Природу свечения вод Байкала изучают иркутские ученые

Новые данные о природе уникального явления – свечения байкальских вод – получили ученые Иркутского государственного технического университета. Ведущий специалист отдела лазерной физики и нанотехнологий Физико-технического института ИрГТУ Виктор Добрынин отмечает, что свечение водной среды Байкала он обнаружил еще в 1982 году, будучи начинающим исследователем в НИИ прикладной физики ИГУ, однако до сих пор природа этого явления остается загадкой.

«Перспектива данного исследования, кроме академического интереса, связана с мониторингом качества байкальской и ангарской воды, в котором свечение служило бы своеобразным индикатором состояния природной среды. Чистая вода уже во многих странах является дефицитом, скоро она будет дороже нефти, поэтому нам необходимо сохранить чистоту Байкала»,- цитирует пресс-служба вуза Виктора Добрынина.

Он предлагает поставить на истоке Ангары мониторинговую станцию и получать в режиме on-line экспресс-информацию о качестве воды по ее свечению. Эти исследования можно дополнять микробиологическими и гидрохимическими анализами. По словам Добрынина, основные эксперименты по изучению свечения байкальской воды проводились с 1982 по 1991 годы в районе 106 км Кругобайкальской железной дороги на южном Байкале, где в 3,5 км от берега установлен нейтринный телескоп. Ежегодно весной здесь разворачивается ледовый лагерь и реализуется международный Байкальский нейтринный проект, ведутся междисциплинарные исследования. Проведенные наблюдения в ледовом лагере позволили получить распределение интенсивности свечения по глубинам.

«В ходе эксперимента 1983 года мы прошли по Байкалу (с южного до среднего) на научно-исследовательском судне «Г.Ю. Верещагин» и сделали измерения в разных точках. Выяснилось, что свечение воды наблюдается в любой точке Байкала, на всех глубинах, на разном удалении от берега, – говорит ученый. – На больших глубинах (800 – 1200 метров) есть ядро прозрачности Байкала. Именно здесь самая чистая вода и она меньше светится. Как правило, интенсивность свечения уменьшается с глубиной, причем диапазон изменения от поверхности до дна достигает 100 и более раз.

Имеются вариации свечения – на заданной глубине интенсивность может изменяться в течение года в 2-5 и более раз. На самой глубоководной станции вблизи острова Ольхон зарегистрирован минимальный уровень свечения – 100 фотонов через квадратный сантиметр в секунду.


Предполагается, что данное явление обусловлено химическими реакциями, которые проходят в воде с участием кислорода, а другими агентами, скорее всего, являются органические вещества. Это так называемая хемилюминесценция – возникновение излучения вследствие образования продуктов химических реакций в возбужденном состоянии».


Виктор Добрынин подчеркнул, что в 2010 году после многолетнего перерыва ученые возобновили исследования по выяснению природы свечения байкальской воды и уже сделали несколько открытий. Для проведения измерений в ИрГТУ разработан лабораторный фотометр, который позволяет измерять интенсивность свечения проб воды и ее изменение во времени. Кроме того, в сотрудничестве с учеными НИИПФ ИГУ, создан глубоководный зондирующий счетчик фотонов на базе новейшего фотоэлектронного умножителя XP3540B, превышающий по чувствительности батифотометры XX века более чем в 100 раз.

Прибор предназначен для измерений вертикальных профилей свечения водной среды Байкала. В ходе последней экспедиции получены новые данные о тонкой структуре распределений интенсивности свечения водной среды на больших глубинах и ее динамике. Результаты экспериментов будут использованы для получения оценки скоростей глубинных течений в Байкале.

«Основной целью экспедиционных работ, выполненных весной 2012 года, являлось продолжение исследований спонтанной люминесценции водной среды Байкала в естественных условиях. Вариации свечения на различных глубинах обусловлены динамикой водной среды. Были проведены измерения многократно рассеянного солнечного излучения и синего светодиода, которые позволяют оценить оптические характеристики байкальской воды», – пояснил Виктор Добрынин.


Ученый продемонстрировал график наблюдения за пробами воды Ангары, где интенсивность свечения показана в полулогарифмическом масштабе. «Так, с осени 2011 года по январь 2012 года произошло падение интенсивности свечения почти в 100 раз, а с января начался рост. Получается так, что жизнь как бы замирает к середине зимы, а потом возрождается. Причем точка минимума интенсивности свечения воды приходится на 19 января 2012 года – Крещение», – отметил Виктор Добрынин.

Одно из последних открытий – влияние ультразвука и внешнего освещения на интенсивность спонтанного свечения. Добрынин выяснил, что ультразвук с развитой кавитацией необратимо гасит свечение, а действие внешнего освещения обратимо. Причем наибольшим эффектом тушения спонтанной люминесценции обладает синий свет. Мощные источники излучения – красный и зеленый лазеры практически не произвели никакого действия, в то время как слабый свет синего светодиода ослабляет спонтанную люминесценцию природной воды в несколько раз.

Это наблюдение позволяет сузить круг возможных объяснений явления и высказать ряд рабочих гипотез относительно его природы. Результаты последних исследований Виктор Добрынин представит на Международном симпозиуме «Оптика атмосферы и океаны. Физика атмосферы», который состоится 2-6 июля в Иркутске на базе Института солнечно-земной физики СО РАН.

---

счсс

Фотографии