Файл: Давыдов Л.К. Общая гидрология учебник.pdf

ледяной гальки или ледяных шаров, известных на Байкале под наз­ ванием «колобовники».

С накоплением в озере ледового материала возникает ледоход — свободно переносимый ветром и течениями плавающий лед. Спе­ цифической формой плавучих льдов в большом озере, так же каки в морях, являются блинчатый лед и ледяные поля, оторвавшиеся от берегового припая. Формирование ледостава, так же как и возник­ новение ледохода, происходит сначала на мелководье, в заливах и бухтах. Период замерзания больших озер растягивается на два-три месяца (Онежское, Ладожское, Байкал). Эти озера сплошь по­ крываются льдом только в январе. Отдельные глубокие плёсы в озе­ рах Ладожском, Телецком, Онежском в теплые зимы не замерзают. Озеро Севан замерзает, только в суровые зимы, оз. Иссык-Куль не замерзает.

Малые озера замерзают спустя несколько дней после перёхода температуры воздуха через 0° С к отрицательным значениям. Обычно ледостав возникает путем смерзания заберегов. При рез­ ком похолодании пруды и озера (с небольшими площадями и глу­ бинами) покрываются ледяной коркой в течение одной ночи. В по­ следующие морозные дни происходит интенсивное нарастание льда.

Замерзание большей части озер на Европейской территории

СССР в среднем, по данным наблюдений, происходит начиная с конца октября — начала ноября (Кольский полуостров, Северный

Поверхность ледяного покрова, структура льда, нарастание его толщин в озерах различны и зависят от условий замерзания осенью и мощности снежного покрова и температуры воздуха зимой.

На больших озерах чаще преобладает торосистый ледяной по­ кров зернистого строения, состоящий из смерзшихся форм внутриводного льда (шуги) и отдельных льдин. Торосистые гряды имеют высоту 1,5—2 м, иногда достигают, например на Ладожском озере, шестиметровой высоты. И. В. Молчанов выделяет три основных вида озерного льда: 1) водный (озеровидный)— прозрачный лед кристаллической структуры, образующийся при штиле; 2) водно­ снеговой (наслуз)— мутный беловатый непрозрачный лед, обра­ зующийся в результате смерзания пропитанного водой снега; он возникает на поверхности кристаллического льда при выходе воды озера по трещинам. Близок к нему по структуре зернисто-шутовой лед, возникающий при сильном волнении; 3) снеговой лед, обра­ зующийся при подтаивании и последующем замерзании лежащего на поверхности льда снега.

В районах с обильными снегопадами лед озер, как правило, имеет слоистое строение. При большой нагрузке снега лед погру­ жается в воду (см. § 154) — образуется наслуз. При раннем и обиль­ ном снегопаде толщина наслуза может превышать толщину

нижнего водного льда. Слоистость льда возникает также при то­ рошении (подсовах).

В течение зимы ледяной покров испытывает деформации. Харак­ терными являются трещины термического и динамического проис­ хождения. При устойчивых морозах в результате сжатия ледяной покров разрывается на отдельные поля, достигающие, например на Байкале, по описанию Сокольникова, 10-—30 км в поперечнике. Ши­ рина возникающих при этом сквозных трещин — становых щелей— составляет несколько метров. При потеплении ледяные поля смы­ каются, что приводит к образованию подсовов и торосистых гряд. Аналогичные явления наблюдаются при сильном ветре, способном привести к разрыву ледяного покрова и последующему смещению ледяных полей. Трещины часто образуются у берегов при снижении уровня в озере.

Нарастание льда в озерах происходит по тем же физическим за­ конам, что и в реках (§ 154). Наиболее интенсивный рост льда на­ блюдается в первые дни (5—7 см в сутки) и в первые две-три де­ кады после замерзания. Наибольшая толщина льда в озерах зави­ сит как от гидрометеорологических условий зимы, так и от размеров самого озера, обладающего теми или иными тепловыми запасами. Толщина льда в озерах СССР в районах с неустойчивой и мягкой зимой не более нескольких сантиметров, в условиях сурового кон­ тинентального климата 150—200 см и даже достигает 3 м (озера Хубсугул, Косогол; по Сокольникову).

Вбольших озерах северо-запада СССР средняя толщина льда

вмарте 50—60 см; на оз. Байкал толщина льда меньше, чем в со­ седних малых озерах, что объясняется более поздним ледоставом.

§ 190. Вскрытие озер

Вскрытие озер, так же как и рек, происходит под влиянием те­ пловых и динамических факторов. Роль тепловых факторов преоб­ ладает в процессе вскрытия малых озер. Быстрее под влиянием те­ плового эффекта разрушается прозрачный лед. Он теряет прочность и распадается на отдельные кристаллы. Белесовато-мутный зерни­ стый водно-снеговой лед обладает большим альбедо, меньше про­ пускает солнечной энергии, и процесс разрушения его замедля­ ется. У берегов снег и лед тают быстрее. Сначала появляются за­ краины, а затем очищается ото льда и все озеро. Весенний ледоход на малых озерах, как правило, не наблюдается. Малые озера ев­ ропейской части СССР вскрываются, по данным наблюдений, на 8— 15 дней позже, чем реки.

Вскрытие и очищение ото льда больших озер происходит неодно­ временно на всей акватории, и процесс этот растягивается на 1,5— 2 месяца, а иногда и более. Большая роль в процессе вскрытия крупных озер принадлежит ветру и в отдельных случаях течению. Так, в северо-западной части Южного Байкала происходит подтаи­ вание льда под влиянием восходящих теплых течений уже в конце марта — начале апреля. Образуются промоины и полыньи. Отсюда

под действием ветра происходит во всех направлениях взламывание теряющего прочность, но еще толстого льда. Постепенно в разных частях озера возникает ледоход. Продолжительность его в среднем 12—20 дней. Очищение ото льда всего Байкала происходит к сере­

сывается на берега и отмели и часть в случае сточного озера выно­ сится реками.

Сроки замерзания и вскрытия озер изменяются из года в год в зависимости от изменений гидрометеорологических условий. Зна­ чительные вариации наблюдаются в датах замерзания и вскрытия озер одного и того же климатического района, но разных по разме­ рам и морфологическому строению котловины, на что обращал вни­ мание И. В. Молчанов и позже Б. Б. Богословский.

Г Л А В А 42. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ОЗЕРНЫХ ВОД

Воды озер по своему химическому составу и минерализации весьма разнообразны. В противоположность морской воде в озер­ ных водах нет постоянства соотношений между основными ионами. Среди озер мира встречаются озера с весьма малой минерализа­ цией (30 мг/л, оз. Онежское) и очень большой соленостью, значи­ тельно превышающей соленость морских вод (свыше 300 г/л).

§ 191. Основные особенности формирования химического состава

Химический состав озерных вод тесно связан с составом питаю­ щих озеро поверхностных и подземных вод и, следовательно, зави­ сит от комплекса физико-географических условий, свойственных тому или иному водосбору озера, а также от геологического строе­ ния водосбора и котловины озера. Первичный состав вод, поступаю­ щих с водосбора, под влиянием биохимических процессов, проте­ кающих в озере, подвергается изменению. В результате формиру­ ется гидрохимический комплекс, свойственный или только данному озеру, или группе озер, типичных для того или иного ландшафта.

Степень изменения химического состава и минерализации по­ ступающих извне вод в сильной степени зависит от водно-солевого баланса, проточности и водообменности озера.

В каждом озере существует некоторое равновесие (баланс) ме­ жду поступлением химических элементов и их удалением. Уравне­ ние химического (солевого) баланса в общем виде может быть вы­ ражено так:

моментам концентрации ионов в озере; Ѵп и Ѵу — объемы посту­ пающей и удаляемой из озера воды; Сп и Су — концентрации ионов в этих объемах воды. В каждом отдельном случае при со­ ставлении баланса должны быть учтены все возможные основные элементы поступления и расходования химических элементов в озере. Сопоставление солевого баланса с водным позволяет су­ дить о солеобороте в озере и изменении минерализации его вод.

Для большинства озер в приходной части баланса наибольшая роль принадлежит поступлению химических элементов с водосбора вместе с водами притоков.

В сточных озерах удаление растворенных веществ осуществля­ ется вместе со стоком воды из озера, но в связи с замедленным во­ дообменом возможно некоторое накопление солей и их метаморфизация, особенно под влиянием биохимических процессов. Это в боль­ шей степени касается небольших маломинерализованных, хорошо прогреваемых озер.

В бессточных озерах в силу расходования воды только на испа­ рение происходит аккумуляция солей. Озеро осолоняется и может превратиться в минеральное.

Солевой баланс подсчитан лишь для отдельных больших озер. Анализ этого баланса для Ладожского озера (по Н. Ф. Соловьевой) показывает, что накопления основных ионов в озере не происходит.

Внебольших количествах осаждаются кремний, железо и фосфор.

Воз:. Севан соли, выпадающие в осадок (по С. Я- Лятти), соста­

вляют в среднем за год 54 000 т, а в Аральском озере— 11 • 16е т. По степени солености воды озер делятся на следующие типы:

пресные (до 1°/оо), солоноватые (от 1 до 24,7%0), соленые (от 24,7 до 47%о), минеральные или соляные (свыше 47%0).

§192. Химический состав и гидрохимический режим пресных озер

Вхимическом составе озерных вод, как и других водных объек­ тов,‘ выделяются: основные ионы, биогенные вещества, микроэле-

ментьі'; растворенные газы и органические вещества. Присутствие в воде основных ионов НСО7, СО", SO", CI7, Ca", Mg", Na- и К'

в тех : или иных количествах определяет минерализацию воды и ти­ повой ее состав.

(Содержание в воде биогенных элементов (соединений азота и фосфора, кремния и железа) и изменение их концентраций тесно связаны с круговоротом веществ в озере и являются предметом спе­ циального изучения. То же относится и к органическим соедине­ ниям, находящимся в озере на разных стадиях распада.

Солевой состав озер подчиняется определенной географической закономерности. Несмотря на разнообразие этого состава в различ­ ных географических зонах, по преобладанию трех первых ионов в составе растворенных в воде веществ можно выделить характер­ ные (по Г. А. Максимовичу) гидрохимические фации. Так, в озерах тундры преобладают Si и НСО7, в лесной зоне — ионы НСО7, Са",

в зоне степей — ионы SO", Н С О ', Na' и К', в зоне пустынь и полу­

пустынь— ионы О ' и Na' (см. рис. 59).

В каждой зоне можно обнаружить значительные отклонения от типового состава вод, связанные с местными условиями: геологиче­ ским строением водосбора и котловины озера, источниками питания и др. Азональными по составу вод являются карстовые озера. Боль­ шинство озер Центральной Якутии относятся к гидрокарбонатно­ натриевой фации, а не к гидрокарбонатно-кальциевой в соответст­ вии с местом их нахождения. Воды озер в долинах Урала, Эмбы, Сагиза и др. относятся к гидрокарбонатным, а не хлоридным, как воды большинства озер водораздельных пространств в пределах тех же широт.

Минерализация большинства пресных озер зоны постоянного ув­ лажнения не превышает 200—300 мг/л. В больших, хорошо зарегу­ лированных озерах этой зоны минерализация вод снижается до 00—

озерах на больший срок, чем в малых, маломинерализованных та­ лых и дождевых вод притоков, являющихся основным источником питания этих озер. С переходом к зонам неустойчивого и недоста­ точного увлажнения по мере увеличения роли испарения в расход­ ной части водного баланса соленость озерных вод увеличивается, несмотря на то что питающие озеро притоки несут воды сравни­ тельно малой минерализации. Так, минерализация вод притоков оз. Севан невелика, порядка 140 мг/л, а минерализация вод самого озера достигает 718 мг/л. Воды, стекающие с хребтов Кунгей-Ала- тау и Терскей-Алатау и питающие оз. Иссык-Куль, имеют весьма малую минерализацию, в то время как само озеро относится к со­ лоноватым (5—8%о).

Соленость и солевой состав озерных вод не остаются постоян­ ными. Они меняются по площади озера, по глубине и испытывают колебания во времени.

Основной причиной химической неоднородности в озере является несоответствие между составом и минерализацией вод озера и пи­ тающих его поверхностных и подземных вод. Способствует неодно­ родности замедленный водообмен, размеры, расчлененность котло­ вины, изрезанность береговой линии, а также плотностное расслое­ ние озера. Классическим примером химической неоднородности вод является оз. Балхаш. Соленость вод восточной половины Балхаша больше солености западной (вблизи устья р. Или) почти в 4 раза. По мере продвижения к восточной части озера происходит измене­ ние состава за счет увеличения (по весу) ионов Na' и СК.

В озерах морских побережий, образовавшихся при поднятии уча­ стков дна морских заливов, например в оз. Могильном на о. Кильдин, в некоторых озерах Японии, в ряде норвежских фиордов, опи­ санных в научной литературе, наблюдаются резкие изменения в со­ лености воды по глубине. Различие в солености, а следовательно, и в плотности может быть настолько велико, что весенняя и осенняя циркуляции охватывают не всю водную массу, а .лишь