреационная нагрузка на пляжи озера Чебаркуль

Изучения рекреационной нагрузки на пляжи озера Чебаркуль начались летом 2012 года.

Площадь городского оборудованного пляжа на 2012 год по нашим данным составляла 414 м2, длина береговой линии - около 35 метров. Площадь «дикого» пляжа - примерно 80 м2, длина береговой линии - около 25 метров.

В результате наблюдений удалось установить, что максимальная нагрузка приходилась на городской оборудованный пляж (как по количеству находящихся в воде, так и по количеству отдыхающих непосредственно на самом пляже). Максимальное количество единовременно зарегистрированных отдыхающих на пляже составило 86 человек, в то время как на «диком» пляже всего 7 человек. По количеству людей, находящихся в воде, также лидирует городской оборудованный пляж: на нем максимально единовременно зарегистрировано 43 человека, одновременно находящихся в воде, а на «диком» пляже - 6 человек.

При соотношении полученных данных к нормам получилось, что «дикий» пляж не превышает нормы по одновременному нахождению людей на пляже и в воде, в тоже время городской оборудованный пляж превышает допустимое одновременное нахождение отдыхающих на пляже в «пиковые» моменты (в выходные дни с 14.00 по 18.00). По нормам на каждого отдыхающего на пляже должно приходится не менее 8 м2 пляжа, однако это значение превышается: при площади пляжа в 414 м2 и одновременном нахождении на нем 86 отдыхающих, получается, что на каждого отдыхающего приходится всего 4,8 м2 пляжа, таким образом пляж испытывает перегрузку в «пиковые» моменты.

Анализ данных рекреационной нагрузки на пляжи показывает, что городской оборудованный пляж не всегда готов принять всех желающих при соблюдении нормативов. Так же, если учесть возможность повышенного интереса к озеру Чебаркуль со стороны туристов и ученых в связи с падением в него метеорита, необходимо предпринять меры по ликвидации возможной перегрузки пляжей.

Рекреационно-селитебное районирование побережья озера

В результате собранных материалов полевых исследований за 2012-2014 года, была составлена картосхема рекреационно-селитебного районирования побережья озера Чебаркуль.

Рис. 2 Рекреационно-селитебное районирование побережья озера Чебаркуль.

Данная картосхема показывает влияние природных ландшафтов на городскую застройку, на доступность подъездов к озеру и на месторасположение удобных пляжей. В частности:

Летом 2014 года в ходе полевых исследований была обследована водоохранная зона и прибрежная защитная полоса (50м зона от кромки воды) озера Чебаркуль, в результате чего были установлены следующие типы точечного антропогенного воздействия: костровища, ТБО, помывка машин и дома, находящиеся в пределах защитной полосы (фото в приложении ???). По результатам полевых исследований была составлена карта антропогенного воздействия на водоохранную зону озера Чебаркуль.



Рис. 3 Картосхема антропогенной нагрузки на побережье озера Чебаркуль.

Влияние падения метеорита

Метеорит, упавший в озеро Чебаркуль, имел небольшой размер, поэтому оказал локальное воздействие на озеро. Однако кроме воздействия самого метеорита, на озеро также значительное влияние оказали «охотники за метеоритами», водолазы и осенние работы по подъему метеорита из донных отложений [6].

Мониторинг водных масс озера в районе падения метеорита, продолжался с 16 февраля по август 2013 г.

Основные элементы загрязнения водной массы

К элементам загрязнения нами были отнесены химические соединения и элементы, содержания которых в воде превышало фоновый показатель.

В зимний период (зима 2013 года) в районе падения метеорита (в радиусе до 50 - 100 м) в придонных горизонтах были обнаружены высокие концентрации Mn (до 0,887 мг/дм3). Электропроводность в поверхностных горизонтах составляла 612 мкСм, в придонных 675 мкСМ.

Также зимние наблюдения позволили выявить существование загрязненной линзы воды размером примерно 50Ч50 м или чуть более, на глубинах от 8 - 8,5 м до дна (10,0±0,5м). Предположительно загрязнения вызваны падением множества мелких метеоритных частиц в районе полыньи и попытками их добычи «охотниками за метеоритами» с помощью магнитов с утяжелителями. Эти процессы способствовали разрыхлению и перемешиванию верхнего слоя донных отложений (более 0,5 м) и повышенному выносу биогенных веществ и марганца из донных грунтов в анаэробной обстановке. Загрязненная линза придонных вод прекратила свое существование после таяния льда в период весенней гомотермии [2].

В августе 2013года нами не обнаруживалось различий в концентрациях биогенных веществ в поверхностных и придонных слоях (Pобщ. на уровне 0,012 - 0,017 мг/дм3; Nмин. - 0,2 - 0,272 мг/ дм3), концентрации находились в пределах значений природного фона. Концентрации марганца не превышали 0,067 мг/ дм3.

Однако в августе 2014 года в придонных слоях непосредственно над кратером метеорита концентрация Pобщ. достигала 0,64 мг/ дм3, что абсолютно нетипично для летнего периода. Был сделан вывод о продолжающихся попытках достать метеоритное вещество с помощью магнитов, и, как следствие, продолжающемся механическом воздействии на донные отложения[6].

В целом воздействие метеорита на состав водных масс было минимальным, основные загрязняющие вещества - Pобщ. и Mn - поступали в водную среду со стороны донных отложений [6].

В феврале 2015 года был проведен отбор проб для проведения контрольных измерений. В отобранных пробах было обнаружено повышенное содержание азота минерального, по сравнению с пробами, отобранными в данном месте в 2013 и 2014 годах.

Повышенное содержание азота минерального и содержание остальных элементов в пределах нормы, говорит о том, что озеро стремится к восстановлению, но еще ощущается следы затухания, как падения самого метеорита, так и воздействие на донные грунты в процессе подъема части метеорита.

На не оконченный процесс восстановления так же указывает температурная вертикаль зимних вод озера Чебаркуль в месте падения: в 2014 году наблюдается наибольшая температура вод по сравнению с 2013 и 2015 годами; 2013 году температура воды минимальная по отношению к другим годам потому, что взмученные донные грунты своей работой еще не успели оказать какое-либо заметное воздействие; 2015 год показывает, что температура воды стремится к своему оптимуму - значению 2013 года.

Рекомендации по оптимизации режима водопользования озера Чебаркуль.



4. Педагогическая разработка

4.1 Общая характеристика озера

«Характеристика озера Чебаркуль»

В современное время, в связи с усилением экологической нагрузки, необходимо прививать экологическую культуру гражданам нашей страны. Чтобы экологическая культура плотно вошла в жизнь, необходимо начинать прививать экокультуру со школы.

Данная разработка направлена на работу школьников с природным объектом, ознакомление школьников с характеристикой определенного природного объекта и факторами загрязнения природных объектов. В качестве природного объекта выбран источник водоснабжения города - озеро Чебаркуль.

Цели:

1) Познакомить школьников с характеристикой природного объекта (озеро Чебаркуль);

2) Установить антропогенное влияние на природный объект (озеро Чебакурль);

3) Проведение досуговой деятельности школьников, и развитие их кругозора.

Задачи:

1) Разделение школьников на 3 группы, и раздача задания группам;

2) Сбор группами информации на местности;

3) Анализ полученных данных;

4) Установление антропогенного воздействия на природный предмет.

Актуальность. Для возраста учащихся, а именно12 - 16 лет данная дейтельность актуальна. Учащиеся уже имеют представление об экокультуре, чтобы это представление закрепилось и развивалось, необходимо закрепление на практике - проведение данной работы.

Форма проведения: исследовательская деятельность.

Возраст детей: 12 - 16 лет.

Место проведения: Прибрежная полоса озера Чебаркуль.

Продолжительность: 2 - 3 часа.

Оборудование: полевые дневники, определители растений, анемометр, термометры.

Подготовка мероприятия: подготовка плана работы, подготовка оборудования, подготовка материала.

Организационный момент: общий сбор, ознакомление и корректировка плана работы, общее ознакомление с природным объектом (характеристикой озера Чебаркуль [с. 11-16]), разделение на бригады, раздача задания, обучение пользованием оборудованием.

Содержание мероприятия:

1. Организационный момент:

Встреча со школьниками в кабинете в заранее оговоренное время.

Учитель знакомит учеников с планом работы, а также целями и задачами исследовательской деятельности.

Ребята разбиваются на 3 бригады и выбирают бригадного командира:

1 бригада занимается изучение растительности прибрежной зоны озера, 2 бригада занимается мониторингом погодных условий во время практической части (температура, влажность воздуха, облачность, скорость ветра), 3 бригада ведет сбор данных о количестве отдыхающих на берегу и в воде и наличии антропогенного воздействия на водоохранную зону озера (наличие мусора, костровищ, стоянка машин и др.).

Бригадный командир от каждой бригады получает индивидуальное задание для своей группы. Затем в зависимости от задания, группы изучают необходимое оборудование.

2. Практическая часть:

Учитель встречается со школьниками в кабинете в оговоренное заранее время со всем необходимым для полевых исследований, ученики берут необходимое оборудование в классе, затем все вместе направляются к городскому пляжу озера Чебаркуль.

На городском пляже каждая бригада выполняет поставленные задания.

Время на сбор данных, в зависимости от желания учеников, продуктивности работы и погодных условий, может колебаться от 2 до 3 часов.

По окончанию сбора данных ученики вместе с учителем возвращаются в школу, где проводится анализ собранного материала, и назначается дата проведения защиты отчета.

Подготовка и защита отчета.

По окончанию сбора и анализа материала, каждая бригада по отдельности предоставляет отчет в электронной форме (с примером отчета можно ознакомится в Приложении), а затем бригадиры составляют один общий отчет из отчетов каждой бригады (общий отчет сдается в электронной форме после защиты) отчета. В общем отчете пример прямого антропогенного воздействия на растительность прибрежной полосы, а также влияния погодных условий на силу антропогенного воздействия. Остальные ученики подготавливают стенгазету.

На подготовку отчетов и стенгазеты дает срок от 1 до 4 недель.

По окончанию срока на подготовку, в назначенный заранее день, проводится мини-конференция (или чаепитие). На мини-конференции могут присутствовать администрация школы, классный руководитель, родителя учеников, а также все заинтересованные ученики.

Защита общего отчета проводится одним учеником, либо по представителю от бригады. По окончанию защиты проводится показ стенгазеты по итогам исследовательской деятельности, во время которой все желающие ученики могут высказать свое мнение.

Результат (итог) исследовательской деятельности.

Итогом исследовательской деятельности является развитие экологического мышления учеников, развитие навыков групповой работы, проведение досуговой деятельности.



Заключение

По результатам проведенных исследований сделаны следующие выводы о состоянии озера Чебаркуль были установлены особенности современного гидрохимического и гидрофизического состояния вод озера, а также установлены последствия влияния падения метеорита на состояние водных масс озера.

1. Озеро Чебаркуль относится к содовому классу группы магния, но местами воды сменяются с хлор-магниевого (IIIa) типа на сульфатно-натриевый (II) тип. Минерализация воды колеблется в пределах 387-500 мг/л в зависимости от сезона года и глубины. Фоновые значения основных ионов и микроэлементов не превышают значения ПДК;

2. Падение метеорита привело зимой 2013 к повышенному содержанию Mn (до 0,887 мг/дм3) в придонных водах. Воздействие на придонные отложения во время падения и подъема метеорита привело к перемешиванию отложений и высвобождению N и P, что привело к повышению температуры воды в зимний период 2014 года на 0,70С в придонных водах. К лету 2014 года все показатели не отличались от фоновых;

3. Основные виды хозяйственного использования - водозабор, промышленное и любительское рыболовство, рекреация;

4. Проведено рекреационно-селитебное районирование побережья озера, установлена антропогенная нагрузка на побережье озера Чебаркуль. Анализ рекреационной нагрузки на пляжи показал, что городской оборудованный пляж не может принять всех желающих в «пиковые» моменты (в выходные дни с 14.00 по 18.00). На одного отдыхающего приходилось в среднем по 4,8 м2 пляжа, вместо положенных 8 м2 пляжа;

5. Современное гидро-экологическое состояние озера Чебаркуль является относительно удовлетворительным. Озеро Чебаркуль обладает водами 3 класса качества, характеристика качества «умеренно-загрязненная». В значительной части это связано с не оптимальным режимом водопользования озера и сильным антропогенным воздействием на озеро и прибрежную полосу;

6. Подготовлены рекомендации по оптимизации антропогенной нагрузки на озеро Чебаркуль

По итогу решения поставленных задач были составлены рекомендации по оптимизации режима водопользования озера Чебаркуль.

1. На современном этапе озеро Чебаркуль обладает водами 3 класса качества, характеристика качества «загрязненная»;

2. Озеро испытывает антропогенную нагрузку, которую необходимо ограничить, иначе в дальнейшем ждет ухудшение качеств вод озера, в том числе питьевых;

3. Последствие падения метеорита оказало локальное воздействие на озеро (повышенное содержание Feобщ.в июне 2013 года);

4. Антропогенное воздействие в результате подъема части метеорита привело к поступлению Mn и Pобщ. из нарушенных донных отложений;

...