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

жению — возникают заморы, гибнут требовательные к кислороду животные, в том числе и рыбы.

Максимальные запасы кислорода в подобных озерах наблюда­ ются в периоды весенней и осенней циркуляции.

Содержание свободной углекислоты с глубиной возрастает, так же как в озерах олиготрофного типа, с той лишь разницей, что ино­ гда в эпилимнионе она почти полностью потребляется. В придонных слоях ее содержание может превосходить нормальное количество на сотни и иногда тысячи процентов.

В тропических озерах в течение длительного периода устойчивой стратификации запасы кислорода в гиполимнионе могут быть пол­ ностью исчерпаны. Если в этот момент под влиянием ветра или дру­ гих причин произойдет смешение поверхностных и глубинных вод,

- - - - - - - - - - - - - - -/- - - - - - - - - - - - - - - - - -2- - - - - - - - - - - - - - - -3- - - - - - - - - - - - - - - - - -9- -- — л — X5—

Рис. 137. Изменение температуры, содержания кислорода,

то в эпилимнионе на какой-то момент концентрация кислорода мо­ жет резко снизиться, что иногда приводит к заморам. Такие ката­ строфические явления наблюдались в озерах на островах Ява и Су­ матра, в оз. Виктория.

Сероводород образуется в придонных слоях некоторых озер при разложении белковых веществ и при восстановительных процессах в отсутствии кислорода, главным образом зимой, когда затруднена аэрация.

Большое значение для понимания химических процессов, проте­ кающих в озере, имеет активная реакция, или концентрация водо­ родных ионов pH. Она отражает ход химических и биологических процессов в водоеме и подвержена сезонным, а иногда и суточным колебаниям. Наибольшие изменения pH прослеживаются в слабо­ минерализованных и богатых жизнью евтрофных озерах. Здесь кон­ центрация водородных ионов тесно связана с газовым режимом (см. рис. 137).

Г Л А В А 43. ПРОЗРАЧНОСТЬ И ЦВЕТ ОЗЕР

Прозрачность озерных вод меняется в широких пределах, но редко достигает тех величин, которые известны для морей (см. § 44). Большей прозрачностью, как правило, обладают глубокиеозера, расположенные в горных районах. Исключительно высокой прозрачностью (глубина исчезновения белого диска 40 м) отлича­ ются воды оз. Байкал. Достаточно большая прозрачность в озерах Иссык-Куль (20 м), Телецком (22 м), Косогол (25 м), Севан (21 м). В Альпийских озерах прозрачность колеблется в среднем от 16 до 20 м. Малая прозрачность наблюдается в больших по площади, но мелких озерах, со дна которых илы легко взмучива­ ются при ветровом перемешивании вод (Балхаш, Ильмень, Зайсан), в озерах с хорошо развитым планктоном, а также в озерах, в пи­ тании которых большая роль принадлежит болотным водам, бога­ тым гуминовыми кислотами. В некоторых озерах прозрачность падает до 0,3—0,5 м.

Водном и том же озере прозрачность неоднородна и колеблется во времени. Обычно в прибрежной зоне озер прозрачность меньше,, чем в открытой части, по тем же причинам, что и в морях. Это от­ четливо прослеживается в крупных озерах. Прозрачность меняется

сглубиной. В глубоких озерах меньшей прозрачностью отличаются поверхностные слои в связи с развитием летом планктона и нако­ плением в зоне температурного скачка оседающих взвесей. В Л а­ дожском озере в 1960—1962 гг. наблюдались два минимума про­ зрачности: в зоне температурного скачка и в придонном слое. Умень­ шение прозрачности в придонном слое Б. М. Петров объясняет замедлением осаждения взвесей в этом слое из-за большей вязко­ сти воды и возникновения конвективных движений у дна.

Всезонных колебаниях прозрачности вод озер намечаются зим­ ний и осенний максимумы и весенний и летний минимумы. Иногда летний минимум сдвигается на осенние месяцы. В одних озерах наи­ меньшая прозрачность обусловливается большим количеством на­ носов, доставляемых притоками в период половодья и дождевых паводков, в других'— массовым развитием зоо- и фитопланктона («цветением» воды), в третьих — накоплением органических ве­ ществ.

Цвет озер, в отличие от морей (см. § 45), характеризуется боль­ шим разнообразием. Растворенные вещества, взвешенные мине­ ральные частицы, микроорганизмы, по-разному поглощая, рассеи­ вая и отражая свет, придают воде грязноватые и мутные оттенки, а при большом количестве взвесей различного происхождения озеро принимает их цвет. Вот почему озера, обладающие сине-зеленым цветом, встречаются сравнительно редко.

Среди озер СССР синим цветом обладают прозрачные воды не­ которых горных озер (Иссык-Куль, Кара-Куль, Севан — в открытой части). Синий цвет имеет оз. Байкал и Аральское море (в открытой части). Голубовато-зеленый цвет характерен для горных озер Урала (Тургояк, Б. Кисягач). Более распространены озера с желтой,

желто-зеленой, желто-бурой водой, а на болотистых пространствах севера нашей страны — с бурой и даже коричневой водой. Желтая и коричневая окраска озерных вод обязана присутствию в воде гуминовых соединений.

Цвет воды в озере испытывает сезонные колебания и неодноро­ ден в различных частях озера, так же как и прозрачность. Так, в от­ крытой части оз. Байкал при большой прозрачности вода имеет темно-синий цвет, в районе Селенгинского мелководья — сероватозеленый, а вблизи р. Селенги — даже бурый. В Телецком озере в от­ крытой части цвет воды зеленый, а у берегов желто-зеленый. Мас­ совое развитие планктона уменьшает не только прозрачность, но и изменяет цвет озера, придавая ему цвет находящихся в воде орга­ низмов. Во время цветения зеленые водоросли окрашивают озеро в зеленый цвет, сине-зеленые придают ему бирюзовую окраску, диа­ томовые-— желтую, а некоторые бактерии окрашивают озеро в ма­ линовый и красный цвета.

Гидрооптические характеристики воды — цвет и прозрачность — являются чувствительными индикаторами физического и биохими­ ческого состояния озерных вод. Вместе с другими физическими по­ казателями они могут быть использованы для выделения различных по происхождению водных масс и изучения их трансформаций в озере, как это делается в настоящее время в отношении водных масс водохранилищ (см. § 203), океанов и морей (см. § 77). Пока­ затели прозрачности и цвета воды использованы для выделения в Ладожском и Онежском озерах водных масс речного происхож­ дения, поверхностных, глубинных и придонных. Они могут служить также показателями для выделения зон загрязнения водоема сточ­ ными водами.

Г Л А В А 44. ГИДРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОЗЕР

Органический мир в озерах разнообразен. В отличие от рек, в озере богаче растительность, более развит планктон, исключительно богата донная фауна. Это разнообразие объясняется не только различием гидрологических свойств рек и озер, но и тем, что в каж­ дом водоеме создаются свои индивидуальные условия существо­ вания организмов. Эти его особенности проявляются на фоне зо­ нальных отличий, главным образом климата и его элемента — тем­ пературы воздуха. В основе жизни водного населения лежит обмен веществ, в процессе которого водные организмы изменяют среду своего обитания. Это отчетливо проявляется в изменении содержа­ ния солей и растворенных газов, образовании озерных отложений, зарастании водоемов, изменении цвета и прозрачности воды и дру­ гих явлениях. Таким образом, изучение гидрологами водоема озер­ ного типа не может происходить без учета биотического фактора. Идеей о всестороннем изучении озер и процессов круговорота энер-

гии и органического вещества в них были проникнуты большинство докладов на прошедшем в г. Ленинграде в 1971 г. Международном конгрессе лимнологов.

§ 195. Краткая характеристика основных мест обитания организмов в озере

В водоемах суши, так же как и в морях, выделяются два основ­ ных местообитания водных организмов: дно и водная толща, а все обитатели водоемов в соответствии с их образом жизни и передви­ жения распадаются на три основные группы: планктон, бентос, не­

ктон.

Специфические условия существования организмов в водоеме создаются прежде всего в двух зонах: литорали и пелагиали с про­ фундалью.

Л и т о р а л ь — прибрежная область, в отличие от глубинной, имеет сравнительно однородный по вертикали температурный и кис­ лородный режим. Частично это относится и к освещению. Вместе с тем на отдельных участках прибрежной зоны наблюдается и боль­ шее разнообразие. Суточные и сезонные колебания температуры в прибрежной зоне значительно больше, чем в глубинной. Зимой в умеренных широтах происходит замерзание воды, на отдельных участках озера до дна, летом — нагревание до 25—30° С. Разнооб­ разие вносят геологические породы, слагающие тот или иной уча­ сток берега, различная крутизна склона дна, защищенность побе­ режья от действия ветра, а следовательно, и волнения, большая или меньшая степень инсоляции и т. д. По этим причинам обитатели ли­ торали отличаются от обитателей глубинной области и характери­ зуются большей дифференциацией.

Для литорали характерно наличие высшей растительности, с ко­ торой тесно связана фауна прибрежной полосы. Растения дают жи­ вотным пищу. Присутствие крупных растений задерживает волнение и создает по берегам тихие участки, в которых температурный, кис­ лородный, световой режим оказывается чрезвычайно благоприят­ ным для существования животных в летнее время.

П е л а г и а л ь с п р о ф у н д а л ь ю . В пелагиали глубоких озер размещение планктона подчиняется вертикальной зональности. Верхний слой (эпилимнион) является зоной фотосинтеза — зоной богатого развития фото- и зоопланктона. В слое металимниона в развитии планктона значительное место занимают бактерии. В ни­ жнем слое — гиполимнионе — поселяются нетребовательные к кис­ лороду планктонные формы (веслоногие рачки и протозои).

Втечение года в связи с изменением физико-гидрологических свойств и в первую очередь температуры, определяющих условия питания и жизни, наблюдается смена основных форм, особенно фи­ топланктона. Зимой фитопланктон почти исчезает.

Вбольших по площади озерах наблюдается своеобразное рас­ пределение планктона и по акватории — от берегов к середине озера происходит его обеднение.

Условия жизни профундали своеобразны: амплитуда колебания температуры здесь мала; содержание газов (0 2, С 02, H2S) испыты­ вает значительные колебания в течение года и определяется мощно­ стью иловых отложений; освещение дна слабое. В связи с этим глав­ ную массу бентоса составляют илолюбивые виды животных и бакте­ риально-грибковая флора. Зеленая растительность в профундали отсутствует. Развитию бактерий способствует накопление на дне орга­ нического вещества. Животное население профундали представлено главным образом олигохетами, моллюсками и личинками комаров.

§ 196. Круговорот органического вещества и биологические типы озер

Организмы каждого озера тесно взаимосвязаны между собой и окружающей средой. В процессе их жизнедеятельности и взаимо­ связи с окружающей средой осуществляется круговорот органиче­ ского вещества и энергии в озере. В верхних слоях воды и в литорали происходит образование органического вещества. Осу­ ществляется оно главным образом путем фотосинтеза высшими растениями и водорослями, использующими углекислоту и мине­ ральные соединения. Синтез органического вещества из неоргани­ ческого производится в процессе хемосинтеза некоторыми авто­ трофными бактериями (например, серобактериями, нитрофицирующими бактериями). Готовое органическое вещество и некоторое ко­ личество биогенов поступают в водоем также с его площади.

В процессе фотосинтеза зеленые растения проявляют много ин­ дивидуальных черт. Диатомовые водоросли, например, развиваются при относительно низких температурах (16—18°С) и наличии в воде кремния, сине-зеленые водоросли-—при более высоких температу­ рах. Первые появляются при несколько большем содержании в воде железа и фосфора по сравнению со вторыми и меньшем количестве аммонийного азота.

Органическое вещество, поступившее извне или синтезированное в озере, видоизменяется. Водоросли и высшие растения широко ис­ пользуются животными для питания. Их поедают простейшие, губки, коловратки, ракообразные, моллюски, личинки и мальки рыб и сами рыбы. Животные потребляют также растворенные и разлагающиеся коллоидные вещества. Важным пищевым ресурсом служат бактерии. Они синтезируют в себе белковые вещества. Хищники поедают (избирательно) животных других видов. Расти­ тельные" и животные организмы, отмирая, подвергаются сложному биохимическому распаду, который происходит как в толще воды, так и на дне озера.

Биохимические процессы в толще воды протекают при большом потреблении кислорода. Активно содействуют разложению органи­ ческого вещества микроорганизмы. В процессе своей жизнедеятель­ ности они разлагают его до элементарных биогенных соединений. Последние усваиваются растениями и таким образом вновь возвра­ щаются в круговорот веществ. Органическое вещество в озерах