Соленые озера как фабрики и как экосистемы

В 1986 году в Камеруне, в районе озера Ниос, произошла лимнологическая катастрофа. На поверхность озера вышло большое количество углекислого газа; около 1,7 тыс. жителей умерли от удушья, потери среди домашнего скота составили 3,5 тыс. Это была не первая и не единственная трагедия, связанная со сложными биофизическими процессами в водоемах. Похожие озера есть и в России. О том, насколько далеко лимнологи продвинулись в понимании загадки пресных и соленых озер, Ольга Орлова в передаче «Гамбургский счет» на Общественном телевидении России узнала у канд. биол. наук, вед. науч. сотр. Института биофизики Сибирского отделения Российской академии наук Егора Задереева.

Егор Задереев родился в 1972 году в селе Ирбейское Красноярского края. В 1994 году окончил физический факультет Красноярского государственного университета. В 1998 году окончил факультет наук об окружающей среде и политике Центрально-Европейского университета в Будапеште. В 1999 году защитил кандидатскую диссертацию. Научные интересы: экосистемы соленых озер, роль факторов среды в регуляции популяционной динамики зоопланктона, математическое моделирование популяционной динамики, химические коммуникации в водных экосистемах. Вице-президент Международного общества по исследованию соленых озер. Более 10 лет занимается популяризацией науки. Научный редактор серии научно-популярных книг «Лаборатория Красного Яра». Лауреат диплома Клуба научных журналистов в рамках премии «Просветитель», 2010 год.

— Егор, Вы лимнолог. И одно из направлений Вашей деятельности — изучение соленых озер. Для тех людей, которые учили географию в советской школе, при словосочетании «соленые озера» сразу всплывают в памяти Эльтон и Баскунчак и печальная судьба Аральского моря. Но это было давно. Ваш Институт биофизики находится в Красноярске. И как Вы из Сибири изучаете соленые озера? Много ли вообще у Вас объектов изучения на территории нашей уже современной России?

— Соленые озера вообще встречаются на всех континентах.

— Россия не обделена?

— И мы не обделены, потому что соленые озера типичны для зоны так называемого аридного (иными словами, сухого) климата: там, где количество осадков меньше, чем количество испарений. По большому счету это вся степь. А степь у нас простирается от Каспия до Читы, Забайкалья и Монголии. Поэтому недалеко от Красноярска в Хакасии и на юге Красноярского края достаточно соленых озер. Новосибирская область, Забайкалье…

— То есть вы не испытываете дефицита в этих водоемах.

— Не испытываем дефицита. Их много. И, более того, мы же биофизики. Для нас неважно, каков размер озера, а важны общие принципы его функционирования. Даже маленького соленого озера может быть достаточно, чтобы изучить общие закономерности поведения таких систем.

С инвентаризацией озер по большому счету в мире проблема. Мне как-то больше нравится мировой масштаб, а не российский. Все-таки ученые оперируют не национальными единицами, а географическими. И до сих пор идут споры, сколько соленых озер в мире. Есть мнение, что количество соленых озер примерно равно количеству пресных озер (чуть-чуть меньше, но некритично). Даже это уже удивительно. Потому что обычно считают, что пресных озер больше, чем соленых.

— По крайней мере, обыватели так считают.

— Строго говоря, точных оценок не существует — для всего мира, и для России тоже. Очень часто соленые озера меняются в своем размере и могут иногда исчезать, а иногда появляться.

— Но в чем фундаментальное значение изучения этих водоемов? Почему к ним такой интерес? Почему их выделяют в отдельную группу?

— Фундаментальных задач несколько. Если говорить про гиперсоленые озера, там есть уникальные бактериальные сообщества. Живущие при высоких соленостях бактерии используют не кислород, а другие соединения, они участвуют в циклах серы, железа, азота, углерода. И это выходы на биометаллургию, на новые ферментные системы, интересные биотехнологии. В соленых озерах можно искать уникальные виды бактерий, вытаскивать из них уникальные гены, вшивать их в организмы, которые используют в биореакторах, и делать какие-нибудь очень эффективные очистные сооружения, например. Они будут перерабатывать соединения азота. Это один, узкий класс задач.

Второй, достаточно широкий класс задач связан с тем, что мы в принципе должны понимать, как функционируют сложные экосистемы. А соленые озера очень часто стратифицированы, то есть разделены на слои воды разной плотности. Эти слои не перемешиваются. И такое неперемешивание приводит к уникальным условиям. Например, вверху слой менее солной воды, внизу слой более соленой воды. Внизу заканчивается кислород. Там начинают накапливаться газы (например, сероводород). С одной стороны, там живут уникальные бактерии. С другой стороны, если вода перемешается, то эти газы попадут в верхние слои, убьют всё живое там (рыбу и рачков для начала), качество воды резко ухудшится.

И таких экосистем, где вода не перемешивается, много. Начиная от океана, в котором есть бескислородные зоны (и площадь этих зон сейчас растет, в том числе в связи с изменением климата), и заканчивая Черным морем, где огромные запасы сероводорода на дне, или каким-нибудь маленьким озером в Хакасии. Мы сейчас исследуем именно такое озеро под названием Шунет: его длина — 900 м, ширина — 500 м, максимальная глубина — около 6 м. Системы по масштабам разные, а по принципам организации очень похожи, с точки зрения физика. Изучая процессы перемешивания и стабильности небольшого озера, мы надеемся масштабировать их на большие системы.

— Как образуются соленые озера?

— По-разному. Но если мы говорим про внутренние водоемы, которые находятся внутри материков, — степные озера, — то механизм образования такой: с водосбора стекает большое количество воды, вода испаряется, соль остается. С течением времени она концентрируется в этом водоеме, и вот он стал соленым. Если озеро будет дальше уменьшаться, то соленость будет повышаться, потому что соль никуда не исчезает. Пример — Аральское море.

— Есть промежуточная стадия, когда обитатели пресных вод в соленом озере жить не могут, а обитатели морских вод — еще не могут. А кто же там тогда живет?

— Там живут организмы, которые сумели адаптироваться, чтобы жить при этих соленостях. Здесь тоже отдельная тема очень большого спора. Концепция критической солености была развита в том числе и российскими лимнологами. Они утверждали, что есть провал в биоразнообразии на определенных соленостях. А сейчас в том числе и в России есть исследования, которые говорят, что провал связан просто с недоизученностью жизни, и на самом деле его вроде бы как нет, потому что жизнь занимает и эту нишу. До сих пор очень много споров, есть эта критическая соленость или нет.

В любом случае мы должны понимать, что такое жизнь в соленой или пресной воде. Если мы живем в пресной воде, то нам нужно развивать механизмы осморегуляции, которые не дают солям из организма попадать в окружающую среду. Внутри организма есть соединения, в пресной воде их нет. Значит, они будут диффундировать, значит, их нужно удержать. Если живем в соленой воде — наоборот, чтобы соль не попала в организм, нужно качать ее обратно.

Соответственно, организмов, которые могли бы жить и в гиперсоленом озере, и в пресном озере, не существует. Они адаптированы либо к одному, либо к другому.

— А теперь давайте перейдем к человеку. Всех нас волнует прежде всего количество пресной воды на планете. Что нам сигнализирует изучение соленых водоемов в связи с проблемой пресной воды? Существует ли угроза, что те водоемы, которые сегодня пресные, станут солеными и мы потеряем эти драгоценные для нас запасы?

— Я с позапрошлого года вице-президент Международного общества по исследованию соленых озер. И ежегодно я делаю краткий обзор самых интересных научных статей по тематике соленых озер. В прошлом году самой цитируемой статьей, причем не только среди соленщиков, а вообще среди водных экологов, была статья, в которой предсказывается засоление очень многих пресных озер в связи с изменением климата [1]. В первую очередь это актуально для зоны Средиземноморья. Там, где благодаря изменению климата меняется баланс испарения и стока, испарение начинает превышать сток, и тогда из озер испаряется больше воды, чем в них поступает, соли концентрируются, озера становятся более солеными.

Аналогичная статья вышла по арктическим озерам в Канаде [2]. Там наблюдаются схожие процессы. Это, конечно, еще не высокие солености, но, тем не менее, количество растворенных ионов повышается в связи с тем, что испарение начинает превышать количество поступления.

Третья проблема связана с деятельностью человека. Например, в Штатах очень часто используют соль, чтобы посыпать дороги зимой, потом эта соль поступает в водосбор, потом она доходит до водоемов, до озер, там концентрируется, и они тоже становятся более солеными. Поэтому проблема засоления существует, безусловно. И нужно понимать, что вообще произойдет с нашим количеством запасов пресной воды в будущем.

Я делал шуточную оценку для озера Байкал. Довольно смешная оценка. Она немножко спекулятивная. Если озеро Байкал выпарить до размеров Новосибирского водохранилища («водохранилище» звучит тоже масштабно, но мы понимаем, что Байкал очень огромный), то оно будет по солености примерно как Мертвое море. Конечно, такой сценарий представить сейчас трудно. Он практически невозможен. Но в любом случае из любого водоема можно сделать водоем с повышенной соленостью при желании. А мы сейчас понимаем, что в том числе в озере Байкал происходит небольшое снижение уровня воды. Оно как раз связано с тем, что количество поступающей в него с реками воды уменьшается либо из-за локальных климатических изменений, либо из-за деятельности человека.

Раз в три года проходит конференция Международного общества по исследованию соленых озер. В следующем году она будет в Улан-Удэ. Мы ее проводим в России. И мы выбрали слоганом нашей конференции «Исследование соленых и пресных озер — в поисках точки соприкосновения». Потому что мы считаем: процессы оценки водного баланса, того, как ведет себя экосистема при даже небольшом изменении концентрации солей, актуальны как для пресных озер, так и для соленых. Но здесь нужно уже вместе это искать.

— С точки зрения народного хозяйства существует ли такая проблема, что мы запасы пресной воды теряем? Нам беспокоиться нужно?

— Мы их скорее не теряем, а загрязняем в огромных количествах. Вообще, нам нужно, конечно, беспокоиться о качестве пресной воды. Она, конечно же, может очищаться, но скорость очищения ниже, чем наша скорость загрязнения.

— Я почему спрашиваю? Бесконечно обсуждаются на разных экономических форумах пути выхода из кризиса России. Так вот, разговоры о том, как перевернуть экономическую систему, сделать ее открытой и так далее — это очень сложно. Нужно поменять власть, демократические процессы запустить, чтобы была конкуренция и прочее… А, например, слезть с нефтяной трубы и пересесть на пресноводную трубу — вот эти сценарии уже обсуждаются. Вы как к ним относитесь? К тому, что Россия в будущем станет ведущим экспортером не нефти, а пресной воды? В связи с тем, что у них всех там закончится, а у нас еще будет?

— Пресной водой сейчас торгуют очень активно в любом случае. Мы сейчас с Вами идем в ларек, покупаем бутылочку воды и пьем ее. И рынок пресной воды на самом деле огромен. И большое количество корпораций (российских, зарубежных) этим занимается. Если говорить о масштабных продажах, на уровне нефти, я не особо в это верю, потому что это очень напоминает проекты по переброске сибирских рек в Азию.

— Но Вы же знаете, что наша страна на это способна? Мы вообще глобальные проекты можем реализовывать. История это показала.

— Реализовать-то мы их можем. Но нужно понимать, что если где-то убыло, то оно там заново не возникнет. Примеры того же Аральского моря и других водоемов показывают, что пока мы еще не готовы к такому глобальному управлению на уровне макрорегионов с точки зрения сохранения качества жизни в том регионе, который мы трансформировали.

У Голландии есть более-менее успешный опыт, но там совсем другие масштабы. Что для этого нужно? В частности, то, чем мы занимаемся. Для этого, конечно же, нужны очень качественные математические модели, которые позволяют нам понимать, как ведет себя озеро… Задача экологии по большому счету — предсказать поведение экосистемы при самых разных внешних воздействиях и сказать, что с ним будет в каком-то обозримом временном горизонте. Всё очень просто, с одной стороны. Но для этого нужны адекватные инструменты, в первую очередь — математические, которые позволяют принимать решения, в том числе и политикам, и экономистам.

Для примера. Сейчас озеро Урмия в Иране высыхает так же, как Аральское море высохло у нас. Большое количество населения остается без воды. Погибла рыба, потому что соленость озера выросла. Рухнула индустрия туризма и рыбная индустрия. Озеро ушло, оголилась соль, соляные бури, ветер разносит, происходит засоление почвы, падает сельское хозяйство. Масштабная проблема.

До сих пор нет точной хорошей балансовой модели, которая позволяет с высокой надежностью предсказать то количество воды, которое будет туда поступать, то количество воды, которое будет испаряться. Хотя усилия затрачены очень большие. Казалось бы, это простая задача, но она нетривиальная. Поэтому без решения подобных вопросов заниматься просто переброской каких-то крупных объемов воды — это чистая утопия, которой я бы не советовал заниматься, просто потому что последствия непредсказуемы.

— Сколько времени должно пройти, чтобы озеро из живого и действующего почти омертвело и так сильно засолилось?

— В том-то и дело, что для соленых озер это очень быстрые времена, потому что Аральское море практически за 20 лет очень резко оскудело и разбилось на несколько водоемов, в которых жизнь, какой она была, исчезла. 20 лет — это мало. Соленое озеро Мар-Чикита в Аргентине (очень большое озеро, мы там тоже были) за последние 100 лет испытало, по-моему, два или три цикла повышения и понижения уровня воды, который последовательно сначала разрушил всю туристическую индустрию, потом разрушил всю рыбную индустрию. И теперь они уже не знают, что делать, потому что вроде бы озеро вернулось в более-менее понятные границы, там опять появилась рыба, но теперь они уже боятся делать что-то активное, потому что не знают, как оно будет себя вести в ближайшей 10–15-летней перспективе. 10 лет — короткий срок. Человек не успевает адаптироваться и не готов к тому, что окружающая среда радикально изменится за 10 лет.

— Вы ездите в экспедиции не только по России, но и в другие страны. Расскажите про самые диковинные озера, где Вам удалось побывать.

— Мы проехали часть Тибета, Цайдамскую впадину, посмотрели достаточно большое количество соленых озер. У китайцев свой путь.

— А как, кстати, китайцы решают вопрос с засолением?

— А китайцы решают этот вопрос очень просто. Соленые озера — это же огромная база минерального сырья. Поэтому китайцы рассматривают соленые озера как водоемы, наполненные большим количеством растворенной соли. Из соленого озера можно добыть калий, магний, литий, натрий — очень большое количество соединений. Поэтому они вокруг своих соленых озер, особенно в пустынной тибетской местности, ставят несколько огромных заводов, которые добывают миллионы тонн соли. Продают на рынке и тем самым поднимают свою экономику.

— Утилитарный подход.

— Да, озеро как фабрика. Второй подход, контрастный, — озеро как экосистема.

Колоритная исследовательница соленых озер Мария Фариас из Аргентины исследует строматолиты. Там, где в озеро впадает ручеек пресной воды, начинают выпадать минералы. На этих минералах растут цианобактерии, потом наслаиваются слои минералов. И получается такая биокосная структура, которая считается прообразом первой жизни на земле. Самым древним строматолитам миллиарды лет. Это одни из первых биоорганических и бионеорганических образований. Она исследует эти строматолиты в озерах в Андах. Это высокогорные озера, очень богатые литием. В них заинтересованы коммерческие структуры. Большинство лития находится в соленых озерах или в солончаках. Собственно говоря, там их и добывают. Выпариваем воду, берем литий и продаем. Всё очень просто. Поэтому, с одной стороны, эти озера интересны как уникальные артефактные экосистемы. Там мостик и в астрофизику, и в астробиологию, потому что это высокогорье, повышенный поток солнечной радиации, другое давление. В общем, экстремальные условия. На фоне изучения этих водоемов можно про Марс что-то новое узнать. С другой стороны, есть и экономический интерес. Марии Фариас удалось на уровне правительства объявить эту зону заповедной. И там сейчас все работы остановлены.

Есть два таких контраста: либо заповедная система, либо экстракция минералов…

— А в России какой подход? У нас соленое озеро становится фабрикой? Или у нас все-таки заповедные экосистемы скорее?

— У нас есть солончаки, где мы добываем соль. Это, например, Баскунчак. И там, конечно же, своего рода соленые фабрики. Там столетняя, даже почти тысячелетняя добыча соли. Это нормально. Кроме того, соленые озера зачастую — это еще и курорты. Лечимся и отдыхаем. По крайней мере в Сибири на многих соленых озерах находятся курорты. И многие эти озера так или иначе охраняются.

И еще одна вещь спасает многие соленые озера. Зачастую это точки миграции птиц. Болотноводные угодья защищает Рамсарская конвенция. И очень часто это как раз зоны соленых озер. Поэтому многие соленые озера объявлены заповедными. Степная зона, птички летят, больше негде остановиться.

Так что тут ответвления в самые разные стороны.

— Самый удивительный эффект, который Вам удалось наблюдать на соленых озерах?

— Самый удивительный эффект связан не с экспедицией, а с началом нашей работы. Мы тогда еще ничего не знали. Мы вытащили из глубины озера банку, она была розового цвета, и мы долго выясняли, кто не помыл банку перед отбором проб. Только потом мы узнали: это нормально, что на определенной глубине живут серные пурпурные бактерии, которые формируют такие тонкие слои. Они похожи на растворенную марганцовку. А тогда мы были совсем глупые, аспиранты, физики, которые в первый раз пришли на озеро. Все банки белые, а эта — розовая…

— Теперь Вы уже опытный лимнолог, который много повидал. Кто у Вас самый любимый обитатель соленых озер?

— Самый любимый обитатель — это, наверное, тот, кого я использовал для подготовки своей кандидатской диссертации. Маленькие ветвистоусые рачки Moina живут и в пресных, и в солоноватых озерах, и они удивительны для окружающих. Они могут размножаться половым способом, могут размножаться бесполо, они образуют специальные яйца, которые можно высушить, заморозить, облучить, поместить в насыщенный раствор какого-нибудь токсиканта, а потом это яйцо положить в чистую воду, и из него вылупится замечательный живой рачок.

— То есть это не рачок, а птица Феникс?

— Да, их даже в космос отправляли. Они там болтались на поверхности МКС, потом вернулись обратно, и из некоторых яиц вылупились рачки.

— Экспедиция Вашей мечты?

— Мы тут с моим знакомым научным журналистом Алексеем Паевским хотим замутить экспедицию «Вся соль России» по соленым озерам от Крыма до Востока. Это было бы, наверное, здорово.

Егор Задереев
Беседовала Ольга Орлова

1. http://link.springer.com/article/10.1007/s10750-014-2169-x?wt_mc=Affiliate.CommissionJunction.3.EPR1089.DeepLink

2. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.12759/full