Поиск

Озера
16.06.2015

Озера — водоемы замедленного водообмена, не сообщающиеся с Океаном. От реки озеро отличается, как правило, отсутствием течения, вызванного уклоном русла, от моря — отсутствием непосредственной связи с Океаном.
Озеро состоит из массы воды и котловины, составляющих единое целое.
Озерная котловина — углубление поверхности суши, не имеющее одностороннего уклона, заполненное до некоторого уровня водой. Часть котловины, занятую водой, называют озерным ложем.
Образование озера начинается с образования котловины. Происхождение котловины в значительной мере определяет размеры и форму озера. По происхождению котловин озера делятся на несколько генетических типов:
1) тектонические озера возникают в связи с образованием трещин, сбросов, грабенов; отличаются большой глубиной и крутизной склонов; к тектоническим относится, например, самое большое озеро на Земле — Каспийское и самое глубокое — Байкал;
2) вулканические озера занимают кратеры вулканов, маары (воронки взрывов), находятся среди лавовых полей, например Кроноцкое озеро (Камчатка);
3) ледниковые озера образуются в связи с разрушительной и созидательной деятельностью ледника (современного или древнего), например: озера Кольского п-ова, Прибалтики, Альп, Урала, Кавказа и др.;
4) водно-аккумулятивные и водно-эрозионные озера создаются деятельностью рек (старицы) или представляют собой затопленные морем участки речных долин (лиманы, лагуны), отдаленные от моря скоплениями наносов, например: озера Кубанских плавней, лиманы на Черноморском побережье;
5) провальные озера появляются в результате просадок и провалов при растворении (карстовые) или размыве (суффозионные) подземными водами горных пород и выносе частиц; к типу провальных относятся также термокарстовые озера, возникающие при оседании поверхности, вызванном таянием многолетней мерзлоты, например, многочисленные озера, расположенные между Онежским озером и Белым морем. Суффозионные озера типичны для юга Западной Сибири, термокарстовые— для области распространения многолетней мерзлоты;
6) эоловые озера располагаются в котловинах выдувания. Обычно эти котловины созданы ветром при участии других факторов. Эоловые озера имеются, например, в Средней Азии;
7) запрудные озера появляются в результате преграждения русла реки глыбами пород, лавой, ледником, например Сарезское озеро (Памир). Нередко образование озерных котловин вызывается рядом причин, среди которых очень трудно выявить главную.
С момента заполнения котловины водой начинается формирование озерного ложа. Течения и волны, вызываемые главным образом ветром, разрушают берега, вода переносит, сортирует и откладывает продукты разрушения. Мелкие частицы уносятся дальше от берега, чем крупные, и там образуют донные отложения.
В озерном ложе выделяются две области: береговая и глубинная. В первой преобладает разрушение, во второй — отложение продуктов разрушения.

Озера

Береговая область состоит из трех частей (рис. 94):
1) береговой склон — полоса суши, не подвергающаяся непосредственному воздействию воды. Ниже основания склона прибой разрушает породы, поэтому берег отступает;
2) побережье — прибойная полоса — зона самого интенсивного разрушения и частичного отложения наносов. Побережье делится на подводное, затопляемое и сухое (подвергающееся только действию волнения);
3) береговая отмель — наклонная подводная площадка, ограниченная со стороны озерной впадины откосом (отсыпью). Отмель создается как в результате размыва, так и в результате отложения наносов.
Побережье и береговую отмель вместе называют литоралью. Глубина литорали не превышает нескольких метров. На литорали селится растительность. Отсюда она наступает на озеро. Иногда за границу литорали принимают глубину проникновения солнечных лучей, глубину распространения зеленых растений.
В глубинной области озерного ложа откладываются продукты разрушения береговой области, к ним присоединяются осадки, сносимые в озеро с поверхности его бассейна, а также остатки растений и животных, населяющих озеро. Смешиваясь и претерпевая изменения, неорганические и органические осадки образуют толщу иловатых отложений, постепенно заполняющих углубления дна и выравнивающих его. Дно глубинной области почти не подвергается влиянию волнений. Глубинную область дна называют профундалью; область, переходную от профундали к литорали, — сублиторалью.
По мере накопления осадков литораль расширяется, глубины профундали уменьшаются, и постепенно она может совсем исчезнуть. Растительность, поселяющаяся на литорали, распространяется на все озеро. За счет остатков отмирающей растительности интенсивность накопления отложений на дне озера увеличивается.
Заполнение озера наносами — естественный процесс его развития. Чем меньше озеро, чем интенсивнее оно заносится и зарастает, тем скорее превратится в болото и станет сушей. Изменения количества воды в озере могут ускорить или замедлить этот процесс.
Следуя делению, введенному Форелем, в развитии озера можно выделить три стадии: 1) стадию юности, когда формирование ложа только начинается, первоначальный рельеф дна не скрыт наносами, растительности почти нет или она селится около самого берега; 2) стадию зрелости — в котловине озера хорошо выражено деление на литораль и профундаль; 3) стадию старости всего озера — глубинная часть заполнена наносами, литораль, наступавшая на озеро со всех сторон, сомкнулась, растительность занимает все озеро. В результате дальнейшего заполнения озера наносами оно превратится в болото.
Водная масса озера. Большинство озер образовалось при заполнении их котловин водой, стекавшей с поверхности суши. Некоторые озера появились в результате скопления подземных вод. Озера, возникшие на месте отступивших морей (реликтовые озера), первоначально заполняла масса соленой морской воды. С момента возникновения озера количество и качество озерной воды, независимо от ее происхождения, непрерывно изменяется под совокупным действием ряда причин, из которых существенное значение имеет водный баланс озера.
Озеро получает воду (питается) за счет стока: склонового, речного и подземного и за счет атмосферных осадков, выпадающих непосредственно на его поверхность. Основная роль в питании озера принадлежит речному стоку и атмосферным осадкам, выпавшим на его поверхность. Значительно меньшую роль играют подземный сток, поступающий непосредственно в озеро, и конденсация влаги на его поверхности, приобретающие заметное значение только при особо благоприятных условиях. Значение подземного питания усиливается в карстовых областях, конденсация влаги может дать заметные результаты на больших озерах, когда температура их поверхности значительно ниже температуры воздуха.
Расходуется озерная вода в основном на испарение. Поверхностный сток возникает в том случае, если приход воды превосходит испарение.
В зависимости от баланса воды озера могут быть бессточные и сточные. Промежуточное положение занимают озера с перемежающимся стоком. Сточные озера, принимающие реки, называют проточными. Бессточные озера, не имеющие притоков, именуются глухими. Водный баланс сточного озера выражается следующей формулой:
Озера

К озерам с перемежающимся стоком в сточный период применима первая формула, в бессточный — вторая.
Состояние водного баланса определяет колебания уровня озера. Если расход преобладает над приходом, уровень понижается. Преобладание прихода вызывает повышение уровня. Чем больше разность между приходом и расходом, тем интенсивнее и значительнее колебания уровня.
Повышение уровня озера сопровождается увеличением испаряющей поверхности, а следовательно, увеличением расхода воды: понижение уровня соответственно приводит к сокращению расхода воды на испарение. При увеличении прихода в бессточных озерах уровень поднимается и, если увеличивающийся расход на испарение не уравновесит прихода, возникнет сток из озера: бессточное озеро станет сточным. При уменьшении прихода воды уровень озера падает, площадь его сокращается, испарение уменьшается и озеро может превратиться в бессточное.
В бессточных озерах, при отрицательном балансе воды, снижение уровня и уменьшение площади его будет продолжаться до тех пор, пока приход не уравновесит сократившийся расход на испарение. Озеро, имеющее приток воды, при увеличении расхода сократится в размерах, но не высохнет. Озеро без притока воды при отрицательном балансе может иссякнуть.
Колебания уровня озер носят периодический и непериодический характер. Первые отражают периодическое изменение элементов водного баланса, вторые зависят от случайных изменений того или иного элемента.
Особенно отчетливо выражены сезонные периодические колебания уровня, типичные для разных климатических поясов.
Уровень озер в арктическом и субарктическом климатических поясах определяется режимом атмосферных осадков и стоком талых вод. Испарение существенного влияния на уровень озер в этих условиях не оказывает. Характерно низкое положение уровня зимой и весной, резкий его подъем летом и снижение осенью.
Озера умеренного пояса в условиях континентального климата с избыточным увлажнением наибольшее количество воды получают весной от таяния снега (весенний максимум). Сильное испарение приводит в конце лета к уменьшению количества воды в озере (летне-осенний минимум). Осенью наблюдается повышение уровня, связанное с уменьшением испарения и увеличением количества осадков (осенний максимум). В течение зимы уровень понижается и к весне (к моменту вскрытия) бывает наименьшим (зимне-весенний минимум). Амплитуда колебания уровня этих озер редко превышает 1 м.
Озера областей муссонного климата умеренных широт отличаются наиболее высоким уровнем летом и осенью в связи с дождями.
В засушливом климате умеренных широт (степи и полупустыни) снеговые воды являются часто основным источником питания озер, поэтому уровень их повышается весной. Летом в результате сильного испарения наблюдается снижение уровня. Некоторые озера этой зоны летом пересыхают. В пустынях умеренных широт озера питаются водой, приносимой реками с гор, и уровень их зависит от режима рек.
В субтропическом поясе максимальное количество воды в озерах зимой, минимальное — летом. Сходный режим имеют озера тропической зоны, но они бедны водой и летом могут пересыхать.
В поясе экваториальном изменения уровня озера определяются главным образом режимом рек, питающих озера, и режимом атмосферных осадков. Наблюдается два максимума (май—июнь и декабрь) и два минимума (февраль—март и октябрь—ноябрь) положения уровня. В направлении от экватора к тропикам два максимума сливаются в один, то же происходит с минимумами.
Колебания уровня озер одной зоны в течение года могут быть различными, в зависимости от местных причин.
Уровень озер подвержен вековым и внутривековым колебаниям, имеющим периодичность, соответствующую периодичности колебаний климата. Особенно отчетливо вековые колебания прослеживаются на озерах, расположенных в районах с недостаточным увлажнением. Изучение внутривековых колебаний уровня степных озер (Северный Казахстан) позволило А.В. Шнитникову установить, что в период с конца XVII до середины XX в. (примерно за 200 лет) озера семь раз сильно сокращались (некоторые полностью высыхали и снова наполнялись водой). Продолжительность каждого из семи установленных циклов колеблется от 29 до 45 лет. Циклы колебания уровня озер синхронны циклам колебания современного оледенения. И те и другие циклы связаны с периодическими колебаниями климата.
Морфометрические характеристики озера — абсолютные и относительные величины, характеризующие его размеры, форму и объем: длина и ширина, длина береговой линии, ее изрезанность, площадь поверхности озера, глубина.
Длина озера (l) — кратчайшее расстояние между двумя наиболее удаленными друг от друга точками береговой линии, измеренное по поверхности озера.
Ширина озера — В; средняя ширина (Bср) — отношение площади озера к длине; максимальная (Bmax) — наибольшее расстояние между берегами по перпендикуляру к длине озера.
Длина береговой линии (L) — длина уреза воды (линии соприкосновения воды с сушей).
Развитие береговой линии — отношение длины береговой линии озера к длине окружности круга, имеющего площадь, равную площади озера. (К=L/2пК).
Площадь поверхности озера (F) — площадь водной поверхности бег островов.
Глубина максимальная (Hmax) находится непосредственно измерениями.
Глубина средняя (Hр) получается от деления объема водной массы на площадь поверхности (W/F).
Объем водной массы (W) вычисляется как сумма объемов, отдельных слоев, заключенных между двумя омежными горизонтальными плоскостями, проведенными по изобатам. Горизонтальные слои рассматриваются как усеченные конусы или как призмы.
Все морфологические характеристики меняются при изменении уровня озера.
Химизм озерных вод. В воде озер нет постоянства соотношений между основными ионами, столь характерного для воды Океана. В отличие от речных и подземных вод химический режим озер формируется при очень большом участии биологических процессов.
В озерной воде обнаружено большинство элементов таблицы Менделеева. Обычно в больших количествах имеются:
HCO'3, CO''3, SO''4, Cl', Ca'', Mg'', Na', К'.

Такие биогенные элементы (определяющие интенсивность жизненных процессов), как соединения азота, фосфора, кремния и отчасти железа, содержатся в воде озер в ограниченном количестве.
Органические вещества образуются в самом озере в результате жизнедеятельности организмов, а также приносятся в него. К приносимым органическим веществам относятся продукты разложения наземной растительности — гуминовые соединения. Особенно много гуминовых веществ в озерах заболоченных районов тайги. Высокое содержание этих соединений угнетающе действует на развитие водной растительности и на многих животных в озере.
Основной путь поступления в озеро химических элементов — сток поверхностных и подземных вод. Часть химических элементов образуется в результате процессов, происходящих в самом озере: растворение пород дна, распад илов, выделение организмами и т. д. Некоторые вещества (О2 и частично СО2) поступают из атмосферы. Расходуются химические элементы в результате выноса стекающими из озера водами, выпадения в осадок, потребления организмами, удаления в атмосферу. Химический баланс озер в основном зависит от приноса и выноса растворенных веществ реками. Поэтому вода в бессточных озерах осолоняется. При сильной минерализации бессточных озер расход солей происходит за счет их кристаллизации.
Количество растворенных в озере веществ определяется их балансом, концентрация же их в растворе (соленость) зависит также от количества воды в озере. Изменения количества воды определяют в основном колебания солености озер во времени. Во влажные периоды соленость озер уменьшается, в засушливые — увеличивается. Неравномерность интенсивности обмена воды в разных частях озера может вызвать различия в солености. Как правило, более низкой соленостью отличаются части озера, в которые впадают реки.
В зависимости от степени солености озера делятся на четыре типа: 1) пресные — от 0 до 1‰ (предел вкусового ощущения); 2) солоноватые — от 1 до 24,7‰ (точка совпадения температуры наибольшей плотности с температурой замерзания); 3) соленые — от 24,7 до 47‰ (47‰ — максимальная соленость морской воды); 4) минеральные — выше 47 %о. Соленые и минеральные озера нередко объединяют в один тип. Самые соленые озера: Большое соленое — 265,5‰, Гюсгундак (Малая Азия) — 374‰.
Соленость озера определяется комплексом природных условий, при изменении которых пресное озеро может стать солоноватым, солоноватое соленым, и наоборот.
Химический состав и содержание солей в озере в момент его образования зависят от химизма воды, заполнившей котловину. В процессе развития озера первичный химический состав подвергается изменениям, обусловленным прежде всего биохимическими процессами и интенсивностью водообмена. Поэтому солевой состав озерных вод, находящихся в разных природных зонах, различен.
В зоне тундры в воде озер преобладают ионы Si и HCO3, в зоне лесов — ионы HCO3 и Ca, в зоне степей — ионы SO4, Na, а иногда HCO3 (в содовых озерах), в зоне пустынь и полупустынь — ионы Cl и Na; солевой состав воды горных озер различен в разных вертикальных поясах.
Одновременно со сменой преобладающих ионов происходит изменение степени солености. В зоне тундры, при избыточном увлажнении, формируются проточные пресные озера. В пустынях, при недостаточном увлажнении, озера не имеют стока и поступающие в них соли постепенно накапливаются, осолоняя озеро.
В зависимости от местных условий возникают значительные отклонения качеств озерной воды от типичных озерных вод данной зоны. Как правило, азональны по солевому составу озера карстовых областей. В районах с поверхностным залеганием соленосных пластов озера соленые независимо от природной зоны (например, Кулойские озера, в бассейне р. Пинеги). То же относится к озерам, питающимся подземными водами, богатыми солями (например, оз. Соленое у Сольвычегодска).
Озера, получающие воду от рек, протекающих в других зонах, могут иметь нехарактерный для своей зоны состав солей. Например, для некоторых прикаспийских озер, расположенных в полупустыне, характерно преобладание иона HCO3, поступающего с водой Урала, Волги, Эмбы, а для оз. Виннипег, находящегося в лесной зоне, — преобладание иона SO4, приносимого р. Ред-Ривер. Подземный сток обеспечивает вынос солей из бессточного озера Чад, имеющего частично пресную воду.
Минеральные озера заполнены рассолом — рапой. Содержание солей в рапе близко к насыщенности. Поэтому изменение количества солей и температуры рапы может вызвать их кристаллизацию — «садку». Минеральные озера, в которых происходит садка солей, называются самосадочными. При изменении условий садка может частично раствориться. Co временем нерастворившаяся садка при уплотнении под влиянием накапливающихся над ней слоев превращается в корневую соль. Озера, в которых откладываются пластичные тонкодиоперсные илы (лечебные грязи), известны как «грязевые».
По преобладающим в составе рапы анионам озера делятся на три типа: гидрокарбонатные и карбонатные (содовые), сульфатные (горько-соленые) и хлоридные (соленые). При изменении условий один тип может переходить в другой.
Увеличение засушливости вызывает прежде всего осаждение наименее растворимых карбонатов и преобладание в воде сульфатов, затем осаждаются и сульфаты и преобладающими становятся хлориды. При увлажнении климата процесс идет в обратном порядке — в хлоридных озерах начинается растворение сначала сульфатов, затем карбонатов:
карбонатный тип ⇔ сульфатный тип ⇔ хлоридный тип.

По происхождению солевой массы минеральные озера делятся на морские и континентальные. Первые отделились от моря и первоначально имели воду, близкую по солевому составу к морской воде; физико-химические процессы, происходящие в озерах, постепенно привели к изменениям и возникновению больших различий в составе рапы разных озер морского происхождения. В континентальных минеральных озерах накапливаются соли, приносимые поверхностными и подземными водами. В их формировании большую роль играют местные природные условия.
Минеральные озера являются источником ценных полезных ископаемых: поваренной соли, калийных солей, сульфата натрия, соды, хлористого магния, бора, брома, йода. Многие минеральные озера используются в лечебных целях.
По числу и разнообразию минеральных озер России занимает первое место в мире.
Газовый режим озер. В озерной воде растворены различные газы: O2, N2, CO2, H2S, СН4, H2, NH3. Особенно важно наличие кислорода, углевислого газа и сероводорода, тесно связанных с жизнедеятельностью организмов.
Кислород в поверхностные слои поступает из атмосферы; в зоне освещения, населенной растениями, он выделяется в процессе фотосинтеза. Из верхнего слоя воды кислород уходит в атмосферу; во всей толще воды (особенно в придонных слоях) он расходуется на окислительные процессы. В зоне фотосинтеза в дневное время кислород может содержаться в большом избытке, в придонных слоях его вообще мало и нередко наблюдается значительный дефицит.
Углекислый газ, наоборот, наиболее интенсивно образуется в придонных слоях (при окислении органического вещества в воде и илах), а расходуется в зоне фотосинтеза. Избыток углекислого газа в придонных слоях может во много раз превосходить его нормальное содержание (отмечены случаи содержания углекислого газа до 2057% нормы).
Сероводород выделяется при разложении белковых веществ и при восстановительных процессах без кислорода. Так как сероводород уходит в атмосферу, длительное присутствие его в верхних слоях воды невозможно. При плохом перемешивании воды сероводород может скапливаться в придонном слое.
Газовый режим озера и количество газов зависят от температурного режима озера и от биологических процессов, в нем происходящих. Поэтому они неодинаковы в разных озерах. В больших и глубоких озерах с относительно холодной водой содержание кислорода близко к насыщению и мало изменяется с глубиной.
В мелких, хорошо прогреваемых озерах, богатых жизнью во всей толще воды, газовый режим зависит от интенсивности биологических процессов. Летом, при слабом перемешивании воды, количество кислорода в ней с глубиной уменьшается до полного исчезновения. Количество углекислого газа с глубиной, наоборот, возрастает. Зимой подо льдом, без доступа кислорода и при значительном его потреблении в придонных слоях, наблюдаются заморы — массовая гибель обитателей озера, и главным образом рыбы.
Цвет воды озера обусловлен избирательным поглощением и рассеиванием световых лучей. Оптически чистая вода поглощает длинноволновые красные лучи и отражает проникающие в глубину коротковолновые синие лучи. Отраженные синие лучи доходят до поверхности, и вода кажется лазурно-голубой. Наиболее синие — чистые горные озера. Очень яркий синий цвет характерен, например, для оз. Иссык-Куль. Так как вода озер содержит обычно взвеси, она редко бывает синей. Взвеси поглощают значительную часть лучей синих и начинают отражать зеленые, поэтому вода становится сине-зеленой и зеленой. Очень мутная вода может рассеивать и красные лучи. Тогда цвет ее приобретает желтый и бурый оттенки.
Взвеси и планктон, содержащиеся в воде, придают ей ту или иную окраску в зависимости от собственного цвета. Значительно меняют окраску воды гуминовые вещества. Благодаря содержанию гуминовых веществ и органических взвесей для воды озер, расположенных среди болот и в лесу, характерны желто-бурый и бурый цвета. Различные оттенки приобретает вода озер в период цветения (массового развития планктона).
Прозрачность воды зависит от освещенности ее поверхности, от географической широты местности и от количества взвесей и планктона. Годовой ход прозрачности озерной воды связан с режимом стока и с развитием планктона. Наибольшая прозрачность зимой подо льдом, наименьшая — весной во время половодья и летом в период цветения.
Тепловой режим озер тесно связан с балансом тепла. Водная масса всегда получает и отдает или расходует тепло.
Уравнение теплового баланса
±q = (I - Iэ) + (Ct + Cd) + Sg;

где ±q — изменение запасов тепла в озере; (I - Iэ) — радиационный баланс (I — поглощенная водой прямая солнечная радиация, Iэ — эффективное излучение); (Ct + Cd) — теплообмен с атмосферой (Ct — турбулентный теплообмен, Cd — скрытая теплота парообразования); Sg — теплообмен с дном озера.
Дополнительные статьи прихода и расхода тепла, обусловленные влиянием поступающей в озеро воды, биохимическими процессами, льдообразованием и таянием, существенного значения не имеют. Соотношение между элементами теплового баланса не остается постоянным. Поглощение водой солнечной радиации плавно изменяется в течение года, достигая максимума в июне и минимума в декабре. Затраты тепла на испарение максимальные в осенний период — период наибольшего прогрева массы озерной воды; минимальное количество тепла затрачивается на испарение (при открытой водной поверхности) весной. Озеро отдает тепло атмосфере, когда температура водной поверхности выше температуры воздуха. Это положение существует (при открытой поверхности озера) во все месяцы года, кроме весенних (апрель, май).
Наиболее интенсивно поглощает солнечную радиацию поверхностный слой воды. Опыт показывает, что в озерах с прозрачной водой верхний слой мощностью до 1 м задерживает 43—59% солнечной радиации, в озерах с повышенной мутностью воды процент поглощенной верхним слоем радиации достигает 80. Как известно, теплопроводность воды очень мала, и поэтому в неподвижной воде суточные колебания температуры могут распространяться всего до глубины 40 см, годовые — до глубины около 8 м. В действительности суточные колебания температуры прослеживаются в озерах на глубине нескольких метров, а годовые захватывают всю массу озерной воды (кроме очень глубоких озер). Это возможно благодаря перемешиванию, возникающему как в результате различий в плотности на разной глубине (конвективное перемешивание), так и в результате воздействия динамических причин, например ветра (турбулентное перемешивание).
В результате непосредственного нагревания и охлаждения поверхностного слоя и перераспределения тепла в озерах возникают различные типы теплового режима. Тепловой режим пресных озер умеренной зоны делится на несколько периодов в зависимости от сезонов.
Весенний период. Весной нагревание и перемешивание воды приводят к возникновению в озере весенней гомотермии — выравниванию температуры до одинаковой (близкой к 4°) во всей массе воды. При гомотермии вода легко перемешивается ветром и становится однородной не только по температуре, но и по минерализации, мутности, насыщению газами. В этот период кислород доставляется в глубинные части озера. На мелких озерах при сильном ветровом перемешивании гомотермия может сохраняться весь безледный период.
По мере нагревания верхнего слоя воды возникают и усиливаются различия в ее температуре и плотности. Верхние слои, нагретые до температуры выше 4°, оказываются легче нижних, имеющих температуру 4°. Постепенное проникновение тепла в глубь озера приводит к возникновению прямой температурной стратификации — к такому положению, при котором температура нижележащих слоев воды оказывается более низкой, чем температура слоев, находящихся над ними.
В глубоких озерах прогревание захватывает некоторый слой, глубже которого может сохраняться гомотермия. В менее глубоких озерах температура с глубиной понижается во всей толще воды.
Летний период. Температура с глубиной в общем понижается. Перемешивание ветром воды на поверхности способствует появлению слоя небольшой мощности с одинаковой температурой, более высокой, чем в глубинных слоях. Нагретый поверхностный слой отделяется от холодного глубинного сравнительно тонким слоем (от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров) с резкими изменениями температуры, называемым слоем температурного скачка. Вертикальный градиент температуры в этом слое может достигать 8—10° на 1 м. В озере четко разграничиваются три зоны: верхняя, наиболее теплая, характеризующаяся очень медленным убыванием температуры с глубиной, — эпилимнион, средняя — слой температурного скачка, или металимнион, и нижняя, относительно холодная, с очень незначительным понижением температуры с глубиной — гиполимнион (рис. 95).
Озера

Смена погоды ветреной и тихой может привести к возникновению нескольких очень неустойчивых слоев температурных скачков. Сильный ветер вызывает погружение слоя скачка на большую глубину. Распределение температуры в озере летом в большой степени зависит от характера весны. Если весна дружная, теплая, в верхних слоях озера быстро устанавливается прямая стратификация, слой скачка располагается высоко, глубинные слои не успевают прогреться и летом в гиполимнионе сохраняется сравнительно низкая температура. При затяжной весне гиполимнион имеет более высокую температуру, так как прямая температурная стратификация в верхнем слое устанавливается медленно, гомотермия сохраняется дольше и в глубину успевает проникнуть больше тепла.
Слой температурного скачка разграничивает гиполимнион и эпилимнион. Теплообмен озера с атмосферой летом практически ограничивается эпилимнионом. Эпилимнион получает кислород из атмосферы, и при достаточном количестве света, проникающего в эту зону, в ней создаются благоприятные условия для жизни. В гиполимнионе кислород расходуется на разложение органических остатков и на дыхание организмов, проникновению же его сверху мешает слой скачка; поэтому ощущается недостаток кислорода.
В конце лета начинается охлаждение озера, происходят перемешивание и перераспределение тепла.
Осенили период характеризуется постепенным охлаждением воды, начинающимся с верхних слоев. Охлажденная вода опускается до слоя, имеющего ту же, что и она, температуру, а на ее место поднимается более теплая вода и т. д. Возникает конвективное перемешивание. В результате слой эпилимниона постепенно охлаждается, разность в температуре между ним и слоем гиполимниона уменьшается, а при содействии ветра, перемешивающего воду, совершенно исчезает. Устанавливается осенняя гомотермия, продолжающаяся до тех пор, пока температура не достигнет 4°.
При охлаждении поверхностных слоев воды ниже 4° конвекция прекращается. Верхние слои, охлаждаясь, становятся легче нижележащих и остаются на поверхности. Охлаждение медленно передается вниз. В результате вышележащие слои воды имеют более низкую температуру, чем слои, расположенные под ними. Такое распределение температуры в озере называется обратной температурной стратификацией.
Зимний период. При обратной температурной стратификации в результате охлаждения поверхностного слоя ниже температуры замерзания (на несколько десятых градуса) происходит замерзание озера. Чем больше минерализация воды, тем ниже температура замерзания. В озерах с соленостью воды выше 24,7‰ обратная температурная стратификация невозможна, так как температура наибольшей плотности воды ниже температуры ее замерзания. Охлаждаясь на поверхности, вода, как более тяжелая, опускается вниз. При этом создаются благоприятныё условия для образования донного льда.
Процесс льдообразования на озерах начинается так же, как и на реках, с возникновения заберегов и сала. На небольших озерах забереги и сало быстро смерзаются, и все озера покрываются льдом. На поверхностях больших и глубоких озер, подвергающихся воздействию ветра, образование сплошного ледяного покрова задерживается. Волны ломают края заберегов и лед, образующийся местами в открытой части озера, возникают плавучие льды и даже целые ледяные поля. Сплошной покров появляется в результате смерзания всех ледяных образований, включая всплывший донный лед. Процесс замерзания больших озер продолжается 30—45 дней. Ледостав на озерах в общем наступает на 8—10 дней раньше, чем на реках.
Нарастание льда идет снизу и сверху, причем интенсивность нарастания снизу наибольшая в первые дни ледостава (6—7 см в сутки). Обладая малой плавучестью, лед под тяжестью снега легко погружается в воду, которая, поднимаясь по трещинам, пропитывает снег и замерзает. Происходит нарастание льда сверху. В результате лед может состоять из нижнего «озерного» льда, чистого и прозрачного, и верхнего «наслуза», мутного и беловатого, образующегося из снега. Толщина льда на озерах достигает 200 см. У берегов озера лед обычно толще, чем в средней его часта. Лед и особенно покрывающий его снег делают практически невозможным теплообмен между водной массой и атмосферой.
Вскрываются озера в результате постепенного таяния сначала снега, затем находящегося под ним льда. Лед становится пористым и дробится, по краям озера образуются забереги. В бессточных озерах лед тает на месте, в сточных — часть льда выносится реками. Вскрытие озер про-исходит на 8—15 дней позднее, чем вскрытие рек.
В незамерзающих озерах умеренных широт охлаждение продолжается в течение всей зимы и минимальной температура воды бывает перед началом весеннего нагревания. Охлаждение обычно происходит в условиях сильного ветрового перемешивания, поэтому температура во всей толще воды опускается до 2—3° и ниже.
В очень глубоких озерах полного перемешивания воды не происходит, например в оз. Байкал обратная стратификация устанавливается в слое 200—250 м, глубже — всегда прямая стратификация, и на глубине 1600 м вода имеет температуру наибольшей плотности. С увеличением давления температура наибольшей плотности воды понижается, поэтому на большой глубине в Байкале она равна 3°.
Большим своеобразием отличается термический режим соленых озер. При высокой солености конвективное перемешивание вызывается в большей степени солевыми различиями в плотности, чем температурными. Ветровое перемешивание затруднено повышенной плотностью воды. Летом вода прогревается до 50—60°, зимой охлаждается до 20° и ниже. Годовые амплитуды колебания температуры достигают 80—95°. В зависимости от температуры наиболее минерализованной (наиболее плотной) воды, опускающейся на дно, в озере в любой сезон может возникнуть только прямая или только обратная стратификация. Глубокие соленые озера умеренной зоны имеют на дне воду с температурой, соответствующей зимним температурам на поверхности.
Термическая классификация озер. На основании изучения термического режима озер различных климатических зон Ф. Форель разделил все озера на три группы: тропические, полярные и умеренные.
Тропические (теплые) озера имеют высокую температуру и незначительные колебания ее в течение года. Характерна постоянная прямая стратификация. Таких озер много в Африке, в Южной Америке. В Европе к ним относится Женевское озеро, в России единственное теплое озеро — Иссык-Куль.
Полярные (холодные) озера характеризуются обратной температур ной стратификацией в течение длительного периода. Период летнего термического режима короткий. К полярным относятся озера севера Канады и Сибири, а также озера высоких гор.
Умеренным (смешанным) озерам свойственна прямая (лето) и обратная (зима) стратификация. К этой группе относятся многочисленные озера в умеренных широтах Европы, Азии, Северной Америки.
Движение озерной воды. Движение воды в озере может быть и колебательным (волнения), и поступательным (течения).
Волны на озерах возникают главным образом под влиянием ветра. От волн на морях и океанах они отличаются размерами и формой. Максимальная высота волн на больших озерах до 3—4 м; на малых не более 0,5 м. Озерные волны круче и обычно имеют неправильную форму. Ветровые волны на озерах сравнительно быстро развиваются и быстро гаснут после прекращения ветра. Глубина их распространения ограничена несколькими метрами. На озерах больше, чем на морях, сказывается влияние местных условий: размеров водоема, его глубины и рельефа дна.
Волнения перемешивают массы воды и способствуют температурной и химической однородности озерной воды.
Течения в озере вызывает ветер (ветровые течения) или горизонтальная составляющая силы тяжести (градиентные течения), появляющаяся в том случае, если водная поверхность имеет наклон. На скорость и на направление течений в озере большое влияние оказывают размеры и очертания его.
Ветровое течение хорошо выражено только в удалении от берегов. Перемещая воду от подветренного берега к наветренному, ветер создает наклон водной поверхности, при этом возникает сток воды в направлении, противоположном ветру, — сточное течение. Наклон поверхности озера и возникновение сточного течения вызываются также притоком воды в озеро или оттоком ее из озера. Если объем приходящей (или уходящей) воды невелик по сравнению с объемом воды в озере, течение выражено слабо, и только у истока (или устья) реки. Приток или отток большого количества воды может привести к возникновению течения на всем протяжении озера, аналогичного речному течению, но с малыми скоростями. Такое течение существует, например, в озере Зайсан, а также в водохранилищах. В зависимости от соотношения плотностей речных и озерных вод они Могут быть поверхностными и глубинными.
На любое течение в озере действуют силы трения, инерции, отклоняющие действия вращения Земли. Сила инерции имеет значение только при значительной скорости движения. Отклоняющее действие вращения Земли в мелких озерах перекрывается силой трения, в больших озерах оно способствует возникновению круговых течений против часовой стрелки (в северном полушарии). В каждом озере течения имеют свои особенности.
Гидробиологические особенности озер. В любом озере имеются организмы. Отсутствие жизни в водоеме — явление редкое и кратковременное. Водные организмы приспосабливаются к условиям жизни и образуют типичные для этих условий комплексы. В результате жизнедеятельности организмов в окружающей их среде совершаются непрерывные изменения, поэтому понять процессы, происходящие в озере, можно только с учетом роли населяющих его организмов.
Органический мир озер весьма разнообразен. Так же как и в Океане, в нем выделяются три группы: бентос, планктон и нектон.
По условиям обитания в озере различают литораль (прибрежную часть), профундаль (глубоководную) и пелагиаль (толщу воды). Воды литорали достаточно освещены солнечными лучами для того, чтобы в них развивалась растительность (характерны высшие растения). Кислород распределяется равномерно во всем слое воды. Температура по вертикали изменяется мало. В зависимости от климата могут быть более или менее резкие колебания температуры в течение суток и года. В пределах литорали условия сильно изменяются, и это вызывает значительную дифференциацию ее населения.
Воды профундали получают количество света, недостаточное для фотосинтеза, и поэтому донная растительность развиваться в ней не может. Население профундали многочисленно, но не отличается разнообразием. Преобладают илолюбивые животные, бактерии, грибки.
Пелагиаль характеризуется большими различиями в распределении жизни по вертикали, преобладает планктон, обильно развитый в озерах. Верхний слой пелагиали (эпилимнион), освещенный солнечными лучами и богатый кислородом, наиболее населен. В переходном слое (в мета-лимнионе) преобладают бактерии. Ниже (в гиполимнионе), в слое с малым содержанием кислорода и со сравнительно низкими температурами, селятся нетребовательные к кислороду формы планктона.
Процессы жизнедеятельности организмов в определенной среде вызывают в озере непрерывный круговорот веществ. В одних озерах в процессе круговорота органические вещества почти полностью минерализуются и донные отложения не содержат их совсем или содержат очень мало; в других — процессы минерализации отстают от процессов накопления органических веществ и на дне озера образуются богатые органическими веществами отложения.
Озера, расположенные в кристаллических, трудно размываемых породах, бедны биогенными элементами (главным образом соединениями азота и фосфора), и поэтому жизнь в них развита слабо. Вода прозрачная. Донные отложения минерализованы и не поглощают из воды кислород, содержание которого даже в придонных слоях не падает ниже 60—70% насыщения. Цвет воды — от синего до зеленого. Такие озера называют малопитательными — олиготрофными (от греч. oligos — мало, trofe — питаю). Однако малопитательны они не для всех организмов: в олиготрофных озерах часто немало ракообразных — лучший корм для рыбы. В этих озерах живут наиболее ценные виды сигов и лососевых рыб. К олиготрофным озерам относятся многие горные озера земного шара, например глубокие и слабопрогреваемые Телецкое, Женевское и др.
Озера, получающие со стоком много биогенных и органических веществ, богаты пищей для водорослей и высших растений. Усиленно развивающаяся растительность не может быть вся потреблена животными и, отмирая, образует донные отложения, поглощающие кислород. В связи с этим кислородный режим придонных слоев ухудшается. Прозрачность воды небольшая, цвет — от зеленого до бурого. Озера неглубокие, хорошо прогреваемые. Эти озера называются питательными — эвтрофными (eu — хорошо, много). «Питательны» они для растений и некоторых обитателей илов. Для многих рыб условия существования в этих озерах неблагоприятные. Характерными донными отложениями эвтрофных озер являются гнилостные илы — сапропели (от греч. sapros — гнилой, pelos — ил). В этих илах преобладает отмерший планктон. При недостатке кислорода органическое вещество не разлагается до конца, а преобразуется в коллоидальную аморфную массу, богатую жировыми и белковыми элементами. Эвтрофные озера сравнительно быстро заполняются отложениями и переходят из одной стадии развития в другую. Распространены они в лесной зоне и в зоне тундры.
Озера, лежащие среди болот, получают много органических веществ, трудно поддающихся распаду. Преобладают гуминовые вещества. Вода бедна кальцием и имеет кислую реакцию. Цвет воды желтый или бурый. Прозрачность очень мала. На дне накапливается гумусный торфянистый ил. Гниение вызывает резкий недостаток кислорода. Фитопланктон и высшие растения развиваются слабо. Условия существования рыб ограниченны. Озера, обладающие перечисленными качествами, называют непитательными — дистрофными (dis — трудно, недостаточно). При зарастании дистрофные озера превращаются в торфяники.
В процессе развития озера возможен переход его из одного типа в другой: олиготрофные → эвтрофные → дистрофные. Однако последовательная смена типов совершенно не обязательна: каждый из них может возникнуть как самостоятельный.
В процессе развития озера ведущая роль принадлежит растительности. В распределении ее в озерах наблюдается закономерность, выражающаяся в существовании нескольких растительных зон. Выше уреза воды, в полосе, затопляемой при разливах, располагаются влаголюбивые растения, способные жить и в воде и на суше: осоки, незабудки; лютики, подмаренники и др. Ниже уреза воды до глубины не более 1 м находится зона земноводных растений (не обладающих специальными приспособлениями для жизни в воде): хвощ, осоки узколистные, рогоз, ежеголовка, желтый ирис, стрелолист, частуха. В этой зоне нерестится большинство рыб, рано мечущих икру в более прогретой воде мелководья. Дальше от берега (до глубины 2 м) расположена зона надводных растений: тростник, камыш, рогоз. Эти растения противостоят ударам волн и предохраняют берег от размыва. Отмирая, они дают грубые донные отложения. Зона полупогруженных растений: белые и желтые кувшинки, водяная гречиха, рдест плавающий — простирается до глубины 2,5—3 м. Плавающие на поверхности листья растений, создавая тень, препятствуют обмену газами между водой и атмосферой. До глубины 3—4 м распространяется зона погруженных растений (зона рдестов): рдесты, роголистник, уруть, элодея. Эта зона отличается густым переплетением стеблей и листьев. Днем вода может перенасыщаться кислородом, ночью возникает его дефицит. Рыбы находят в этой зоне обильный корм. Здесь условия благоприятствуют развитию и росту мальков. Самая глубокая зона растительности — зона подводных лугов и водяных мхов, нежных растений, нетребовательных к свету.
Некоторые растения, например тростник, кубышки, встречаются в соседних зонах; плавающие растения (ряску, лягушатник, роголистник) можно встретить в любой зоне.
Отмирая, растения заполняют озерную котловину отложениями, что создает условия для постепенного перемещения всех растительных зон от берега в сторону глубокой части озера. По мере уменьшения глубин в озере наиболее глубоководные зоны начинают исчезать совсем, и в результате озерная растительность сменяется болотной (рис. 96).
Озера

Глубокие озера с крутым подводным склоном, со слабоминерализованной водой и несильным прибоем могут зарастать сверху — затягиваться сплавиной (зыбуном). Сплавина — слой на поверхности озера из живых и отмерших растений. Основу сплавины образуют растения с длинными, стелющимися по воде корневищами (белокрыльник, сабельник), на сетке из корневищ селятся мхи и другие растения. Сплавина постепенно утолщается и одновременно надвигается на озеро. Куски оторвавшейся сплавины образуют острова. От сплавины на дно падают остатки растений, способствуя заполнению котловины отложениями. Так как сплавина характерна для глубоких озер, она может затянуть поверхность озера, еще не заполнившегося отложениями. Отдельные участки сплавины тонут, заливаются водой, вследствие чего образуются «окна» и даже целые торфяные озера.
Зарастание озера и превращение его в болото — естественный процесс его развития. Одновременно с зарастанием происходит отложение в озере наносов, поступающих в него вместе с водой. Иногда играет роль засыпание озера под действием ветра, но эти процессы имеют второстепенное значение в заполнении его по сравнению с зарастанием.
Распределение озер по земной поверхности. Озера занимают приблизительно 2,7 млн. км2 — площадь, несколько большую, чем площадь Средиземного моря. Это составляет всего 1,8% от площади всей суши. Самое большое озеро на Земле — Каспийское — занимает 393200 км2, т. е. около 15% общей площади озер. Общий объем озерных вод — приблизительно 250000 км3. Средняя глубина озер — менее 100 м; глубины более 500 м имеют всего четыре озера: из них только два (Байкал — 1620 м и Танганьика — 1435 м) глубже 1000 м.
В распределении озер по поверхности Земли (и по количеству, и по качественным особенностям) можно наблюдать определенные закономерности. В зонах тундры и лесов умеренного пояса много озер. Они пресные, часто проточные. Образованию их способствуют избыточное увлажнение и характер поверхности. В тундровой зоне — в условиях молодого (послеледникового) рельефа с малой эрозионной расчлененностью — много озер неглубоких и небольших. В лесной зоне рельеф имеет разный возраст и происхождение. Поэтому озерные котловины разнообразны и распределяются группами, образуя озерные области.
В степной зоне озер меньше, чем в двух предыдущих зонах; многие озера соленые. Увлажнение недостаточное, эрозионное расчленение значительное. Там, где расчленение невелико (Западная Сибирь), возникают неглубокие, часто соленые озера.
В зоне полупустынь озер мало и они бессточные и соленые. Увлажнение недостаточное. Воду приносят реки, заканчивающиеся озерами. В зоне пустынь озер почти нет.
В зонах саванны и влажных тропических лесов озер немного вследствие большого развития речной сети. Образованию великих африканских озер способствовали глубокие тектонические котловины. Озера этих зон пресные, проточные.
Значение озер. В народном хозяйстве значение озер очень велико. На озерах развиты рыбное хозяйство и рыболовные промыслы. Озера используются как транспортные пути. Из озерных отложений добывают минеральное и органическое сырье. Озера снабжают водой города и сельские населенные пункты. С озерами связано курортное строительство, минеральные озера имеют бальнеологическое (лечебное) значение.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent
Введите два слова, показанных на изображении: *