Институту озероведения РАН принадлежит главенствующая роль в проведении регулярных комплексных исследований экологического состояния Ладожского озера – одного из крупнейших в Мире и крупнейшего озера в Европе, водоема, имеющего огромное значение в жизни Северо-Западного региона России и, в первую очередь, Санкт-Петербурга, как безальтернативного источника питьевого водоснабжения.

В 2021 году исполнилось 65 лет Ладожской экспедиции Института озероведения. Начало серьезных исследований Ладожского озера относится к концу XIX – началу XX в. Значительные работы, проведенные в довоенный период, обобщены в монографии И.В. Молчанова (1945). Наиболее обширные комплексные исследования озерных процессов Ладоги были предприняты Лабораторией озероведения АН СССР (в настоящее время Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт озероведения РАН) в 1956 -1963 гг. Под научным руководством академика С.В. Калесника по результатам исследований завершенных изданием восьми монографий в 1961-1968 гг. коллектив Ладожской экспедиции был награжден медалью Русского географического общества. Первым начальником Ладожской экспедиции был Василий Александрович Толмачев известный советский лимнолог…

Результаты исследований Института озероведения за 2024 год связаны с комплексными исследованиями Ладожского озера. К наиболее важным из них относятся:
Гидрофизика. Период ледостава на Ладожском озере продолжает сокращаться. Зимой 2023-24 гг. на поверхности озера лед наблюдался 156 дней, что на декаду меньше среднего многолетнего значения. Тем не менее, из-за низких зимних температур воздуха впервые за 6 последних лет озеро полностью покрылось льдом (на 4 дня в середине февраля). Даты существования термобара в 2024 г. – с 17 апреля до 29 июня. Подтверждается тенденция более раннего возникновения и, соответственно, исчезновения термобара на акватории по сравнению с предыдущим периодом времени, что обязательно повлияет на экосистему озера.
Гидрохимия. Минимальные уровни концентрации нефтяных углеводородов в поверхностном слое воды глубоководной части Ладожского озера превышали 60 мкг/л в течение всего периода наблюдений, что выше установленных предельно допустимых значений для водоемов рыбохозяйственного значения. Летом в гиполимнионе выявлено низкое содержание минерального фосфора, что в условиях мезотрофной стадии развития водоема должно лимитировать развитие биоты. Снижение значений водородного показателя свидетельствует о смещении продукционно-деструкционного баланса в сторону ускорения деструкции органического вещества, что приводит к заметному снижению относительного содержания кислорода в озере. Значения большинства исследуемых гидрохимических показателей в центральной части озера в 2024 г. не превышали средних многолетних значений. В зоне экологического риска остаются Волховская, Свирская и Шлиссельбургская губы с прилегающей к ним южной частью акватории озера, бухты северных шхер, а также районы г. Питкяранта на северо-востоке и г. Приозерска вблизи устья р. Бурной (Вуоксы) на западе. В районе г. Питкяранта в донных отложениях зафиксировано повышенное содержание цинка. Для Волховской губы отмечено высокие концентрации ванадия и стронция. В донных отложениях. радиоактивный цезий наиболее активно накапливается во впадинах у западного и восточного бортов котловины Ладожского озера.
Гидробиология. Оценка биологических сообществ Ладожского озера (фито-, бактерио-, мико- и зоопланктона, а также макро- и мейобентоса) в 2024 г. в целом позволяет говорить об относительно стабильном состоянии экосистемы озера. Параметры фитопланктонного сообщества открытых районов озера – биомасса фитопланктона и концентрация хлорофилла-а – позволяют охарактеризовать Ладожское озеро как мезотрофный водоем. Для зоопланктона в период наблюдений преобладали виды-индикаторы олиго- и b-мезосапробных условий. Большинство станций соответствует олиготрофному типу вод, а в южной части – мезотрофному. В соответствии с принятыми классификациями по показателю численности и биомассы водорослей воды центральной зоны Ладоги могут быть отнесены к I классу качества воды, воды прибрежной и, отчасти, деклинальной зон – ко II классу качества воды. Выполненная оценка качества вод по индексам сапробности организмов зоопланктона свидетельствует о том, что на всей исследованной акватории Ладожского озера качество вод соответствовало условно чистым водам, I класс качества. На участке акватории у г. Питкяранта по таксономическому составу и количественным характеристикам мейозообентоса отмечено угнетение развития данного сообщества. Среди зоопланктонных ракообразных здесь выявлен большой процент особей с патологией в виде опухолеподобных образований на теле, что расценивается как биологический отклик экосистемы на загрязнение водной среды и донных отложений.

• В результате исследования состава и строения гуминовых кислот отложений тундровых озер Кольского полуострова, Полярного Урала и Ямала, а также полуостровов Рыбачьего и Среднего и органического вещества донных отложений озер и мерзлых грунтов на архипелаге Шпицберген получена подробная эколого-геохимическая характеристика гуминовых веществ, формирующихся в холодноводных условиях Арктики, уточнены особенности процессов гумификации в различных климатических условиях планеты. Показана низкая устойчивость гумусовых веществ отложений озер криолитозоны к минерализации по сравнению с почвенным гумусом. (тема Плана НИР № FMNG-2019-0003, исполнитель Гузева А.В.)
• На основе 3D моделирования выполнен прогноз последствий аварийного разлива нефтепродуктов в акватории Ладожского озера. В соответствии с легендой расчетов в озеро сброшено 5000 тонн нефти. Весной нефтяные пятна распространяются в южном, юго-восточном и восточном направлениях, достигая береговой черты за время от одних до пяти суток. Наибольшей опасности загрязнения могут подвергнуться Волховская губа, Свирская губа и побережье, где расположен Нижне-Свирский государственный заповедник и Олонецкий государственный природный заказник. Летом загрязнения передвигаются в западном и юго-западном направлениях. Осенью распространение загрязнений происходит на восток в направлении Олонецкой ООПТ, минуя при этом Волховский и Свирский заливы (губы). В процессе распространения от одних до пяти суток размеры пятна увеличиваются – от 0.6 км2 до ~50 км2. (тема Плана НИР № FMNG-2019-0001, исполнители к.ф.-м.н. Зверев И.С., к.ф.-м.н. Голосов С.Д.)
• Статистический анализ вертикальных профилей температуры в Ладожском озере, измеренной за длительный период времени с 1897 по 2017 гг., позволил впервые разработать эмпирические количественные соотношения между параметрами стратификации с высокими коэффициентами детерминации. Исходя из различия физических особенностей процессов нагревания и охлаждения поверхности озера, для каждого из периодов найдены зависимости, которые представляют сезонный ход термических параметров Ладожского озера. Оценены скорости изменения температуры воды и изменения параметров слоя скачка в период стратификации. (тема Плана НИР № FMNG-2019-0001, исполнители г.н., проф. д.г.н. М.А. Науменко, ст.н.с., к.г.к В.В. Гузиватый)
• Проведена оценки возможных изменений стока с водосбора Ладожского оз. и р. Невы на основе сценариев выброса парниковых газов в атмосферу RCP 2.6 и RCP 8.5 – лучший и худший с точки зрения воздействия на окружающую среду, соответственно. Значения метеорологических параметров при обоих сценариях выброса парниковых газов рассчитаны с использованием климатической модели MPI-ESM-MR (Институт Макса Планка, Германия). В качестве модели формирования стока с водосбора Ладожского оз. и р. Невы применена модель ILLM, разработанная в ИНОЗ РАН. Показано, что увеличение температуры воздуха к 2100 г. в сценарии RCP 8.5 приводит к существенному увеличению расчетных значений испарения, которое в значительной степени компенсирует увеличение стока реки за счет возрастания осадков. В результате к концу 21 века сток увеличивается не более чем на 35 % относительно периода 2006-2015 годов. Сценарий RCP 2.6 дает снижение стока до 11 %, так как в этом случае практически отсутствует возрастание температуры воздуха, а осадки имеют небольшой отрицательный тренд (тема Плана НИР № 0154-2019-0001).
• Выполнены лабораторные исследования воздействия ультразвука малой интенсивности на токсигенные цианобактерии рода Synechocystis, которые вызывают «цветение» источников питьевого водоснабжения. Проведенные лабораторные исследования подтвердили, что ультразвуковое облучение малой интенсивности является стрессом для цианобактерий. Установлено, что в состоянии стресса, вызываемого действием ультразвука, в клетках цианобактерий одновременно запускаются два механизма метаболизма: 1) происходит увеличение толщины стенок клеток и их слизистого чехла, что повышает их стрессоустойчивость, но затрудняет обменные процессы в системе «среда – клетка»; 2) запускается механизм биосинтеза токсинов для борьбы с внешним воздействием. Оба эти механизма энергозатратны, и через 2–3 недели наступает период истощения запасов и отмирание клеток. (тема Плана НИР № 0154-2019-0002, исполнители к.ф.-м.н. В.Н. Рыбакин, к.б.н. И.В. Рудский, А.Н. Коровин).
• Разработаны методические подходы к оценке водных ресурсов регионов недостаточного увлажнения и их изменчивости с использованием массива данных Global Surface Water Recurrence, апробированные на примере стран Средней Азии и Казахстана. Оценены суммарная площадь водной поверхности озёр в год средней водности (с учётом водоёмов, оставшихся в наследие Аральского моря) 93 400 км2, и объёмы воды – 2154 км3 (пресной 160 км3). Определено, что площади водной поверхности постоянные 90 % времени наблюдений со спутников составляют 82 600 км2, а 10 % времени 175 000 км2. Наибольшей вариативностью водной поверхности характеризуются Узбекистан, Туркменистан, Кыргызстан, Казахстан (увеличение при максимальном разливе в 2 и более раза), наименьшей – Таджикистан (<20 %). Построены карты озёрности с учётом площадей водной поверхности, постоянных более 90 % и 10 % времени наблюдений со спутников (тема Плана НИР № 0154-2019-0004; исполнители д.г.н. Измайлова А.В., Корнеенкова Н.Ю., к.ф.-м.н. Расулова А.М.).
• Выполнен анализ озерного фонда Арктической зоны РФ (АЗРФ), который включает более 2.5 млн. озер (2\3 водоемов страны) с суммарным запасом пресной воды около 760 км3. Анализ выявил низкое качество (присутствие токсичных веществ, закисление, антропогенная эвтрофикация) воды на значительной части территории: Мурманская область, Ямало–Ненецкий и Ненецкий автономные округа, Норильский регион. Планируемая согласно Стратегии развития АЗРФ до 2035 г. организация новых и расширение существующих минерально-сырьевых центров (МСЦ) могут еще более ухудшить качество воды в арктических озерах и экологическое состояние прилегающей территории. Обоснована необходимость и определены этапы реализации специальной экологической программы, направленной на сохранение природно-ресурсного потенциала северных озер, включая их водные, биологические (включая запасы органического сырья) и рекреационные ресурсы в условиях возрастающей антропогенной нагрузки и потепления климата. (тема Плана НИР № 0154-2019-0004)

• Впервые выявлена существенная роль озера Ильмень в процессах ухудшения качества вод Ладожского озера и р. Невы. На основе анализа космической информации и натурных измерений установлено, что в результате длительного затопления обширных территорий вокруг Ильменя в период весенних половодий в акваторию озера поступают различные загрязняющие вещества, которые впоследствии через р. Волхов попадают в южную часть Ладоги и Неву (Приложение, рисунок 1). (ИНОЗ РАН, академик РАН В.А. Румянцев, д.г.н. Ш.Р. Поздняков, д.г.н. М.А. Науменко, к.г.н. Н.В. Игнатьева, к.г.н. С.Г. Каретников, к.г.н. В.В. Гузиватый, А.М. Крючков).
• На примере модельного оз. Красного (Карельский перешеек) показана тенденция снижения водности в условиях продолжающейся многоводной фазы последних лет. Дана характертистика связанных с этим изменений в структуре и продуктивности биологических сообществ, в частности, усиления развития синезеленых водорослей и интенсивности цветения воды в августе – сентябре.
• Показано, что по сравнению с предыдущим тридцатилетним периодом в настоящее время увеличилось количество теплых и экстремально теплых лет в регионе Ладожского озера. Межгодовая изменчивость сроков начала и окончания движения термического фронта по акватории озера имеет тенденцию на смещение в сторону более ранних значений.
• Комплексными исследованиями подтверждена эффективность превентивного действия ультразвукового излучения малой мощности на бактериальное цветение в опытном водоеме. Введена в действие установка для моделирования и оптимизации параметров ультразвукового воздействия на цианобактерии в лабораторных условиях. Изучен механизм действия одного из наиболее токсичных метаболитов цианобактерий – анатоксина а с использованием дафний и фармакологических подходов.
• На основе информации по гидрохимическому и гидробиологическому режимам Ладожского озера и его притоков, сделано заключение, что вектор развития экосистемы озера и его притоков определяется в основном естественными факторами природной среды в конкретных климатических условиях. При этом антропогенные воздействия в отдельных локальных участках могут вызывать заметные изменения показателей, характеризующих состояние экосистемы озера или его притоков.
• Разработан комплекс трех моделей (ILHM, ILLM и FLakeEco), описывающий тепломассоперенос в системе «водосбор – водоем». Комплекс позволяет давать прогностической оценки возможных изменений кислородного режима Псковского и Чудского озер в условиях изменяющихся климатических и антропогенных воздействий. Показано, что термогидродинамический режим озерной системы в XXI веке претерпит значительные изменения. Увеличение периода открытой воды приведет к повышению продуктивности обоих озер и их трофического статуса.
• Разработана и апробирована основа методики определения соотношения природных и антропогенных факторов влияния на экосистему озера по палеолимнологическим данным. Методика впервые позволяет оценивать изменения состава донных отложений и объяснять их причины на основании аналогов в прошлом.
• На основе анализа лимнологической изученности центра и юга Европейской территории России (ЕТР) выявлены изменения озерного фонда ЕТР за последние 50 лет, свидетельствующие о продолжающемся постепенном уменьшении площади водного покрытия Восточно-Европейской равнины. Наиболее значимые изменения отмечены для регионов, уже характеризующихся водным дефицитом. Дана количественная оценка озерных ресурсов Западной Сибири и определены основные проблемы качества озерных вод данного региона.
• Проведена новая оценка озерного фонда России на основе специально разработанной методики. Озерные водные ресурсы РФ оценены в ~25 970 км3, в том числе более 50 км3 – воды повышенной минерализации. В искусственных водоемах содержится ~830 км3. На крупнейшие озера приходится более 95 % общего объема пресных озерных ресурсов. Около 24 000 км3 озерной воды могут на сегодняшний день считаться условно чистыми, сохраняющими олиготрофный статус. В крупнейших водохранилищах сосредоточено 720 км3 воды, менее 8 % которой являются условно чистыми. В то же время для многих наиболее экономически развитых областей РФ, в которых отсутствуют крупные водоемы, доля условно чистых озерных вод составляет доли процента.
• Оценено состояние озер Карельского перешейка, выявлены закономерности изменения их экосистем в современных условиях (трофический статус озер, уровень загрязнения, качество вод) и основные факторы изменений, выявлены зоны экологического бедствия. Подготовлен проект системы индикации состояния озер по гидрохимическим и биологическим параметрам. Получены эмпирические модели, реализующие принципы многофакторных воздействий; многофакторный анализ показал, что в озерах Привуоксинской низины и Приморского района концентрация органического вещества и биогенных элементов достоверно выше, чем в остальных районах Карельского перешейка.
• Выявлена специфика изменений химико-биологических показателей водных экосистем ряда геохимических ландшафтов, подверженных различным видам антропогенного воздействия, характерным для урбанизированных территорий. Получена развернутая оценка экологического состояния нескольких озерно-речных систем Северо-Запада России.
• Разработаны научно обоснованные рекомендации по предотвращению негативных последствий изменения уровня воды водной системы «Ладожское озеро – река Нева – Невская губа» в ожидаемых условиях продолжения климатического потепления и возрастания антропогенного воздействия на водную систему. Основные рекомендации: установление охранной зоны вдоль побережий Невской губы и дельты р. Невы; перенос высотного градостроительства на возвышенные участки побережий вне зоны существующих тектонических разломов; сооружение плотины в истоке р. Невы, регулирующей уровень воды в Ладоге, для сохранения озера источником питьевой воды.
• На основе информации по гидрохимическому и гидробиологическому режимам Ладожского озера и его притоков, сделано заключение, что вектор развития экосистемы озера и его притоков определяется в основном естественными факторами природной среды в конкретных климатических условиях. При этом антропогенные воздействия в отдельных локальных участках могут вызывать заметные изменения показателей, характеризующих состояние экосистемы озера или его притоков. Дана оценка объема потенциально пригодных для водозабора вод Ладожского озера, которые находятся в западной и юго-западной частях акватории. Доказано, что при любых возможных негативных изменениях состояния Ладожского озера качество забираемой в нем воды будет лучше, чем в водозаборах, расположенных в р. Неве в черте Санкт-Петербурга.
• Проведена новая оценка современного состяния озерного фонда Европейской территории России (ЕТР) на основе специально разработанной методики. Показано, что озерные водные ресурсы ЕТР составляют ~1 370 км3, из которых 99 % сконцентрировано в озерах Северо-Западного региона, при этом ~60 % озерных вод ЕТР характеризуются как условно чистые. С начала 2000-х гг. наблюдается стабилизация экологического состояния ряда крупнейших озер, в то же время состояние многих малых и средних водоемов характеризуется как неблагоприятное. Снижение качества воды фиксируется в ранее благополучных регионах, в том числе, на европейском северо-востоке. За последние 50 лет зафиксировано заметное сокращение площадей ряда водоемов центра и юга ЕТР. (ИНОЗ РАН; Румянцев В.А., Драбкова В.Г., Измайлова А.В.).
• Впервые выполнена оценка биогенной нагрузки и ее составляющих на Онежское озеро со стороны водосборного бассейна на основе данных натурных наблюдений и с использованием детерминировано-стохастической модели. При этом информация о структуре поверхности водосбора получена путем дешифрирования космических снимков. Рассчитаны варианты возможного снижения нагрузки за счет оптимизации сельскохозяйственного производства и внедрения наилучших доступных технологий применения органических и минеральных удобрений (ИНОЗ РАН, ИВПС КарНЦ РАН, Румянцев В.А., Кондратьев С.А., Поздняков Ш.Р., Лозовик П.А., Шмакова М.В.).
• Впервые подготовлены научно-обоснованные предложения по установлению допустимой биогенной нагрузки на российские водосборы рек бассейна Балтийского моря, обеспечивающей выполнение рекомендаций Плана действий по Балтийскому морю ХЕЛКОМ по сниж Установлено усиление интенсивности «цветения» воды в озерах Карельского перешейка. Ухудшение качества воды обусловлено общим снижением водности и дальнейшего антропогенного воздействия, приводящих к созданию благоприятных условий для развития и распространения потенциально токсичных цианобактерий. Отмечено агрессивное распространение некоторых чужеродных видов погруженной водной растительности, приводящее к значительным изменениям в составе биологических сообществ. (ИНОЗ РАН; Трифонова И.С., Игнатьева Н.В., Русанов А.Г. и др.)
• Разработан и изготовлен макет ультразвуковой установки, предназначенной для борьбы с «цветением» токсичными цианобактериями в слабопроточных водоемах. Набор излучаемых частот запрограммирован таким образом, что эффект подавления развития цианобактерий будет максимален для каждого вида цианобактерий и конкретного водоема. Технические характеристики макета, в отличие от зарубежных аналогов, позволяют обеспечивать более полных охват акватории водоема. Макет работает автономно в течение 3 месяцев, изготовлен из экологически чистых материалов на российской элементной базе. (ИНОЗ РАН, АО «Концерн «Океанприбор», Румянцев В.А., Рыбакин В.Н., Коровин А.Н.)ению нагрузки на Балтику. С использованием методов математического моделирования определен потенциал возможного снижения нагрузки на Балтику со стороны России (ИНОЗ РАН, ГГИ, ООО «Экология и Бизнес»; Румянцев В.А., Кондратьев С.А., Поздняков Ш.Р., Шмакова М.В., Тарбаева В.М., Алексеев Л.П., Задонская О.В., Коровин Л.К., Воробьева Е.А.)
• На основе детального гидролокационного обследования участка Ладоги проведен анализ неоднородности геологического строения дна озера для определения характера тектонических движений и степени воздействия экзогенных рельефообразующих процессов. Показано, что в районе полигона измеренные уклоны в несколько раз больше, чем уклоны, оцененные по ранее созданной батиметрической модели. Наибольшие уклоны сосредоточены в прибрежной части полигона и практически равны 90 градусам в диапазоне глубин 30-90 м, что связано с геологическим строением острова Валаам.
• Проведены гидрохимические и гидробиологические исследования озер разных ландшафтов Карельского перешейка, различающихся геохимическим фоном и степенью антропогенного воздействия. В результате не выявлено четкой зависимости гидрохимических характеристик и состояния биологических сообществ озер от типа ландшафта. Установлено, что основным фактором, влияющим на показатели гидрохимического режима озер, структуры и продуктивности их биологических сообществ, является уровень и характер антропогенного воздействия. Большинство исследованных озер подвержено процессу антропогенного эвтрофирования в результате избыточного поступления фосфора. Во всех озерах независимо от ландшафта при обогащении фосфором повышается биомасса фитопланктона и роль в ней синезеленых водорослей, повышается роль погруженных макрофитов, снижается разнообразие всех водных сообществ.
• Выполнено обобщение существующих эмпирических зависимостей температуры воды озер от климатических факторов и от морфологических параметров озер, как факторов перераспределения тепла в водной толще. Разделение формирующих факторов на глобальные и морфометрические позволяет оценить реакцию термического режима озер, как на глобальные изменения климата, так и на изменения внешней нагрузки на регион.
• Проведенные изотопные исследования подтвердили существование разгрузки подземных вод на дне в северной части Ладожского озера. Уменьшение концентрации стабильного изотопа кислорода ?18О, характерное для подземных вод, обнаружено в вертикальных разрезах на глубинах, где выявлены обнажения пород рифейского комплекса. Выполнены расчеты, позволившие оценить вклад внешних источников в приходных статьях водного баланса Ладожского озера. Сток поверхностных водотоков составляет почти 90 %, на атмосферные осадки и подземный сток приходится 8 и 4,5 % соответственно.
• Проведен анализ существующей гидрометрической и спутниковой информации по регионам недостаточного увлажнения, с учетом ее полноты разработана методика оценки временной изменчивости озерных водных ресурсов. Расчет изменений запасов воды крупных озер, характеризующихся наиболее полной освещенностью наблюдениями, опирается на стандартные рекомендации Госкомгидромета, малых озер – на данные спутниковых снимков в годы конкретной обеспеченности. Для средних озер разработан метод реконструкции параметров распределения объемов озерных вод различной обеспеченности, основывающийся на использовании данных по реперным озерам, охваченным системой наблюдений Госкомгидромета.