9311

Кратковременные, или относительные, колебания уровней воды в озере являются следствием волнения, ветровых нагонов, сгонов и сейш.

2.3.5. Динамические явления в озерах

Движения водной массы, возникающие в озерах, могут быть разделены на постоянные и временные.

Постоянные движения воды в озере в форме течений вызываются впадающей в озеро или вытекающей из него рекой (сточные течения).

Интенсивность таких течений определяется соотношением объема озера и расхода втекающей или вытекающей реки. Если объем воды в проточном озере невелик по сравнению с объемом воды, втекающей в озеро, то в озере устанавливается течение, аналогичное течению в реке, лишь с соответственно меньшими скоростями.

Если, наоборот, объем озера весьма велик по сравнению с объемом воды, втекающей и вытекающей из него, то, хотя оно и в этом случае называется проточным, но во многих отношениях по характеру происходящих в нем процессов ближе подходит к бессточному озеру.

Течение такого типа наблюдается в оз. Байкал, объем которого чрезвычайно велик по сравнению с объемом стока втекающих в него рек Селенги, Верхней Ангары и др. и вытекающей из него р. Ангары.

Временные движения водной массы озера могут проявляться в виде течений и волнения.

Ветровые (дрейфовые) течения оказывают особенно значительное влияние на характер физических процессов в озерах с большой площадью,

плоской формой озерного ложа и малыми глубинами. Скорость дрейфовых течений 0,5 м/с.

В глубинных слоях возникает градиентное течение обратное дрейфовому. Градиентные течения обусловливаются различной плотностью водных масс, скорость течения может достигать 10-20 м/с.

143

После прекращения ветра в поверхностном слое воды образуется вторичное ветровое течение скоростью 30-40 м/с.

Стоковые течения обусловлены притоком и оттоком речных вод.

Впадающие в водоём реки создают в устье повышение уровня и наоборот при оттоке. При этом создаётся уклон водной поверхности, который приводит к образованию течения. Скорость этого течения зависит от объёма воды в водоёме и массы приносимой и уносимой воды.

Неравномерность охлаждения и нагревания водных масс озера прежде всего вызывает вертикальные, так называемые конвекционные токи, в некоторой степени оказывающие влияние и на горизонтальные перемещения водных масс – конвекционные течения. Конвекцией могут быть охвачены слои воды до 50 метров. Скорость может достигать от 25

до50 м/с.

Среди временных движений водных масс озера наибольшее значение имеют ветровые волны и сейши. Волны образуются в результате трения воздуха о воду. Схема ветровой волны представлена на рисунке

2.22.

Унаветренного берега уровень воды вследствие нагона повышается,

иона, опускаясь вглубь, образует глубинное течение в сторону подветренного берега. Здесь она в местах сгона поднимается вверх, откуда под действием ветра перемещается к наветренному берегу. Возникает циркуляция, способная охватывать всю водную массу озера.

Рис. 2.22. Схема ветровой волны

144

Иногда в озере возникает колебание всей массы воды, причем по поверхности ее не распространяется никакой волны. Такое колебательное движение называется сейшами. При сейшах поверхность озера приобретает уклон то в одну, то в другую сторону. Неподвижная ось, около которой колеблется зеркало озера, называется узлом. Как показывают исследования, сейши более устойчивы в глубоководных водоемах, чем в мелководных.

2.3.6. Население озёр, условия жизни

По биологической классификации, основы которой были заложены в 20-х гг. XX века А. Тинеманном и Е. Науманном, пресноводные озера подразделяются на эвтрофные, мезо-, олиго- и дистрофные (trophos —

пища).

К эвтрофным (высококормным) относятся неглубокие (до 10 -15 м)

равнинные озера с обильным поступлением биогенов. Летом в них в массовом количестве развивается фитопланктон (в частности,

синезеленые) и соответственно, обильны бактерио- и зоопланктон,

зообентос и рыбы. Грунты илистые, прозрачность воды низкая, ее цвет — от зеленого до буро-зеленого. Литораль хорошо выражена, сильно зарастает макрофитами. Водная масса гиполимниона по сравнению с эпилимнионом мала, бедна кислородом, а в начале летней и зимней стагнации вовсе лишается его. Водная толща прогревается до дна.

Олиготрофные озера характеризуются слабым поступлением биогенов, поэтому фитопланктона в них мало и соответственно количественно бедны бактерио- и зоопланктон, зообентос и рыбы.

Обычно они расположены па кристаллических породах, глубокие (свыше

30 м), гиполимнион по объему превосходит эпилимнион, богат кислородом. Поглощение последнего идет слабо, и даже к концу летней стангнации насыщенность воды кислородом достигает 60 - 70%.

Прозрачность воды высокая, гуминовых веществ очень мало, литораль развита слабо, донные отложения бедны органикой.

145

К мезотрофным относятся озера, занимающие промежуточное положение между олиго- и эфтрофными озерами.

Дистрофные (недостаточно кормные) озера представляют собой неглубокие водоемы с сильно гумифицированной водой, часто заболоченные, с торфянистыми отложениями на дне. Последние исключают контакт воды с грунтом, поэтому она слабо минерализована и,

в частности, бедна биогенами. Планктон и бентос дистрофных озер очень бедны, часто они безрыбны. Четкое разделение озер на эв-, мезо-, олиго- и

дистрофные трудно реализуемо применительно ко всему разнообразию естественных водоемов. Поэтому в значительной мере справедливо мнение В. Родэ, что понятия олиготрофии и эвтрофии следует использовать не как основу для классификации озер, а лишь в качестве характеристики богатства их населения и специфики солевого состава.

В 1958 г. В. Оле предложил в основу классификации озер положить интенсивность процессов круговорота веществ, удельную биоактивность водоемов. Величина последней определяется как сумма кинетической энергии, переходящей обратно в потенциальную, и

потенциальной энергии, переходящей обратно в кинетическую, в

единицу времени в единице объема воды или под единицей площади водоема. В соответствии с этим принципом классификации предлагается различать озера олиго- и эудинамичные. Для определения удельной бноактивности нужны количественные характеристики очень многих сложных процессов синтеза, распада и трансформации органических веществ в озере. Поэтому принцип классификации, предложенный В.

Родэ, пока используется мало, и обычно озера обозначаются по особенностям их трофности, что дает достаточно хорошее общее представление об основных особенностях водоема.

Нередко биологическая классификация озер строится на основании присутствия в них тех или иных индикаторных видов. Например, А.

Тинеманн и другие исследователи различали в зависимости от

146

присутствия характерных личинок хирономид озера ортокладииновые,

танитарзусовые и хирономусовые (примерно олиго-, мезо- и эвтрофные).

М.П.Сомов использовал в качестве биоиндикаторов озер представителей ихтиофауны. Таким образом, для биологической классификации озер используются как функциональные, так и структурные характеристики экосистем.

Условия жизни. К. ведущим факторам абиотической среды в озерах относятся движение воды, температура, свет, растворенные в воде вещества и характер грунтов.

Температурный режим озер зависит от их географического положения и особенностей вертикальной циркуляции вод.

Интенсивность последней в основном зависит от температурных контрастов в атмосфере, свойственных данной климатической зоне.

Большую роль в перемешивании воды играет ветровая деятельность,

зависящая от рельефа местности.

В большинстве озер умеренных широт летом и зимой наблюдается резко выраженная температурная дихотомия и соответственно плотностная стратификация воды (рис. 2.23). В результате этого вертикальная циркуляция воды нарушается, и в водоеме наступает период застоя, или стагнации.

Весной холодная поверхностная вода нагревается до 4° С и,

становясь наиболее плотной, начинает погружаться вглубь, а на ее место снизу поднимается менее плотная вода. В результате возникшей

147

В 1892 г. Ф. Форель по особенностям температурного и циркуляционного режима выделил три типа озер: умеренные (полная циркуляция весной и осенью), тропические (циркуляция зимой, у

поверхности всегда t > 4° С) и полярные (циркуляция летом, всегда

t < 4° С). С. Иосимура предложил более сложную градацию, выделив

озера тропические (у поверхности t=20—30°, термоклин выражен слабо,

нерегулярные циркуляции зимой), субтропические (t > 4° С, термоклин отчетливый, циркуляция зимой), умренные (t > 4° С летом, t< 4° С зимой,

годовая амплитуда велика, термоклин выражен сильно, циркуляция весной и осенью), субполярные (t > 4° С только в середине лета,

термоклин выражен слабо, циркуляции в начале весны и лета) и

полярные (t < 4° С, безледный период краток, циркуляция летом). Д.

Хатчинсон (1969) подразделяет равнинные озера на бимиктические, в

которых циркуляция бывает весной и осенью, теплые мономиктические с

одной циркуляцией в году при t > 4° С и холодные мономиктические с

летней циркуляцией при t < 4° С. Все эти озера с полностью перемешивающейся во время циркуляции водной массой называются

голомиктическими. Меромиктические озера (частично перемешивающиеся) характеризуются присутствием слоя воды, не перемешивающегося с основной массой во время циркуляции

(например, слой более плотной соленой воды у дна).

Свет проникает на значительную глубину только в олиготрофных озерах, прозрачность воды которых может достигать 40 м. В остальных озерах прозрачность редко превышает 2 - 3 м, и свет поглощается в самом поверхностном слое. Особенно мало прозрачны дистрофные озера с темной, сильно гумифицированной водой. С чистотой воды связан ее цвет, определяемый спектральным составом лучистого потока, идущего из водоема. Поскольку молекулы воды в наибольшей степени рассеивают синие и голубые лучи, они преобладают в выходящем из водоема световом потоке, и поэтому чистые озера кажутся ярко-синими.

149

Взвешенные частицы рассеивают длинные лучи, и вода мутных озер в добавление к синему цвету приобретает желтоватые или коричневатые тона.

Организмы, обитающие в озерах, называются лимнобионтами. По видовому составу и обилию население озер сильно варьирует в зависимости от их географического положения, происхождения,

особенностей строения котловины и гидрологического режима. В

частности, с изменением солености воды связан тот факт, что с продвижением с севера на юг до зоны степей и черноземной полосы население озер количественно обогащается, а в более низких широтах становится беднее. Наиболее благоприятные условия для существования озерного населения создаются при содержании солей от 0,1 до 1 г/л.

Жизнь северных водоемов угнетается из-за недостаточной, а в южной — из-за избыточной солености воды.

Планктон в отличие от речного состоит почти исключительно из автохтонных элементов. Численность бактерий обычно достигает 1 - 3

млн экз. в 1 мл воды. Например, в оз. Байкал в 1 мл поверхностного слоя их содержится до 1 млн, в оз. Селигер — до 1,4 млн, в оз. Глубокое

(Московской обл.) — до 3 млн.

В значительно меньшем количестве — до нескольких десятков клеток в 1 мл — встречаются актиномицеты. Из грибов наиболее многочисленны дрожжевые, по видовому разнообразию преобладают фикомицеты. Среди водорослей наиболее обычны диатомовые, зеленые и синезеленые (рис. 2.23), причем в холодных озерах преобладают диатомовые, а в хорошо прогреваемых—- зеленые и синезеленые (реже диатомовые и перидпниевые).

Зимой наблюдается минимум фитопланктона, стратификация в его распределении не прослеживается. Весной начинается массовое размножение диатомовых, затем на смену им приходят зеленые. В начале лета в массе появляются синезеленые, отмирающие осенью, и в это время

150

обычно наблюдается вторая вспышка в размножении диатомовых.

Последние зимуют в вегетативной стадии на дне и весной всплывают,

обусловливая цветение водоема. На первом месте по времени появления и массовости стоят сохраняющиеся лучше других Melosira, Fragilaria и Synedra, на последнем — зимующие хуже других Asierionella. Зеленые и синезеленые водоросли зимуют в виде цист и спор, для превращения которых в вегетативные формы требуется некоторое время. Поэтому они появляются в планктоне позже, чем диатомовые.

Важный момент, определяющий периодичность массового появления водорослей, - присутствие в воде различных биогенов.

Например, диатомовые весьма требовательны к железу, недостаток которого часто ограничивает их численность. Весной железа в воде озер относительно много, летом оно исчезает, а к осени снова появляется, в

соответствии с чем изменяется численность диатомовых. Массовое появление зеленых водорослей наблюдается летом, когда железа становится мало, а солей азота в результате распада отмирающих организмов много. Еще позже появляются синезеленые, менее требовательные к солям азота, чем зеленые. Запоздалое их появление обусловлено с одной стороны зимовкой в стадии спор, а с другой — большой чувствительностью к токсичному для них марганцу, который концентрируется в грунте и во время весенней циркуляции в заметных количествах появляется в толще воды. Размножение синезеленых возможно только после установления прочной летней стагнации, когда вынос марганца в воду со дна водоемов прекращается.

151