Наносы и донные отложения в озерах
По аналогии с любым водным объектом баланс взвешенных наносов в озерах складывается из следующих основных составляющих: приходная часть — поступление наносов с речным стоком R+речвследствие разрушения берегов Rберэолового приноса Rэ, отмирания живых организмов Rотм; расходная часть — унос с речным стоком R-реч, аккумуляция на дне Rакк. Изменение содержания взвесей в воде равно ±∆R. Все упомянутые величины должны быть выражены в единицах массы и отнесены к определенному интервалу времени ∆t.
Таким образом, уравнение баланса наносов в озере выглядит следующим образом:
R+реч+ Rбер + Rэ + Rотм = R-реч + Rакк ±∆R. (7.24)
У большинства озер основной вклад в баланс наносов дают R+речи Rотм в приходной части и R-реч (для проточных озер) и Rакк в расходной части.
Аккумуляция наносов на дне ведет к формированию донных отложений, которые по происхождению слагающих их частиц подразделяются на терригенные (в основном минеральные частицы, поступающие с водосбора и берегов озера), биогенные и хемогенные (являющиеся в основном результатом гидробиологических и гидрохимических процессов в водной толще озера).
По составу донные отложения подразделяют на минеральные (песок, минеральный ил, соли), сапропели (биогенные илы) и торфянистые. Сапропели образуются в основном в малых и средних евтрофных озерах лесной зоны. Мощность сапропеля может достигать 30—40 м. О формировании самосадочных солей было сказано в разд. 7.7.1, закономерности образования торфа будут рассмотрены в гл. 9.
В распределении донных отложений по пространству озера отмечается зональность. На литорали, особенно подверженной воздействию волнения, отлагаются наиболее крупные частицы, в основном минеральные. По направлению к наиболее глубоким частям озера крупность частиц донных отложений уменьшается, а в их составе все большую долю приобретают органические илы. Доля биогенных частиц в отложениях обычно увеличивается с уменьшением размеров озер.
ВОДНЫЕ МАССЫ ОЗЕР
Озерам, так же как океанам и морям, свойственна большая неоднородность характеристик вод в пространстве и во времени. Вместе с тем в озерах могут быть выделены отдельные достаточно большие объемы воды, сформировавшиеся в течение длительного периода времени и характеризующиеся более или менее однородными физическими, химическими и биологическими свойствами. Такие крупные объемы воды называют водными массами, а их закономерное пространственное сочетание — гидрологической структурой водоема.
Основными показателями водных масс водоемов, позволяющими отличить одну водную массу от другой, служат такие характеристики, как плотность, температура, электропроводность, мутность, прозрачность воды и другие физические показатели;минерализация воды, содержание отдельных ионов, содержание газов в воде и другие химические показатели; содержание фито- и зоопланктона и другие биологические показатели. Среди перечисленных характеристик чаще всего для выделения водных масс водоемов суши — озер и водохранилищ — используют данные о температуре, прозрачности и электропроводности воды (индикаторе минерализации воды), а также данные о содержании растворенного кислорода.
Основное свойство любой водной массы в водоеме — ее генетическая однородность. По генезису выделяют два типа водных масс: первичные и основные.
Первичные водные массы озер формируются на их водосборах и поступают в водоемы в виде речного стока. Свойства этих водных масс зависят от природных особенностей водосборов и изменяются по сезонам в зависимости от фаз гидрологического режима рек. Основная особенность первичных водных масс фазы половодья — малая минерализация, повышенная мутность воды, достаточно высокое содержание растворенного кислорода. Температура первичной водной массы в период нагревания обычно выше, а в период охлаждения — ниже, чем в водоеме.
Основные водные массы формируются в самих водоемах; их характеристики отражают особенности гидрологического, гидрохимического и гидробиологического режимов водоемов. Часть свойств основные водные массы наследуют от первичных водных масс, часть приобретают в результате внутриводоемных процессов, а также под влиянием обмена веществом и энергией между водоемом, атмосферой и грунтами дна. Основные водные массы хотя и изменяют свои свойства в течение года, но в целом остаются более инертными, чем первичные водные массы.
Отличия основных водных масс от первичных зависят от многих факторов, среди которых главное место занимает структура водного баланса и водообмен водоема. Чем меньше коэффициенты условного водообмена Кв, тем меньше роль речного стока в формировании основной водной массы водоема, тем сильнее характеристики основной водной массы отличаются от характеристик первичной водной массы. Так, в озерах, имеющих большой объем и большую глубину, основная водная масса может существенно отличаться по своим свойствам от первичной. Чем меньше объем озера и больше коэффициент Кв, тем больше проточность водоема, тем ближе по своим свойствам основная и первичная водные массы. В раде случаев (небольшие проточные озера) основная водная масса мало отличается от первичной и представлена трансформированными речными водами.
Наиболее существенно основная и первичная водные массы отличаются друг от друга при впадении рек в солоноватые или соленые бессточные озера (Каспийское и Аральское моря, оз. Балхаш и др.). В этом случае четко различаются водные массы речного и морского типов, и их различия и взаимодействие аналогичны различию и взаимодействию речных и морских вод в морских устьях рек (см. разд. 6.14).
В пределах основной водной массы водоема в отдельные сезоны года удается выделить ее модификации: поверхностную, промежуточную, глубинную и придонную водные массы. Модификации основной водной массы определяются, прежде всего, различиями по глубине водоема в температуре воды, содержании кислорода и органического вещества. Наиболее четко модификации основной водной массы выделяются летом в водоемах в условиях умеренного климата.
Поверхностная водная масса — это верхний наиболее нагретый слой воды (эпилимнион); глубинная водная масса — обычно наиболее мощный и относительно однородный слой более холодной воды (гиполимнион); промежуточная водная масса соответствует слою скачка температуры (металимнион); придонная водная масса — это узкий слой воды у дна, отличающийся повышенной минерализацией и специфическими водными организмами.
Выделенные модификации основной водной массы в водоемах суши аналогичны поверхностной, промежуточной, глубинной и придонной водным массам в океанах и морях (см. гл. 10).
Модификациями основной водной массы водоема могут быть также водные массы, формирующиеся в периоды охлаждения и нагревания озера и разграниченные в горизонтальном направлении термическим баром.
В результате взаимодействия первичной (речной) и основной (озерной) водных масс формируется так называемая зона смешения, где одна водная масса трансформируется в другую. В пределах зоны смешения находятся фронтальная зона, фронтальный раздел и гидрофронт (см. разд. 6.14). Расположение водных масс и, соответственно, фронтального раздела и гидрофронта изменяется в течение года в зависимости от изменений речного стока и термического режима озера.
Выделение водных масс в водоемах имеет важное значение для исследования и прогноза качества воды и биологической продуктивности водных объектов. Оно осуществляется с помощью различных методов. Водные массы выделяют по комплексу различных показателей, например с помощью Т, S-анализа, принятого в океанологии и использующего данные о распределении температуры и солености воды (разд. 10.14). Для озер вместо солености воды S часто используют величину электропроводности æ.