Аннотация результатов, полученных в 2015 году
Таяние вечной мерзлоты приводит к образованию термокарстовых озер и просадок, способствующих выводу органического вещества из торфа в воду и сопровождающихся потенциальной эмиссией парниковых газов с поверхности озер в атмосферу. Данное явление, сопровождаемое выводом древнего органического углерода из мерзлых почв, является одной из самых серьезных экологических угроз в сценарии глобального изменения климата. Основными источниками углерода из вечной мерзлоты и высвобождение этого элемента в атмосферу являются термокарстовые озера, болота и увлажненные участки торфяных почв. Кроме того, мобилизация металлов олигонутриентов (Zn, Mn, Co, Ni, Fe) и токсикантов (As, Cd, Pb, Cr) из мерзлых торфов в воду озер и далее - рек, текущих в Северный Ледовитый океан, может иметь важнейшее значение для продуктивности биоты шельфовой зоны Арктики и качества природных вод. В проекте используется комбинированный подход натурных наблюдений и лабораторных экспериментов для количественной оценки масштабов и механизмов процессов, протекающих в зоне развития прерывистой мерзлоты Большеземельской тундры (БЗТ) и, более широко, в Российской Субарктике. В первые полгода исследований, были проведены обобщения, выполнена обработка имеющегося полевого материала и проведено ландшафтное биогеохимическое моделирование по подземным водам БЗТ (Malov et al., 2015), бореальной зоны России (Иванова и др., 2015), тундровым и таежным районам Западной Сибири (Pokrovsky et al., 2015; Vorobyev et al., 2015) и модельным водосборам СЗ России (Ilina et al., 2015). Комплексные экспериментальные работы по выявлению роли бактерий в миграции углерода и металлов в торфе (Shirokova et al., 2015 ), почве (Drozdova et al., 2015), взаимодействию металлов с бриофитами тундры (Gonzalez et al., 2015) и позволили выявить основные физико-химические и биотические факторы контролирующие биогеохимические процессы тундровых и субарктических водных ландшафтов. В 2015 году была проведена работа с архивными и литературными данными по биогеохимии и гидробиологии озер Большеземельской тундры. Проведены рекогносцировочные исследования на выбранных ключевых участках Большеземельской тундры, включающие в себя биогеохимические, микробиологические, георадилокационные, спутниковые дистанционные и гидрологические исследования. Были выделены чистые культуры и проведены экспериментальные работы по изучению физико-химических и биологических процессов деградации растворенного органического вещества с использованием субстратов Большеземельской тундры. В ходе изучения тундровых ландшафтов были проведены георадиолокационные исследования с использованием различных антенн для определения подповерхностного залегания мерзлых отложений, глубин сезонно-талового слоя, определение неоднородностей залегания пород в приповерхностных горизонтах до глубин 25 м в тундровой зоне вблизи термокарстовых озер; по данным георадиолокации дано описание развития современных криогенных процессов и форм мерзлотного рельефа на ключевых участках в окрестностях г. Нарьян-Мара; осуществлен отбор природных образцов (вода, почвы, торф, мох, лишайник) для проведения последующих геохимических анализов и определения абсолютных возрастных датировок. По результатам автоматизированного дешифрирования и анализа, а также визуального сравнения данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) была выявлена очень слабая изменчивость площади и границ водных объектов на территории проведения полевых работ. Однако также присутствуют одиночные объекты, демонстрирующие современные термокарстовые процессы. Наибольшим по площади таким объектом является термокарстовая впадина на территории прилегающей с востока к участкам работ в районе села Красное. Результаты дешифрирования показали значительное сокращение площади зеркала термокарстового озера, что является типичным развитием термокарстовых процессов в современной Арктике. В зоне Большеземельской тундры в районе г. Нарьян-Мар были заложены ключевые участки для проведения наблюдений за состоянием экосистем термокарстовых озер. Выделение стадий развития термокарстовых озер основывалось на описанном ранее механизме их образования и цикличности развития в зависимости от их ландшафтно-экологических особенностей, четко привязанных к стадиям сукцессионного цикла развития плоско-бугристого комплекса на примере Западной Сибири (работы Кирпотина, Покровского, Манасыпова, Широковой): (1) от 2 до 10 кв. м (эмбрионические), (2) от 11 до 100 кв. м (молодые), (3) от 100 до 500 кв. м (зрелые), (4) > 500 кв. м (старые) и (5) дренированные или спущенные озера. Проведенные рекогносцировочные мультидисциплинарные полевые работы на территории Большеземельской тундры продемонстрировали экспоненциальную зависимость физико-химических параметров среды от размера водного объекта (торфяные просадки, лужи, маленькие озера, сформировавшиеся термокарстовые озера). Был осуществлен отбор проб воды из термокарстовых озер, находящихся на различных стадиях формирования. Проведенные гидролого-гидрохимические работы позволили выявить основные тенденции зависимостей основных параметров от размера водного объекта. В ходе работы, посвященной изучению биогеохимических особенностей термокарстовых озер в процессе их развития был проанализирован элементный состав вод термокарстовых озер с различной площадью поверхности. Выявлены несколько групп химических элементов, которые отражают развитие изученных водоемов. Общая тенденция происходящих изменений заключается в снижении РОУ, Fe и концентраций многих нерастворимых химических элементов в процессе созревания экосистемы озера и увеличении его размера, которая, скорее всего, связана с выщелачиванием торфа на границе озера и гетеротрофным поглощением РОВ в толще воды. Существенного фракционирования редкоземельных элементов между водой озер, рек и субстратов (мха и торфа) не обнаружено. Полученные результаты находятся в качественном согласии с опубликованными ранее наблюдениями на севере Западной Сибири. Работы на основе полученных ранее полевых наблюдений и анализов включали в себя обобщение имеющейся информации, статистическую обработку данных, ландшафтно-геохимическое моделирование закономерностей гидрохимической эволюции водных объектов, и сравнение полученных данных с имеющимися результатами Скандинавии, Аляски и Канады. По результатам этих работ опубликованы работы, приведенные в списке. Лабораторные работы включали в себя экспериментальное моделирование разложения растворенного органического углерода гетеротрофными бактериями и поведения микроэлементов в различных субстратах термокарстовых озер (Shirokova et al., 2015). На примере лабораторных опытов с субстратами из термокарстовых озер Западной Сибири и гетеротрофных бактерий были промоделированы процессы деградации растворенного органического вещества, полученного выщелачиванием торфа и мха сфагнума. Были проведены эксперименты с чистой культурой Gloeocapsa sp. и бактериальным консорциумом, выделенным из термокарстового озера, с использованием различных субстратов (фильтрат воды термокарстового озера и вытяжка из торфа). В условиях массового цветения фитопланктона в термокарстовых озерах, влекущего повышение рН среды, среди макро- и микроэлементов, только Р, Mn, Zn, и частично, Cd, могут быть значительно подвержены влиянию массового развития цианобактериального комплекса фитопланктонного сообщества. Приложение полученных закономерностей к природным водным объектам Ненецкого автономного округа при проведении натурных экспериментов по мезокосмам и детальному исследованию самого начального этапа таяния мерзлоты-деградации торфа и образования просадок. Установление корреляций между биомассой цианобактерий, рН, содержанием РОУ и микроэлементным составом в начальных стадиях таяния вечной мерзлоты позволит впервые оценить потенциал выноса микронутриентов и тяжелых металлов из торфа и мха при наличии активной цианобактериальной деятельности. Экспериментально-полученный потенциал захвата СО2 при массовом развитии цианобактериального комплекса будет сравниваться с натурной оценкой уровня захвата атмосферной углекислоты малыми озерами и просадками. Таким образом, проведенные методические, рекогносцировочные и лабораторные работы в рамках первого этапа проекта позволили создать прочную базу для проведения масштабных полевых работ в 2016 году на территории Большеземельской тундры. Опубликованные работы: 1. Shirokova L.S., Kunhel L., Rols J.-L., Pokrovsky O.S. (2015) Experimental modeling of cyanobacterial bloom in a thermokarst lake. Aquatic Geochemistry, 21(6), 487-511. 2. Shirokova L.S., Bredoire R., Rols J.-L., Pokrovsky O.S. (2015) Moss and peat leachate degradability by heterotrophic bacteria: fate of organic carbon and trace metals. Geomicrobiology Journal, in press. 3. Иванова И.С., Лепокурова О.Е. Особенности микроэлементного состава подземных вод территории Бакчарского железорудного узла (Томская область) // Вестник Томского государственного университета. 2015. № 398. С. 224–232. DOI: 10.17223/15617793/398/36 4. Pokrovsky O.S., Manasypov R.M., Shirokova L.S., Loiko S., Krivtzov I., Kopysov S., Kolesnichenko L.G., Zemtsov V.A., Kulizhsky S.P., Vorobiev S.N., Kirpotin S.N. (2015) Permafrost coverage, watershed area and season control of dissolved carbon and major elements in western Siberia rivers. Biogeosciences Discussion, 12, 10621-10677. 5. Malov A.I., Bolotov I.N., Pokrovsky O.S., Zykov S.B., Tokarev I.V., Arslanov K.A., Druzhinin S.V., Lyubas A.A., Gofarov M.Y., Kostikova I.A., Kriauciunas V.V., Chernov S.B., Maksimov, F.E., Bespalaja Y.V., Aksenova O.V. (2015) The dating of the thermal water of subarctic hydrothermal system using isotopes of uranium, thorium and carbon. Applied Geochemistry, 63, 93-104.

Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Второй этап проекта был направлен на исследование физических, биогеохимических и биологических параметров ключевых участков развития термокарстовых озер, что позволило идентифицировать факторы, контролирующие функционирование водных экосистем озер Большеземельской тундры. В частности, была выявлена контролирующая роль нутриентов в биоте озёр, трофности водоёмов, потенциале самоочищения; установлена роль РОУ в микробном дыхании и эмиссии СО2 в атмосферу. В ходе выполнения работ использовался комбинированный подход натурных наблюдений и лабораторных экспериментов для количественной оценки масштаба и механизмов процессов, протекающих в зоне развития прерывистой мерзлоты Большеземельской тундры (БЗТ) и, более широко, в Российской Субарктике. Так, была выполнена обработка имеющегося полевого материала по тундровым и таежным районам Западной Сибири (Pokrovsky et al., 2016 a, b; Mavromatis et al., 2016 ; Pavlova et al., 2016), выполнены лабораторные исследования концентраций и форм нахождения металлов (Савенко и др., 2016 б; Gonzales et al., 2016), обобщения по модельным водосборам России (Савенко и др., 2016 а), модельному озеру СЗ России (Shirokova et al., 2016). Результаты были опубликованы в 9 статьях в журналах, входящих в международные базы научного цитирования «Web of Science», «Scopus». В 2016 г. были проведены масштабные комплексные исследования в Большеземельской тундре на различных участках развития термокарстовых озер. Выбор районов исследования был обусловлен наличием наблюдательных гидропостов и соответствием участкам работ по изучению экосистем озер Большеземельской тундры, проведенных комплексной экспедицией Института озероведения РАН 1986-1989 гг. (район поселка Хорей-Вер), а также близости к стационарам исследований криогенных процессов в ходе Тиманской поисково-съемочной экспедиции (стационар Шапкино). Параллельно были проведены натурные наблюдения, эксперименты и мезокосмы на представительных термокарстовых озерах, развитых на плоскобугристых мерзлых болотах. Выполненные георадиолокационные исследования позволили выбрать объекты для проведения комплексных биогеохимических исследований. В ходе комплексных гидрохимических и гидробиологических исследований в июле–августе 2016 года, нами были исследованы водные объекты термокарстового генезиса на 3-х площадках территории БЗТ, в районе островного распространения мёрзлых пород (25 - 60% покрытия территории). Проведённый первичный анализ поведения гидролого-гидрохимических показателей и концентраций биогенных элементов в термокарстовых водных объектах в различных представленных районах территории БЗТ, выявил общие тенденции их изменения в зависимости от площади объекта. Температурный режим вод зависит как от площади водоёма, так и от особенностей распространения мёрзлых пород. Значения рН, УЭП и концентрация Si в целом формируются за счёт влияния поверхностного стока. Для концентраций O2, Pобщ и PO43- обнаружены закономерности, связанные как с размером водного объекта, так и с доминирующими видами растительности. Все эти особенности формирования химического состава поверхностных вод БЗТ необходимо учитывать при проведении районирования и дальнейшей экстраполяции результатов на бóльшие территории. Проведенный анализ проб озерной воды на содержание растворенных парниковых газов позволит проанализировать вертикальные профили концентрации в водной толще и получить представление о взаимосвязи СО2 и СН4 с экологическими факторами водной среды, ландшафтным контекстом и содержанием углерода в осадках, оценить потенциальную эмиссию парниковых газов с поверхности термокарстовых озер, находящихся на различных стадиях развития. Высокие концентрации СО2 в термокарстовых озерах отражают их существенно гетеротрофный статус и значительную эмиссию СО2 в атмосферу в течение летнего периода. В 2016 году были получены первые результаты по изучению фитопланктона термокарстовых озер в период весеннего половодья, летнего и зимнего периодов. Факторный анализ показал наличие двух главных факторов, ответственных за вариации фитопланктона: 1. растворенный неорганический углерод (РНУ), положительно действующий на общую численность и биомассу цианобактерий, и 2. растворенный органический углерод (РОУ), Si и Fe, контролирующие общую численность диатомовых и зеленых водорослей. Образующие колонии цианобактерии и зеленые водоросли, обладающие толстыми капсулами, были весьма обильны во все сезоны. Низкое значение рН и высокое содержание РОВ в воде термокарстовых озер, а также полное замерзание озер в зимний период являются одними из основных факторов, ограничивающих биологическое разнообразие и биомассу фитопланкона в данных водных объектах (Pavlova et al, 2016). Полученные представления о закономерностях формирования состава термокарстовых озер на основе экспедиционных исследований были подтверждены и развиты с использованием методов экспериментального моделирования – натурных экспериментов в мезокосмах, соосаждению микроэлементов с гидроксидом железа в подземных водах и опытам по фракционному разделению природных коллоидов. Натурные эксперименты в мезокосмах, выполненные на территории представительных термокарстовых озерах плоскобугристой тундры позволили количественно оценить интенсивность процессов трансформации автохтонного и аллохтонного ОВ и выявить факторы взаимосвязи содержания органического вещества с концентрацией и формами нахождения биогенных элементов (N, P) и металлов-микронутриентов. Эксперименты с добавлением золы лишайника, торфа и лишайника показали, что выщелачивание торфа, деградация лишайника при затоплении и низовые пожары в тундре могут выступать в качестве основных факторов формирования химического состава воды термокарстовых озер. Полученные результаты помогают понять формирование элементного состава воды термокарстовых озер при затоплении лишайникового покрова (термокарстовые просадки и образование мелких мочажин), а также выщелачивание мерзлого торфа при береговой абразии (малые и средние термокарстовые озера). Изменения элементного состава воды озер при добавлении золы лишайника являются наиболее значительными, предполагая, что некоторые элементы могут быть использованы в качестве индикаторов воздействия низового пожара на водные экосистемы зоны вечной мерзлоты. С целью получения количественных характеристик соосаждения микроэлементов с гидроксидом железа при разгрузке восстановленных подземных вод в русле реки или на дне озер, было проведено экспериментальное моделирование трансформации химического состава подземных вод при аэрации подземной воды кислородом. Полученные результаты свидетельствуют о том, что в пробах пресных подземных вод, процесс окисления железа (II) с последующим его выпадением в осадок в виде гидроокислов железа (III) протекают интенсивно, что подтверждается уменьшением концентраций растворенного железа в 20-40 раз или полным отсутствием железа в равновесном растворе. По величине относительного снижения концентраций (% от исходного содержания, средний для всех проб) тяжелые металлы располагаются в ряд: Fe(92)>Ni(70)>Mn(37)>Pb(37)Co(19)>Cu(18)>Cd(6)>Zn(3). На территории Западной Сибири была отработана методика фракционного разделения богатых растворенным органическим веществом поверхностных вод мерзлой плоскобугристой тундры с использованием фронтальной фильтрации, ультрафильтрации-центрифугирования и диализа. Было выяснено, что усиление таяния мерзлоты может изменить распределение по размерам и химическому составу органо-Fe-Al коллоидов в озерах и реках. Было выявлено два основных источника образования коллоидов: (1) разложение наземной растительности и выщелачивание торфа являются активными источниками поступления органических комплексов двухвалентных металлов и органо-Al образований в воду термокарстовых озер, и (2) окисление Fe2+ и соосаждение микроэлементов с гидроксидами Fe в присутствии РОВ и их перенос в пределах пойменной зоны рек. При продолжающихся процессах потепления климата возможно увеличение глубины деятельного слоя и оттаивание минеральных горизонтов, что приведет к поступлению неорганических компонентов в воды крупных озер в виде железистых коллоидов и частиц. В целом можно прогнозировать переход от органических и органо-Al-Fe коллоидов к железистым коллоидам в поверхностных водах криолитозоны, а также увеличение переноса трех- и четырехвалентных гидролизатов из почвы в речную сеть (Pokrovsky et al., 2016 a, b). Результаты проведенных в 2016 году гидрогеохимических и гидробиологических работ на ключевых участках плоскобугристой тундры с отбором проб озерных и речных вод, водных растений, фитопланктона, зоопланктона и донных отложений термокарстовых озер позволят установить зависимости между концентрациями микро- и макроэлементов озерных вод и растворенным органическим углеродом, а также ландшафтно-экологическими особенностями формирования и развития термокарстовых озер. Измерение концентраций растворенных компонентов в водах термокарстовых озер, находящихся на разных стадиях развития, послужит одной из основ для прогнозирования изменения химического состава поверхностных вод при возможных климатических изменениях. Определение концентраций химических элементов в отобранных в летний период 2016 года макрофитах, донных отложениях, озерных и поровых водах термокарстовых озер Большеземельской тундры и зоны распространения вечной мерзлоты Западной Сибири, а также расчет коэффициентов биологического накопления химических элементов в макрофитах относительно поровых вод и донных отложений послужит основой для выявления автохтонных биогеохимических процессов, происходящих в термокарстовых озерах и определения индикаторных свойств макрофитов. Выполненный отбор укосов водной растительности позволит оценить вклад биогенного вещества в процессы седиментогенеза. Проведенные масштабные экспедиционные и лабораторные исследования в рамках второго этапа проекта позволят в следующем году провести обобщения по оценке круговорота вещества в термокарстовых озерах криолитозоны и оценить изменения экосистем за последние десятилетия. В дальнейшем, по окончании проекта, это позволит спрогнозировать динамику транспорта РОУ и металлов реками криолитозоны, оценить запасы растворенного вещества в озерах и предсказать ожидаемую эволюцию эмиссии/поглощения парниковых газов в пределах внутренних водоемов криолитозоны Северной Евразии. 1. ПОКРОВСКИЙ О.С., МАНАСЫПОВ Р.М., ЛОЙКО С.В., ШИРОКОВА Л.С. Органические и органо-минеральные коллоиды в зоне прерывистой вечной мерзлоты // Геохимика энд Космохимика Акта. 188 (2016) С. 1-20. https://www.researchgate.net/publication/303636110_Organic_and_organo-mineral_colloids_in_discontinuous_permafrost_zone 2. ПАВЛОВА О.А., ПОКРОВСКИЙ О.С., МАНАСЫПОВ Р.М., ШИРОКОВА Л.С., ВОРОБЬЕВ С.Н. Сезонная динамика фитопланктона в кислых и гуминовых средах в оттаивание водоемов прерывистая зоне вечной мерзлоты // Анн. Лимнол. - Инт. Ж. Лим. (2016) С. 47–60. Doi: 10.1051/limn/2016006 http://www.limnology-journal.org/articles/limn/abs/2016/01/limn150060/limn150060.html?trendmd-shared=1 3. ШИРОКОВА Л.С., ВОРОБЬЕВА Т.Я., ЗАБЕЛИНА С.А., КЛИМОВ С.И., МОРЕВА О.Ю., ЧУПАКОВ А.В, МАХНОВИЧ Н.М., ГОГОЛИЦЫН В.А., СОБКО Э.И., ШОРИНА Н.В., КОКРЯТСКАЯ Н.М., ЕРШОВА А.А., ПОКРОВСКИЙ О.С. Эволюция экосистемы малого бореального озера под воздействием природных и антропогенных факторов: результаты долгосрочных междисциплинарных исследований // Вода, 2016, 8 (8), 316; DOI: 10,3390 / w8080316 http://www.mdpi.com/2073-4441/8/8/316 4. ИВАНОВА О.С., БРАГИН И.В., ЧЕЛНОКОВ Г.А., БАЧКАРЕВА К.Ю., ШВАГРИКОВА Е.В. Геолого-гидрогеохимические характеристики источника воды "Silver Spring" (Lozovy хребет) // IOP конференция. Серия: Земля и экология 33 (2016) 012005 doi:10.1088/1755-1315/33/1/012005 http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/33/1/012005/pdf 5. ГОНЗАЛЕС А.Г., ЖИМЕНЕС-ВИЛЛАКОРТА Ф., БЕЙКЕ А.К., РЕСКИ Р., АДАМО П., ПОКРОВСКИЙ О.С. (2016) Химическая и структурная характеристика меди адсорбированной на мхах. J. Опасные материалы, 308, С. 343–354. http://plant-biotech.net/fileadmin/user_upload/Publications/2016/2016.HAZMAT.Gonzalez.pdf 6. МАВРОМАТИС В.М., РИНДЕР Т., ПРОКУШКИН А.С., ПОКРОВСКИЙ О.С., КОРЕТС М.А., ШМЕЛЕФФ Ж., ОЕЛКЕРС Е.Н. (2016) Влияние вечной мерзлоты, растительности и литологии на изотопный состав Mg and Si реки Енисей и ее притоков в конце весеннего паводка// Геохимика энд Космохимика Акта, 191. С. 32–46. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703716303830 7. САВЕНКО А.В., САВЕНКО В.С., ПОКРОВСКИЙ О.С. (2016 г.) Экспериментальное моделирование трансформации химического состава воды при аэрации // Водные ресурсы, 43(4), 647–656. DOI: 10.1134/s0097807816040138 http://link.springer.com/article/10.1134/S0097807816040138 8. САВЕНКО А.В., БРЕХОВСКИХ В.Ф., ПОКРОВСКИЙ О.С. (2016) Макро- и микроэлементный состав вод дельты Волги и его межгодовая изменчивость // Аридные экосистемы. 2016. Vol. 6, No. 1, pp. 8–17 DOI: 10.1134/S2079096116010042 https://istina.msu.ru/media/publications/article/777/a7f/16859815/AridES-2016-1.pdf 9. САВЕНКО А.В., ДЕМИДЕНКО Н.А., ПОКРОВСКИЙ О.С. Химическая трансформация стока растворенных веществ в устьевых областях Онеги и Мезени // Геохимия, 2016. № 5, с. 447–456. http://elibrary.ru/item.asp?id=25946591, http://link.springer.com/article/10.1134%2FS0016702916030058

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
В ходе третьего этапа проекта были выполнены полевые работы в различные сезоны (весна, лето, осень), проведены натурные эксперименты в озерах и лабораторные эксперименты. Результаты позволили охарактеризовать эволюцию экосистем термокарстовых озер и оценить краткосрочный и долгосрочный отклик экосистем на происходящие изменения и увеличивающуюся антропогенную нагрузку. В 2017 нами было опубликовано 10 статей в высокорейнтинговых журналах научного цитирования «Web of Science» и "Scopus", монография, изданная за рубежом (POKROVSKY O.S., SHIROKOVA L.S Nova Science Publishers, Inc. New York (2017 г.)) https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-85035019886&origin=resultslist&txGid=1b391f3cb5a12c2e76ad300d5118081a и принято участие в 8 конференциях. Полевые работы включали гидролого-гидрохимические и гидробиологические исследования термокарстовых экосистем. Выполнена оценка современного состояния компонентов экосистем термокарстовых озер в контексте климатических изменений и антропогенной нагрузки и прогноз изменения экосистем, на основе статистической обработки данных наблюдений и анализа космоснимков; проведено составление краткосрочных и долгосрочных прогнозов отклика водных экосистем на основании собственных исследований и сравнительного анализа имеющихся результатов. Лабораторные эксперименты в микрокосмах позволили оценить влияние цианобактерий на поведение растворенного органического углерода и микроэлементов в термокарстовых озерах в ходе таяния вечной мерзлоты в условиях массового развития фитопланктона. Важной частью проекта было исследование физических, биогеохимических и биологических факторов, контролирующих функционирование водных экосистем озер Большеземельской тундры. В частности, была выявлена контролирующая роль нутриентов в биоте озёр, степени эвтрофированности водоёмов, потенциале самоочищения; установлена роль РОУ в микробном дыхании и эмиссии СО2 в атмосферу. В ходе выполнения работ использовался комбинированный подход натурных наблюдений и лабораторных экспериментов для количественной оценки масштаба и механизмов процессов, протекающих в зоне развития прерывистой мерзлоты Большеземельской тундры (БЗТ) и, более широко, в Российской Субарктике. Наиболее значимые результаты представлены ниже. По результатам георадиолокации и ландшафтным исследованиям, принимая во внимание почвенные параметры и характер подстилающих четвертичных пород, нам удалось показать зависимость положения сезонно талого слоя (оттаявшего слоя почвы) от микрорельефа местности и ландшафтных условий, а также охарактеризовать развитие бугров криогенного пучения и эволюции термокарстовых озер. Изучение подземных вод безнапорного водоносного горизонта, используемых в водоснабжении населения Ненецкого автономного округа (НАО), показало высокое содержание растворенного железа и растворенного органического вещества (РОВ). В условиях потепления климата таяние вечной мерзлоты может провоцировать образование новых термокарстовых озер и просадок, что будет способствовать выводу органического вещества из оттаявших торфов в поверхностные и подпочвенные воды. В результате, подземные воды будут подвергаться существенному влиянию РОВ поверхностных вод, что может привезти к ухудшению качества питьевой воды в НАО. Основную часть гидрографической сети Большеземельской тундры (БЗТ) составляют термокарстовые озера. Озерные воды, в зависимости от площади озер, изменяются от кислых до околонейтральных, являются пресными, гидрокарбонатными кальциевыми. Гидрохимические особенности термокарстовых озёр БЗТ определяются высоким содержанием растворенного органического углерода (РОУ), поверхностным стоком и мощностью торфяных отложений. Водные объекты, находящиеся на начальном этапе трансформации, имеющие минимальные площади и глубину (просадки), демонстрируют самые низкие значения рН (2,5–5,0). Гидрохимические показатели водной толщи термокарстовых озёр подвержены значительной сезонной изменчивости. Ввиду своей незначительной средней глубины (соотношение объёма озера к его площади) ярко проявляются процессы разбавления паводковыми водами весной и атмосферными осадками осенью. В целом элементный состав воды термокарстовых озер БЗТ отличается от озер тундровой зоны Западной Сибири и больше сопоставим с озерами северной тайги повышенными концентрациями РОУ, Fe и Al, содержание которых обусловлено выщелачиванием торфа (толщина торфяных отложений) и обуславливает поведение химических элементов, связанных с растворенным органическим веществом в органоминеральные коллоиды. Нами была показана тенденция снижения концентраций метана в водах с увеличением площади водного объекта, что согласуется с описанными ранее данными для озер Западной Сибири и Канады. Такие высокие значения содержания растворенного метана предполагают значительный поток в атмосферу. Таким образом, депрессии, просадки, а также небольшие водоемы (<100 м2), характеризующиеся самыми высокими концентрациями РОУ, и не представленные на имеющихся картах и в базах данных мировых озер, содержат в 3–70 раз больше метана, чем крупные озерами, которые учитывались до настоящего времени. Вклад этих малых водоемов в общее покрытие поверхности района БЗТ значителен, и их рассмотрение может сильно увеличить имеющиеся оценки потоков метана с территории арктической тундры. Гидробиологические исследования включали в себя изучение бактериопланктонных, фитопланктонных и зоопланктонных сообществ, а также водных растений (макрофитов). Отмечена общая тенденция увеличения численности бактерий в процессе развития озёр. Выявленная слабая корреляционная связь между концентрациями бактериопланктона и РОУ в исследованных водных объектах указывает на то, что растворенный углерод, поступающий в водную толщу в основном из донного торфа и при береговой абразии торфяников, находится в трудноусвояемой форме в «молодых» термокарстовых озёрах. Наблюдается отклик бактериопланктонного сообщества на увеличение содержания доли доступного органического субстрата. Выявленная взаимосвязь РОУ с бактериопланктоном является одной из основных составляющих экологического равновесия экосистемы. Эта связь особенно важна для водных экосистем северных широт, где преобладающую долю в общем органическом веществе составляют растворенные (< 0,45 мкм) органические вещества (до 95%). Одной из приоритетных задач является оценка биоразнообразия водных экосистем Арктики, где важную роль играют термокарстовые озера, контролирующие поглощение и эмиссию углекислоты, в которой принимают участие фотосинтезирующие организмы. В ряде водоемов, независимо от расположения, наблюдается значительное развитие диатомей, харовых, зеленых, рафидофитовых, желто-зеленых водорослей. С увеличением площади озер, рН, РНУ и электропроводности наблюдается повышение численности и биомассы фитопланктона. При этом происходит снижение видового разнообразия. Увеличение концентраций общего азота и кремния приводит к снижению биомассы фитопланктона, однако при этом наблюдается увеличение видового разнообразия. В целом, функционирование фитопланктонных сообществ термокарстовых озер Большеземельской тундры зависит от комплекса факторов: прежде всего площади водных объектов, рН и РОУ, которые в свою очередь определяются стадией развития термокарстового озера. Зоопланктонная фауна исследуемых водоёмов представлена видами, обычными для северных озёр. В видовом составе зоопланктона озёр, находящихся на разных стадиях развития существенных различий не выявлено. Отмечено снижение количественных показателей планктона в зарастающих озёрах. По сравнению с экосистемами термокарстовых водоёмов, численность и биомасса зоопланктона в водоёмах этого типа уменьшается в 3 и 5 раз соответственно. Для проведения исследований биогеохимических процессов, происходящих в термокарстовых озерах с участием растений-макрофитов, была выбрана вахта трехлистная. Полученные результаты показывают возможность макрофитов озер БЗТ сильно накапливать тяжелые металлы (ТМ), что может отрицательно сказаться на качестве поверхностных вод данной территории. На основе экспериментов по смешению подземных и поверхностных вод было установлено, что поверхностный сток играет важную роль в формировании химического состава подземных вод, так как они обогащаются не только органическим веществом, но и ТМ, элементами-гидролизатами и редкоземельными элементами, которые в наибольшей степени способны накапливаться в оксидах и гидроксидах железа и марганца. С целью установления влияния климатических факторов на формирование химического состава природных вод было выполнено изучение роли криогенных процессов в распределении органического углерода и микроэлементов в природных водах. Так, при промерзании термокарстовых озер, воды которых богаты органикой, некоторые тяжелые металлы накапливаются и концентрируются в остаточном растворе. Данные «загрязнители» при весеннем и летнем паводке поступают в водосборные бассейны, обогащая не только поверхностные, но и подземные воды. Наличие островной и сплошной мерзлоты способствует накоплению РОУ, тяжелых металлов и редкоземельных элементов в приповерхностном слое грунтов, а далее металлы вместе с поверхностным и подземным стоком поступают в подземные воды. Лабораторное моделирование фото- и биодеградации растворенного органического вещества поверхностных вод Большеземельской тундры было направлено на получение количественной оценки степени био- и фотодеградации РОУ в течение летнего периода. Было установлено, что процессы биологической деструкции растворенного органического вещества аэробным бактериопланктоном и фотолиз РОВ являются важнейшим фактором, контролирующим поведение природного органического вещества и эмиссии СО2 в атмосферу в континентальных водах бореальной и тундровой зон Российской Субарктики. В целом, поверхностные воды озер, просадок, ручьев и рек Большеземельской тундры характеризуются скоростями трансформации РОУ под воздействием внутриводоемных процессов, которые являются типичными для тайги и тундры. Нами было также показано, что биологически-ускоренная трансформация железо-органических коллоидов приведет к их обеднению РОУ и обогащению железом; это может вызвать дополнительный вынос этого важного микронутриента в речные и прибрежные воды Арктического бассейна. Очень слабое влияние температуры на деградацию РОУ гетеротрофами и отсутствие различий биоразлагаемости РОУ в размороженных и замороженных торфяных горизонтах противоречат существующей парадигме о том, что таяние замороженного органического вещества и его выщелачивание во внутренних водах будет в значительной степени влиять на продуктивность микробных сообществ и цикл углерода. В целом, комплексные экспериментальные работы по выявлению роли бактерий в миграции углерода и металлов в различных субстратах тундры позволили выявить основные физико-химические и биотические факторы, контролирующие биогеохимические процессы тундровых и субарктических водных ландшафтов. Натурные эксперименты по добавлению торфа, мха, лишайника и золы растений в озерную воду (мезокосмы) показали, что деградация сфагнума и лишайника, а также оттаивание и последующее выщелачивание торфа являются основными процессами, участвующими в формировании химического состава воды термокарстовых озер. Изменения элементного состава воды озер при добавлении золы лишайника являются значительными, предполагая, что некоторые элементы могут быть использованы в качестве индикаторов воздействия низового пожара на водные экосистемы зоны вечной мерзлоты. Основным механизмом, как показали натурные исследования и экспериментальное моделирование, ответственным за формирование состава воды озер, от начала таяния мерзлоты в пальзе до больших термокарстовых озер, является прогрессивная минерализация растворенного органического вещества торфа аэробными гетеротрофными бактериями, сопровождаемая фоторазложением. Это предполагает, что в начале процессов таяния мерзлых бугров пальзы, концентрация РОУ и парниковых газов в водных объектах будет увеличиваться. Более того, усиливающееся таяние мерзлоты в Большеземельской тундре может привести к замещению больших (зрелых) термокарстовых озер, которые дренируются в речную сеть, гораздо меньшими по площади, но очень многочисленными просадками и озерками. Эти малые водные объекты площадью 1–100 м2, отсутствующие на топографических картах и труднодетектируемые при спутниковой съемке, могут оказаться крайне важными и пока не учтенными источниками эмиссии парниковых газов в атмосферу и потока РОУ и растворенных металлов в реки и Северный Ледовитый океан. Была проведена сравнительная оценка полученных данных с результатами работ комплексных экспедиций Института озероведения РАН 1986–1989 гг. в районе БЗТ. В частности, была проанализирована эволюция показателей рН, удельной проводимости, цветности, перманганатной окисляемости, биохимического потребления кислорода (БПК5), растворенного кислорода, общего фосфора, основных катионов, нефтепродуктов, общей численности и биомассы бактериопланктона, зоопланктона, хлорофилла. Большинство гидрохимических и гидробиологических параметров не продемонстрировало статистически значимой разницы между концом 1980-х годов и 2015–2017 гг. Отмечено некоторое снижение показателей рН, хлорофилла, содержание катионов кальция, нефтепродуктов, численности и биомассы зоопланктона. Таким образом, комплексные натурные наблюдения, экспериментальные работы по выявлению роли бактерий в трансформации углерода и натурные гидрохимические и гидробиологические исследования в различных термокарстовых водных объектах позволили выявить основные физико-химические и биотические факторы, контролирующие биогеохимию цикла углерода в тундровых и субарктических водных ландшафтах. Выполнена оценка круговорота вещества в термокарстовых озерах, данные о газообмене между водной поверхностью и атмосферой, что поможет лучше предсказать динамические изменения, происходящие в различных звеньях биогеохимического круговорота углерода и сопряженных элементов, в условиях возрастающего поступления загрязняющих веществ в природные и антропогенно-модифицированные экосистемы и происходящих климатических изменений.