9311
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
И.М. Афанасьева, Е.А. Моралова
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГИДРОСФЕРЫ
Учебно-методическое пособие
по подготовке к лекционным и семинарским занятиям по дисциплине «Учение о геосферных оболочках Земли с основами геофизики» для обучающихся по направлению подготовки 05.03.06 Экология и природопользование, профиль Природопользование
Нижний Новгород
2016
3
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
И.М. Афанасьева, Е.А. Моралова
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГИДРОСФЕРЫ
Учебно-методическое пособие
по подготовке к лекционным и семинарским занятиям по дисциплине «Учение о геосферных оболочках Земли с основами геофизики» для обучающихся по направлению подготовки 05.03.06 Экология и природопользование, профиль Природопользование
Нижний Новгород ННГАСУ
2016
4
УДК 574
Афанасьева И. М., Моралова Е. А. Экологические основы гидросферы [Электронный ресурс]: учеб.- метод. пос. /И. М. Афанасьева, Е.А. Моралова,; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 232 с; ил.30. 1 электрон. опт. диск (CD-RW)
Даются тематика лекций, их краткое содержание, для обучающихся по дисциплине «Учение о геосферных оболочках Земли с основами геофизики». Освещены основные разделы учения о гидросфере, даётся характеристика водных экосистем, жизненным формам населения гидросферы.
Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки к лекционным и семинарским занятиям по направлению подготовки 05.03.06 Экология и природопользование, профиль Природопользование.
© |
И. М. Афанасьева, Е.А. Моралова, 2016 |
© |
ННГАСУ, 2016. |
5
|
СОДЕРЖАНИЕ |
ВВЕДЕНИЕ |
5 |
Глава 1. Водные экосистемы |
8 |
1.1.Структурные и функциональные
особенности водных экосистем. |
9 |
1.2.Взаимодействие живого и косного
компонентов. |
13 |
1.3. Устойчивость экосистем |
16 |
1.4. Динамика экосистем |
19 |
1.5. Флюктуация и трансформация экосистем |
31 |
1.6.Экологические основы охраны
гидросферы |
35 |
Глава 2. Гидросфера и её население |
53 |
2.1. Характеристика Мирового океана |
53 |
2.1.1. Строение океанов |
54 |
2.1.2. Движение океанов |
55 |
2.1.3. Классификация морей |
62 |
2.1.4. Население Мирового океана |
65 |
2.2. Реки |
81 |
2.2.1. Строение гидрографической сети |
81 |
2.2.2. Исток и устье реки |
84 |
2.2.3. Речной бассейн |
88 |
2.2.4. Речные долины |
100 |
2.2.5. Питание рек |
105 |
2.2.6. Водный режим рек |
110 |
2.2.7. Население рек, условия жизни |
118 |
2.3. Озёра и водохранилища |
128 |
2.3.1.Происхождение и морфология
озерных котловин |
|
129 |
2.3.2. Классификация озёр |
|
134 |
2.3.3. Морфометрические параметры озера |
137 |
|
2.3.4. Водный баланс и уровень озера |
138 |
|
2.3.5. Динамические явления в озерах |
141 |
|
2.3.6. Население озёр, условия жизни |
143 |
|
2.3.7. Особенности гидрологического режима |
|
|
водохранилищ |
|
156 |
2.3.8. Население прудов и водохранилищ, |
|
|
условия жизни |
|
163 |
2.4. Болота |
|
170 |
2.4.1. Образование болот и их типы |
170 |
|
2.4.2. Морфологические |
особенности |
|
строения болот |
|
177 |
2.4.3. Гидрологический режим болот |
180 |
|
|
6 |
|
2.4.4. Население болот, условия жизни |
191 |
2.5. Ледники |
192 |
2.5.1. Классификация ледников |
191 |
2.5.2. Строение ледников, баланс массы |
197 |
2.5.3. Движение ледников |
199 |
Глава 3. Жизненные формы населения |
|
гидросферы |
209 |
3.1. Планктон и нектон |
209 |
3.2. Бентос и перифитон |
211 |
3.3. Пелагобентос, нейстон и плейстон |
213 |
ПРИЛОЖЕНИЕ |
221 |
ЛИТЕРАТУРА |
225 |
7
ВВЕДЕНИЕ
Гидросфера – это совокупность всех вод Земли: материковых,
океанических и атмосферных (1,5·109 км3).
Общее количество воды, находящейся в земной коре, оценивается приблизительно в 30-108 км3, из которых около 15-108 км3 сосредоточено в гидросфере, почти столько же распылено в литосфере в виде парообразной и волосной воды. Под влиянием энергии солнца осуществляется её непрерывный круговорот. Ежегодно с поверхности Мирового океана
испаряется и перемещается в атмосферу 453 тыс. км3 воды, с суши — 72 тыс.
км3. То же самое количество воды 525 тыс. км3 ежегодно выпадает на Землю в виде осадков, но на океан их приходится относительно меньше, чем на сушу (соответственно 411 и 114 тыс. км3). Дефицит водного баланса в Мировом океане, создающийся вследствие преобладания испарения над выпадением осадков, восполняется речным стоком с суши, который достигает 42 тыс. км3 в год. Хотя суммарная величина речного стока в целом уравновешивает водные потери Мирового океана, для отдельных его частей баланс водообмена складывается различно: в одних участках речной сток может превышать убыль вследствие испарения, в других — быть недостаточным. То же самое справедливо и для различных сезонов года применительно к тому пли иному участку Мирового океана.
Годовая величина испарения довольно сильно колеблется в связи с особенностями протекания различных геофизических циклов. Для водного баланса Мирового океана эти колебания не играют существенной роли, но имеют очень большое значение для континентальных водоемов и подземных вод. В годы с малым выпадением осадков и повышенным испарением объем воды в континентальных водоемах, в частности реках, заметно уменьшается,
и соответственно снижается величина годового стока. Изменения режима грунтовых вод в годы разной водности могут вести к заметным колебаниям уровня озер.
8
Есть все основания полагать, что впервые жизнь на Земле возникла в гидросфере. В настоящее время из 33 классов растений в гидросфере встречаются представители 18, из 63 классов животных — 60. В
противоположность животным растения сравнительно богаче представлены на суше, причем преимущественно высшими формами, относящимися к типам покрытосеменных и голосеменных.
Водная среда, будучи более опорной, чем воздух, позволяет мелким растениям находиться во взвешенном состоянии. Это создает возможность многоярусного расположения мелких растений в воде без образования ими стебля и корня. Поэтому растения представлены в воде в основном мелкими водорослями, на долю которых приходится более 99% фитомассы гидросферы. На суше водорослей очень мало.
Водная оболочка Земли представлена Мировым океаном,
континентальными водоемами и подземными водами. Подробный состав гидросферы представлен в табл. 1 и 2.
|
|
Т а б л и ц а 1 |
|
|
Гидросфера |
|
|
|
|
|
|
Части гидросферы |
Объем воды, тыс. |
% от общего |
|
|
км3 |
объема |
|
Мировой океан |
1 370 323 |
93,96 |
|
Подземные воды, |
60000 |
4,12 |
|
в том числе зоны активного |
4 000 |
0,27 |
|
водообмена |
|
|
|
Ледники |
24 000 |
1,65 |
|
Озера |
280* |
0,019 |
|
Почвенная влага |
85** |
0,006 |
|
Пары атмосферы |
14 |
0,001 |
|
Речные воды |
1,2 |
0,0001 |
|
Итого |
1454193 |
100 |
|
*В том числе около 5 тыс. км3 воды в водохранилищах.
**В том числе около 2 тыс. км3 оросительных вод.
Более 98% всех водных ресурсов представлены водами с повышенной минерализацией, около 2% приходится на пресные воды.
9
|
|
|
Т а б л и ц а 2 |
|
Пресные воды гидросферы |
|
|
|
|
|
|
Части гидросферы |
Объем пресной |
% от данной части |
% от общего объема |
|
воды, |
гидросферы |
пресной воды |
|
км3 |
|
|
Ледники |
24 000 000 |
100 |
85 |
Подземные воды |
4 000 000 |
6,7 |
14 |
Озера и водохранилища |
155000 |
55 |
0,6 |
Почвенная влага |
83 000 |
98 |
0,3 |
Пары атмосферы |
14000 |
100 |
0,05 |
Речные воды |
1 200 |
100 |
0,004 |
Итого |
28 253 200 |
- |
100 |
10
ГЛАВА 1. ВОДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ
Биоценозы могут существовать только в единстве со своим абиотическим окружением, взаимодействуя с которым осуществляют круговорот веществ за счет энтропизации поступающей извне энергии. В
связи с этим в биосфере выделяют отдельные участки, более или менее хорошо отграничивающиеся друг от друга, в которых биоценозы в значительной степени замыкают свой массообмен с мертвой природой.
Подобные ячейки, или «блоки», биосферы получили разные названия, из которых в настоящее время наиболее употребительны экосистема (Тенсли, 1935) и биогеоценоз (Сукачев, 1945). Первое понятие имеет более широкий смысл, поскольку распространяется не только на природные образования.
Так, можно говорить об экосистеме космического корабля, но не о его биогеоценозе. Кроме того, биогеоценоз — определенная хорологическая
(пространственная) единица, а экосистема безразмерна. С равным правом можно говорить, например, об экосистеме Мирового океана, одного из eгo
морей или каком-либо участке последнего. Ввиду указанных и некоторых других причин в гидробиологии преимущественно пользуются понятием экосистемы.
Говоря об экосистемах как ячейках биосферы, следует помнить, что последняя — не сумма отдельностей, а единое целое, части которой,
обладая известной автономией, тесно взаимосвязаны и функционируют в тесном взаимодействии друг с другом. Биогеопотоки, переносящие вещество и энергию из одних экосистем в другие, исключают возможность их изолированного существования и создают своеобразную непрерывность
(континиум) всей биосферы.
Экосистемы характеризуются определенным уровнем структурной и функциональной организации. Их структурированность определяется особенностями пространственного распределения взаимосвязанных между собой косных и живых компонентов, а также градиентностью термодинамических характеристик гидросферы по горизонтали и
11
вертикали. Функциональная организация экосистем проявляется в согласованности процессов, обеспечивающих круговорот веществ,
протекание биогеохимических циклов. В результате функционирования экосистем происходит непрерывная миграция атомов, осуществляющаяся в форме биогеохимических циклов, и новообразование органических веществ из минеральных. Оба процесса, имеющие планетарное значение,
осуществляются за счет трансформации и аккумуляции в экосистемах солнечной энергии.
В процессе функционирования экосистем возникают предпосылки их преобразования, так как неполная нейтрализация воздействия на среду одних популяций другими ведет к изменению свойств биотопа, что в свою очередь обусловливает адаптивную перестройку сообщества. Точно так же функционирование измененного сообщества оказывается причиной его дальнейшего изменения. Если последовательный процесс таких изменений имеет определенным образом направленный и потому предсказуемый характер, говорят о сукцессии экосистемы. Внешние силы могут ускорять,
ослаблять и совсем исключать сукцессию экосистем, но не являются ее причиной. От сукцессии следует отличать изменения экосистем,
вызываемые не результатами жизнедеятельности биоценоза, а влиянием внешних сил (смена сезонов года, антропогенное влияние и др.).
1.1.Структурные и функциональные особенности водных
экосистем
Структурированность экосистем, как и биоценозов, можно рассматривать с точки зрения состава входящих в них компонентов,
расположения последних в пространстве, совокупности взаимоотношений между ними. В каждом из этих аспектов водные экосистемы сильно отличаются от наземных. Не менее существенно отличаются они и по своим функциональным характеристикам.
12