Байкальский синдром

Байкал – неповторимая по красоте и значимости природная территория, но одновременно это и запутанный клубок острейших экологических, социальных, экономических проблем и вызовов. Как сохранить целостность уникальных природных ландшафтов и экосистем, при этом создать комфортные условия для проживания местного населения и поддержать современные тренды экономического роста – нетривиальная задача со множеством неизвестных. Для оптимального решения требуется фундаментальная научная основа. Пока в наших знаниях о великом озере много пробелов, которые необходимо восполнить: нужно всесторонне оценить актуальное состояние байкальской экосистемы, раскрыть влияющие на нее факторы, определить реальные риски и тенденции. К сожалению, за последние годы многие мониторинговые программы на Байкале были свернуты. К счастью – появляются новые.

Концентрации фосфора в воде озера Байкал в августе-сентябре 2021 года.

Одним из самых масштабных исследований последнего времени стала независимая экспедиция экологического мониторинга, которую с 2019 года под эгидой компании En+ Group проводили специалисты ведущих научных и академических институтов страны. Научные исследования стали возможны благодаря поддержке основателя компании Олега Дерипаски, который уделяет особое внимание сохранению Байкала. В 2021 году в экспедиции участвовали ученые из МГУ им. М.В. Ломоносова (Москва), Института проблем экологии эволюции им. Северцова РАН (Москва), Сибирского федерального университета (Красноярск), Иркутского государственного университета (Иркутск), Московского физико-технического института (Москва), Института озероведения РАН (Санкт-Петербург) и Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения РАН (Новосибирск).

«Для оценки экологических рисков, прогнозирования и дальнейшего принятия решений, затрагивающих судьбу озера Байкал, необходимо иметь понимание реальной экологической ситуации, – подчеркнул руководитель экспедиции, старший научный сотрудник факультета биологии МГУ, кандидат биологических наук Михаил Колобов. – Наши исследования нацелены на выявление и изучение основных угроз экосистемам озера Байкал. Направления исследований включают оценку содержания тяжелых металлов, а также биогенных элементов в воде, загрязнения пластиком и микропластиком. Изучение изменений в экосистеме озера в ответ на антропогенное воздействие также является одной из главных целей».

Программа объединила исследования в областях экологии, геофизики, молекулярной биологии и генетики, гидрохимии и гидробиологии. Аналитические работы проведены непосредственно на местах отбора проб и в самых современных лабораториях России. Цель этих комплексных наблюдений – получение данных о реальной экологической ситуации на Байкале и реках Селенга и Ангара, выявление и ранжирование существующих угроз экологическому благополучию озера и оценка их потенциальных источников. Основное внимание было сосредоточено на районах, наиболее подверженных антропогенной нагрузке, а также главному притоку Байкала – реке Селенга.

Ученые отнесли к основным действующим угрозам прибрежной экосистеме Байкала несколько опасных процессов. Прежде всего с водами реки Селенга в озеро попадают повышенные концентрации фосфорсодержащих соединений и тяжелых металлов. В районе прибрежных населенных пунктов в акваторию вместе с грунтовыми водами скрытно поступают азотсодержащие вещества. Озеро также загрязняется пластиком и микропластиком.

Схема накопления и попадания биогенных веществ в прибрежные воды в районе населенных пунктов.

«Вследствие окончания маловодного периода на Байкале происходит увеличенный сток воды с водосборного бассейна, – рассказал Михаил Колобов (см. «НГ» от 23.11.21). – Это приводит не только к повышению уровня воды в Селенге и Байкале, но и смыву в озеро биогенных веществ. По прошествии трех лет концентрация нитратов и фосфатов в прибрежной зоне возросла в 7–10 раз. Причем пропорция сдвинулась в сторону фосфорсодержащих веществ».

Монгольское нашествие

Крупнейший источник угроз для байкальской экосистемы – главный приток озера река Селенга, протекающая большей частью по территории Монголии. В ее трансграничном бассейне сосредоточено большое количество промышленных, сельскохозяйственных, перерабатывающих и горнодобывающих предприятий, населенных пунктов и городов. Регионы, расположенные на водосборной площади, активно развиваются – как следствие, растет водопотребление и объем сточных вод. «По результатам наших исследований реки Селенги отмечено, что «хвосты» вредных веществ тянутся на десятки километров, достигают высоких концентраций еще до Улан-Удэ и скорее всего пересекают границу нашей страны», – сообщил Михаил Колобов.

Экспедиция с высокой степенью вероятности установила, что именно этим путем Байкал масштабно загрязняется соединениями фосфора. Ученым удалось опровергнуть распространенное мнение, что основным источником этого химического элемента в озере являются стиральные порошки и другие моющие средства. Если бы это было так, концентрации фосфора были бы зафиксированы непосредственно вдоль побережья. Однако они оказались ничтожно малы по сравнению с показателями Селенги.

Цветение воды в районе поселка Большое Голоустное.

Еще одну проблему составляет поступление в озеро с водами Селенги тяжелых металлов в концентрациях, кратно превышающих предельно допустимые значения. В том числе меди, цинка, железа, кадмия, марганца. Эти элементы оказывают выраженное токсическое воздействие на флору и фауну дельты Селенги. Устье реки должно выполнять роль биофильтра, удерживающего часть загрязнений от попадания в Байкал и перерабатывающего их с помощью биоты. Но в результате мощного удара тяжелыми металлами эта функция в полной мере не выполняется.

Концентрации тяжелых металлов опять же имеют высокие значения в Селенге еще до Улан-Удэ, что снова указывает на монгольскую территорию как на источник загрязнения. Под подозрением – горнодобывающие предприятия, где ведется добыча золота, железной и медно-молибденовой руды открытым способом, а также затопленные и размытые в полноводный период грунты, богатые минералами.

Кроме того, в 2021 году экспедиция провела исследование экологии гаммарусов – мелких ракообразных, являющихся основной пищей для большинства рыб и важным компонентом экосистемы дельты Селенги. Ранее эти ракообразные встречались в дельте в огромном количестве. Однако около 10 лет назад отмечено резкое уменьшение их численности, которая до сих пор не восстановилась.

В поисках причины ученые использовали биосенсоры – искусственно выведенные бактерии с модифицированным геномом, которые начинают светиться под воздействием того или иного негативного фактора, вызывающего поражение клеток. Результат оказался неприятным: в частности, у гаммарусов обнаружено алкилирование ДНК, что подразумевает изменение ДНК организма незаметно для его клеточных систем защиты. Такую модификацию ДНК могут производить так называемые вещества-супермутагены, обладающие очень высокой мутагенной активностью и являющиеся сильнейшими канцерогенами.

Полученные данные еще требуют дополнительного подтверждения, но если результаты подтвердятся, встанет вопрос о том, что именно убивает гаммарусов. Наиболее вероятные загрязнители – алкилбензолсульфонаты, которые используются как красители в текстильной и лакокрасочной промышленности, пестициды в агропромышленности, средства для борьбы с сорняками и вредителями, а также в средствах для мойки строительной техники.

В окружающей среде пластик не разлагается, а постепенно распадается на мелкие фрагменты – микропластик.  Фото и иллюстрации © Независимая экспедиция экологического мониторинга озера Байкал

Некоторые последствия антропогенного давления на экосистему Байкала можно наблюдать невооруженным глазом: печально известными стали массовое цветение планктонных водорослей («зеленые приливы») и размножение нитчатой водоросли спирогиры. Их подкармливают продукты жизнедеятельности человека, попадающие в озеро. Ученые выдвинули гипотезу: при отсутствии в населенных пунктах очистных сооружений они накапливаются в грунте и постепенно высачиваются в Байкал с грунтовыми водами на глубинах 3–5 м. Результаты исследований полностью это подтвердили.

«Выявлено значительное загрязнение грунтовых вод под населенными пунктами на побережье озера канализационными стоками на глубинах до 100 м. В частности, содержание нитратов достигало 200 мг/л, что очень много. Предельно допустимая концентрация для питьевой воды 50 мг/л», – отметил Михаил Колобов.

Члены экспедиции взяли пробы воды в скважинах с глубинами водоносных слоев от 5 до 100 м. Во всех образцах были значительно повышены концентрации биогенных веществ. В отдельных случаях в воде присутствовали не только маркеры фекальных стоков – аммоний, нитриты, нитраты, фосфаты, но и фосфонаты и неионгогенные поверхностно-активные вещества (ПАВ) – они входят в состав стиральных порошков и являются признаком хозяйственно-бытовой деятельности человека.

Накопление канализационных стоков под населенными пунктами происходит на глубинах до 100 м – практически до скальных пород. Температура грунтовых вод очень низка в течение всего года, изменяясь от 0,1–3 до 4–7 градусов Цельсия с наибольшей амплитудой в 3–4 градуса на глубине до 4–6 м. Таким образом, говорить о сколько-нибудь заметных процессах биологического очищения грунтовых вод от органических соединений не приходится. Наоборот – происходит многолетняя криоконсервация сточных вод. Неутешительный вывод заключается в том, что даже после строительства во всех прибрежных населенных пунктах Байкала очистных сооружений или индивидуальных септиков уже накопленные биогенные вещества еще долго будут просачиваться в озеро.

Самое неприятное то, что в зонах накопления бытовых стоков в грунтах население производит набор питьевой воды через собственные скважины. Анализы 29 проб, забранных из таких колодцев в населенных пунктах Максимиха, Гремячинск, Грячинск, Выдрино, Листвянка, Хужир, Большое Голоустное, показали значительное превышение фоновых концентраций по веществам-маркерам канализационного стока – соединениям азота. Вряд ли такие скважины можно назвать «питьевыми» – по сути, в них находятся плохо очищенные канализационные стоки.

Пластмассовый мир победил

Еще один маркером загрязнения Байкала в результате человеческой деятельности является пластик. Попадая в окружающую среду, он не разлагается, а постепенно распадается на все более и более мелкие кусочки, формируя микропластик с сохранением молекулярной структуры. Такие кусочки бывают размером от 5 мм до микрометра. Они образовываются из разрушающихся в окружающей среде пакетов, бутылок, пластмассовой упаковки, автомобильных шин, а также смыва в канализацию микроволокон после каждой стирки синтетической одежды.

Экспедиционные исследования позволили оценить загрязнение прибрежных вод Байкала частицами микропластика. Всего было отобрано 36 проб. Преобладающим типом частиц во всех местах отбора оказались волокна, на втором месте – фрагменты. Наибольшее количество волокон было обнаружено на участке у поселка Слюдянка – в среднем 310 частиц/куб. м. Обнаруженная особенность может являться прямым следствием как недочетов с вывозом твердого бытового мусора, в числе которого находятся и пластиковые изделия, так и плохой работой либо отсутствием очистных сооружений, поскольку волокна микропластика в основном могут попадать в водоем со сточными водами.

Свой вклад в загрязнение берегов и акватории Байкала пластиком вносит и дикий туризм. Переориентация туристических потоков в связи с пандемией COVID-19 привела к росту количества отдыхающих. Отсутствие достаточной инфраструктуры, включающей оборудованные и регулярно обслуживаемые площадки для сбора отходов, способствовало росту загрязнения берегов в туристические сезоны 2020–2021 годов.

Оставленный нерадивыми туристами на берегах озера одноразовый пластик – если его не уберут волонтеры – рано или поздно будет смыт дождем или перенесен ветром в озеро. Однажды попав в воду, пластик в ней останется. Волны, камни, водные микроорганизмы со временем превратят его в микропластик. Остановить его накопление можно только одним способом – предотвращая новые поступления. В этой связи стоит отметить инициативы правительства РФ по сокращению использования одноразового пластика на Байкале. Достичь этого предполагается с помощью ограничения продажи некоторых видов упаковки и одноразовой посуды. Результаты исследований Михаила Колобова и его коллег служат научной базой для проработки соответствующей законодательной инициативы.