викладач: Бобко А.О.

Лекція 1 Вступ

1. Предмет, завдання і методи екології водних об’єктів.

2. Основні поняття і терміни екології водних об’єктів.

3. Фактори (чинники) водного середовища та їх дія на гідробіонтів

1. Предмет, завдання і методи екології водних об’єктів

Екологія водних обєктів - це біологічна наука, яка вивчає водні екосистеми або їх частини як цілісну систему взаємодіючих живих (біотичних) і неживих (абіотичних) компонентів.

В сучасній біологічній науці розрізняють дев’ять рівнів організації живого: молекулярний, генний, клітинний, тканинний (суборганізмені рівні), організмений та надорганізмені рівні - популяційний, біоценотичний та екосистемний. Найвищим рівнем організації життя на нашій планеті є біосферний. Кожний з цих рівнів вивчається різними науками (молекулярна біологія, генетика, цитологія, гістологія, фізіологія, популяційна екологія, біоценологія, біосферологія та біогеохімія).

Гідроекологія вивчає закономірності життя переважно на надорганізмених рівнях - популяційному, біоценотичному та екосистемному - в нерозривному зв’язку з умовами водного середовища та прилеглих територій. При цьому вона спирається на закономірності, встановлені в науках про нижчі рівні організації, але має свої підходи і методи вивчення біологічних та інших природних процесів, що протікають у водному середовищі.

Гідроекологія поєднує вивчення біологічних процесів та абіотичних компонентів та їх ролі у функціонуванні водних екосистем. Розглядаючи водну екосистему як цілісну функціональну одиницю біосфери, гідроекологія спирається на такі базові дисципліни, як ботаніка, зоологія, мікробіологія, гідробіологія. Найширше гідроекологія використовує дані гідрологічних і гідрохімічних досліджень, зокрема таких напрямів цих наук, як екологічна гідрологія (екогідрологія) та екологічна гідрохімія. Останнім часом важливе значення як складові частини гідроекології набули такі напрями, як водна радіоекологія та водна токсикологія.

Проте в гідроекології сформувались свої інтегральні підходи до вивчення і оцінки структури і функціонування водних екосистем як складних систем надорганізменого рівня.

Гідроекологія - не лише біологічна наука, а, водночас - і соціально- екологічна дисципліна, оскільки вона розглядає вплив господарської діяльності людини на якість води, стан та функціонування водних екосистем в цілому як складових довкілля людини і тому має велике соціальне значення.

Тепер водойм з антропогенно незміненими екосистемами практично немає. Мова може йти лише про ступінь і характер таких змін та їх причини. Це можуть бути: гідротехнічне будівництво, зокрема зарегулювання річкового стоку при спорудженні гребель, випрямлення русел річок, поглиблювання дна, скидання у водні об’єкти підігрітих та забруднених вод, а також надходження забрудників з водозбірної площі. Під їхнім впливом істотно змінюються фізико-хімічні та біологічні процеси у водних екосистемах, які можуть втрачати свою природну стійкість, а це призводить до різкого погіршання їхнього стану, якості води та зниження біологічної продуктивності.

Найважливіша проблема сучасної гідроекології - це ЯКІСТЬ ВОДИ, зокрема екологічні основи її формування в екосистемах різних водних об’єктів - річках, озерах, водосховищах тощо, а також у морях і океанах. Це

• процеси забруднення - самоочищення, відгуки екосистем на різні антропогенні впливи: евтрофування, органічне забруднення, підігрів теплими водами атомних і теплових електростанцій (термофікація), кислотні дощі (ацидифікація), хімічні (токсичні) забруднення (токсифікація), радіонуклідне забруднення, стічні води різних виробництв.

Важливе значення має вивчення змін у водних екосистемах внаслідок гідробудівництва (спорудження гребель, каналів тощо). Такі знання необхідні для гідротехнічного проектування, яке має враховувати вплив гідроспоруд на водне середовище - якість води та біологічні процеси в ньому.

Друга найважливіша проблема, спільна з гідробіологією та іхтіологією

• БІОЛОГІЧНА ПРОДУКТИВНІСТЬ ВОДОЙМ, з якою пов’язано вирішення багатьох проблем рибного господарства та рибного промислу: рибництво в природних водоймах, ставкове рибництво, відтворення рибних запасів, промислових безхребетних тварин (раки, краби, молюски) та водоростей, штучне розведення корисних водяних тварин (аквакультура) та багато інших питань використання водяних організмів у народному господарстві.

В умовах посиленого антропогенного пресу біологічна продуктивність водойм істотно знижується, тому вона безпосередньо пов’язана з якістю води. Обидві проблеми розглядаються в гідроекології у взаємозв’язку, оскільки якість води значною мірою формується під впливом біологічних процесів.

Важливе значення має також розробка засобів боротьби із шкідливими організмами - збудниками і перенощиками збудників інфекційних та паразитарних захворювань людини, свійських тварин і риб, з організмами, що створюють перешкоди в комунальному, питному та промисловому водопостачанні, судноплавстві, експлуатації гідроспоруд тощо.

Основна мета досліджень і практичної діяльності в галузі гідроекології полягає в науковому обгрунтуванні шляхів та засобів збереження водного середовища і життя в ньому як необхідної основи існування людського суспільства та розвитку продуктивних сил. А це значить - передбачати можливі негативні наслідки господарської діяльності та керувати

природними процесами у водному середовищі, спираючись на знання закономірностей їх перебігу.

В поєднанні з науково-технічними розробками гідроекологічні дослідження дозволяють вирішувати проблеми збереження довкілля найбільш раціонально і економічно ефективно. У світовій практиці такий підхід має назву МЕНЕДЖМЕНТ довкілля.

Для вирішення своїх завдань гідроекологія спирається на багатий арсенал методів, які включають, як і в кожній природничій науці, спостереження в природі; вивчення видового складу живого населення водойм та кількісних показників розвитку окремих видів; хімічний аналіз води та донних відкладів; експеримент на окремих популяціях, біоценозах та екосистемах, лабораторні експерименти та експерименти на природних водоймах, лабораторне та математичне моделювання водних екосистем, новітні технічні засоби - підводне телебачення, використання різних датчиків для отримання оперативної інформації про стан водяних організмів. Для опрацювання отриманої інформації застосовується комп’ютерна техніка (екоінформатика). В останні десятиріччя великого значення набули аерофотоз’йомка великих водних об’єктів та фотографування з Космосу - із штучних супутників Землі, що дають широкомасштабну панораму водних систем - річкових та озерних басейнів, водосховищ, а також морів і океанів.

Для біологічних досліджень водного середовища широко використовуються спеціальні прилади - планктонні сітки, планктонозбирачі, планктоночерпаки, трали, драги, дночерпаки (для збирання проб донних тварин), які дозволяють проводити аналіз видового складу водяної флори і фауни, зокрема її мікроскопічних компонентів, а також обраховувати чисельність та біомасу, тобто концентрацію водяних організмів, у певних точках водойм та їх динаміку в просторі і часі.

Спостереження на природних водних об’єктах найбільш інформативні тоді, коли вони проводяться регулярно в певних місцях через певні проміжки часу. Гідроекологічні спостереження звичайно мають комплексний характер, тобто поєднують діяльність фахівців різного профілю - гідрологів, гідрохіміків, гідробіологів різних вузьких спеціалізацій (гідроботаніків, планктологів, бентологів тощо). Така організація спостережень має назву моніторинг ( від англ. to monitor - спостерігати).

У багатьох розвинутих країнах світу, а в останні роки і в Україні дані моніторингу, який здійснюється різними організаціями та установами, концентруються в національних комп’ютерних центрах (геоінформаційні системи).

В Україні гідроекологічними дослідженнями займаються наукові установи Національної академії наук (Інститут біології південних морів ім. О.О. Ковалевського (Севастополь, філіал в Одесі та в Криму - Карадаг); Інститут гідробіології (Київ), Інститут біології Дніпропетровського університету, Інститут екологічних проблем (Харків). Гідроекологічні питання, пов’язані з інтересами рибного господарства, вивчають також Український науково-дослідний інститут рибного господарства Української

аграрної академії (УААН), Південний науково-дослідний інститут рибного господарства (Керч) та його Одеський філіал.

Окремі питання гідроекології розробляються на кафедрах Одеського, Дніпропетровського, Харківського, Львівського, Тернопільського, Чернівецького та Ужгородського університетів.

Оперативний моніторинг якості води в річках, водосховищах та інших водних об’єктах здійснює Гідрометеорологічна служба України.

Для гідроекологічних досліджень властиві комплексність, тобто колективна праця багатьох фахівців, що вивчають як водне середовище, так і його живе населення.

Дослідження та спостереження на водоймах можуть мати стаціонарний характер, тобто проводитися на певних постійних об’єктах - річках, озерах, ставах. Для таких спостережень організуються гідробіологічні станції При дослідженні морів та океанів, великих річок і побудованих на них водосховищ застосовують експедиційний метод, тобто виїзди наукових колективів за заздалегідь наміченими маршрутами на кораблях, спеціально обладнаних для наукових досліджень. Такі кораблі є в розпорядженні науково-дослідних установ багатьох країн. В Україні протягом 60-90 років працювали такі судна, як “Академік Вернадський” і "Гідробіолог" (на Дніпрі), “Професор Топачевський” (на Дніпрі і Дунаї), сейнер “Академік Зернов” (на пониззях Дніпра та лиманах Північного Причорномор’я), “Олександр Ковалевський”, “Професор Водяницький” (на морях і океанах). Експедиціями на цих суднах зібрано величезний матеріал, який покладено в основу багатьох наукових розробок.

2. Основні поняття і терміни гідроекології

При розгляді питань гідроекології постійно використовуються деякі базові поняття і терміни.

Водяний організм - це жива істота (рослина, тварина), яка живе у водному середовищі. Окремий організм, пристосований до певного середовища, називається біонт, відповідно водяний організм - гідробіонт, геобіонт - це мешканець наземного середовища, аеробіонт - повітряного середовища. Деякі біонти (наприклад, жаби) можуть змінювати водне середовище на наземне, і, навпаки, вони називаються амфібіонтами. Взагалі всі водяні рослини і тварини називаються гідробіонтами.

Гідробіонти, які протягом свого життєвого циклу можуть змінювати водне середовище на повітряне або жити певний час серед повітряно- водяних рослин, наприклад водяні комахи (комарі, бабки та інші) називаються гетеротоиними організмами, або гетеротопами. Гідробіонти, що живуть лише у воді, називаються гомотопними, або гомотопами.

Об’єднання гідробіонтів, що живуть в тих чи інших зонах водойм (у товщі води, на дні, серед рослин) має назву угруповання, або співтовариство. Сукупність організмів, що живуть у межах одного водного об’єкта, утворює біом, а для узагальненого позначення рослинного і тваринного населення водойм (флори і фауни) використовується термін

біота. Склад біоти відображає біологічне різноманіття водного середовища (океанів, морів та прісноводних водойм і водотоків).

Кожен вид у природі має певну зону поширення (ареал), а в межах окремої території чи акваторії - певну ділянку з відповідними умовами середовища, до яких він пристосований. Така ділянка називається біотопом, або екотопом. Сукупність особин одного виду, що заселюють один біотоп, називається популяцією, а комплекс популяцій утворює біоценоз.

3. Фактори (чинники) водного середовища та їх дія на гідробіонтів

Фізичні, хімічні, фізико-хімічні, гідрологічні, оптичні та інші параметри водного середовища є необхідними умовами існування водяних організмів, формування і функціонування їх популяцій, співтовариств, біоценозів та екосистем в цілому.

Вода є не тільки навколишнім середовищем для гідробіонтів - вона одночасно є і їхнім внутрішнім середовищем, оскільки їх тіло на 90 % складається з води. Гідробіонти створюють також зовнішнє середовище один для одного, виділяючи кисень, споживаючи вуглекислий газ, виділяючи продукти свого обміну (екзометаболіти), поїдаючи одне одного (хижаки- жертви) тощо.

Кожен організм живе у системі взаємодії з навколишнім середовищем, без якого, за словами відомого еколога XIX століття професора Рульє, “він не може ні народитися, ні жити, ні вмерти”.

Всі параметри навколишнього середовища, які так чи інакше впливають на життя у водоймах, мають назву фактори, або чинники. їх поділяють на абіотичні, біотичні та антропічні.

Абіотичні фактори поділяють ще на космічні та земні. Космічні фактори - це насамперед сонячне випромінювання, до складу якого входять 45 % видимого світла, до 10 % ультрафіолетового та 45 % інфрачервоного випромінювання. Завдяки сонячній радіації можливий фотосинтез водяних рослин - основний процес утворення органічної речовини. Сонячна радіація зумовлює нагрівання води, тобто регулює її температуру - найважливіший екологічний фактор життєдіяльності водяних організмів. Крім того, на все живе на Землі, в тому числі і на гідробіонтів, діють різні види космічного випромінювання: гама-промені та інші радіоактивні інгредієнти, а також магнітне поле Землі, що періодично збурюється під впливом вибухів на Сонці. Природний магнетизм відіграє значну роль в міграціях водяних ссавців (кити, кашалоти, дельфіни) та деяких мігруючих риб (вугрі).

Найважливішу екологічну роль відіграють сили всесвітнього тяжіння, які зумовлюють припливно-відпливні явища в океанах і морях, а з ними найтісніше пов’язані мінливі умови життя організмів шельфу та літоралі, яка періодично обводнюється та висихає. Чергування дня і ночі та інші періодичні явища, пов’язані з обертанням Землі навколо Сонця, впливають на поведінку, спосіб життя та процеси розмноження водяних тварин.

Наслідком пристосування гідробіонтів до періодичних коливань космічних факторів є формування так званого “біологічного годинника” (або

циркадних ритмів), тобто ритмічних коливань життєвих процесів водяних тварин згідно з коливаннями умов довкілля (вони зберігаються і в тих випадках, коли гідробіонти живуть поза межами свого природного середовища (наприклад, в акваріумах). Біоритми властиві навіть водоростям (наприклад, вони відомі у синьозеленої водорості осциляторії). Цей механізм запрограмований генетично внаслідок тривалого еволюційного процесу. До чергування дня і ночі пристосувалися багато “нічних” тварин, які живляться переважно вночі.

Сезонні зміни, пов’язані з обертанням Землі навколо Сонця, а у зв’язку з ним - з сезонними коливаннями температури води, позначаються на всьому складі гідробіоти: весняний, літній, осінній планктон систематично змінюють один одного у водоймах. Процеси розмноження гідробіонтів приурочені до теплих періодів, тоді як восени життя пригнічується, а взимку завмирає, значна частина тварин перебуває в стані анабіозу або відкладає стійкі яйця (спори, цисти), рослинні організми відмирають. Риби здебільшого не живляться і зимують у нерухомому стані.

Спалахи розмноження гідробіонтів (або “хвилі життя” за В.І. Вернадським) також приурочені до сезонних змін температури та освітлення. Загалом, все життя у воді цілком підлягає впливу Сонця та пов’язаних з ним ритмів фізичних, хімічних, гідрологічних та інших процесів.

Із числа земних (абіотичних) факторів найбільше екологічне значення мають фізичні та гідрохімічні властивості самої води - питома вага, в’язкість, поверхневий натяг, каламутність, освітленість, прозорість, колірність. Гідрологічний режим водойм зумовлює формування специфічних угруповань організмів, пристосованих до умов уповільненого стоку (стагнофільні угруповання) чи до умов протічності (реофільні угруповання). Відповідно формуються лентичні або лотичні екосистеми, що суттєво відрізняються як за складом біоти, так і за особливостями перебігу гідробіологічних процесів.

На великих глибинах океанів і морів найважливішим серед фізичних факторів є атмосферний тиск.

Фізико-хімічні фактори - це активна реакція середовища (рН), окиснювано-відновний потенціал (ЕЬ), лужність, жорсткість, осмотичний тиск.

Хімічні фактори - це вміст кисню, вуглекислоти, інших розчинених газів, мінералізація, сольовий склад, солоність, органічні речовини, наявність забрудників різного хімічного складу.

Для донних організмів важливе значення як фактори мають структура донних відкладів, рівень замуленості, вміст органічної речовини в мулах тощо.

Біотичні фактори - це самі водяні організми, що впливають один на одного різними шляхами. Серед них - зміна умов (кондиціювання) середовища переважаючими видами (едифікаторами), наприклад зміни вмісту кисню і вуглекислого газу у водоймах, зарослих вищими водяними рослинами; поїдання одних видів іншими (рослин - тваринами, “мирних” тварин хижими - тобто процеси, що формують трофічні ланцюги (система

“хижак-жертва”); паразитування одних організмів на інших; використання одних організмів як місця притулку інших та багато інших зв’язків, що складаються між мешканцями водойм за тривалий чи короткий час існування екосистеми. Такий комплекс зв’язків власне і становить суть екосистеми як концентрованого осередку життя, бо, як зазначав відомий еколог М.М. Камшилов, “ зв’язки і відносини - це не зовнішній атрибут життя, а саме життя”.

Будь-який організм чи об’єднання організмів завжди живе в системі екологічних зв’язків і поєднання (констеляції) різних взаємодіючих факторів. Наслідком такої взаємодії стає або процвітаюче життя, або животіння, або смерть - як на організменому, так і на популяційному і біоценотичному рівнях, хоча надорганізмені системи більш стійкі до коливання факторів, ніж окремі особини.

У XX столітті найбільшого значення для водного середовища набули антропічні фактори.

Господарська діяльність людини, хижацьке використання рибних запасів, необмежений промисел морських тварин призвели до різкого зниження чисельності корисних водяних тварин, до перебудови структури біоценозів, вимирання найменш захищених видів.

Найважливіші антропічні фактори, що впливають на весь хід біологічних процесів у біосфері, це - гідротехнічне будівництво (зарегулювання річок греблями, міжбасейнове перекидання стоку тощо), надмірне водокористування, забруднення водойм стічними водами різних виробництв та комунально-побутовими стоками, нафтове забруднення морів і океанів - внаслідок аварій танкерів, а прісних вод - внаслідок судноплавства та широкого використання моторних човнів для рекреації та рибальства.

Серед антропічних факторів, що найбільше змінюють якість природних вод та знижують біологічну продуктивність водойм, можна відмітити шість: евтрофікація (евтрофування), що зумовлюється підвищенням вмісту у воді біогенних речовин - азоту і фосфору та призводить до надмірного розвитку водоростей і подальшого самозабруднення водойм при їх відмиранні; органічне забруднення (сапробізація); токсичне забруднення хімічними речовинами різного походження (токсифікація); “теплове” забруднення внаслідок скидання у водні об’єкти підігрітих вод теплових та атомних електростанцій; кислотні дощі, що змінюють активну реакцію води (рН) (ацидифікація). У 50-70 роки XX століття внаслідок багаторазового випробовування атомної та термоядерної зброї великого значення в біосфері в цілому та в гідросфері зокрема набуло радіонуклідне забруднення, яке виникає і при аваріях на атомних електростанціях (в Україні - це аварія на Чорнобильській АЕС, 1986 р.). В той же час водяні організми протягом усієї геологічної історії Землі підлягали впливові природної радіоактивності гірських порід, океанічного дна та інших природних джерел.

Докладніше ці питання розглядаються у відповідних главах та розділах підручника.

Абіотичні фактори піддаються кількісному вимірюванню і виражаються у відповідних міжнародно стандартизованих одиницях виміру (табл. 1).

Таблиця 1

Одиниці вимірювання основних факторів, що застосовуються в

гідроекології

Фактори	Одиниці вимірювання	Позначення одиниць
Космічні фактори
Інтенсивність сонячної радіації	Кілоджоуль на см кв площі за хвилину
Освітленість	Люкс	Лк
Сила тяжіння	Ньютон	Н
Земні фактори
Гідромеханічні
Поверхневий натяг	Ньютон на метр	Н/м
В’язкість	Паскаль*секунду	Па*с
Гідрологічні
Швидкість течії	Метр за секунду	м/с
Висота хвиль	метр	м
Фізичні
Питома вага води	Грам на кубічний сантиметр	г/
Магнітне поле Землі	Ампер на метр	А/м
Електропровідність	Сименс	См
Атмосферний тиск	Паскаль	Па
Температура води	Градуси (за Цельсієм)
Теплопровідність	Ват на (метр*Кельвін)	Вт/(м*К)
Прозорість води	Сантиметри (за білим диском)	см
Фізико-хімічні фактори
Активна реакція середовища(рН)	Одиниці рН	рН
Окислювано-відновний потенціал(Eh)	Мілівольт	мВ
Лужність	Моль на дециметр кубічний	моль/
Жорсткість	Моль на дециметр кубічний	моль/
Осматичний Тиск	Паскаль	Па
Хімічні показники
Вміст кисню	Міліграм на дециметр кубічний, сантиметр кубічний на дециметр кубічний, процент насичення	мг/ / %нас.
Вміст вуглекислоти та ін. розчинених газів (азот, метан, сірководень)	Міліграм на дециметр кубічний, сантиметр кубічний на дециметр кубічний, процент насичення	мг/ / %нас.
Мінералізація загальна	Грам на дециметр кубічний	гр/
Солоність	Грам на дециметр кубічний,проміле	гр/
Вміст мікроелементів	Мікрограм на дециметр кубічний	мкг/
Антропічні фактори
Рівень органічного забруднення (окиснюваність)	Міліграм (мікрограм) атомарного кисню на дециметр кубічний	мг(мкг)О/
Біологічне середовище кисню (БКС)	Міліграм молекулярного кисню на дециметр кубічний	мг /
Концентрація забрудників	Міліграм (мікрограм)на дециметр кубічний	мг(мкг)/

Кожний вид має свою шкалу відношень до тих чи інших факторів (екологічна валентність). Така шкала термінологічно визначається префіксами: “оліго” - мало, “мезо” - помірно, “полі” - багато, а також “стено” - постійно або стабільно і “еврі” - скрізь.

Фактори за їх кількісним значенням можуть знаходитися для тих чи інших видів на рівні мінімуму, оптимуму або максимуму. Найгірший рівень, що призводить до загибелі організмів, називається песимумом.

Серед факторів виділяють особливо важливі (лімітуючі), наприклад вміст кисню, фосфатів тощо.

Різні фактори можуть взаємодіяти між собою, підсилюючи або послаблюючи негативний вплив на біоту. У першому випадку йдеться про синергічну дію, а в другому - про антагоністичну. Наприклад, отруєння риб посилюється в умовах кисневого дефіциту, а вищі водяні рослини є антагоністами водоростей, виділяючи речовини, що згубно діють на них (альгіциди або антибіотики природного походження). До того ж характер взаємодії може бути непрямим, а опосередковуватися через ряд проміжних процесів, або дія може бути двобічною: наприклад, риба білий амур, виїдаючи вищі водяні рослини, загалом підвищує рибопродуктивність ставів, але разом з тим підриває кормову базу коропа, який живиться серед заростей макрофітів, та спричиняє погіршання газового режиму внаслідок їх видалення.

Багатофакторність водного середовища та взаємодія факторів зумовлюють ті труднощі, які виникають при з’ясуванні причин тих чи інших аномальних явищ у водних екосистемах та прогнозуванні змін, що можуть виникати під впливом природних чи антропічних факторів.

викладач: Бобко А.О.

Лекція 2

Тема: Гідросфера та її екологічна зональність

1. Загальна характеристика гідросфери.

2. Екологічна зональність Світового океану та морів.

3. Екологічна зональність континентальних водойм.

4. Екологічна зональність річкових систем.

1. Загальна характеристика гідросфери

Земля як планета Сонячної системи складається з трьох сфер: літосфери, або твердої оболонки, гідросфери, або водної оболонки і атмосфери, або газоподібної оболонки.

Гідросфера - це сукупність усіх поверхневих водних об’єктів Земної кулі, а також підземні води, льодовики та сніговий покрив. До складу гідросфери входить також атмосферна вода, яка відіграє важливу роль у її кругообігу. Основними елементами гідросфери є водні об’єкти - природні або штучно створені об’єкти ландшафту чи геологічні структури, де зосереджується вода (море, озеро, річка, водосховище, ставок, болото, канал, водоносний горизонт).

На Світовий океан припадає 96,4% всієї води гідросфери. Вода річок, озер та інших континентальних водойм становить всього близько 0,015%. Близько 1,88% води перебуває у вигляді континентального льоду, снігового покриву та в зонах вічної мерзлоти (табл. 2).

Таблиця 2

Запаси (розподіл)			води в гідросфері
	Площа		Об’єм,	Частка в світових запасах,
				%	від
Види природних	млн.	% площі	тис.	загальних	запасів
вод	км	суші	км	запасів води	прісних вод
	Вода на поверхні літосфери
Світовий океан	361	—	133800	96,4	—
Льодовики	16,3	11	25800	1,86	70,3
Озера	2,1	1,4	176	0,013	—
в тому числі	1,2	0,8	91	0,007	0,25
прісні
Водосховища	0,4	0,3	6	0,0004	0,016
Вода в річках	—	—	2	0,0002	0,005
Вода в болотах	2,7	1,8	11	0,0008	0,03
	Вода у верхній частині літосфери

Підземні води	23000	1,68	—
в тому числі	10530	0,76	28,7
прісні
Підземні	21 14 300	0,022	0,82
льодовики	Вода в атмосфері і організмах
Вода в атмосфері	13	0,001	0,04
Вода в	1	0,0001	0,003
організмах	Загальні запаси води
Загальні запаси	139000	100
води	0
в тому числі	36700	2,64	100
прісної

З екологічної точки зору найбільшої уваги заслуговує вода біосфери, з якою пов’язане існування живих організмів. Основна маса води гідросфери знаходиться у Світовому океані - 1338 млн. км³. На континентальні водойми

о

припадає всього близько 200 тис. км води.

Гідросфера - це динамічна система, в якій постійно протікають фізичні, хімічні та біологічні процеси. Всі природні води перебувають у безперервному кругообігу на Землі. Фізичною основою такого кругообігу є сонячна радіація, яка забезпечує нагрівання води і суші, випаровування, виникнення горизонтальних градієнтів, атмосферного тиску, перенос повітряних мас в атмосфері та водних мас в океанах, концентрування вологи в атмосфері та її випадіння у вигляді дощу та снігу, стікання води до річкових русел та до океану. Така циркуляція включає океанічну та материкову складові. Океанічна циркуляція - це повторюваний процес випаровування з поверхні океану, перенесення пари в атмосферу, її концентрування та випадіння на поверхню океану.

Материкова циркуляція „включає випаровування з поверхні суші (у тому числі і континентальних водойм), перенесення пари з суші в атмосферу, її концентрування та випадіння на земну поверхню. Завдяки цьому формується поверхневий і підземний стік води.

Океанічна і материкова циркуляція вод пов’язані між собою і забезпечують не тільки перенос водяної пари з океану на сушу, але і з суші в океан за рахунок поверхневого і підземного стоку. Саме кругообіг води є однією з основних властивостей гідросфери, яка відображена в єдності природних вод планети.

Протягом року з поверхні Світового океану випаровується до 453 тис.км³ води, а з суші — тільки 72 тис. км³. З атмосферними опадами надходить на Землю в середньому 525 тис. км³ води. Найбільша її частина (411 тис. км³ ) припадає на водну поверхню і лише близько 114 тис. км³ – на сушу.

Баланс води в Світовому океані підтримується за рахунок як атмосферних опадів , так і надходження її з річковим стоком. Загальний щорічний стік з усіх континентів становить в середньому 46770 км . Існують періоди підвищеної і пониженої водності, які бувають різними за тривалістю і періодичністю.

Крім штучно створених водосховищ, значні об’єми води затримуються на континентах в безстічних озерах. Так, загальний об’єм води, що акумулюється в безстічних озерах Земної кулі, оцінюється в 176-275 тис. км³, а їх площа досягає 2 млн. км². Коливання об’єму води в озерах такого типу залежать від загальної зволоженості континентів. Як правило, озера, які не мають стоку до морів і океану, розташовані в зонах недостатнього зволоження, а їх загальна площа досягає близько 30 млн. км , або 24% території суші (без островів). Щорічно з поверхні таких озер випаровується близько 600 км³, а загальний об’єм їх водних ресурсів становить близько 125 тис. км³.

Значні запаси води знаходяться у вигляді льоду. Льодовики вкривають близько 11% земної поверхні і акумулюють до 70,3% запасів прісних вод (1,86% загальних запасів). Вони відіграють надзвичайно важливу роль в кругообігу води, її перерозподілі в системі “суша-океан”, у глобальних кліматичних процесах. Щорічно за рахунок льодового стоку надходить в

о _>

океан з Антарктичного континенту близько 2620 км води, з Гренландії - 613 км³, а з Арктичних островів - 322 км³ води. Сумарно це становить близько 7% загального стоку, який надходить у Світовий океан з території суші.

Важливою складовою частиною гідросфери є підземні води. їх загальні запаси у верхній частині літосфери на глибині до 200 метрів досягають 23,4 млн. км³. При цьому до зони активного водообміну, пов’язаного з річковим стоком, належить тільки 12-13 тис. км³. У верхньому двометровому грунтовому горизонті акумулюється до 16,5 тис. км³ води. Режим підземних вод і підземного стоку у значній мірі змінюється не лише в часі та просторі, але й залежить від діяльності людини. Наприклад, після введення у дію Північно-Кримського каналу та зростання площ зрошуваного землеробства спостерігалось підняття рівня ґрунтових вод на значній території південних регіонів України. В тих же випадках, коли територія не обводнюється, а навпаки, відбираються значні маси підземних і поверхневих вод суші, рівень підземних вод спадає. Прикладом цього може бути Європейський континент. Так, за 75 років XX сторіччя водоспоживання в Європі зросло у 8 разів і становило 18% усього поверхневого стоку. Саме цим пояснюється падіння рівня підземних вод у більшості регіонів європейських країн.

Атмосферна вода, загальний об’єм якої становить близько 13 тис. км³, це, в основному, водяна пара. Вона зосереджена в тій частині тропосфери, яка досягає висоти не більше 9-10 км. Саме в цій частині атмосфери, в основному, відбуваються процеси, які формують погоду: концентрування вологи, утворення хмар, грозоутворення, випадіння дощів тощо. Наявність вологи в атмосфері, її переміщення та перетворення відіграють найбільш істотну роль у формуванні погоди і клімату. Так, вміст вологи в повітрі залежить від походження повітряної маси: це може бути, наприклад, Атлантичний океан чи холодна Арктика. В залежності від напрямку вітру

може визначатись погода і опади в Україні. Теплі вітри із Середземного моря і Атлантичного океану несуть з собою дощові хмари, і навпаки, арктичні потоки повітря характеризуються низьким вмістом вологи.

Розподіл атмосферних опадів по території України нерівномірний і характеризується їх зменшенням з півночі і північного заходу в напрямі на південь і південний схід. Так, у лісостеповій частині країни кількість опадів за рік становить 500-650 мм, на кордоні між Лісостепом і Степом - 450-500 мм. Південні степові райони належать до регіонів недостатнього зволоження. Найменша кількість опадів (300-325 мм) припадає на узбережжя Чорного, Азовського морів і Присивашшя.

2. Екологічна зональність Світового океану та морів

Світовий океан є складною структурно-функціональною системою із специфічною геологічною і геоморфологічною будовою, геохімічними, фізико-хімічними і біологічними процесами, які протікають в товщі води і донних відкладах. Він відрізняється від континентальних водойм особливим характером обміну речовин і потоку енергії. Це стосується як океаносфери (водних мас океану), так і її взаємодії з атмосферою і дном.

В структурі Світового океану і морів розрізняють три основні частини: прибережне мілководдя, що має назву материковоі^відмілини, перехідну зону від прибережної відмілини до великих глибин океану (материковий схил) та основну глибоководну частину - океанічне ложе.

Океани і моря по вертикалі і горизонталі розділяються на окремі зони. Та зона, яка приурочена до морського дна, називається бенталь, а товща води - пелагіаль. В екологічному і господарському значені, найбільшої уваги заслуговує прибережна зона, або літораль. До літоралі належить прибережна частина мілководдя, яка поширюється в глибину моря до переходу в материковий схил приблизно на глибині 150-200 м. Саме тому двохсотметрову ізобату вважають межею материкової відмілини. її ширина досягає в середньому 70 км, а її площа по всій акваторії, з урахуванням морів, становить близько 7,6% площі Світового океану.

Літоральну зону розділяють на: а) супралітораль - прибережну смугу, яка заливається водою під час високих припливів та хвильового забризкування; б) власне літораль (евлітораль), або припливно-відпливну смугу берега; в) зону мілководдя, або сублітораль, що є нижньою межею літоралі і входить у глибину моря. Вона окреслюється поширенням фотосинтезуючих донних рослин.

Товща води, що вкриває материкову відмілину, називається епіпелагіаль. Материковий схил (батіаль), який інколи називають підводним цоколем континентів, бере свій початок у тій частині дна, яка круто змінює кут нахилу і різко заглиблюється в океан (море) до переходу в ложе, або абісаль. Такий злам відбувається на глибинах близько 3000 м. Абісаль на глибині 6-7 км переходить в ультраабісаль.

Окрему екологічну зону становлять донні відклади морів і океанів, що формуються протягом тисячоліть та цілих геологічних періодів - як за рахунок процесів, що протікають у земній корі, так і внаслідок відмирання великих мас водяних організмів, які осідають на дно у вигляді “дощу трупів”. В різні геологічні періоди формувалися різні типи донних відкладів, серед них найважливіші - глобігериновий, птероподовий, і діатомовий мули та червона глина, різновидністю якої є радіолярієвий мул. Всі ці відклади суспіль вкривають дно морів і океанів. Глобігериновий мул містить до 64 % кальцієвих організмів, які на 53 % складаються з вапняних черепашок корененіжок Сloberina та інших; він займає більше половини площі дна Атлантичного та Індійського океанів. Птероподовий мул відрізняється наявністю черепашок крилоногих та кіленогих молюсків, що містять до 79 % кальцію. Діатомовий мул в більшій своїй частині складається з кремнієвих панцирів діатомових водоростей (41 %), а кальцієві організми становлять лише 22 %. Такий мул широкою смугою лежить вздовж всіх берегів Антарктиди та в північній частині Тихого океану. В червоній глині органічних решток небагато, але в радіолярієвому мулі кремнієві скелети радіолярій становлять не менше 80 %. В Чорному морі донні відклади шельфової зони формуються головним чином за рахунок двостулкових молюсків мідії {Муtilиs galloprovincialis) та модіоли (Моdiola phaseolina).

Пелагіаль (Pegalos - відкрите море) - це товща води морів чи океанів, яка є середовищем для водяних організмів, не пов’язаних з донним життям. Її межа простягається від літоралі до самих найглибших точок Світового океану.

У свою чергу пелагіаль поділяється на 3 зони. Це епіпелагіаль (глибини 0-200 м), батіпелагіаль, що характеризує товщу води над материковим схилом, та абісопелагіаль - товща води над океанічним ложем.

Епіпелагіаль - найпродуктивніша зона морських екосистем. В її верхній частині найбільш інтенсивно протікають біологічні процеси (фотосинтез автотрофних організмів (фітопланктону) і утворюється первинна органічна продукція, яка використовується тваринними організмами, що живуть у батіпелагіалі, абісопелагіалі і бенталі та існують за рахунок органічної речовини, яка надходить з епіпелагіалі - безпосередньо або через трофічні ланцюги. Проте на глибині 2,5-3 км, біля підземних термальних вод, органічні речовини можуть утворюватись за рахунок процесів хемосинтезу хемоавтотрофних бактерій.

На поверхні морів формується тонка плівка (від 1мм до 1 см), в якій зосереджена найбільша концентрація біогенних елементів. У ній концентрується аліфатичні спирти, білки, жирні кислоти, полісахариди та інші органічні речовини. У цій поверхневій плівці розвивається багате життя. У поверхневому (1 см) шарі води поглинається до 20% падаючої сонячної радіації. В шарі товщиною 5 см - 40%, а в наступних 10 см - 50% сумарної радіації. Це й визначає найбільш високу біологічну продуктивність поверхневого шару морської води. Цей шар (5 см) розглядається як мікроекосистема Світового океану. Він виділений Ю.П. Зайцевим (1970, 1974) у нейсталь. а організми, що живуть в цій зоні, утворюють нейстон.

Поділ Світового океану на зони має принципове значення для екологічної оцінки тих процесів, які відбуваються у ньому. Як вказував В.І. Вернадський, “Світовий океан з діючими в ньому складними процесами рівноваги не ізольований у земній корі. Його речовина перебуває у найтіснішому обміні з атмосферою і сушею, і цей обмін має надзвичайне значення не тільки для хімії моря, але й для хімії всієї земної кори”.

З екологічної точки зору Світовий океан є надзвичайно складною екосистемою, яка визначається тісною взаємодією фізичних, хімічних і біологічних процесів. Вічний рух водних мас, що зумовлює їх перемішування, та система течій є визначальними чинниками у функціонуванні океану як єдиної велетенської екосистеми. Якщо врахувати, що він займає 70,8% земної поверхні і в ньому зосереджено 96,4% усієї земної води, яка постійно знаходиться у динамічному русі, то стане зрозумілим вплив океану на атмосферні явища і біосферу в цілому.

Великомасштабні циркуляційні процеси в екосистемі океану формують своєрідний хімічний, гідрологічний і гідробіологічний режими його окремих зон. Для кожної з них характерні свої умови, до яких пристосовуються морські організми. Циркуляція водних мас визначає розподіл завислих і розчинених речовин абіотичного і біотичного походження як по акваторії, так і по глибині морів і океанів.

Під водною масою розуміють не всю воду моря чи океана, а лише певний відносно невеликий об’єм води, що формується у конкретному районі Світового океану. Водні маси характеризуються особливостями їх формування в конкретних фізико-географічних умовах, приурочених до певного простору і часу. Водні маси не поширюються на всю акваторію і не змішуються повністю з сусідніми водами. На перший погляд, це здається неможливим в умовах океану. Коли ж врахувати, що в океані існують зони з досить неоднорідною щільністю води, які формуються внаслідок температурної і сольової різниці, і що це різко обмежує турбулентний обмін через такі абіотичні кордони, то стане зрозумілою можливість існування серед просторів океану окремих водних мас. їх формування приурочене до певних морських районів і пов’язане з кліматичними та фізико- географічними умовами середовища.

У межах великої водної маси можуть формуватись водні маси другого, третього та наступних порядків. Вони займають менші площі і не так різко відрізняються між собою. Як правило, первинні водні маси приурочені до певних кліматичних районів океану, а вторинні водні маси утворюються на стику двох сусідніх первинних або в районах проникнення в океан водних мас із прилеглих морів. Циркуляційні води, які при цьому утворюються, швидше оновлюються і не є такими постійними, як первинні водні маси.

Загальна циркуляція водних мас у Світовому океані здійснюється внаслідок вітрової напруги на поверхні води, нерівномірного розподілу атмосферного тиску та температурного режиму окремих його зон. З урахуванням цих факторів, а також віддаленості від берегів та морських глибин, найбільш сприятливі умови для розвитку життя (біологічної продуктивності) складаються в шельфовій зоні морів і океанів. І не дивно, що навколо них постійно виникають суперечності між окремими державами щодо приналежності таких акваторій до їх суверенних прав. Згідно Женевської Конвенції 1958 року, прийнятої першою конференцією ООН з "морського права, шельф визначено як поверхню і надра морського дна підводних районів, які прилягають до берега, але знаходяться поза зоною територіальних вод, до глибин 200 м, або за цією ж відстанню до того місця, до якого глибина таких вод дозволяє розробку природних ресурсів таких районів. Аналогічне визначення може бути застосоване до островів, незалежно від того, якій державі вони належать.

Територіальні води знаходяться під повним суверенітетом прибережної держави, прилегла зона знаходиться під її контролем з метою запобігання порушень митних, імміграційних, санітарних, екологічних законів і правил, які діють на території країни і її територіальних водах.

Двохсотмильна економічна зона не входить до складу територіальних вод прибережних країн Гне підпорядкована верховенству її законів. їй надано особливий міжнародно-правовий статус, згідно якому її права і юрисдикція (як і інших країн) регулюються відповідними положеннями Конвенції ООН по морському праву. В межах цієї зони можуть проводитись геологічні пошукові роботи на морському дні та в його надрах, розробка природних ресурсів, видобуток електроенергії шляхом використання морських течій, вітру тощо. На цій території можуть створюватись штучні острови, споруди і установки, проводитись наукові дослідження, в тому числі спрямовані на захист і збереження морського середовища. В зв’язку з господарським використанням континентального шельфу існує постійна загроза різкого погіршення екологічної ситуації в таких зонах.

Південні кордони України омивають води Чорного і Азовського морів, які разом із Середземним морем утворюють послідовний ланцюг водойм, об’єднаних протоками. На склад і властивості води, рослинний і тваринний світ цих морів істотно впливає прісноводний стік річок, які в них впадають. У значній мірі це визначає їх біологічну продуктивність - найвищу в Азовському морі, дещо меншу у Чорному і найменшу в Середземному.

3. Екологічна зональність континентальних водойм

Водні об’єкти, розташовані серед суходільних масивів, носять назву континентальних, або внутрішніх. Вони поділяються на водойми, або

водні об’єкти уповільненого стоку, і водотоки - водні об’єкти прискореного стоку.

Водойми уповільненого стоку - це озера, стави, болота, калюжі; водотоки - це річки і канали.

Окремі науки, що вивчають різні типи водних об’єктів, відповідно називаються: лімнологія (наука про озера, від грецького “лімнос” - озеро ), гелеобіологія ( від грецького “гелеос” - болото), потамологія (наука про річки, від грецького “потамос” - річка).

Континентальні водойми характеризуються більшим різноманіттям умов середовища в порівнянні з морськими. Це визначає і характер їх екологічної зональності. Якщо в озерах така зональність виявляється чітко, то у річках, для яких характерним є інтенсивне перемішування води, вертикальна екологічна зональність виявлена не чітко.

Озера утворюються внаслідок заповнення поглиблення суші (котловин) водою. Форма котловин залежить від рельєфу місцевості та характеру їх утворення. Звичайно вона формується підводною терасою, яка поступово заглиблюється від берега вглиб озера. На деякій глибині таке заглиблення має більш крутий кут пониження (звал), яке займає більшу частину дна озера і має назву котел. Сформоване таким чином дно озера розглядається як бенталь, яка в свою чергу поділяється на літоральну і профундальну зони.

Літораль - це мілководна зона, що поширюється від берега і до звалу, а профундаль охоплює більш глибоководну частину озера. Як правило, літораль вкрита вищою водяною рослинністю (ближче до берега напівводна, далі - плаваюча, а з наближенням до звалу - занурена).

Між літоральною і профундальною зонами виділяється субліторальна перехідна зона, яка охоплює площу найбільш глибоководного поширення донної рослинності (5-7 м).

Глибоководна частина дна озера, де відсутня вища водяна рослинність, або профундаль, характерна для глибоководних озер.

Під час вітрових коливань рівня води, прибережна ділянка озера може заливатись водою. Узбережні частини, які омиваються під час заплесків води та ті, що затоплюються, виділені у еуліторальнуекологічну/іону.

Водна товща озер, або пелагіаль, поділяється по вертикалі на епілімніон, металімніон та гіполімніон.

У глибоких озерах епілімніон досягає глибини 5-8 м. Саме в цьому шарі найбільш інтенсивно перемішуються водні маси під впливом вітру та конвекційних потоків. Він отримує найбільшу кількість сонячної енергії і містить найбільшу кількість мінеральних і органічних речовин; в ньому найбільша насиченість води киснем. Все це створює дуже сприятливі умови для розвитку в епілімніоні бактерій, найпростіших та безхребетних тварин.

Для металімніону (8-14 м) характерним є різкий перепад температури води між епі- та гіполімніоном, тому цю зону називають ще термоклином, або шаром температурного стрибка.

Гіполімніон - це найбільш глибокі шари води, де температура влітку не піднімається вище 5-10°С. На такі глибини проникає дуже мало сонячної радіації і тому тут практично відсутні автотрофні організми. Трансформація речовин і енергії в цій зоні відбувається в основному за рахунок відмерлої органічної речовини (детриту).

Дно озер, або бенталь, поділяється на прибережну зону, що має назву літораль та більш глибоководну - профундаль. Межа літоралі простягається від берегового урізу води і до глибин (5-7 м), на яких ще зустрічаються вищі водяні рослини та макроскопічні (видимі неозброєним оком) водорості, наприклад, харові. Дно озер на більших глибинах

називається профундаль. Екологічні умови в цій зоні менш сприятливі для розвитку гідробіонтів у порівнянні з літораллю.

У штучно створених водосховищах після зарегулювання річок утворилась досить різноманітна конфігурація їх річища (ложа), з’явились великі площі мілководь, змінився гідрологічний режим, що обумовило необхідність виділення екологічних зон для окремих частин водойм. Так, пригреблеву частину водосховищ з їх великими глибинами можна розглядати як озера, а їх верхню частину - як річку.

4. Екологічна зональність річкових систем

Річка,- це водний потік відносно великих розмірів, постійний, а інколи, у посушливих зонах, пересихаючий на окремих ділянках. Вона живиться стоком атмосферних опадів з водозбірної площі, а також підземними водами.

Річки, які впадають в океани, моря або озера, називаються головними, а ті, що впадають у такі річки - притоками першого порядку. Притоки притоків першого порядку є притоками другого порядку, і так далі. Головна річка разом з притоками усіх порядків формує річкову систему, а площа суші, з якої до неї надходить вода, називається водозбірною площею. Територія водозбірної площі, яка відділена вододілом від подібних площ інших річок, утворює річковий басейн головної річки.

Річки течуть у долинах, в яких найбільш понижена частина формує ложе. Поглиблення ложа, яке заповнене протічною водою в меженний період називається корінним руслом, або річищем. Та частина дна ложа, яка має більший рівень води, що проходить під час повеней і паводків, характеризується як заплавне русло, або заплава. У меженний період заплавне русло знаходиться вище рівня води, пересихає і розглядається як заплавна тераса. На схилах річкової долини можна спостерігати геологічні залишки проходження річкових русел в далекому минулому. В сучасний період вони характеризуються як надзаплавні тераси.

Частина суходолу, що співпадає з верхньою частиною надзаплавної тераси і вирівненою вододільною територією (плакор - від грецького рlах - рівнина), має назву брівка річкової долини.

Річки поділяють на гірські, які характеризуються швидкою течією та вузькими долинами, і рівнинні - з більш повільною течією та широкими терасовими долинами. У рівнинних річок русло, як правило, звивисте або розділене на рукави. У гірських річок воно більш спрямлене, з наявністю водоспадів та порогів, які утворюються внаслідок завалів камінням та підмитими деревами.

При перетинанні річки від одного берега до іншого виділяються зони: прибережна (рипаль), середня (медіаль) і ділянка, яка характеризується найбільшою течією має назву стрежень. Стрежень, або динамічна ось потоку води може знаходитись посередині річки при прямолінійному нерозгалуженому руслі або притискуватись до одного з берегів відповідно до закрутів русла.

Морфометричні особливості річкових систем та режим їх водності мають велике екологічне значення. Вони визначають умови існування гідробіонтів різних трофічних рівнів. Характерним для них є досить значне біорізноманіття, обумовлене екологічним розчленуванням річкових систем.

Для рипалі характерним є наявність заростей вищих водяних рослин, серед яких живе велика кількість водяних тварин. У відкритій зоні річки, де висока швидкість води, видове різноманіття гідробіонтів та їх чисельність бідніші, оскільки вони зносяться потоком води.

Кількість води, яка проноситься річкою за певний період часу, характеризує водність річки, а об’єм води, який протікає через живе січення потоку (площина, обмежена знизу профілем русла, а зверху - водною поверхнею) в одиницю часу (м³/с, дм³/с) - витрати води.

У напрямку від витоків до гирла річка має поздовжену зональність і поділяється на верхню, середню і нижню течії. У місцях впадіння річки в море утворюються значні площі мілководь, які формують дельту або вузькі морські затоки - естуарії.

При цьому утворюються закрути, або меандри річки (рис. 6). У тих випадках, коли відбувається природне спрямлення русла річки, меандри залишаються відокремленими від основного його русла і перетворюються на ізольовані стариці. Ті ж, які не втратили зв'язок з основною течією річки, утворюють різні затоки та протоки.

Такі морфологічні особливості річки визначають і характер водних потоків у ній та гідрологічний режим річки в цілому. Потік води у річках має турбулентний характер, що обумовлено наявністю різноманітних нерівностей на дні ложа; внаслідок цього формуються коловороти, які сприяють перемішуванню води та насиченню її киснем.

Серед абіотичних чинників річкових систем, які істотно впливають на гідробіонтів, важливим є повеневий режим. Він визначається рівнем дощових опадів та сніготаянням. Талі води мають невисоку мінералізацію і під час весняного водопілля інтенсивно промивають річкові системи, в яких протягом тривалих зимових місяців накопичується значна кількість відмерлих організмів, органічних і мінеральних речовин та забрудників антропогенного походження.

Під час повені рівень води у річках може підніматись на 10-15 м. При цьому інтенсивно розмиваються береги річок і у воду надходить значна кількість завислих часток, які роблять воду більш каламутною і менш прозорою. У меженний період водність річок значно спадає, підвищується температура води та її прозорість.

Лекція З

Тема: Абіотичні фактори водних екосистем

1. Динаміка водних мас та її роль у водних екосистемах.

2. Гідрофізичні фактори водних екосистем.

1. Динаміка водних мас та її роль у водних екосистемах

Під водною масою розуміють об’єм води, який співпадає з площею і глибиною котловин водних об’єктів або заглибленнями земної поверхні і має однорідні фізико-хімічні характеристики, сформовані під впливом геологічних і кліматичних умов. Водна маса є основним елементом гідрологічної структури водних об’єктів, а її формування залежить від теплового і водного балансу водозбірної площі.

Формування водних мас у водоймах різного типу відбувається за рахунок атмосферних опадів, які випадають на водозбірну площу, підземного стоку та транспорту води з інших регіонів по природних або штучних водотоках (наприклад, каналам територіального перекидання частини стоку). В залежності від походження вод, які надходять у водойми і водотоки, розрізняють основні і вторинні водні маси. Основні - це водні маси морів і великих озер, які тривалий час складають основу їх водного балансу. Оновлення таких вод відбувається поступово - за рахунок річкового стоку, а також обміну з атмосферною вологою. Вторинні морські і прісні водні маси - це ті, які утворюються за рахунок змішування основних вод з тими, що надходять з річковим стоком.

Річкові водні маси, в залежності від сезонних особливостей (весняні води, літні меженні, повеневі, паводкові), формуються в річковому руслі за рахунок надходження з водозбірної площі первинних континентальних вод.

Формування такого місцевого стоку може відбуватись за рахунок вод, які стікають з узгір’я, ґрунтових та підземних вод. У різні сезони року переважає один з цих трьох типів стоку, який визначає генетичні особливості первинних вод. Так, стікаючі води утворюються за рахунок дощових і снігових опадів і тому мають невисоку мінералізацію. Грунтові води формуються в процесі інфільтрації та фільтраційного стікання і тому більш мінералізовані у порівнянні із стікаючими водами. Ще більш тривалий час іде на формування підземних вод, що і визначає їх високу загальну мінералізацію та насиченість гідрокарбонатами, кальцієвими, магнієвими, натрієвими та сульфатними іонами.

Таким чином, формування водних мас є складним фізико-хімічним процесом, який включає стік води з водозбірної площі, атмосферні опади, надходження підземних та інших вод.

В залежності від гідрологічного режиму всі водні об’єкта подшяипьея на такі групи: водотоки, водойми, підземні водоносні горизонты та артезіанські басейни і льодовики. З точки зору гідроекології найбільший

інтерес являють екосистеми водотоків і водойм.

Водотоки характеризуються рухом води в напрямі уклону у витятутому поглибленні земної поверхні. Це - річки, струмки, канали, протоки між озерами або лагунами і морем. Розрізняють постійні водотоки, у яких відбувається перенесення водних мас протягом цілого року, та тимчасові, які функціонують частину року.

Водойма - це постійне або тимчасове накопичення води в поглибленнях земної поверхні, яке має уповільнений водообмін. Серед водойм виділяють природні і штучно створені. Природні водойми - це океани, моря, озера, болота. Штучні - це водосховища на великих і малих річках, ставки, водойми-охолоджувачі теплових і атомних електростанцій, накопичувачі атмосферних та підземних вод.

Функціонування водних екосистем в значній мірі залежить від водного режиму водойм і водотоків, що складається з сукупної закономірності повторюваних змін рівня води, її об’ємів, швидкості течій, характеру хвилювання та інших гідрологічних характеристик водних об’єктів.

Рівень води, або висота водної поверхні по відношенню до умовної нульової гідрологічної відмітки, є однією з найбільш інформативних характе­ристик стану водойм і водотоків. Є багато причин, які можуть впливати на рівень води в річках, озерах, водосховищах та інших водних об’єктах. Це можуть бути перш за все сезонні випадіння атмосферних опадів. Влітку, внаслідок меншого їх випадіння та підвищеного випаровування рівень води падає, а восени дещо зростає за рахунок більшої кількості дощів та зменшення випаровування. Взимку, особливо у передвесняний період, рівень води падає до найнижчої відмітки, а з таненням снігів та льоду він різко зростає і досягає максимуму під час повені. Такий режим властивий для річок, що мають снігово-дощове живлення. Для гірських річок характерне літнє підвищення рівня води.

Рівень води у штучно створених водосховищах, на яких побудовані гідроелектростанції, регулюється у відповідності з графіком роботи гідровузлів. Найвищий рівень води в річках буває під час повені і паводку. Повінь - це щорічно повторювана в один і той же сезон фаза водного режиму, яка характеризується найбільшою водністю, високим і тривалим підняттям рівня води. Причиною повені, зокрема на річках України, є весняне сніготанення. Повінь відіграє позитивну екологічну роль для річкових екосистем. Під час її проходження великі маси води промивають річкове русло, очищаючи його від накопичених за зиму відмерлих організмів, продуктів гниття та забрудників. На річках, водність яких формується на значних гірських територіях (наприклад, Дунай) бувають дві повені: весняна, після танення снігу у долинах, та літньо-осіння, пов’язана з таненням снігу в горах та випадінням дощів.

На відміну від повені, паводок — це швидке, порівняно короткочасне підвищення рівня води, яке виникає після сильних дощів або різкого потепління взимку, що обумовлює значне сніготанення. І повінь і паводок можуть мати катастрофічні наслідки, якщо зростання рівня води у річках та водоймах значно перевищує їх можливість до її накопичення або пропуску. В Україні такі повені і паводки найчастіше спостерігаються в Карпатському регіоні.

Формування водного стоку з водозбірної площі залежить від кліматичних факторів. Так, у посушливі сезони надходження води значно менше, ніж, наприклад, восени, коли ідуть часті дощі.

Кількість води, яка протікає через поперечний переріз водотоку за

певний проміжок часу, називається об’ємом стоку. Він виражається у кубічних метрах(м³) або кубічних кілометрах (км³ ) на добу, місяц, сезон, рік. ,Об’єм стоку свідчить про водність об’єкта і застосовується у гідрологічних і водогосподарських розрахунках. Витрати води – це її кількість (м³ ), яка проходить за одиницю часу (секунду) через поперечини розріз водотоку.

В залежності від водності міняється цілий ряд важливих в екологічному відношенні параметрів водних екосистем. Так, при малій водності підвищується мінералізація води, падає водообмін, формуються застійні зони у річках, що негативно впливає на життєдіяльність гідробіонтів.

Крім сезонних змін водності, виділяються багаторічні коливання стоку. Вони характеризуються як маловодні (або 50 % водозабезпечення), середньоводні (75% водозабезпечення) та багатоводні (95% водозабезпечення). Водний баланс - це кількісна оцінка всіх форм надходження і втрат води у водному об’єкті (включаючи випаровування, інфільтрацію тощо), а в глобальному масштабі він є найважливішою характеристикою кругообігу води на Землі. Водний баланс суттєво впливає на стан водних екосистем, їх абіотичні компоненти (гідрологічні параметри, хімічний склад води тощо) та біоту.

Водообмін - це заміна води у водному об’єкті або заміщення на окремих його ділянках одних водних мас іншими. В залежності від величини водойми та кількості води, що надходить за одиницю часу, цей процес може займати дні, місяці, роки, десятки і навіть тисячі років. Наприклад, середній багаторічний період умовного відновлення запасів води Світового океану оцінюється у 2650 років. У найбільшому прісноводному озері Байкал цей процес займає близько 380 років. Період водообміну водосховищ Дніпра в середньому становить: Київського - 36 років, Канівського - 20, Кременчуцького - 85, Дніпродзержинського - 18, Запорізького — 23, Каховського - 130 років. Існують водойми, де вода оновлюється за кілька діб, наприклад, заплавні озера пониззя Дніпра.

Розрізняють зовнішній і внутрішній водообмін. Зовнішній водообмін - це водообмін з атмосферою (випаровування та надходження атмосферної води), з прилеглими ділянками гідрографічної мережі та з грунтовими водами.

Інтенсивність цих процесів виражається в км7рїк або м /с. Вони відображають загальну кількість води, яка надійшла до водного об'єкту або, навпаки, втрачена ним протягом конкретного проміжку часу.

Внутрішній водообмін залежить від динамічних процесів, які протікають у водоймах, і являє собою обмін водних мас всередині водного об’єкту, між його окремими ділянками та шарами води. Інтенсивність зовнішнього та внутрішнього водообміну в значній мірі взаємопов’язані між собою.

Велике екологічне значення мають течії і циркуляція водних мас

Течія - це поступаньне переміщення мас води у водних об’єктах, яке зумовлене різними факторами: нахилом поверхні, обертанням Землі, неоднорідністю температури, вітром, хвилюванням води та іншими фізичними процесами та явищами. Течії розподіляють за положенням шару води, в якому вони знаходяться: на поверхневі, глибинні та придонні. Вони можуть бути постійними або періодичними, теплими або холодними.

Стокові течії, що виникають внаслідок нахилу водної поверхні, є постійними. Вони найшвидші в гірських річках і більш повільні - у рівнинних. Характерною особливістю стокових течій є однакова сила тиску водного потоку на різних його глибинах. Стримуючими факторами стокових течій може бути тертя води з поверхнею донного грунту та протидія зустрічного вітру в поверхневих шарах води.

Особливістю стокових течій у штучно створених водосховищах гідроелектростанцій (зокрема в дніпровських), є залежність від режиму їх роботи. Найбільша швидкість стокових течій співпадає з максимальним денним навантаженням на гідроелектростанції. Навпаки, у нічні години, коли потреба в електроенергії спадає, вода скидається, і об’єм стокових течій зменшується.

Стокові течії в океані - градієнтні течії, оскільки причиною їх виникнення є горизонтальний градієнт гідростатичного тиску.

Вітрові течії виникають внаслідок переміщення верхнього шару води під впливом вітру, який може змінювати нахил водної поверхні та наганяти водні маси в тому напрямі, в якому він дме. Вітрове перемішування води має складний характер, і тому до вітрових зараховують дрейфові та компенсаційні течії, які виникають за дрейфовими у глибинних або придонних шарах води.

Дрейфові течії виникають у поверхневому шарі води і пов’язані безпосередньо з переміщенням води у водних об’єктах під дією вітру. Швидкість дрейфових течій знижується з глибиною водойм і в стратифікованих водоймах не виходить за межі епілімніона (шару води, де спостерігається гомотермія). У більшості континентальних водойм швидкість дрейфових течій не перевищує 5-10 см/с. Під час шторму вона може досягати 100 см/с. З урахуванням можливих вітрів, швидкість дрейфових течій для озерних ділянок Канівського, Дніпродзержинського і Запорізького водосховищ оцінюється в 7-10 см/с, а для Київського, Кременчуцького і Каховського - 10-17 см/с.

Особливим типом течій є припливні. Вони виникають в результаті динамічних процесів у морях і океанах, обумовлених взаємодією сил притязания Землі, Сонця і Місяця.

Для річок Чорноморського басейну та Приазов’я більш характерним є не припливно-відпливні, а згінно-нагінні явища, які обумовлюються вітром та коливаннями атмосферного тиску. Під час вітру, який дме з моря, значні маси води переміщуються з Чорного моря у Дніпровсько-Бузький, Дністровський лимани та приморську частину дельти Дунаю. При сильному вітрі солоні морські води можуть проникати у пониззя Дніпра. Аналогічні явища можна спостерігати у пониззях річок Дону та Кубані під час вітрового нагону води з Азовського моря.

Навпаки, при напрямі вітру з суші спостерігається більш значне поширення прісних річкових вод у глиб моря та зменшення солоності морської води. Такі зміни гідрологічного і гідрохімічного режимів обумовлюють і видове різноманіття флори і фауни (морської, солонуватоводної, прісноводної) у естуарних екосистемах.