74. Морфология и морфометрия озер

Во всех озерах более или менее четко выделяют основные морфо­логические элементы: котловину, т. е. естественное понижение зем­ной поверхности самого различного происхождения, в пределах которого и расположено озеро; ложе (или чашу) озера,

непосредственно занятое водой. Важным элементом озерной котловины является береговая об­ласть, которая при абразионном характере берега включает берего­вой уступ, побережье и береговую отмель (рис. 7.1,6). Последние два элемента озерной котловины часто называют литоралью, к характер­ным чертам которой относятся мелководность и воздействие волне­ния. За пределами литорали находится подводный откос (или сублитораль). Глубоководная часть озера—это пелагиаль', дно озера называют профундалью. Развитие высшей растительности (макрофитов), как правило, ограничено литоралью. В пределах ложа (чаши) озера выделяют также такие морфоло­гические элементы, как плесы, заливы, бухты

Основными морфометрическими характеристиками озера служат: площадь озера (иначе, площадь его поверхности, или зеркала) F₀₃; объем воды в озере V₀₃; длина береговой линии Lбер.л, проведенной по урезу воды; длина озера L₀₃ — кратчайшее расстоя­ние по поверхности воды вдоль оси озера между наиболее удаленны­ми точками береговой линии; ширина озера В₀₃ — расстояние между противоположными берегами озера, проведенное перпендикулярно оси озера в любой его части. Наибольшее значение последней вели­чины называют максимальной шириной озера В₀₃._макс. Среднее значение ширины называют средней шириной озера и вычисляют по формуле:B=F/L. Важными морфометрическими характеристиками озера являются его глубина h₀₃ (в разных частях озера она различна), максимальная глубина hоз.макс, средняя глубина h₀з._ср, определяемая по формуле: h=V/F. Все перечисленные выше морфометрические характеристики озе­ра зависят от высоты стояния уровня воды в нем или от выбранного в толще воды отсчетного горизонта (или глубины). Наиболее важно знать, как изменяются с изменением уровня (или глубины) такие характеристики, как площадь озера, объем воды в нем, средняя и максимальная глубина. Связи соответствующих характеристик с уровнем (глубиной) называют кривой площадей (или батиграфической кривой), кривой объемов и кривой средних глубин. Характер упомянутых кривых зависит от формы ложа озера. Кривая площадей (батиграфическая кривая) показывает, какая площадь поверхности озера соответствует данной высоте стояния уровня или глубине, кривая объемов показывает, какой объем воды находится ниже любого заданного уровня (или глубины). Эти две кривые широко используются при расчетах многих гидрологических процессов, происходящих в озерах и зависящих от высоты стояния уровня воды,— элементов водного баланса озера и, в частности, потерь воды на испарение с поверхности озера, характеристик водообмена, регулирующей роли водоема и т. д.

77. Гидрохимические характеристики озер

Классификация озер по минерализации. В соответствии с общей классификацией природных вод по минерализации озера могут быть подразделены на пресные (или пресноводные) с соленостью менее 1%о, солоноватые с соленостью от 1 до 25%₀, соленые с соленостью более 25%₀. Озера последней группы иногда называют соляными или минеральными. Озера с очень большим содержанием солей называ­ют рапными. Солевой баланс озер. Применительно к озерам уравнение солево­го баланса можно записать следующим образом: R⁺реч+R⁺подз+Rx=R^-реч+R^-подз+Rветр+Rос+-ΔR, где Rреч — приход и расход солей с поверхностным (речным) стоком, Rподз — то же, с подземным стоком, Rx— поступление солей с атмосферными осадками, Rветр— вынос солей с поверхно­сти озера ветром, Rос— количество солей, осаждающихся на дно, ± ΔR— изменение количества солей в воде озера за интервал времени Δt. Члены уравне­ния выражаются в единицах массы (кг). Химический состав озерных вод. От менее засушливых районов к более засушливым увеличивается минерализация воды озер; в этом же направлении происходит трансформация основного химического состава вод (содержания анионов и катионов): воды из гидрокарбо­натного класса переходят в сульфатный и хлоридный и из кальцие­вой группы в магниевую и натриевую. В некоторых соляных озерах вода представляет собой рассол, или рапу, содержащую соли в состоянии, близком к насыщению. Если такое насыщение достигнуто, то начинается осаждение солей, и озе­ро превращается в самосадочное. Самосадочные озера подразделя­ются на карбонатные, сульфатные, хлоридные. Помимо растворенных солей вода озер содержит биогенные вещества (соединения азота, фосфора, кремния, железа и др.); растворенные газы (кислород, азот, диоксид углерода, сероводород и др.); органические вещества. Биогенные вещества в озерной воде необходимы для жизнедея- тельности водных организмов, однако их избыток приводит к ухуд­шению качества воды в озерах.

Кислород поступает в озера в основном из атмосферы, а также продуцируется в процессе фотосинтеза. При избытке кислород ухо­дит из воды в атмосферу. Обогащение толщи воды кислородом происходит во время интен­сивного вертикального конвективного и динамического перемешива­ния (обычно в периоды весенней и осенней гомотермии). Сероводород может образоваться в придонных слоях некоторых озер при разложении органических веществ в условиях отсутствия кислорода. Интенсивность и направленность газообмена водоема с атмосфе­рой (главный вид поступления и расходования газов в водоемах) определяются степенью насыщенности воды газами, в свою очередь зависящей от растворимости газа при определенных значениях температуры и давления.

Гидробиологические характеристики озер

Как и другие водные объекты, озера богаты водными организма­ми (гидробионтами). По условиям питания водных организмов (трофическим условиям) озера подразделяются на олиготрофные (глубокие озера Байкал, Иссык-Куль, Телецкое и др. с малым коли­чеством питательных веществ и малой продукцией органического вещества), евтрофные (озера с большим поступлением питательных веществ, большим содержанием органического вещества, продуци­рование которого ведет к пересыщению кислородом в поверхностном слое воды, а разложение — к недостатку кислорода в гиполимнионе); дистрофные (озера, содержащие в воде настолько избыточное количество органического вещества, что продукты его неполного окисления становятся вредными для жизнедеятельности организмов, как, например, в некоторых заболоченных районах); мезотрофные (озера со средними трофическими условиями). Естественная эволюция небольших по размеру озер в условиях холодного и умеренного климата идет по следующей схеме: оли­готрофные -> мезотрофные -> евтрофные ->• дистрофные озера ->- бо­лота.

78. ВЛИЯНИЕ ОЗЕР НА РЕЧНОЙ СТОК. Влияние озер на природную среду проявляется прежде всего через речной сток. Различают общее постоянное воздействие озер на круговорот воды в речных бассейнах и регулирующее воздействие на внутригодовой режим рек.

Основное влияние сточных водоемов суши на материковое звено круговорота воды (а также солей, наносов, тепла и т. д.) заключает­ся в замедлении водо-, соле- и теплообмена в гидрографической сети. Озера (как и водохранилища) представляют собой скопление вод, увеличивающее емкость гидрографической сети. Меньшая интенсивность водообмена в речных системах, включа­ющих озера (и водохранилища), имеет ряд серьезных последствий: накопление в водоемах солей, органических веществ, наносов, тепла и других компонентов речного стока (в широком понимании этого термина). Реки, вытекающие из крупных озер, как правило, несут мало солей и наносов. Если с водной поверхности воды испаряется больше, чем величина осадков, то проточные водоемы уменьшают сток вытекающих из них рек. Кроме того, сточные озера (как и водохранилица) перераспреде­ляют речной сток во времени, оказывая на него регулирующее воз­действие и выравнивая его в течение года. Степень регулирующего воздействия озер на сток воды, солей и наносов обратно пропорциональна коэффициенту условного водо­обмена К_В. Чем больше объем озера по сравнению с объемом годового стока реки, вытекающей из водоема, тем меньше К_В и более равномерен сток.

Озера оказывают регулирующее влияние не только на сток воды, но и на сток солей, наносов, тепла. Так, величина внутригодовых колебаний минерализации воды в р. Волхов, впадающей в Ладож­ское озеро, составила в 1960 г., по данным Б. Б. Богословского, 176 мг/л, а в р. Неве, вытекающей из озера,— всего 32 мг/л. Температура воды рек, вытекающих из глубоких озер, в период нагревания ниже, а в период охлаждения — выше, чем на незарегулированных водоемами реках в тех же природных условиях.

79. Ледник — это масса фирна и льда, образовавшаяся путем длительного накопления и преобразования твердых атмосферных , осадков и обладающая собственным движением. Множество о ледников, объединенных общими связями с окружающей средой и внутренними взаимосвязями и свойствами, образуют оледене­ние, или ледниковую систему. Ледники Земли играют важную роль в природных процессах. Являясь аккумулятором больших объемов вод, ледники участву­ют в круговороте воды в природе и оказывают существенное регулирующее влияние на многие процессы на земном шаре (тепловой баланс планеты, температуру и соленость вод океана, сток горных рек и т.д.).

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЛЕДНИКОВ

В холодный период года на обширных территориях суши идет накопление твердых атмосферных осадков — снега. В теплый период года на большей части территории снег растаивает. В каждый момент времени можно найти границу между поверхностью, покры­той снегом, и поверхностью, где снега нет. Эта граница называется сезонной снеговой линией. Естественно, что в течение года эта линия смещается в пространстве: в холодный период года на равнинах в сторону низких широт, а в горах — вниз по склонам, в теплый период года на равнинах — в сторону высоких широт, а в горах — вверх по склонам, причем в северном и южном полушариях — асинхронно.

Среднее положение снеговой линии называется климатической снеговой линией. Выше ее в среднем за год снега может накапли­ваться больше, чем растаять или испариться, ниже весь выпавший за зиму снег летом должен полностью растаять. Выше климатиче­ской снеговой линии наблюдается положительный снеговой баланс, ниже — отрицательный снеговой баланс, на самой линии — нулевой снеговой баланс. Часть тропосферы, расположенную выше климатической снеговой линии, в пределах которой снеговой баланс положительный и происходит накопление твердых атмосферных осадков, называют хионосферой. Высотное положение климатической снеговой линии определяет­ся климатическими условиями. Таким образом, главная причина существования оледенения — климатическая. Основным условием существования ледников слу­жит положительный снеговой баланс, т.е. преобладание накопления снега над его расходованием, чему способствует большое количество твердых атмосферных осадков и длительный период отрицательных температур воздуха. Наиболее благоприятен для образования ледников морской кли­мат с большим количеством осадков и прохладным летом. Сухой континентальный климат с жарким летом менее благоприятен для образования ледников. Помимо климатических условий образованию ледников способ­ствуют и условия орографические и геоморфологические: большие высоты, экспозиция склонов (северная в северном полушарии и юж­ная в южном), благоприятная ориентация горных хребтов по отно­шению к направлению переноса влажных воздушных масс, плоские или вогнутые формы рельефа. Накопление снега выше климатической снеговой линии не может продолжаться бесконечно, и он должен каким-то образом «разгру­жаться». Это происходит благодаря перемещению накапливающихся масс снега и льда ниже снеговой линии и последующему их таянию и испарению в более теплых условиях, таянию ледника выше снего­вой линии, сходу лавин, а на покровных ледниках также и в резуль­тате откалывания массивов льда и образования айсбергов. Линия с нулевым снеговым балансом на теле самого ледника проходит немного ниже, чем климатическая снеговая линия в данном районе Земли. Это может быть объяснено как дополнительным поступлением снега на поверхность ледника путем метелевого и ла­винного переноса, так и охлаждающим влиянием самого ледника. С многолетним положением снеговой линии на поверхности лед­ника приблизительно совпадает так называемая фирновая линия, отделяющая поверхность фирна от поверхности льда.

ТИПЫ ЛЕДНИКОВ

Ледники на Земле подразделяются на две основные группы: покровные и горные. Покровные ледники размещаются на материках или крупных островах: к ним относятся ледники Антарктиды, Гренландии, аркти­ческих островов (Земля Франца-Иосифа, Новая Земля и др.). Форма покровных ледников в меньшей степени, чем у горных ледни­ков, зависит от рельефа подстилающей поверхности земли и в основ­ном обусловлена распределением снегового питания ледника. Покровные ледники подразделяются на ледниковые купола (вы­пуклые ледники мощностью до 1000 м); ледниковые щиты (крупные выпуклые ледники мощностью более 1000 м и площадью поверхности свыше 50 тыс. км²); выводные ледники (быстро движущиеся ледники, через которые осуществляется основной расход льда покровных ледников; выводные ледники обычно заканчиваются в море, образуя плавучие ледниковые языки, дающие начало многочисленным ай­сбергам небольшого размера); шельфовые ледники (плавающие или частично опирающиеся на морское дно ледники, являющиеся про­должением наземных ледниковых покровов; они движутся с берега к морю и образуют крупные айсберги). Горные ледники подразделяются на три подгруппы. Это ледники вершин, лежащие на вершинах отдельных гор, хребтов и горных систем, в кальдерах вулканов; ледники склонов, занимающие депрес­сии (впадины, кары) на склонах горных хребтов; долинные ледники, располагающиеся в верхних и средних частях горных долин.