aariПроблемы Арктики и АнтарктикиArctic and Antarctic Research0555-26482618-6713Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт10.30758/0555-2648-2024-70-1-46-70aari-592Research ArticleГИДРОЛОГИЯ СУШИ И ГИДРОХИМИЯHYDROLOGY OF LAND AND HYDROCHEMISTRYАдаптация озер полуострова Файлдс (о. Кинг Джордж, Восточная Антарктида) к климатическим изменениям и антропогенному воздействиюAdaptation of Fildes Peninsula Lakes (King George Island, East Antarctica) to climate change and anthropogenic impactshttps://orcid.org/0000-0001-5370-427XФёдороваИ. В.FedorovaI. V.

Санкт-Петербург

Текущий адрес: Институт Ботаники им. А.Л. Тахтаджяна Национальной академии наук Республики Армении, Ереван, Армения

Irina V. Fedorova

 St. Petersburg

Present Address: Institute of Botany after A.L. Takhtajyan National Academia of Sciences of the Republic of Armenia, Erevan, Armenia

i.fedorova@botany.amhttps://orcid.org/0000-0003-4463-4024ЧерноваЕ. С.ChernovaE. S.

Санкт-Петербург

Elizaveta S. Chernova

St. Petersburg

https://orcid.org/0000-0002-2758-7361ЕвграфоваС. Ю.EvgrafovaS. Yu.

Красноярск

Svetlana Yu. Evgrafova

Krasnoyarsk

 

 

https://orcid.org/0000-0002-8296-6882КадуцкийВ. К.KadutzkiiV. K.

Красноярск

Valeriy K. Kadutzkii

Krasnoyarsk

https://orcid.org/0000-0001-8721-2142ПрокушкинА. С.ProkushkinA. S.

Красноярск

Anatoly S. Prokushkin

Krasnoyarsk

https://orcid.org/0000-0002-6373-0639СидоринаИ. Е.SidorinaI. E.

Санкт-Петербург

Inessa E. Sidorina

St. Petersburg

Санкт-Петербургский государственный университетРоссияSaint Petersburg State UniversityRussian FederationИнститут леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр» СО РАНРоссияSukachev Institute of Forest Siberian Branch of Russian Academia of Sciences, Federal Research Center Krasnoyarsk Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation2024310320247014670Copyright © Фёдорова И.В., Чернова Е.С., Евграфова С.Ю., Кадуцкий В.К., Прокушкин А.С., Сидорина И.Е., 20242024Фёдорова И.В., Чернова Е.С., Евграфова С.Ю., Кадуцкий В.К., Прокушкин А.С., Сидорина И.Е.Fedorova I.V., Chernova E.S., Evgrafova S.Y., Kadutzkii V.K., Prokushkin A.S., Sidorina I.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.aaresearch.science/jour/article/view/592

В последнее время возрастает нагрузка на оазисы Антарктиды, что ведет к увеличению нагрузки на водные экосистемы озер и водотоков оазисов на фоне потепления климата и таяния краевой части ледника. В данной работе приведены результаты изучения водных экосистем озер полуострова Файлдс (о. Кинг Джордж) в летний период в январе–феврале 2020 г. Помимо результатов гидрологических и гидрохимических исследований представлены данные измерений самоочищающей способности репрезентативных водоемов оазиса и потоков парниковых газов с поверхности озер. Наиболее полноводными являются водотоки, вытекающие с ледника. Озера имеют чаще всего нейтральную реакцию среды; хорошо аэрированы; концентрация биогенных элементов в воде имеет значительные амплитуды; большинство озер по своему гидрохимическому составу относятся к хлоридно-натриевым водам II типа. Оценка самоочищающей способности озер показала способность водоемов в целом справляться с внешними (природными) нагрузками на экосистемы, но не во всех случаях. Отмечается эвтрофирование озер и долин ручьев. В большинстве водотоков и водоемов происходит поглощение углекислого газа (СО2), в некоторых также метана (СН4). Однако для СН4 в основном характерна эмиссия с поверхности водоемов. Полученные результаты позволяют судить об определенной устойчивости озер к климатическим изменениям, но уже можно говорить о том, что пресноводные экосистемы оазиса испытывают значительную антропогенную нагрузку.

The load on the Antarctic oases has been recently increasing, with intensive research carried out by various countries and ecological tourism developing. This leads to an increase in the impact on the aquatic ecosystems of the lakes and streams in addition to the warming climate and glacier melting. This paper presents findings from a study of the Fildes Peninsula (King George Island) lakes’ aquatic ecosystems in the summer period of January–February 2020. In addition to results of hydrological and hydrochemical studies, the paper provides data from measurements of the self-cleaning ability of representative oasis lakes, as well as greenhouse gas fluxes from the lakes surface. The water level of the streams decreased 5 times over the summer season, and the water discharge — 10 times. The streams flowing from the glacier have the fullest water. The lakes have a neutral reaction, sometimes weakly alkaline; they are well aerated: the average value of dissolved oxygen in water is 85 %, occasionally supersaturation of up to 137% was observed. The concentration of nutrients in the water has amplitudes that are considerable for Antarctic oases lakes. A significant correlation can only be observed between nitrates and phosphates, and also between the water turbidity and the nutrients’ concentration. Maximum turbidity is observed in lakes with abundant content of bacterial mats. Most of the lakes have hydrochemical type II sodium chloride waters. The assessment of the lake self-cleaning ability using the ratio of destruction and organic matter production showed the general ability of ecosystems to cope with external (natural) pressures on ecosystems, but not in all cases. Eutrophication of the lakes and stream valleys is also noted. Carbon dioxide (CO2) absorption was observed in most of the streams and lakes, in some of them — methane (CH4) absorption as well. However, CH4 is generally emitted from the surface of the lakes. The largest values are recorded for small lakes located on glacial moraines and in places where ornithosoils are present. The agreement of the findings from the hydroecological studies of the Fildes peninsula lakes with those presented earlier by other authors makes it possible to conclude that there is a certain resistance of the lakes to climatic changes, but one can already talk about a significant anthropogenic impact on the freshwater oasis ecosystems.

антарктические оазисыгидрологиягидрохимияозерао. Кинг Джорджпарниковые газыполуостров ФайлдсAntarctic oasesFildes peninsulagreenhouse gaseshydrochemistryhydrologyKing George IslandlakesРезультаты анализа данных использованы для выполнения гранта Российского научного фонда (РНФ № 23-27-00201 «Создание электронного атласа озер антарктических оазисов»). Анализ потоков метана проведен при поддержке гранта РНФ № 21-17-00163.The results of the data analysis were used to the grant report of the Russian Scientific Foundation (RSF No. 23-27-00201 “Creation of an electronic atlas of Antarctic oases lakes”). Methane flux was analyzed within grant RSF No. 21-17-00163.ReferencesBargagli R. Atmospheric chemistry of mercury in Antarctica and the role of cryptogams to assess deposition patterns in coastal ice-free areas. Chemosphere. 2016;163:202–208. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.08.007Bargagli R. Atmospheric chemistry of mercury in Antarctica and the role of cryptogams to assess deposition patterns in coastal ice-free areas. Chemosphere. 2016;163:202–208. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.08.007Скороспехова Т.В., Федорова И.В., Четверова А.А., Алексеева Н.К., Веркулич С.Р., Ёжиков И.С., Козачек А.В. Особенности гидрохимического режима водных объектов полуострова Файлдс (о. Кинг Джордж, Западная Антарктика). Проблемы Арктики и Антарктики. 2016;(2):79–91.Skorospekhova T.V., Fedorova I.V., Chetverova A.A., Alekseeva N.K., Verkulich S.R., Yozhikov I.S., Kozachek A.V. Features of the hydrochemical regime of water bodies of the Files Peninsula (King George Island, West Antarctica). Problemy Arktiki i Antarktiki = Problems of Arctic and Antarctic. 2016;(2):79–91. (In Russ.).Симонов И.М. Оазисы восточной Антарктиды. Л.: Гидрометеоиздат; 1971. 176 с.Симонов И.М. Оазисы восточной Антарктиды. Л.: Гидрометеоиздат; 1971. 176 с.Convey P., Chown S.L., Clarke A., Barnes D.K.A., Bokhorst S., Cummings V., Ducklow H.W., Frati F., Green T.G., Gordon S., Griffiths H.J., Howard-Williams C., Huiskes A.H.L., LaybournParry J., Lyons W.B., Mcminn A., Morley S.A., Peck L.S., Quesada A., Robinson S.A., Schiaparelli S., Wall D.H. The spatial structure of Antarctic biodiversity. Ecological Monographs. 2014;84(2):203–244.Convey P., Chown S.L., Clarke A., Barnes D.K.A., Bokhorst S., Cummings V., Ducklow H.W., Frati F., Green T.G., Gordon S., Griffiths H.J., Howard-Williams C., Huiskes A.H.L., LaybournParry J., Lyons W.B., Mcminn A., Morley S.A., Peck L.S., Quesada A., Robinson S.A., Schiaparelli S., Wall D.H. The spatial structure of Antarctic biodiversity. Ecological Monographs. 2014;84(2):203–244.Laybourn-Parry J., Pearce D. A. The biodiversity and ecology of Antarctic lakes: models for evolution. Phil. Trans. R. Soc. B. 2007;362:2273–2289.Laybourn-Parry J., Pearce D. A. The biodiversity and ecology of Antarctic lakes: models for evolution. Phil. Trans. R. Soc. B. 2007;362:2273–2289.Laybourn-Parry J., Wadham J.L. Antarctic Lakes. Oxford University Press; 2014. https://doi. org/10.1093/acprof:oso/9780199670499.001.0001Laybourn-Parry J., Wadham J.L. Antarctic Lakes. Oxford University Press; 2014. https://doi. org/10.1093/acprof:oso/9780199670499.001.0001Kavan J., Nedbalova L., Nyvlt D., Tomas Č.E., Juan M.L. Status and short-term environmental changes of lakes in the area of Devil’s Bay, Vega Island, Antarctic Peninsula. Antarctic Science. 2021;33(2):150–164. https://doi.org/10.1017/S0954102020000504Kavan J., Nedbalova L., Nyvlt D., Tomas Č.E., Juan M.L. Status and short-term environmental changes of lakes in the area of Devil’s Bay, Vega Island, Antarctic Peninsula. Antarctic Science. 2021;33(2):150–164. https://doi.org/10.1017/S0954102020000504Сократова И.Н. Антарктические оазисы. История и результаты исследований. СПб.: ААНИИ; 2010. 274 c.Сократова И.Н. Антарктические оазисы. История и результаты исследований. СПб.: ААНИИ; 2010. 274 c.Onishchuk N.A., Golobоkova L.P., Vershinin K.E., Zhuchenko N.A. Hydrochemical composition of glacial lakes on inshore Russian Antarctic stations. Geochemistry. 2020; 80(3):125591. https:// doi.org/10.1016/j.chemer.2019.125591Onishchuk N.A., Golobоkova L.P., Vershinin K.E., Zhuchenko N.A. Hydrochemical composition of glacial lakes on inshore Russian Antarctic stations. Geochemistry. 2020; 80(3):125591. https:// doi.org/10.1016/j.chemer.2019.125591Magesh N.S., Botsa S.M., Dessai S., Mestry M., Leitao T.D.L., Tiwari A. Hydrogeochemistry of the deglaciated lacustrine systems in Antarctica: Potential impact of marine aerosols and rockwater interactions. Science of the Total Environment. 2020;706:135822. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.135822Magesh N.S., Botsa S.M., Dessai S., Mestry M., Leitao T.D.L., Tiwari A. Hydrogeochemistry of the deglaciated lacustrine systems in Antarctica: Potential impact of marine aerosols and rockwater interactions. Science of the Total Environment. 2020;706:135822. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.135822Какарека С.В., Кухарчик Т.И., Кокош Ю.Г., Саливончик С.В., Кудревич М.А., ГигинякЮ.Г., Мямин В.Е., Лукашанец Д.А. Пространственные особенности химического состава снежного покрова Холмов Тала, Восточная Антарктида. Проблемы Арктики и Антарктики. 2021;67(1):28–43. https://doi.org/10.30758/0555-2648-2021-67-1-28-43Kakareka S.V., Kukharchyk T.I., KokoshYu.G., Salivonchyk S.V., Kudrevich M.A., GiginyakY.G., Myamin V.E., Lukashanets D.A. Spatial features of the chemical composition of Thala Hills surface snow, East Antarctica. Arctic and Antarctic Research. 2021;67(1):28–43. (In Russ.). https://doi.org/10.30758/0555-2648-2021-67-1-28-43Shevnina E., Kourzeneva E. Thermal regime and components of water balance of lakes in Antarctica at the Fildes peninsula and the Larsemann Hills. Tellus A: Dynamic Meteorology and Oceanography. 2017;69(1):1317202. https://doi.org/10.1080/16000870.2017.1317202Shevnina E., Kourzeneva E. Thermal regime and components of water balance of lakes in Antarctica at the Fildes peninsula and the Larsemann Hills. Tellus A: Dynamic Meteorology and Oceanography. 2017;69(1):1317202. https://doi.org/10.1080/16000870.2017.1317202Веркулич С.Р. Изменения климата, уровня моря и оледенения в краевой зоне Антарктиды в течение последних 50 тысяч лет. Криосфера Земли. 2022;26(2): 3–24. https://doi.org/10.15372/KZ20220201Verkulich S.R. Changes in climate, sea level and glaciation in the regional zone of Antarctica over the past 50 thousand years. Kriosphera Zemli = Earth’s Cryosphere. 2022;26(2):3–19. https://doi.org/10.15372/KZ20220201Carrizo D., Sánchez-García L., Javier M.R., García-Rodríguez F. Discriminating sources and preservation of organic matter in surface sediments from five Antarctic lakes in the Fildes Peninsula (King George Island) by lipid biomarkers and compound-specific isotopic analysis. Science of the Total Environment. 2019;672:657–668. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.03.459Carrizo D., Sánchez-García L., Javier M.R., García-Rodríguez F. Discriminating sources and preservation of organic matter in surface sediments from five Antarctic lakes in the Fildes Peninsula (King George Island) by lipid biomarkers and compound-specific isotopic analysis. Science of the Total Environment. 2019;672:657–668. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.03.459Nabokin M. Faunistic analysis of freshwater zooplankton in small rock pools of Maritime Antarctica. Ukrainian Antarctic Journal. 2022;20(1):113–124. https://doi.org/10.33275/1727-7485.1.2022.694Nabokin M. Faunistic analysis of freshwater zooplankton in small rock pools of Maritime Antarctica. Ukrainian Antarctic Journal. 2022;20(1):113–124. https://doi.org/10.33275/1727-7485.1.2022.694Vincent W.F., Laybourn-Parry J. Polar lakes and rivers — limnology of Arctic and Antarctic aquatic ecosystems. Oxford University Press; 2008. 346 p.Vincent W.F., Laybourn-Parry J. Polar lakes and rivers — limnology of Arctic and Antarctic aquatic ecosystems. Oxford University Press; 2008. 346 p.Нигаматзянова Г.Р., Федорова И.В., Духова Л.А. Результаты мониторинга зоопланктонных сообществ пресноводных озер оазиса Холмы Ларсеманн (Восточная Антарктида). Современные тенденции развития науки и технологий. 2015;8(1):56–65.Nigamatzyanova G.R., Fedorova I.V., Dukhova L.A. Results of Monitoring the Zooplankton Communities of Freshwater Lakes Oasis of Larsemann Hills (East Antarctica). Sovremennye tendenzii razvitiya nauki i tehnologiy= Current trends in the development of science and technology. 2015;8(1):56–65. (In Russ.).Burdo A., Nikitina V., Abakumov E. Algae of terrestrial biotopes near the Russian Antarctic scientific station Bellingshausen, King George Island. Biological Communications. 2019;64(3):189–200. https://doi.org/10.21638/spbu03.2019.303Burdo A., Nikitina V., Abakumov E. Algae of terrestrial biotopes near the Russian Antarctic scientific station Bellingshausen, King George Island. Biological Communications. 2019;64(3):189–200. https://doi.org/10.21638/spbu03.2019.303Поважный В.В. Гидробиологические наблюдения на станции Беллинсгаузен в период работы 52-й РАЭ. Проблемы Арктики и Антарктики. 2009;3(83):49–63.Povazhny V.V. Hydrobiological observations at the Bellingshausen station during the operation of the 52nd RAE. Problemy Arktiki I Antarktiki = Problems of Arctic and Antarctic. 2009;3(83):49–63. (In Russ.).Gregorich E.G., Hopkins D.W., Elberling B., Sparrow A.D., Novis P., Greenfield L.G., Rochette P. Emission of CO, CH4 and N2 O from lakeshore soils in an Antarctic dry valley. Soil Biology & Biochemistry. 2006; 38:3120–3129. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2006.01.015Gregorich E.G., Hopkins D.W., Elberling B., Sparrow A.D., Novis P., Greenfield L.G., Rochette P. Emission of CO, CH4 and N2 O from lakeshore soils in an Antarctic dry valley. Soil Biology & Biochemistry. 2006; 38:3120–3129. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2006.01.015Roldán D.M., Carrizo D., Sánchez-García L., Menes R.J. Diversity and effect of increasing temperature on the activity of methanotrophs in sediments of Fildes Peninsula Freshwater Lakes, King George Island, Antarctica. Front. Microbiol. 2022;13:822552. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.822552Roldán D.M., Carrizo D., Sánchez-García L., Menes R.J. Diversity and effect of increasing temperature on the activity of methanotrophs in sediments of Fildes Peninsula Freshwater Lakes, King George Island, Antarctica. Front. Microbiol. 2022;13:822552. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.822552Thalasso F., Sepulveda-Jauregui A., Cabrol L., Lavergne C., Olgun N., Martinez-Cruz K., Aguilar-Muñoz P., Calle N., Mansilla A., Astorga-España M.S. Methane and carbon dioxide cycles in lakes of the King George Island, maritime Antarctica. Science of the Total Environment. 2022;848:157485. http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.157485Thalasso F., Sepulveda-Jauregui A., Cabrol L., Lavergne C., Olgun N., Martinez-Cruz K., Aguilar-Muñoz P., Calle N., Mansilla A., Astorga-España M.S. Methane and carbon dioxide cycles in lakes of the King George Island, maritime Antarctica. Science of the Total Environment. 2022;848:157485. http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.157485Короткевич Е.С. Полярные пустыни. Л.: Гидрометеоиздат; 1972. 420 с.Короткевич Е.С. Полярные пустыни. Л.: Гидрометеоиздат; 1972. 420 с.SCAR Composite Gazetteer of Antarctica. Available at: https://data.aad.gov.au/aadc/gaz/scar/ (accessed: 12.03.2024).SCAR Composite Gazetteer of Antarctica. Available at: https://data.aad.gov.au/aadc/gaz/scar/ (accessed: 12.03.2024).Bidigare R.R., Ondrusek M.E., Kennicutt M.C. II, Iturriaga R., Harvey H.R., Hoham R.W., Macko S.A. Evidence for a photoprotective function for secondary carotenoids of snow algae. J. Phycol. 1993;29(4):427–434. https://doi.org/10.1111/j.1529-8817.1993.tb00143.xBidigare R.R., Ondrusek M.E., Kennicutt M.C. II, Iturriaga R., Harvey H.R., Hoham R.W., Macko S.A. Evidence for a photoprotective function for secondary carotenoids of snow algae. J. Phycol. 1993;29(4):427–434. https://doi.org/10.1111/j.1529-8817.1993.tb00143.xДмитриев В.В., Боброва О.Н., Грачева И.В., Колодкин П.А., Примак Е.А., Седова С.А., Четверова А.А. Мониторинг и моделирование продукционно-деструкционных отношений в водных экосистемах. Успехи современного естествознания. 2019;(1): 82–87.Dmitriev V.V., Bobrova O.N., Gracheva I.V., Kolodkin P.A., Primak E.A., Sedova S.A., Chetverova A.A. Monitoring and modeling of production and destruction relations in aquatic ecosystems. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya = Successes in modern natural science. 2019;(1):82–87. (In Russ.)Алекин О.А. Основы гидрохимии. Л.: Гидрометеорологическое издательство; 1970. 444 с.Алекин О.А. Основы гидрохимии. Л.: Гидрометеорологическое издательство; 1970. 444 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.