4.6. Влияние гидрологических процессов на природные условия

Облик планеты. Благодаря специфическим физическим свой­ствам воды (высокая температура плавления и кипения) она на Земле широко распространена и в твердом, и в жидком, и в газо­образном состоянии, образуя ледники, Мировой океан и водные объекты суши, подземные воды, влагу в атмосфере. Это во многом определяет и географический облик земного шара в целом. Как уже отмечалось суммарная поверхность Земли, покры­тая водой в жидком или твердом состоянии, равна 382,5 млн км², или 75 % (!) поверхности планеты.

Благодаря большой массе воды на поверхности Земли и особенностям ее тепловых свойств гидросфера Земли регулирует тепловые процессы, поглощая в сред­нем 77 % поступающей к земной поверхности солнечной энергии, передавая ее затем в атмосферу в результате испарения и последу­ющей конденсации водяного пара (84 % всего радиационного ба­ланса Земли), а также путем турбулентного теплообмена. Гидросфера, таким образом, выступает в качестве мощного нагревателя атмосфе­ры и всей Земли.

Метеорологические условия. Хотя метеорологические условия на планете и их изменчивость определяются атмосферной циркуляцией, роль в этом природных вод также очень велика. Во-первых, многие основные свойства самой атмосферы – результат воздействия на нее гидросферы. Общие закономерности распределения атмосфер­ного давления, пассатные и муссонные ветры, облачность и другие факторы зависят от распределения суши и воды на земном шаре и различия в их нагреве. Во-вторых, определяемое общей циркуля­цией атмосферы перемещение воздушных масс сопровождается их трансформацией над водными объектами (нагревание или охлажде­ние, насыщение влагой и т.д.). Основным источником осадков на Земле служит Мировой океан.

Крупные изменения климата. Крупные изменения климатиче­ских условий, ученые пытаются объяснить многими причинами.

В настоящее время отмечается заметное потепление климата. Объем материковых ледников медленно уменьшается, о чем свиде­тельствует продолжающееся повышение уровня Мирового океана. По-видимому, этот процесс будет продолжаться и дальше.

Взаимосвязь природных вод и биосферы. Биосфера, согласно уче­нию В.И. Вернадского, – это оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой в существенных чертах обусловлена прошлой или современной деятельностью живых организмов. Границы биосферы и гидро­сферы практически совпадают.

Размещение организмов на планете в целом подчиняется кли­матической зональности, но существенно зависит от наличия воды и ее физико-химических свойств. Основной средой обитания жи­вотных служит океан. Растения заселяют и океан и сушу; в послед­нем случае их распространение во многом определяется тремя факторами: поступлением тепла, характером почв и, что особенно важно, наличием воды.

Водные объекты служат местом обитания многих организмов – гидробионтов. По месту обитания и характеру перемещения гидробионты подразделяются на планктон (организмы, находящиеся в вод­ной толще во взвешенном состоянии, не способные самостоятель­но перемещаться на большие расстояния и переносимые в основ­ном течениями), нектон (животные, обитающие в водной толще, приспособленные к активному плаванию и способные самостоя­тельно перемещаться в пространстве на большие расстояния), бен­тос (организмы, обитающие на дне), нейстон (организмы, при­крепляющиеся к поверхностной пленке воды и передвигающиеся по ней сверху — эпинейстон или снизу — гипонейстон).

Планктон подразделяют на фитопланктон (различные водоросли), зоопланктон (простейшие, кишечнополостные, ракообразные и др.) и бактериопланктон (бактерии). Нектон представлен в водной сре­де высшими животными (киты, тюлени и др.), рыбами и некото­рыми моллюсками.

Бентос подразделяют на фитобентос (высшие водные растения) и зообентос (живущие на дне черви, моллюски, иглокожие и др.). К нейстону относятся простейшие, одноклеточные водоросли, кло­пы-водомерки, жуки-вертячки, личинки насекомых и др.

Растения, живущие в воде, подразделяют на гидрофиты (расте­ния, погруженные в воду только своей нижней частью) и гидратофиты (растения, погруженные в воду полностью или большей своей частью).

Решающее влияние на жизнь гидробионтов оказывают условия их питания. Часть гидробионтов относится к автотрофным организ­мам, развивающимся путем поглощения из воды растворенных веществ или синтеза органического вещества в присутствии света (например, фитопланктон). Автотрофные организмы (в основном зеленые растения) также называют продуцентами. Организмы, пи­тающиеся готовым органическим веществом, т. е. другими рас­тительными или животными организмами, называются гетеро­трофными (рыбы, ракообразные, водные млекопитающие и др.). К гетеротрофам относятся также бактерии, грибы, питающиеся орга­ническим детритом. Гетеротрофные организмы иногда называют консументами: это макроконсументы (в основном животные) и мик-роконсументы, или деструкторы (в основном бактерии).

Основными количественными показателями интенсивности био­логических процессов в водных объектах служат биомасса и про­дукция.

Биомасса – это общее количество органического вещества в жи­вых организмах в данном водном объекте и в данный момент времени. Биомассу выражают либо в единицах массы, либо относят к единице объема воды (г/м³) или площади дна (г/м², кг/га). Уве­личение биомассы связано с ростом и размножением организмов, перемещением из смежных районов, уменьшение — с гибелью, перемещением за пределы рассматриваемого объекта, изъятием для хозяйственных нужд (выловом).

Свойство водных объектов воспроизводить органическое веще­ство в виде живых организмов называется биологической продуктив­ностью, количественной характеристикой которой служит продук­ция, т.е. приращение биомассы за некоторый интервал времени. При этом важнейшую роль играет так называемая первичная про­дукция, т.е. органическое вещество, создаваемое автотрофными организмами, в основном в процессе фотосинтеза. Гетеротрофные организмы лишь преобразуют органическое вещество.

Противоположного характера процесс связан с деструкцией, или разложением органического вещества, ведущим механизмом которо­го являются окислительные процессы. Разложение органического вещества может быть полным, и тогда продуктами его распада будут СО₂, NH₄, Н₂О и др., или неполным. В последнем случае неполностью разложившиеся остатки расти­тельности формируют слои торфа, сапропелита, горючих сланцев, бурого и каменного угля, а остатки водных живых организмов (в первую очередь беспозвоночных) – слои органогенных морских осадочных пород, например известняки, состоящие из раковин фораминифер, кораллов, брахиопод, моллюсков и т.д.

Водные объекты по условиям питания гидробионтов подразде­ляют на олиготрофные (биогенных веществ мало, планктон развит слабо), эвтрофные (большое содержание биогенных и органических веществ, бурно развивается фитопланктон), дистрофные (в воде содержатся вредные для развития жизни вещества, наблюдается недостаток кислорода), мезотрофные (водные объекты со средними условиями питания).

Эвтрофирование – это процесс повышения биологической про­дуктивности водных объектов в результате накопления биогенных веществ под действием естественных или антропогенных факторов.

Полагают, что эвтрофирование водных объектов начинается, если содержание фосфора в воде превысит, по некоторым данным, 10–30 мкг/л. Благоприятным условием для развития водных орга­низмов отвечает содержание кислорода в воде не менее 4 мг/л.

Вода как важная часть входит в состав всех организмов в ко­личестве от 60 до 99,7 %. В наземных растениях 70–90 % воды, в водорослях 90–98 %. Медузы на 95–98 % состоят из воды, в ры­бах ее около 70 %. Млекопитающие содержат 63–68 % воды. Сам человек на 65 % состоит из воды.

Водные экосистемы. Согласно Ю. Одуму все природные экосистемы подраз­деляются на три группы: наземные (тундра, леса разного типа, степи и пустыни), пресноводные (озера, реки, болота) и морские (океан, шельф, эстуарии, соленые марши). Из этого перечня видно, что водные экосистемы очень распространены и служат важными компонентами природной среды Земли. Изучать водные экосисте­мы призвана гидроэкология (водная экология) как часть общей экологии (или геоэкологии). В состав гидроэкологии входит и гид­рология.

Водные экосистемы могут быть подразделены не только на упомянутые выше типы, но и по иерархической подчиненности: глобальная экосистема Мирового океана вместе с речной сетью его водосбора; изолированные водные экосистемы областей внутреннего стока; крупные водные объекты (океаны, речные системы); отдель­ные реки, озера, моря, водохранилища, болота; их крупные части (притоки, дельты, заливы, лагуны, лиманы, эстуарии и др.); экоси­стемы самого низкого ранга (элементы водоемов и водотоков – экосистемы плесов, литорали, пелагиали и т.д.).

По данным Ю. Одума, водные экосистемы принадлежат к числу самых биопродуктивных на планете. Наибольшей удельной (на 1 м² площади) биопродуктивностью обладают эстуарии, влаж­ные тропические леса, районы морского подъема вод, т.е. экосистемы, в которых вода играет важнейшую роль. Общая же валовая первичная биологическая продукция распределяется между сушей и Мировым океаном приблизительно в пропорции 60:40 %. Ю. Одум отмечает также, что малая биопродуктивность некоторых экосистем (например, пустынь) связана прежде всего с недостатком воды.

Водную экосистему (т.е. экосистему, в структуре и функ­ционировании которой ведущая роль принадлежит воде) следует рассматривать как систему, состоящую из трех самостоятельных, но активно взаимодействующих компонентов:

• абиотическая часть водной экосистемы, т.е. вода с содержащи­мися в ней растворенными (включая газы) и взвешенными веще­ствами, грунты дна и берегов водных объектов;

• биотическая часть экосистемы, т.е. все гидробионты и их комп­лексы – биоценозы;

• человеческое общество и его хозяйственная деятельность.

К числу характеристик абиотической части водных экосистем, имеющих наибольшее экологическое значение как для развития водной биоты, так и для обеспечения жизнедеятельности человека и его хозяйственной деятельности, необходимо прежде всего отне­сти: температуру, минерализацию (соленость) и мутность воды; содержание в ней химических веществ, в том числе биогенных, органических и загрязняющих; концентрацию кислорода и диокси­да углерода; скорости течения; интенсивность водообмена между различными частями водного объекта; уровни воды и площади заливания поймы; ледовые явления. Изучением пространственно-временной изменчивости этих экологически значимых характери­стик и занимается гидрология.