31. Тепловой баланс озера

Основными составляющими теплового баланса озера, так же как моря и реки, являются: радиационный баланс, теплообмен с атмосферой и теплообмен с дном водоема. Дополнительные составляющие баланса (тепловой сток рек, тепло, выделяемое при ледообразовании и затрачиваемое при таянии льда, тепло, выделяемое и расходуемое при биологических и биохимических процессах, и т. д.) по удельному весу малы и ими часто можно пренебречь.

Удельный вес основных элементов теплового баланса водоема также неодинаков. Значения каждого из них меняются во времени и различны как для озер, расположенных в различных географических зонах, так и для озер одной зоны, но разных по размерам.

В замерзающих озерах в теплое полугодие тепло поступает через открытую водную поверхность. Основным источником тепла

в этом случае является поглощенная прямая и рассеянная солнечная радиация. Она составляет в теплое полугодие 90—98% приходной части теплового баланса. Тепло, поступающее в водоем при непосредственном теплообмене с атмосферой, невелико и достигает 8—10% лишь в весенние месяцы, когда температура воды ниже температуры воздуха. Конденсация в водоемах редко преобладает над испарением, в связи с этим роль тепла, выделяемого при конденсации, мала. В отдельные месяцы в таких больших озерах, как Байкал, Ладожское, этот поток тепла оценивается долями процента.

32. ЛЕДОВЫЙ РЕЖИМ – совокупность закономерно повторяющихся процессов возникновения, развития и разрушения ледяных образований на водных объектах. Выделяют следующие основные типы Л.р.: 1) ледяные образования и ледовые явления отсутствуют. Этот тип характерен для тропических широт; 2) наблюдаются ледовые явления, но ледостав отсутствует (преимущественно горные районы субтропического пояса); 3) наблюдается неустойчивый ледостав (умеренный климат западных побережий материков); 4) ежегодно в зимний период наблюдается устойчивый ледостав различной длительности (субарктический и умеренный пояс); 5) ледостав в течение всего года (встречается только у озер арктического пояса и близкого к нему климата высокогорий). Для 4-ого типа, занимающего подавляющую часть территории России, выделяют три основных фазы Л.р.: замерзания, ледостава и вскрытия.

Фазам Л.р. соответствуют характерные периоды Л.р. — осенних ледовых явлений, ледостава, весенних ледовых явлений. Замерзание — фаза Л.р., характеризующаяся образованием ледяного покрова на водотоках и водоемах. Период замерзания начинается с появления льда и заканчивается образованием ледостава. Различают процессы ледообразования (появление плавучего льда) и формирования сплошного ледяного покрова. Ледообразование происходит при кристаллизации воды в любой точке водной толщи и на дне, а образование сплошного ледяного покрова происходит как за счет замерзания воды на поверхности, так и за счет смерзания всплывших масс льда, заберегов и льда, приносимого течением или дрейфом. По характеру образования ледяного покрова выделяют два типа: статический и динамический. Статический тип замерзания характерен для мелководных и небольших по площади озер, водохранилищ, прудов, участков небольших рек и каналов с медленным течением. В поверхностном слое формируются кристаллы льда в виде тонких прозрачных игл, скопления которых создают матовые пятна (сало), у берегов на мелководье формируются забереги, постепенно нарастающие от берега к глубоководной части. При спокойных условиях замерзания они имеют ровную поверхность и небольшую начальную толщину. Дальнейшее их распространение и примерзание к ним плавающих ледяных образований приводит к установлению сплошного ледяного покрова. Динамический тип замерзания характеризуется интенсивным перемешиванием, остывание воды происходит по всей глубине перемешиваемого слоя, что способствует переохлаждению всей толщи и заносу на глубину ядер кристаллизации. Образующийся при этом внутриводный лед может превышать количество льда, образующегося на поверхности. На дне образуются скопления донного льда. Смерзание плавающих на поверхности ледяных образований и обломков льдин увеличивает количество ледяного материала и в конце концов приводит к образованию сплошного ледяного покрова. Динамический тип замерзания характерен для участков рек с быстрым течением, для озер и водохранилищ — с интенсивным ветровым перемешиванием. При большой скорости течения — более 1,6—1,8 м/с (горные реки) — сплошной ледяной покров может не образоваться. Река несет большое количество шуги (см.), при остановке шуги образуются временные ледяные перемычки, могут формироваться зажоры. Период замерзания называют также периодом осенних ледовых явлений (см.), во время которого наблюдается наибольшее разнообразие ледяных образований и фаз развития ледового режима.

Ледостав — фаза Л.р., характеризующаяся наличием неподвижного ледяного покрова, период, в течение которого наблюдается неподвижный ледяной покров. В первые дни ледостава, когда лед еще тонок, и тепловой поток от воды в воздух значительно превышает приток тепла из водной толщи к поверхности, нарастание льда происходит сравнительно быстро. В дальнейшем, по мере увеличения толщины льда и нарастания слоя снега на льду, процесс замедляется. При установлении равновесия между расходом тепла через снего-ледяной покров и притоком его к нижней поверхности льда рост толщины льда снизу прекращается. Во вторую половину зимы может наблюдаться значительное нарастание льда за счет смерзания насыщенного водой снега, когда в результате прогибания льда под тяжестью снеговой массы вода выходит на поверхность через трещины. В начале весны лед начинает подтаивать снизу за счет уменьшения потерь тепла в атмосферу. После освобождения ледяного покрова от снега начинается интенсивное стаивание льда сверху. Общий слой стаивания до разрушения сплошного ледяного покрова на озерах и водохранилищах достигает 25—50% первоначальной толщины.

Вскрытие — фаза Л.р., характеризующаяся разрушением ледяного покрова. Начало разрушения ледяного покрова происходит под влиянием термических факторов — подтаивания льда снизу за счет уменьшения потерь тепла в атмосферу. После освобождения ледяного покрова от снега начинается интенсивное стаивание льда сверху. Механические факторы либо дополняют процессы термического разрушения льда, либо являются главной причиной вскрытия водотоков и водоемов. К механическим факторам относится движение воды подо льдом, создающее постоянное усилие, приложенное к нижней кромке льда и направленное вниз по течению, а также весенний подъем уровня, создающий усилие, направленное вверх, отрывающее лед у берегов, создающее прогиб ледяного покрова. Значительную роль во взломе льда весной на больших озерах и водохранилищах играет ветер, часто взламывающий лед, ослабленный таянием, или смещающий ледяные поля. Разрушение льда усиливается при образовании открытых водных пространств — к работе ветра добавляется воздействие волн, разрушение льдин во время дрейфа и т.п. Появление весенних ледяных образований и развитие ледовых явлений на реках, озерах и водохранилищах существенно влияет на быт прибрежного населения и условия работы различных сфер хозяйственной деятельности, прямо или косвенно связанных с водными объектами. Отдельные элементы Л.р. относятся к числу опасных и нежелательных природных явлений (зажоры и заторы).

33. Гідрахімічныя асаблівасці

Мінералізацыя і хімічны склад вады азёр фарміруецца і змяняецца ў выніку ўздзеяння прыродных і антрапагенныхфактараў. Роля антрапагенных фактараў узрастае па меры гаспадарчага выкарыстання тэрыторыі вадазбораў. Для азёрных вод характэрны занальныя адрозненні складу і канцэнтрацыі раствораных рэчываў па тэрыторыі і значныя ваганні па часу. Дзякуючы запаволенаму вадаабмену, на фоне геаграфічнай занальнасці ў хімізму вады азёр значна адлюстроўваецца ўплыў азанальных фактараў (геалагічнай будовы, рэльефа, марфалогіі катлавін), якія прыводзяць да неаднароднсці вод унутры кожнага раёна і ў кожным вадаёме. Геаграфічная занальнасць праяўляецца ў павялічэнні мінералізацыі і змене хімічнага складу пры пераходзе ад лішкавага і дастатковага ўвільгатнення тэрыторыі да засушлівага. Мінералізацыя вады буйных азёр лясной зоны не перавышае некалькіх дзесяткаў мг/л (Анежскае 30, Целецкае каля 70 мг/л). У саляных азёрах арыдных раёнаў яна перавышае 200-300 г/кг (Эльтон – 256 г/кг).

Салявы баланс возера. Хімічныя асаблівасці вады разглядаліся ў раздзеле хімічных і фізічных уласцівасцей вады. Таму характэрыстыка асноўных пяці груп у дадзеным раздзеле не разглядаюцца. Але ніжэй прыводзіцца характэрыстыка салявога балансу возера:

S_к = S_н + S_пр + S_гр + S_а - S_сц - S_гр - S_в - S_ос ,

дзе S_к і S_н - колькасць соляў у вадаёме ў канцы і пачатку разліковага перыяду; паступленне соляў у возера за разліковы перыяд: S_пр – з паверхневым прытокам, S_гр – з грунтовымі водамі, S_а – з атмасфернымі ападкамі і ветрам; расход соляў з возера за разліковы перыяд: S_сц і S_гр – з паверхневым і падземным сцёкам, S_в - з ветравым вынасам, S_ос – на ўтварэнне донных адкладаў.

Салявы баланс цесна звязаны з водным балансам. У салявым балансу прэсных азёр асноўную ролю выконвае паступленне соляў з паверхневым сцёкам і іх вынас выцякаючымірэкамі і ручаямі. Так, у Ладажскім возеры S_пр складае 96 % прыхода соляў, а S_сц амаль усе 100 %. У прыходнай частцы салявога балансу мінеральных азёр падземныя воды выконваюць значную ролю, у расходнай галоўныя кампаненты – садка салей у самім вадаёме і прыбярэжных залівах (“сорах”). Так, у возеры Балхаш да будаўніцтва Капчагайскага вадасховішча S_пр даваў 71 %, S_гр - 24 % прыходнай часткі баланса, а садка карбанатаў у возеры – 55 % страт, у сорах – 36 %. Мінералізацыя вады азёр увільгатнённай зоны знаходзіцца ў адваротнай залежнасці ад вадаабмену, таму што пры малым вадаабмене ў возеры затрымліваюцца воды паўнаводдзя, што зніжае сярэднюю мінералізацыю вады. Са змяненнем велічыні мінералізацыі вады адбываецца змяненне іх салявога складу – метамарфізацыя. Метамарфізацыя звязана з садкай соляў па меры канцэнтрацыі раствораў, у паслядоўнасці, якая вызначаецца як іх растваральнасцю, так і шэрагам іншых фактараў звязаных з фізіка-хімічнай раўнавагай.

34. Біялагічныя асаблівасці

Відавы склад і колькасць водных арганізмаў – гідабіонтаў – цесна звязана зфізіка-хімічнымі асаблівасцямі вод і рэжымам водных аб’ектаў, занальнымі і азанальнымі асблівасцямі іх гідралагічнага рэжыму. Некаторыя гідрабіонты прыспасабляюцца (адапціруюцца) да навакольнага асяроддзя. У прцэсу сваёй жыццядзейнасці яны ўплываюць на якасць вады і элементы рэжыма водных аб’ектаў. У некаторых выпадках гідабіонты істотна змяняюць гідрабіялагічны рэжым азёр.

Складаныя ўзаемаадносіны гідрабіонтаў і асяроддзя пражывання вывучае экалогія (oikos - дом, месца жыхарства) – навука аб узаемаадносінах арганізмаў і асяроддзя. Умовы жыцця неаднолькавы як у розных вадёмах, так і на розных участках аднаго і таго ж вадаёма. Аднак у кожным вадаёме існуюць участкі з аднароднымі ўмовамі для жыцця гідрабіонтаў, якія называюцца біатопамі. Кожны біатоп насяляе адпаведная група арганізмаў (раслін і жывёл), найбольш прыстасаваных да яго – біяцэноз.

Кожны біяцэноз узаемадзейнічае са сваім біатопам і ў выніку утвараецца больш менш устойлівая сістэма – экасістэма ці біягеаценоз, які ўключае як арганічную частку – участак воднай масы ці дна з іх рэжымам, так і насяляемыя іх арганізмы. Фарміраванне ітрансфармацыя біягеацэнозаў адбываецца пад уздзеяннем нескалькіх груп фактараў: абіатычных – элементаў нежывой прыроды (гідралагічных, геалагічных, кліматычных), біатычных – водных арганізмаў і антрапагенных – дзейнасці чалавека.

Гідрабіонты, якія пераносяць уздзеянне фактара, называецца эўрыбіонтнымі, якія жывуць толькі пры малых ваганнях фактара – стэнабіонтнымі (eurus шырокі, stenos - вузкі, bios – жыццё). Звычайна ацэньваюцца адносіны арганізмаў не толькі да комплекса фактараў, але і да кожнага з іх паасобку – тэмпературы (стэнатэрмныя і эўрытэмныя) і г.д. Стэнабіонтныя арганізмы могуць існаваць ці пры высокіх, ці пры нізкіх значэннях фактара. Так, напрыклад, пры высокай тэмпературы – тэрмафільныя (filio – люблю), пры нізкай – крыафільныя (krios – холад) і г.д. Некаторыя гідрабіонты не пераносяць высокіх значэнняў таго ці другога фактара, напрыклад, солягалафобныя (galos – соль, fobus – боязь), нізкай тэмпературы – крыафобныя і г.д. Па месцы жыхарства сярод гідрабіонтаў выдзяляецца некалькі аснлоўных груп. Планктон (plankto – лунаючый) – жыхары воднай тоўшчы, якія не прыстасаваны пераадолець рух вады і перамяшчацца на значную адлегласць па гарызанталі. У сваю чаргу планктон падзяляецца на некалькі груп: фітапланктон (раслінны планктон) прадстаўленрознымі водарасцямі; зоопланктон (жывёльны планктон) – прасцейшымі, ракападобнымі, калаўраткамі; бактэрыпланктон – бактэрыямі. Памеры планктэраў у большасці мікраскапічна малыя, удзельная іх вага блізкая да ўдзельнай вагі вады і пагэтаму яны перамяшчаюцца (мігрыруюць) у вадзе ў завіслым стане. Многія прадстаўнікі зоопланктона могуць перамяшчацца па вертыкалі на значныя глыбіні. Да нектона (nektos – плаваючы) адносяцца водныя жывёлы, якія насяляюць тоўшчу вады, але не прыстасаваны да актыўнага плавання, пераадоліць рух вады і перамяшчацца на значную адлегласць.

Нектон (рыбы) мігрыруюць па вадаёмам у пошуках ежы, а для нерасту некаторыя віды іх выходзяць за межы вадаёмаў – у рэкі. Бентас (bentos – глыбіня) жыхары дна, падзяляюцца на фітабентас і зообентас. Да бентасу адносяцца вышэйшыя водныя расліны, чэрві, малюскі, грыбкі, бактэрыі. Адзін з іх жыве на паверхні дна, другія зарываюцца ў грунт. Некаторыя прадстаўнікі зообентаса могуць падымацца ў водную тоўшчу і нават актыўна плаваць (нектабентас). Асноўным фактарам, які вызначае жыццедзейнасць гідрабіонтаў, з’яўляецца іх жыўленне. Фітапланктон – адзіная група водных арганізмаў, якая ажыццяўляе аўтатрофнае жыўленне – паглынанне з вады малекул раствораных неарганічных злучэнняў, біягенных элементаў і стварэнне з іх на святле арганічных рэчываў свайго цела. Гетэратрофнае жыўленне ўжо гатовым арганічным рэчывам характэрна ўсім другім гідрабіонтам.

Адпаведна характару жыўлення і пераўтварэння імі рэчываў і энергіі, гідрабіонты падзяляюцца на тры групы. Прадуцэнты – (вытворцы) ствараюць у працэсу аўтатрофнага жыўлення (фотасінтэз) арганічныя злучэнні з неарганічных (расліны, бактэрыі). Кансументы (спажыўцы) – жывёлы, якія жывяцца гатовым арганічным рэчывам у выглядзе жывых ці мёртвых. Рэдуцэнты (аднавіцелі) – бактэрыі, якія выкарыстоўваюць арганічнае рэчыва (рэшткі загінуўшых гідрабіонтаў у выглядзе донных адкладаў, раствораных і калоідных арганічных рэчываў) і раскладаюць яго да прасцейшых мінеральных соляў азота, фосфара і іншых элементаў, неабходных прадуцэнтам. У працэсу жыццядзейнасці гідрабіонатаў і узаемадзеяння іх з вадой і доннымі адкладамі ў вадаёмах ажыццяўляецца кругаварот рэчываў. Прадуцэнты дастаюць з вады мінеральныя элементы і ствараюць арганічнае рэчыва, якое потым выкарыстоўваецца кансументамі. Пры адміранні гідрабіонтаў абодвух груп накопліваецца мёртвае арганічнае рэчыва, якое рэдуцэнты аднаўляюць да мінеральных элементаў.

Асноўнымі колькаснымі паказчыкамі інтенсіўнасці біялагічных працэсаў ш вадаёмах з’яўляюцца біамаса і прадукцыя. Біямасса – агульная колькасць арганічнага рэчыва, якая заключана ў жывых арганізмах у дадзены моман часу, якая вызначаецца у вагавых адзінках на адзінку плошчы паверхні ці на адзінку аб’ёма вады (г/м², кг/га, г/м³). Вызначаецца як агульная біамаса вадаёма, так і біамаса асобных груп гідрабіонтаў (планктона, бентаса, рыб).

Вадаёмы валодаюць біялагічнай прадуктыўнасцю – уласцівасцю ўтвараць арганічнае рэчыва ў выглядзе жывых арганізмаў, характарызуемае велічнынёй прадукцыі , г.зн. прырашчэннем біамасы за той ці другі прамежак часу. Асновай існавання гідрабіонтаў з’яўляецца пярвічная прадукцыя – арганічнае рэчыва, якое ўтвараецца ў працэсу фатасінтэзу галоўным чынам фітапланктонам і макрафітамі (автатрофамі). Другасную прадукцыю ўтвараюць гетератрофы. Канечнай прадукцыяй з’яўляецца нектон (рыбы), які часткова выкарыстоўваецца чалавекам. Біяпрадуктыўнасць вадаёмаў змяняецца разам са змяненнямі ў гідралагічным рэжыму возера.

Жыўленне ў жыццядзейнасці і распаўсюджванні гідрабіонтаў было ўлічана ў біялагічнай класіфікацыі азёр, распрацаванай А.Тінэманам і Е.Наўманам. У аснову гэтай класіфікацыі былі пакладзены ўмовы жыўлення гідрабіонтаў – трофнасць (trophos - ежа, корм). Згодна з класіфікацыяй азёры падзяляюцца на алігатрофныя (oligos - мала), эўтрофныя (еu – добра) і дістрофныя (dis - недастаткова).

У вадзе алігатрофных (малакормных) азёр утрымліваецца мала біягенных элементаў, жыццё развіта слаба. Вада азёр празрыстая, кіслароду ў іх дастаткова. Кругаварот рэчываў найбольш поўны ў параўнанні з другімі групамі азёр. Пагэтаму значных аб’ёмаў донных адкладаў не назіраецца. У донных адкладах перавагаюць мінеральныя часцінкі, арганізмаў мала. Гэта азёры, якія знаходзяцца сярод крышталічных горных пародаў, часта горныя (Байкал, цялецкае, Іссык-Куль і інш.). Эўтрофныя (многакормныя) азёры адрозніваюцца высокім утрыманнем біягенных элементаў і арганічнага рэчыва, інтенсіўным развіццём фітапланктону і прыбярэжных зарасляў макрафітаў. Кругаварот рэчываў няпоўны, пагэтаму значная частка арганічных рэшткаў адкладаецца на дне возера. Пры гэтым утвараюцца магутныя тоўшчы ілоў, багатых арганічнымі рэчывамі. Да эўтрофных азёр адносяцца пераважна невялікія, добра праграваемыя летам азёры лясной і лесастэпавай прыродных зон, з буйных азёр - Пскоўска-Чудское, Ільмень.

Да дістрофных (недастаткова кормныя) адносяцца пераважна азёры з забалочанымі вадазборамі. У іхвадзе утрымліваецца многа арганічных рэчываў, аднак галоўным чынам у выглядзе гібельных для гідрабіонтаў гумінавых кіслот. У азёрах назіраецца значный дэфіцыт кіслароду нават летам. Рыбы ў іх няма, гідрабіонты прадстаўлены імхамі. З цягам часу дістрофныя азёры звычайна затарфаваны і пераўтвараюцца ў балоты.

Трансфармацыя азёр (эвалюцыя) у нармальных прыродных умовах за геалагічны прамежак часу адбываецца шляхам пераходу алігатрофных вадаёмаў у эхўтрофныя, а затым і ў дыстрофныя і ў прканцы, у балота. Балота з’яўляецца канчатковым водным аб’ектам, у які пераўтвараюцца вадаёмы запаволенага вадаабмену.

Прыродны працэс эвалюцыі азёр па меры інтенсіўнага гаспадарчага асваення як саміх вадаёмаў, так і іх вадазбора, паскараецца. Адбываецца паскораны пераход возера да эўтрофнага тыпу (антрапагеннае эўтрафіраванне). Гэты працэс звязаны са значнымі паступленнямі у азёры біягшенных элементаў і, у першую чаргу, азота і фосфара, якія прыносяцца разам забруджанамі сцёкавымі водамі. Інтенсіўнае паступленне біягенных элементаў у азёры прыводзіць да бурнага развіцця фітапланктона – “цвіценню” вады. Якасць вады пагаршаецца – у вялікай колькасці накопліваецца арганічнае рэчыва, узнікае дэфіцыт кісларода нават летам і асабліва у гіпалімніоне, узрастае цветнасць вады. Вада становіцца непрыгоднай для гаспадарчага і бытавога выкарыстання, пагаршаюцца ўмовы жыцця гідрабіонтаў, назіраюцца заморы рыбы.

Прыкметы антрапагеннага эўтрафіравання азёр былі заўважаны ў некаторых азёрах Германіі яшчэ ў канцы Х1Х стагоддзя. Значных памераў яно дасягнула ў 50-60-х гг прошлага веку. Эўтрафіраванню падвяргаюцца не толькі малыя і сярэднія па велічыні азёры, але і такія як Вялікія амерыканскія азёры.

Асноўнымі прадстаўнікамі жыцця у азёрах з’яўляюцца фітапланктон, зоопланктон, бентас і макрафіты.

Фітапланктон стварае першасную прадукцыю, забяспечвае жыўленне гетератрофаў і з’яўляецца асноўнай кармавой базай вадаёма. У працэсу фатасінтэзу паляпшаецца газавы рэжым азёр, асіміліруецца свабодная вуглекіслата і прадуцыруецца кісларод. Аднак, “цвмценне” вады, асабліва блакітна-зяленых у летні перыяд пагаршае якасць вады. Гэта звязана з таксічнасцю блакітна-зяленых водарасцей, накапленнемарганічныхрэчываў у воднай масе, стратамі значнай колькасці кіслароду на яго разлажэнне. З “цвіценнем” вады звязана зніжэнне празрыстасці вады і антрапагеннае эўтрафіраванне азёр.

Зоопланктон – аснова ежы для рыбы – планктонафагаў. Некаторыя яго прадстаўнікі (фільтратары) садзейнічаюць асяданнюзавіслых рэчываў і асвятленню вады.

Бентас служыць аснаўной ежай для рыб – бентафагаў. Бактэрыі-рэдцценты – важнае звяно ў кругавароце рэчываў у азёрах Арганізмы – фільтратары дна асвятляюць ваду і драбяць грунты.

Макрафіты утвараюць прыбярэжныя зараслі і разам з фітапланктонам сінтэзіруюць і прадуцыруюць арганічнае рэчыва. Яны з’яўляюцца месцам жыхарства шэрага прадстаўнікоў зообентаса, для нерасту многіх відаў рыб, раёнам для жыцця моладзі, кормам для рыб – фітафагаў, птушак, баброў, андатры, месцам гняздоўя вадаплавючых птушак. Макрафіты з’яўляюцца канкурэнтамі фітапланктону у ежы, вышэйшыя водныя расліны ў некаторай ступені памяншаюць інтенсіўнасць “цвіцення” азёр. Яна таксама з’яўляецца фактарам біялагічнай ачысткі вадаёмаў ад забруджвання бытавымі і прамысловымі сцёкамі, фяноламі, нафтапрадуктамі. Марафіты выкарыстоўваюцца у якасці корму для буйной жывёлы, а ў бязлесных раёнах таксама як паліва і будаўнічы матэрыял. Разам з гэтым водныя расліны у працэсу транспірацыі павялічае выпарэнне з паверхні азёр у сярэднім у 1,3 разы ў лясной і стэпавх раёнах і у 1,5 разы ў паўпустынях і пустынях. У сувязі з гэтым памяншаецца паверхневы сцёк. Накапленне рэшткаў адмерлага планктону і макрафітаў прыводзіць да заілення азёр.