Учение о гидросфере.-2

171

1.История создания водохранилищ.

2.Размещение водохранилищ.

3.Типы водохранилищ.

4.Классификация по способам заполнения водой.

5.Классификация по географическому положению.

6.Классификация по характеру стока.

7.Понятие о водном балансе водохранилищ.

8.Колебания уровней воды в водохранилищах.

9.Течения, волны.

10.Ледовый режим водохранилищ. Его отличия от озерного.

11.Гидрохимические особенности водохранилищ.

12.Гидробиологические особенности водохранилищ.

13.Характер заиления водохранилищ.

14.Хозяйственное и экологическое значение водохрани-

лищ.

15.Особенности водного баланса водохранилищ.

12 БОЛОТА

Осторожно – болото! Еще недавно эти два слова казались неотделимыми друг от друга. Болота отталкивали и влекли, как что-то таинственное и страшное. Часто болота отождествляли с бездонными «чарусами», которые заманивали путника своими неведомыми силами, захватывая его голодными, липкими клещами. Мрачную славу болотам создавали и другие таинственные явления: бегающие синие огоньки, туманы, одурманивающий запах.

172

Бытующий до сих пор страх перед болотами можно объяснить исторически сложившимся суеверием. Тундра и пустыня, сельва и ледники покоряются человеку по мере того, как он проникает в их тайны. Болота тоже экстремальны для человека, но чем глубже они познаются, тем понятнее становятся. А если все понятно, то и бояться нечего.

Болото – это группа взаимосвязанных биогеоценозов, которые характеризуются постоянным или продолжительным обильным увлажнением, специфической влаголюбивой растительностью и болотным типом почвообразования.

Россия занимает одно из первых мест по заболоченности территории и запасам торфа. Больше всего болот в тундре и тайге. Меняясь с севера на юг, от зоны тундры к зоне степей, болота отражают природно-климатические параметры в своем физиономическом облике, в торфяной залежи, размерах, конфигурации.

12.1 Происхождение болот

Около 9500 лет назад отступивший ледник оставил после себя перемытую морену и обширные озера, холодные и безжизненные. Но так продолжалось сравнительно недолго. Льды таяли, климат становился все теплее, и характер ландшафтов быстро менялся. На освободившихся после таяния ледника территориях образовались своеобразные растительные комплексы, которые называют перигляциальными, т.е. приледниковыми. Это нечто среднее между холодными тундрами и сухими степями. Такие ландшафты были почти безлесны, лишь иногда встречались отдельные «островки» леса.

Как только стало теплее, появилась и быстро распространилась жизнь, а водные и болотные растения захватывали все новые и новые территории. «Отступавший ледник оставил после себя озера, каменные чаши, заполненные хрустальной водой. И тотчас хрусталь начал мутнеть. Ветры сыпали в него пыль, споры, семена. Пошли донные отложения. Сначала песок и глина, потом добавились останки мельчайших водных обитателей – планктона. Все гуще сыпался планктонный дождь из водной толщи на дно, спрессовываясь в осадке год за годом, век за ве-

173

ком, образуя однородную массу – сапропель. А с берега уже двигались растения, регулярные войска, неспешно и неотвратимо сжимающие зеленое кольцо на поверхности озера. И они, в свою очередь, окончив земные дела, чредой отмерших поколений опускались на дно» – так В. Варламов описывал предысторию болот.

Постепенно в болотах начал накапливаться торф, который удерживал много воды. Дальше территории заболачивались с ускоряющимся темпом. И чем сильнее поработали ледник и тающие воды, чем равниннее стала поверхность, тем более подходящие условия создались для возникновения и развития болот. Если посмотреть на географическую карту, то мы увидим, что больше всего болот в местах максимального оледенения: в Финляндии, Швеции, Канаде. В России очень сильно заболочены Западно-Сибирская низменность, Архангельская область, республика Коми, Карелия. «Торфяные бассейны» есть и в средней полосе: в Мещерской низменности, в Белорусском Полесье.

По мере расширения площадей болот возрастала их устойчивость к внешним воздействиям и автономность в развитии. Одновременно сами болота становились одним из факторов, определяющих природную среду. Заметно увеличивалось их воздействие на формирование гидрологического режима как внутри болотных систем, так и на прилегающих территориях, и как следствие это влияло на формирование климата.

12.2 Строение болот

Самый верхний слой болота – очѐс. В нѐм осуществляется основное перемешивание воды, так как очѐс имеет наиболее крупные поры. Мощность этого горизонта 8–20 см.

Второй слой является более уплотнѐнным переходным горизонтом в бесструктурной массе торфа. Его толщина колеблется от 5 до 25 см.

Вся масса от поверхности болота до уровня грунтовых вод называется деятельным слоем (как правило, это очѐс вместе с переходным горизонтом).

174

Инертный слой – нижний слой болота. Характеризуется постоянным содержанием воды и малой проводимостью торфа.

12.3 Классификация болот

Разнообразие болот велико, поэтому без их систематизации не обойтись. Изучение болот началось давно, и уже получены довольно полные сведения о разных типах болот. В каждом конкретном случае классификационные схемы помогают получить представление об общих закономерностях развития болот, дать определенные рекомендации по их хозяйственному использованию или охране.

Поскольку болота – сложные экосистемы, то и классифицируют их с позиций той науки, которая их изучает: ботаники – по растительности, почвоведы и торфоведы – по торфу, гидрологи – по характеру питающих вод, геологи – по приуроченности к тому или иному рельефу и особенностям их ложа. И все же есть классификация, которая в какой-то мере удовлетворяет и теоретиков, и практиков.

В ней все болота делятся на три крупные группы по обеспечению растительности минеральным питанием:

1)низинные болота (евтрофные) питаются богатыми грун-

товыми или подземными водами, поэтому на них произрастают евтрофные растения, требовательные к минеральному питанию. Среди обитателей таких болот обычны осоки, вахта, тростник, хвощи, пушица, гипновые мхи и др. Из деревьев характерны сосна, ель, береза. Низинные болота тяготеют к понижениям рельефа, имеют плоскую или вогнутую форму. Низинный торф богат элементами минерального питания, слабокислый и довольно хорошо разложенный;

2)переходные (мезотрофные) болота (греческое мезо – «се-

редина») совмещают черты низинных и верховых, так как в их питании участвуют и грунтовые воды, и атмосферные осадки. Но встречаются мезотрофные болота, питающиеся только грунтовыми водами, правда мягкими, обедненными. Поэтому на мезотрофных болотах есть евтрофные, олиготрофные и типично мезотрофные растения. Вместе они образуют переходный торф, ниже

175

которого залегает низинный. Качественные их показатели – промежуточные между верховыми и низинными.

3) верховые (олиготрофные) болота (греческое олиго –

«незначительный»). Растения, живущие на них, получают совсем мало питательных веществ, ровно столько, сколько поступает с атмосферными осадками – дождем и снегом. Этими растениями являются в основном сфагновые мхи, кустарнички: багульник, вереск, кассандра, вороника, береза карликовая. Есть и травы: пушица, шейхцерия, пуховое, очеретник, росянка круглолистная, из ягод – клюква, морошка. Верховые болота расположены на междуречьях, высоких террасах. Профиль болот выпуклый, т.к. торф в их центральных частях накапливается интенсивнее, чем на периферии. Из олиготрофных растений и торф образуется бедный – верховой. Но под слоем верхового торфа может быть более богатый, переходный, а еще ниже – низинный. Верховой торф объединяет 11 видов: сосново-пуши- цевый, сосново-сфагновый, пушицевый, шейхцериевый, сфагновый мочажинный и др. Их общая особенность – бедность минеральными солями, высокая кислотность, слабая степень разложения.

Как правило, раньше всех по времени появляется низинное болото, оно сменяется переходным, затем – верховым. Поэтому их можно уподобить временным стадиям развития, хотя исключений в природе тоже бывает немало. «Как и все живое, болото рождается, мужает, старится. Но судьба, в виде условий внешней среды, сильно сказывается на его облике и на том, сколько ему веку отпущено», – писал о болотах журналист В. Варламов.

Все многообразие болот, естественно, не исчерпывается низинными, переходными и верховыми болотами. Каждое из них объединяет ряд типов, в которых учитываются характер микрорельефа, торф и еще ряд признаков. Болота подразделяются также по растительному покрову: лесные, кустарниковые, моховые, торфяные, кустарничковые

12.4 Функции болот

Болотные системы оказывают влияние и на тепловой режим окружающих территорий. Например, понижение уровня воды на

176

болотах в таѐжной зоне Западной Сибири в процессе осушения может значительно уменьшить теплоаккумулирующую способность заболоченных территорий, а следовательно, изменить тепловой режим, увеличив континентальность климата.

Болотные системы являются аккумуляторами атмосферной и грунтовой воды, а также участвуют в водообмене. Запасы воды в торфе на территории Западной Сибири составляют 994 км3, причѐм объѐм воды 218 км3 находится в не связанном с торфом состоянии.

Водообмен болотных систем с окружающими ландшафтами происходит посредством поверхностного и грунтового стоков. Поверхностный сток с болот осуществляется по гидрографической сети, включающей водотоки, озѐра, топи, и путѐм фильтрации в деятельном горизонте. Реки, формирующиеся в пределах олиготрофных болотных систем, питаются атмосферными осадками, выпадающими на водосборную площадь. Олиготрофные и мезотрофные болотные системы, не связанные непосредственно с речными долинами, отдают рекам ту часть питающей их атмосферной и нередко мягкой грунтовой воды, которая уже не может быть поглощена переувлажнѐнным сфагновым покровом и залегающим под ним торфом, а также израсходована на эвапотранспирацию.

Естественно, что в условиях Западной Сибири, где преобладают крупные болотные системы, достигающие десятков и даже сотен тысяч гектаров, такой объѐм стока обеспечивает образование ручьѐв и речек. Таким образом, болота не являются генераторами влаги; они осуществляют транзитную функцию перераспределения поступающей в них воды между поглощением еѐ торфяным слоем, испарением в атмосферу и стоком. Накапливая воду до полной влагоѐмкости торфа и мохового слоя, болота расходуют на сток только протекающий через них транзитом не поглощѐнный остаток грунтовой или атмосферной воды.

Влияние болот на величину поверхностного стока проявляется и в том, что отложения торфа на поверхности водопроницаемых минеральных пород и кольматаж органическими коллоидами пор подстилающих минеральных грунтов ослабляет

177

инфильтрацию атмосферных вод в глубокие слои и увеличивает в связи с этим поверхностный сток вод в речную сеть.

Болота оказывают влияние на регулирование внутригодового распределения стока, растягивая сроки весеннего половодья. Поэтому паводки рек, имеющих заболоченные водосборы, отличаются более низким пиком и более продолжительным весен- не-летним половодьем (с мая по август), чем паводки рек с незаболоченными водосборами. Нетрудно представить, насколько катастрофичны были бы разливы сибирских рек, если бы подавляющую часть стока в них не перехватывали болота.

Болота препятствуют развитию эрозионных процессов, смыву и размыву. Наличие болот обусловливает слабую минерализацию воды в реках и озѐрах и обеспечивает минимальный вынос с территории в океан минеральных веществ.

Болота влияют на формирование гидрологического режима окружающих территорий. Это влияние имеет свои особенности в разных природно-географических зонах. Например, в Западной Сибири гидрологическая роль болот в основном положительная. Повышение уровня грунтовых вод способствует мезофитизации растительного покрова, процессам рассоления на заболоченных и прилегающих к ним территориях, препятствует развитию почвенной засухи. Кроме того, в этой зоне развитие болот увеличивает флористическое и фитоценотическое разнообразие.

Болотные системы способны аккумулировать большой спектр загрязняющих веществ из атмосферы. Известно, что мелкие частицы, взвешенные в воздухе (пыль, микроорганизмы), передвигаются, особенно при штиле, в сторону увлажнѐнной территории с пониженной температурой (водоѐмы, болота). Это явление называется термофорез. Благодаря этому явлению взвешенные в атмосфере частицы поглощаются поверхностью болот. Также установлено, что в местах особо сильного техногенного загрязнения накопление токсических веществ на болотах на порядок выше, чем на окружающих их суходольных территориях. Поэтому следует сохранять болота, особенно олиготрофные (сфагновые) вблизи крупных промышленных центров.

Болотные системы – это «почки» атмосферы, биологические фильтры с очень высокой сорбционной ѐмкостью, геохи-

178

мические барьеры. Они накапливают такие токсичные техногенные элементы, как мышьяк, селен, свинец, кадмий, ртуть, консервируют их на многие годы и выводят из круговорота веществ в биосфере. В болотах надолго могут консервироваться и органические загрязнители, например, нефтепродукты.

С учѐтом факта аккумуляции зольных элементов в сфагновом покрове, а также относительно высокой его водопроводимости, становится понятной роль сфагновых мхов в регуляции гидрохимических условий на болотах. Крупные олиготрофные болотные системы способны справляться с довольно значительным химическим загрязнением даже после сильного местного нарушения системы. Что касается небольших болот, то там повышение минерализации вызывает резкое изменение растительного покрова. На этом основан принцип биологического осушения болот: внесение удобрений на олиготрофные болота приводит к изменению болотной растительности и превращению их в кормовые угодья.

Специфичность биосферной функции болот обусловливается незамкнутостью у них цикла круговорота веществ; болотные системы возвращают в окружающую среду меньше веществ, чем забирают, т.е. преобладает постоянный сток углерода из атмосферы в торфяные болота.

В то же время в результате деятельности в аэробных условиях гетеротрофных организмов часть углерода освобождается и в виде СО3 выделяется в атмосферу. Большой разброс в значениях величин потока СО2 объясняется неодинаковыми условиями торфообразования и разными методиками определения. Разные элементы микрорельефа (кочки, межкочечные понижения) отличаются по интенсивности выделения СО2. Также установлено, что с понижением уровня залегания болотных вод происходит увеличение выделения СО2.

Болота – единственные в наземной биоте экосистемы, обеспечивающие постоянный сток в них атмосферного углерода, который практически навсегда выключается из дальнейшего круговорота, накапливаясь в форме торфяных отложений.

Болота рассматриваются и как главный естественный поставщик метана в атмосферу. Интенсивность выделения метана на болотах в тысячи раз меньше по сравнению с выделением

179

углекислого газа. Тепличный же эффект метана в 20 раз превышает действие СО2. К тому же метан фотохимически активен в отношении озонового слоя атмосферы. Поэтому особенно актуальна более точная оценка действительного вклада болот в генерацию метана в биосфере.

Роль болот в формировании газового состава атмосферы проявляется и в обогащении еѐ кислородом. Это обусловлено тем, что на торфяных болотах кислород почти не используется на разложение отмерших растительных остатков.

Значение болот не ограничивается участием в распределении водных ресурсов, накоплением торфа и т.д. Они являются местами обитания редких и исчезающих видов животных и растений. На них гнездятся и кормятся журавли, тетерева, глухари, рябчики, белые куропатки. Это основные места, где живут утки, гуси, лысухи, кулики, выпи, цапли и другие птицы.

Нередко перелѐтные водоплавающие птицы выводят потомство на одних болотах, отдыхают во время перелѐта на других, а зимуют за тысячи километров на третьих. Уничтожение болот – мест обитания пернатых нарушает их биологический ритм, ведѐт к сокращению их численности и вымиранию.

Не меньшую ценность представляют собой болота как место произрастания ценных и редких видов растений.

Кроме того, болота – незаменимые архивы истории: нарастая из столетия в столетие, торф скрывает древние поселения человека, природные памятники, старые русла рек, ледниковые и доледниковые озерные депрессии. В них накапливаются озерные руды, богатые железом, которые добывал уже древний человек. В них из года в год консервируются пыльца и споры растений, по которым можно «прочесть» всю послеледниковую историю растительности и узнать, каким был климат, в каких условиях жил древний человек и многое др. И немало еще, вероятно, скрыто тайн под многометровыми слоями торфа.

12.5 Болотная гидрографическая сеть

Все многообразие болотной гидрографической сети делится на три группы: водоемы, водотоки и топи.

180

Болотные водоемы – это болотные озера разных размеров с разной проточностью воды. По площади они могут занимать несколько десятков кв.км, а по глубине до 10 и более м. Берега часто сложены из торфяной толщи, а дно – либо минеральными грунтами, либо илом и торфяными отложениями. Большая часть крупных болотных озер – это остатки древних озерных водоемов, превратившихся со временем в болота. Это – первичные озера. Небольшие озера, происхождение которых связано с современным болотным рельефом, называются вторичными.

Внутриболотные водотоки – это либо заторфовывающиеся и зарастающие ручьи и реки, образовавшиеся до болот и называемые первичными, либо ручьи и реки, возникшие уже на сформировавшемся болоте и называемые вторичными.

Топями называются сильно увлажненные участки болотных массивов, характеризующихся разжиженной торфяной залежью, постоянным или периодически высоким стоянием воды, и непрочной рыхлой дерниной растительного покрова. В зависимости от интенсивности водообмена топи бывают застойными или проточными.

12.6 Гидрологический режим и водный баланс болот

Гидрологическое своеобразие болот определяется тем, что в торфяной залежи содержится от 89 до 94 % воды по весу, однако вода связана сухим веществом торфа и из-за этого данная вода не может быть использована для питания рек. Кстати, осушительными каналами нельзя снизить содержание воды в торфе ниже 85%.

Вода, содержащаяся в торфяном болоте, делится на две группы:

1) свободная – отделяющаяся от торфа под действием силы тяжести и стекающая по уклону в каналы и реки. Находится в виде озер, ручьев, рек, временных скоплений после сильных осадков, снеготаяния. Она может находиться в верхнем растительном слое болота (очесе), под торфяным слоем в виде линз в торфяной залежи;