Главная страница
Культура
Искусство
Языки
Языкознание
Вычислительная техника
Информатика
Финансы
Экономика
Биология
Сельское хозяйство
Психология
Ветеринария
Медицина
Юриспруденция
Право
Физика
История
Экология
Промышленность
Энергетика
Этика
Связь
Автоматика
Математика
Электротехника
Философия
Религия
Логика
Химия
Социология
Политология
Геология

Тема 3 ГИДРОЛОГИЯ ОЗЕРА. Котловины или впадины



НазваниеКотловины или впадины
АнкорТема 3 ГИДРОЛОГИЯ ОЗЕРА.doc
Дата28.05.2017
Размер174 Kb.
Формат файлаdoc
Имя файлаТема 3 ГИДРОЛОГИЯ ОЗЕРА.doc
ТипДокументы
#9986

Тема 7. Гидрология озер
Происхождение, типы и морфология озерных котловин

Озерами называются котловины или впадины земной поверхно­сти, заполненные водой и не имеющие прямого соединения с морем.

Размеры озер колеблются в весьма широком диапазоне. Со­гласно приведенному определению, к озерам могут быть отнесены и такие крупные водоемы, как Каспийское и Аральское моря, а также сравнительно небольшие временные скопления воды в по­нижениях местности, образующиеся, например, в период весен­него снеготаяния.

Иногда, в отличие от текущих вод (рек), озера определяют как водоемы с замедленным стоком или с замедленным водообменом.

При наличии котловины образование озера произойдет в том случае, когда приток воды в это углубление будет превышать по­тери на фильтрацию и испарение.

Водохранилище - искусственно созданное озеро.

Пру­д - водохранилище небольшого размера.

Пруд - естественные озера, на площади которых распространена водная растительность.
Типы озер по характеру котловин. Несмотря на большое разнообразие встречающихся в природе озер, среди них могут быть выделены определенные типы, имеющие сходство по ряду при­знаков.

Прежде всего можно выделить определенные типы озер в зави­симости от условий образования озерного ложа.

По характеру котловин, послуживших основой для образования озера, можно выделить:

1. Плотинные озера - образуются в том случае, когда долина перекрывается в каком-либо месте обвалом, ледником, наносамии т. п.; в эту группу входят и искусственные озера — водохрани­лища.

Среди плотинных озер можно выделить

- речные - могут возникать как временные образования в результате резкого снижения стока отдельных рек в сухое время года; в этом случае реки нередко обращаются в цепочку озер, ле­жащих в долине и отделенных друг от друга сухими участками ру­сла.

- поймен­ные -непосредственно связаны с процессом образования стариц, возникающих вследствие преграждения от­дельных рукавов реки грядой наносов и образования рекой нового русла.

- долинные -возникают в горах от завалов. Озера завального происхождения образуются вследствие закупорки узкой долины продуктами разрушения их склонов.

- прибрежные озерабывают двух типов: лагуны и лиманы.

Ла­гуны возникают в том случае, когда мелководные заливы, или бухты, отделяются от моря наносными песчано-глинистыми валами, или косами.

Лиманы представляют собой затопленную морем усть­евую часть долины.

2. Моренные озераобязаны своим происхождением деятельности ледников, особенно мощных ледниковых покровов четвертичного периода, которые погребали под собой огромные пространства. После отступления (таяния) и исчезновения такого ледникового щита на его месте остался обломочный материал, который перено­сил с собой ледник: глина, песок, щебень, крупные глыбы горных пород и т. д.

Большое скопление этого материала (морены) в одних местах и незначительное в других создает рельеф, отли­чающийся холмистостью, непрерывным и частым чередованием воз­вышенностей и понижений, причем понижения обычно бывают замкнутыми. Заполненные водой, они образуют моренные озера круг­лой или неправильной формы, со многими ответвлениями и зали­вами. В условиях моренного ландшафта немало озер, относящихся и к типу плотинных.

3. Каровые озеразанимают впадины, выработанные в ледниковое время совместной работой льда, фирна и морозного выветривания.

4. Карстовые озерапредставляют собой результат химической (растворяющей) деятельности подземных и поверхностных вод. Вынос растворенных веществ, а также тонких глинистых частиц (суффозия) может привести к образованию подземных пустот и оседанию кровли над этими пустотами, что обусловит появление воронок на поверхности земли; если эти воронки будут заполнены водой, на их месте возникнут карстовые озера.

Своеобразной разновидностью карстового типа озер являются термокарстовые озера, возникающие в результате заполнения во­дой углублений на поверхности земли, образующихся в областях развития вечной мерзлоты вследствие таяния подземных пластов или линз льда. Таяние этого льда не только способствует образо­ванию озерной котловины, но и в значительной мере поставляет воду для заполнения котловины.

5. Дефляционные озерарасполагаются в котловинах, созданных в результате процесса выдувания, и в понижениях между барха­нами и дюнами.

Многие котловинные озера возникают в результате вулканиче­ских и тектонических процессов.

6. Тектони­ческие озера. Тектонические процессы обуслов­ливают появление котловин огромных размеров. Поэтому тектони­ческие озераобычно глубоки. Примерами могут служить озера Ис­сык-Куль, Байкал, Севан и др.

7. Вулканические озеравозникают либо в кратере потухшего вул­кана, либо в углублениях на поверхности лавового потока, образо­вавшихся при его застывании, либо в долине реки вследствие перегораживания ее потоком лавы.

По водному балансу озёра делятся на:

- сточные - имеют сток, преимущественно в виде реки);

- бессточные - не имеют поверхностного стока или подземного отвода воды в соседние водосборы. Расход воды происходит за счет испарения.

По химическому составу воды озёра делятся на:

- пресные

- минеральные (солёные)
Элементы озерного ложа и береговой области. Впадина, находящаяся на земле и наполненная водой, имеет закономерно построенный рельеф, отличающий ее от впадин, не занятых водой.

Первоначальная форма котловин изменяется под действием размыва как поверхностным стоком в озеро, так и волнением: склоны котловины выполаживаются, неровности рельефа дна сгла­живаются, заполняясь отложениями, откосы берега приобретают устойчивый профиль.

Раздел озероведения, в котором рассматриваются закономерно­сти, проявляющиеся в формировании рельефа озерных котловин, называется морфологией озер.

Озерная котловина от окружающей местности отграничена ко­ренным берегом, образующим береговой склон, или яр; основание этого берега располагается на верхней границе воздействия озер­ной волны.

Заканчивается коренной берег бровкой, или линией со­пряжения склонов с поверхностью прилегающей местности.

Часть котловины, заполненная водой до высоты максимального подъема уровня, называется озерным ложем, или озерной чашей.

В озерной котловине прежде всего можно выделить береговую и глубинные области.

В береговой области выделяют три зоны:

1) береговые склоны (яр)— часть озерного склона, окружаю­щая озеро со всех сторон и неподвергающаяся воздействию волно­вого прибоя;

2) побережьевключает сухую часть, которая подвергается воздействию воды лишь при сильном волнении и в особенности при высоком стоянии воды, затопляемую, которая покрывается водой периодически — во время подъема уровня воды озера, и подводную, которая обычно лежит под поверхностью воды и, в отличие от бо­лее глубоких частей береговой области, подвергается воздействию волны при волнении;

3) береговую отмельзаканчивается подводным откосом, яв­ляющимся границей между склоном и дном озерного ложа; верх­няя часть береговой отмели соответствует нижней границе воздей­ствия на береговую область волнового прибоя.
Указанные зоны береговой области озерной котловины в схема­тическом виде показаны на рис. 1.


Рис. 1. Схема расчленения береговой области озер­ной котловины
Побережье и береговую отмель объединяют в одну зону – прибрежную или литораль. Ее нижняя граница определяется глубиной действия волны, иногда глубиной проникновения солнечных лучей. Глубинная часть озера – профундаль. Между литоралью и профундалью – сублитораль.
Формирование озерного ложа под влиянием волнения и отложения наносов. Волнение, зависящее от силы ветра, глубины и размеров озера, воздействует в течение длительного периода на береговую область озерной котловины, разрушает слагающие ее горные породы и сносит размытый материал вниз по склонам и на дно озера. В результате этого увеличиваются размеры побережья и отмели размыва, одновременно с этим увеличивается площадь намыва и уменьшается за счет глубинной области озера.

Таким образом, озеро постепенно заносится благодаря дейст­вию волн. Степень интенсивности этого процесса, конечно, в значи­тельной мере зависит от геологического состава пород, из которых сложен берег озера.

Однако каков бы ни был береговой материал, он под действием волн и выветривания превращается, в конце концов, в мелкий ка­мень, гравий и песок.

Кроме волнения, на форму озерного ложа существенное влияние оказывает процесс поступления аллювиальных наносов, приноси­мых впадающими в озеро реками. Впадающие в озеро поверхност­ные водотоки размывают по пути своего следования грунты и выно­сят продукты размыва в озеро.

Помимо минеральных осадков, попадающих в озерное ложе в результате волнения или приносимых течением рек, озерная кот­ловина заполняется и отложениями ила органического происхож­дения. Этот ил является продуктом процессов, происходящих в са­мом озере, и образуется в результате отмирания и последующего осаждения на дно взвешенных в воде микроскопических животных и растительных организмов (так называемого планктона), а также в результате отмирания прибрежной растительности, распадающейся после перегнивания на мельчайшие частицы, легко уносимые течениями на середину озера. Интенсивное развитие указанных организмов в течение теплого периода года, а отмирание в течение холодного обусловливает послойное отложение этих илов на дне озера, что позволяет по слоям определять возраст озера.
Зарастание озер. Количество минеральных осадков и ор­ганического ила на дне озера увеличивается с каждым годом, вследствие чего дно постепенно повышается.

В озерах с пологими берегами водно-болотные растения надви­гаются на озеро с берегов, окаймляя зеркало воды широким зеле­ным кольцом.

Для мелководных озер с пологими берегами можно выделить ряд поясов, закономерно сменяющихся от берегов к центру озера (рис. 2).


Рис. 2. Схема зарастания мелководных озер.

1 — осоковый торф, 2 — тростниковый и камышовый торф, 3 — сапро­пелевый торф, 4 — сапропелит.
Иногда на мелеющих озерах можно наблюдать сплавиныост­ровки растительности, оторванные от берегов или непосредственно примыкающие к минеральному берегу (Рис. 3). Сначала эти сплавины об­разуют небольшие площади, затем по мере дальнейшего обмеле­ния озера они разрастаются, соединяются с другими и покрывают озеро сплошным покровом болотной растительности из травяного и мохового ярусов. Эти образования известны под названием зыбуна.

Рис. 3. Схема зарастания глубокого озера путем образо­вания сплавин.

1 — торф сплавины; 2 — мутта, или пелоген; 3 — сапропелевый торф; 4 — сапропелит.
Географическое положение озера. Морфометрические характеристики. Важной характеристикой озера является его геогра­фическое положение (широта, долгота) и высота над уровнем моря.

Эти данные уже позволяют составить общее представление об основных чертах режима озера. Географическое положение озера в определенной мере отражает общие климатические особенности района, а высотное положение определяет также местные влияния климатических и других факторов на процессы, происходящие в озере.

При изучении озер и озерных котловин важно установить не только условия их образования, но и определить ряд числовых ха­рактеристик, дающих количественные представления об основных элементах озера и озерной котловины. Эти характеристики но­сят название морфометрических.

Площадь озераω, м2, вычисляется двояко: либо вместе с площадью островов, либо отдельно площадь водной поверхности. Так как бе­рега озер не отвесны, площадь водной поверхности (зеркала озера) изменяется при изменении уровня озера.

Длина озера - L, м -кратчайшее расстояние между двумя наиболее удаленными точками, расположенными на берегах озера, измеряе­мое по поверхности озера.

Таким образом, эта линия будет прямой лишь в случае сравнительно простых очертаний озера; для изви­листого озера эта линия, очевидно, может быть и не прямой, а со­стоять из отдельных отрезков прямых и кривых линий.

Ширина озера различают:

- наибольшую ширину - В, м, определяе­мую как наибольший поперечник (перпендикуляр) к линии длины озера,

- среднюю ширину – Вср, м, представляющую отношение площади ω озера к его длине L



Коэффициентом извилистости т - степень развития береговой линии - отношение длины береговой линии s к длине окружности круга, имеющего площадь, равную площади озера,


Коэффициент извилистости береговой линии может также быть выражен отношением длины береговой линии S к периметру ломаной линии S', обводящей контур озера:

m = S/S'

В этом случае получается более правильное представление об изрезанности береговой линии.

Широкое применение при оценке водных запасов озера имеет кривая изменения площади озера с глубиной, представляющая со­бой график связи площадей горизонтальных сечений озера и соот­ветствующих им глубин, и кривая изменения объема озера в зави­симости от его глубины.



Рис. 4. Кривые площадей и объемов Онежского озера
На Рис. 4 представлены кривые изменения площади и объема Онежского озера с глубиной. Такие кривые дают воз­можность определить площадь зеркала озера и объема воды для любого уровня. Эти величины необходимо знать при всех расчетах.

Объем воды в озереW, м3может быть определен по карте изобат, пользуясь «методом призм». Изобатные поверхности делят объем озера на ряд слоев, каждый из которых можно рассматривать приближенно как призму, основаниями которой будут площади, ограниченные смежными изобатами, а высота равна сечению между ними. Обозначив площади, ограниченные отдельными изобатами, через ω0, ω1, ω2, ω3… ωn, а сечение их черезh, объем воды в озере определим по формуле

W = +++…++ W =

= W,

гдеW– объем, заключенный между площадью последней самой глубокой изобаты и точкой дна озера с максимальной глубиной, определяемый по формуле:
W= ,

где hмакс – максимальная глубина озера в метрах; hn– глубина, соответствующая наибольшей изобате, ωnплощадь последней (самой глубокой) изобаты.

Максимальная глубина озера – hмакс, м.

Средняя глубина озера - hср, м - отношение объема воды в озере к площади его зеркала.

Средний уклон дна между изобатами определяется по формуле:



где l1, l2 – длины изобат, между которыми определяется уклон; h – сечение изобат, ω – площадь кольца между изобатами.

Средний уклон озераI определяется по формуле:



где n– число изобат.

Знание элементов, характеризующих форму озерной котловины, необходимо не только для того, чтобы понять основные законо­мерности режима озера, но и для решения ряда хозяйственных задач, связанных непосредственно с эксплуатацией озера. Напри­мер, при использовании озера в транспортных целях необходимо знать распределение глубин в пределах всей акватории и, в частности, в зоне бере­говой отмели. При регули­ровании стока вытекающих из озера рек необходимо иметь кривые зависимости объема воды и площадей озера от высоты стояния уровня. Для расчета элемен­тов волн важно знать рас­пределение глубин и ширин озера по различным направлениям и т. д.
Уровенный режим озер.

Уровенный режим озер определяется комплексом следующих природных условий:

а) соотношением между приходной (осадки на зеркало озера, поверхностный приток, подземный приток) и расходной частью водного баланса озера (испарение, поверхностный и подземный сток из озера);

б) морфометрическими характеристиками озерной чаши и озерной котловины (соотношение между высотой стояния воды в озере и площадью его водного зеркала);

в) размерами озера, его формой, характером берегов, характе­ром ветровой деятельности, определяющим размеры волн, сгонов и нагонов уровня.

Колебания уровня озера могут быть сведены к следующим трем основным видам: сезонные, годовыеи кратковременные.

Иногда колебания уровня в годовом (сезонные) и многолетнем периоде, отражающие режим притока и убыли воды в озере, называют аб­солютными колебаниями, а кратковременные, которые происходят одновременно с абсолютными изменениями уровня, называют от­носительными колебаниями. В силу того что относительные колебания протекают одновременно с абсолютными, они дополнительно увеличивают или уменьшают амплитуду абсолютного колебания уровня озера в отдельных его пунктах.

Сезонные колебания, происходящие в течение года, обусловли­ваются различными в разные месяцы, но более или менее пра­вильно ежегодно повторяющимися соотношениями между приход­ной и расходной частями водного баланса.

Амплитуда годовых колебаний уровняводы в разных озерах различна и зависит oт ряда факторов: климатических условий, характера питания, размера площади водосбора, размера озера, геологических условий озерного ложа и др.

Абсолютные значения амплитуды колебания уровней естествен­ных озер изменяются в довольно широких пределах — от десятков сантиметров до 2—4 м и больше в зависимости от сочетания ука­занных выше условий.

После ряда многоводных лет, когда приток превышает расход воды из озера, имеет место более высокое стояние уровней, чем после маловодных периодов. Вследствие того что на крупных (осо­бенно бессточных) озерах уровень каждого данного года является следствием характера водности ряда предшествующих лет, низкий уровень может иметь место и в многоводном году, если этот год входит в цикл лет маловодного периода, и высокий — в маловод­ном, если этот маловодный год наблюдается в пределах многовод­ного периода.

Кроме отмеченной причины, имеющей место на каждом озере, иногда наблюдаются так называемые вековые колебания, вызывае­мые геологическими факторами (поднятие, опускание озерной кот­ловины и отдельных частей ее).

Кратковременные, или относительные, колебания уровней воды в озере являются следствием волнения, ветровых нагонов и сгонов и сейш.

Динамические явления в озерах


Постоянные и временные движения водных масс. Движе­ния водной массы, возникающие в озерах, могут быть разделены на постоянные и временные.

Постоянные движенияводы в озере в форме течений вызыва­ются впадающей в озеро или вытекающей из него рекой (сточные течения). Интенсивность таких течений определяется соотноше­нием объема озера и расхода втекающей или вытекающей реки. Если объем воды в проточном озере невелик по сравнению с объ­емом воды, втекающей в озеро, то в озере устанавливается течение, аналогичное течению в реке, лишь с соответственно меньшими скоростями. Такое проточное озеро может в некотором смысле рас­сматриваться как крайний случай значительного расширения русла реки.

Если, наоборот, объем озера весьма велик по сравнению с объемом воды, втекающей и вытекающей из него, то, хотя оно и в этом случае называется проточным, но во многих отношениях по характеру происходящих в нем процессов ближе подходит к бессточному озеру. Течение такого типа наблюдается в оз. Байкал, объем которого чрезвычайно велик по сравнению с объемом стока втекающих в него рек Селенги, Верхней Ангары и др. и вытекаю­щей из него р. Ангары.

Временные движенияводной массы озера могут проявляться в виде течений и волнения.

Среди временных течений прежде всего следует выделить такие, которые возникают под действием ветра и вследствие неравномер­ного нагревания и охлаждения воды озера.

Ветровые (дрейфовые) теченияоказывают особенно значитель­ное влияние на характер физических процессов в озерах с большой площадью, плоской формой озерного ложа и малыми глубинами.

Неравномерность охлаждения и нагревания водных масс озера прежде всего вызывает вертикальные, так называемые конвекцион­ные токи, в некоторой степени оказывающие влияние и на горизон­тальные перемещения водных масс.

Среди временных движений водных масс озера наибольшее зна­чение имеют ветровые волны и сейши.

Ветровые волны. Исследования показали; что если две среды разной плотности расположены одна над другой, но только в состоянии покоя одной среды относительно другой разделяющая их поверхность будет плоскостью. Если одна из них движется по отношению к другой, то разделяющая их поверхность принимает волнообразный характер, причем размеры волн зависят от скоро­сти движения, разности плотностей и глубин обеих сред.

При движении воздуха над водной поверхностью в результате трения создается неустойчивое равновесие на поверхности их раз­дела, которое, неизбежно, нарушаясь, закономерно переходит в ус­тойчивую в этих условиях волновую форму с повышением плоско­сти раздела против начальной линии уровня в одних местах и с по­нижением в других.

Волны характеризуются следующими элементами (Рис. 5):

вершина, или гребень, волны — высшая точка волны А;

подошва, или ложбинасамая низшая точка волны В;высота волны — разность отметок гребня и подошвы;

длина — расстояние между двумя вершинами или двумя подошвами;

крутизнаволны (а) в данной точке — тангенс угла, состав­ляемого касательной к профилю волны с горизонтальной линией. Часто в расчетных зависимостях под крутизной волны понимают не крутизну в данной точке, а отношение длины волны к высоте волны;

периодволны — промежуток времени, в течение которого волна пробегает расстояние,_равное ее длине;

скоростьраспространения волны — расстояние, проходимое какой-либо точкой волны (например, гребнем) в единицу времени.

По внешней форме различают:

а) правильное – двухмерное - волнение, когда наблюдается одна система волн, распространяющихся в одном направлении и имеющих одну форму и размеры;

б) неправильное – трехмерное - волнение, состоящее из беспорядочно движущихся волн, гребни и ложбины которых разбиты на обособленные бугры и впадины.



Рис. 5. Схема ветровой волны

Применительно к случаю правильных двухмерных волн сущест­вует теория волнения, известная под названием теории трохоидальных волн. Эта теория устанавливает внешнюю форму волны и за­коны движения частиц воды.

Форма волны, согласно рассматриваемой теории, представляет собой трохоиду, т. е. кривую, описываемую какой-либо точкой внутри круга, катящегося (без скольжения) по прямой, тогда как точка на окружности такого круга описывает кривую, называемую циклоидой (Рис. 6).



Рис. 6. Трохоида (1) и циклоида (2).
Сейши. Иногда в озере возникает колебание всей массы воды, причем по поверхности ее не распространяется никакой волны. Такое колебательное движение называется сейшами. При сейшах поверхность озера приобретает уклон то в одну, то в дру­гую сторону. Неподвижная ось, около которой колеблется зеркало озера, называется узлом. Как показы­вают исследования, сейши более устойчивы в глубоководных водоемах, чем в мелководных.
Характеристика про­цесса нагревания и охлажде­ния воды в озерах.

Смена на­гревания и охлаждения проис­ходит неодновременно во всей толще воды. Наиболее резкие изменения температуры наблюдаются на поверхности водоема, от­куда они под влиянием динамического и конвективного перемеши­вания, течений и волнения распространяются по всей толще воды.

Направление конвективного перемешивания, происходящего под влиянием разности плотностей воды на разных глубинах, будет различным в зависимости от того, выше или ниже 4°С (для прес­ных озер) температура к моменту возникновения конвекции.

Если температура воды озера от 0 до 4°С, то у поверхности, находится вода с более низкой температурой, а ниже в соответствии с изменением плотности располагаются слои с последовательно увеличивающей температурой, все более приближающейся к 4°С. В этом случае имеет место обратная термическая стратификация.С того момента, когда приходные составляющие теплового ба­ланса начинают превышать расходные, увеличивается температура поверхностных слоев, которые, нагреваясь до 4°С, как более тяже­лые опускаются вглубь, а на их место под влиянием конвекции под­нимаются более холодные массы воды.

Когда температура по всей толще воды озера достигнет 4°С, дальнейшее нагревание поверхностных слоев приведет к повыше­нию их температуры, но распространение тепла в глубину конвек­цией происходить уже не будет. Возникнет прямая термическая стратификация, характеризующаяся убыванием температуры воды от поверхности в глубину.

Явление постоянства температуры по глубине, устанавливающейся осенью после нарушения прямой стратификации и весной после нарушения обратной стратифика­ции, называют осенней и весенней гомотермией.

В результате суточного обмена тепла указанная картина не­сколько усложняется. Начиная с весны, после того как установится прямая температурная стратификация, в течение дня верхние слои воды будут нагреваться, а ночью, когда нагревание солнцем пре­кращается, охлаждаться. Этот процесс ведет, в конце концов, к вы­равниванию температуры в некотором поверхностном слое воды. В результате на нижней границе этого слоя температура резко из­меняется, образуя так называемый слой температурного скачка. Слой скачка в течение лета непостоянен; появляясь весной, он ле­том углубляется и исчезает лишь осенью, когда нагревание озера ослабевает.

Слоем скачка вся толща озерной воды разделяется на два слоя:

- верхний – эпилимнион - с малыми градиентами температуры из-за интенсивного перемешивания;

- нижний – гиполимнион - также с ма­лыми градиентами, но, наоборот, обусловленными слабым переме­шиванием.
Изменение температуры воды в озерах в течение года. В соответствии с годовым ходом составляющих теплового баланса температура воды имеет ясно выраженный годовой ход:

В годовом цикле изменения температуры воды можно выделить периоды:

1) весеннего нагревания - начинается с момента, когда устанавливается направленный в воду тепловой поток. На замерзающих озерах весеннее нагревание воды начинается еще при наличии ледяного покрова за счет поглощения проникающей сквозь лед (после схода снега) солнечной радиации. Заканчивается период весеннего нагревания установлением темпе­ратуры максимальной плотности во всей толще озера.

2) летнего нагревания - начинается с момента перехода гомотермии в прямую стратификацию. Перемешивание в это время осуществляется главным образом деятельностью ветра, при этом по мере усиления прямой стратифи­кации сопротивление перемешиванию возрастает и теплообмен с нижележащими слоями становится все более затруднительным. Особенно большое сопротивление перемешиванию оказывает обра­зующийся летом слой скачка, имеющий большие градиенты плот­ности и, следовательно, обладающий большой устойчивостью. Конвекция проявляется при этом только во время ночного охлаждения. В соответствии с характером распределения температуры по вер­тикали водная толща достаточно глубоких озер распадается на три слоя: эпилимнион, металимнион и гиполимнион.

Металимнион, является зоной температурного скачка. Нижняя граница металимниона неопределенна и постепенно пе­реходит в гиполимнион.

3) осеннего охлаждения - начинается с момента появления отрицательного теплового потока и заканчивается установлением температуры наибольшей плотно­сти во всей толще озера.

4) зимнего охлаждения - начинается с момента образова­ния обратной стратификации тем­пературы и на замерзающих озе­рах заканчивается с наступлени­ем ледостава. С установлением ледяного покрова охлаждение осуществляется путем теплопровод­ности через толщу снега и льда. Т.к. этот процесс идет мед­ленно, поступление тепла от дна начинает превышать расход и в мелководных озерах часто наблюдается повышение температуры воды после ледостава.
Ледовые явления.

С момента установления обратной стратификации при продолжающемся понижении температуры воздуха верхние слои воды охлаждаются до 0°С и начинается процесс замерзания озера.

Период времени, в течение которого на озере наблюдаются ледовые явления, может быть разделен на три характерные части: замерзание, ледостав и вскрытие.

Чтобы началось замерзание водоема, необходимо наличие переохлажденной воды и находящихся в ней ядер кристаллизации, а также непрерывный отток скрытой теплоты кристаллизации.

На небольших и неглубоких озерах при отсутствии ветра и сильном морозе уже незначительное переохлаждение в тончайшей поверхностной пленке воды создает условия, благоприятные для образования мелких игольчатых кристаллов льда, которые, скапливаясь, напоминают пятна застывшего на воде жира и называются салом. При дальнейшем охлаждении сало смерзается и превращается в ледяную корку с зеркально гладкой поверхностью, которая может покрыть водоем в течение одной тихой морозной ночи. Дальнейшее утолщение этой корки идет снизу и постепенно образуется прозрачный кристаллический лед – стеклец, ясинец, голубой лед. При наличии даже слабого ветра благодаря теплообмену с нижерасположенными более теплыми слоями ледообразование замедляется. В этих условиях кристаллы льда и сало возникают у берегов, где вода вследствие малой глубины охлаждается раньше, чем в открытой части озера. При дальнейшем охлаждении и смерзании сала образуются полосы из неподвижного льда – забереги. Постепенно забереги увеличиваются, продвигаясь к середине водоема, на поверхности которого появляется в изобилии сало. При безветрии сало быстро смерзается и поверхность озера покрывается коркой льда, выдерживающей влияние ветра до 5 м/с.

Большие мелководные озера при наличии умеренных ветров (до 5 м/с) замерзают аналогично малым.

На больших озерах в морозную и очень ветреную погоду происходит перемешивание большой толщи воды, которая переохлаждается. Наличие ядер кристаллизации способствует образованию мелких, пластинчатых кристаллов или смерзшихся в губчатую непрозрачную массу скоплений внутриводного льда, который может находиться в толще воды во взвешенном состоянии - глубинный лед, а также на дне – донный лед. Смерзаясь, кристаллы внутриводного льда всплывают и образуют на поверхности водоема скопления – шугу. Часто в шуге содержится сало и мелкобитый лед. Если шуга перемещается под действием стокового течения, образуется шугоход.

При выпадении снега на поверхность озера, температура воды которого равна 0С, снег не тает, а образует так называемую снежуру, похожую на мокрую вату. Дальнейшее охлаждение озера способствует образованию в его открытой части сала, смерзающегося в отдельные диски диаметром от 0,5 до 2-3 м – блинчатый лед. Этот лед беловатого цвета и имеет характерный небольшой валик, идущий по краю льдин. Возникает он от трения льдин между собой. В дальнейшем диски смерзаются, утолщаются и образуют большие ледяные поля или лавы, перегоняемые ветром в направлении берега, где они смерзаются с береговым льдом.

Таким образом возникает сплошной лед обычно с неровной, торосистой поверхностью, разрастание которого идет от центра озера к периферии.

Помехой для окончательного установления ледостава является ветер, который может взламывать ледяной покров и, нагромождая льдины, создавать торосы.

Для окончательного установления ледостава необходима морозная штилевая погода в течение нескольких дней.

В период замерзания на некоторых озерах отмечаются такие явления как ледоход – движение льдин и ледяных полей, увлекаемых стоковыми течениями, и дрейф льда – перемещение его под действием ветра и волнения. Встречаются также ледяные валы – образования в виде гряд, сложенных из шуги и битого льда высотой 3-4 м и шириной в основании до 5 м; они образуются у волноприбойных берегов во время волнения. В некоторых озерах формируются пятры - грибовидной формы ледяные острова.

После установления сплошного ледостава дальнейшее нарастание льда в озерах зависит от разности потоков тепла, уходящего вверх сквозь лед в атмосферу и приходящего снизу из водной толщи.

В течение зимы лед подвергается деформациям, проявляющимся в образовании трещин. Трещины – термические – возникают при резких суточных изменениях температуры поверхностных слоев льда, если на нем отсутствует снег, а также под действием снега – динамические.

Образование трещин вызывается и большим количеством выпадающего снега. При значительной его толщине лед погружается в воду и дает трещины, по которым вода, выступая на поверхность, пропитывает снег и замерзает. В результате образуется мутный беловатый водно-снеговой лед с большим количеством пузырьков воздуха – наслуд. Если при оттепелях лежащий на поверхности льда снег подтаивает, а затем вновь замерзает, то образуется снеговой лед – лженаслуд. Наслуд образуется и при возникновении во время оттепелей на поверхности озерного льда луж, в дальнейшем замерзающих.

Вскрытие и освобождение озер ото льда происходит под влиянием тепловых и механических факторов (ветер, подъем уровня). При вскрытии озер вначале происходит таяние снега и льда у берегов и там образуются закраины, т.е. полосы открытой воды вдоль берегов. Весенний подъем уровня способствует отходу льда от берегов, возникает подвижка льда, которая сопровождается появлением разводьев - пространств открытой воды. Ветер и волнения способствуют разрушению ледяного покрова, который распадается на отдельные ледяные поля. Под действием ветра они образуют ледоход и разбиваются на льдины.
Формирование химического режима. Химический состав озерной воды определяется составом воды притоков и питающих озеро подзем­ных вод, а также тесно связан с биологическими процессами, про­исходящими в озере, и с комплексом физико-географических усло­вий, характеризующих бассейн водосбора озера. Особое значение в процессах формирования химического состава озерной воды имеет наличие или отсутствие стока из озера. В бессточных озерах, расходующих воду на испарение, происходит систематическое на­копление поступающих солей и повышение их концентрации, по­этому они часто превращаются в соленые озера. Наоборот, в про­точных озерах соли свободно выносятся вытекающими из них потоками, поэтому в проточных озерах обычно не наблюдается высокой концентрации солей.

Особенно бедны растворенными солями воды горных озер, расположенных среди малорастворимых кристаллических пород и пи­тающихся слабоминерализованными талыми снеговыми и ледни­ковыми водами, а также воды озер, находящихся среди верховых сфагновых болот и питающихся почти исключительно атмосфер­ными осадками.

Наиболее богаты солями озера засушливых и полупустынных областей.

Особо интенсивное поступление минеральных солей в водоемы может приводить к воз­никновению меромиктических(двуслойных) озер. В частности, такие водоемы могут возникнуть в результате сброса в них промышленно-коммунальных стоков, особенно отходов содо­вой промышленности.

Указанные водоемы характеризуются расслоением водной массы на два, практически не перемешивающихся между собой слоя. Нижний слой с водой повышенной плотности выступает как бы в форме жидкого дна для поверхностного слоя. Различие плот­ностей верхнего и нижнего слоев определяется количеством содер­жащихся в них минеральных веществ.

В зависимости от условий формирования нижнего слоя меромиктические озера разделяют на:

- эктогенныеозера, в которых нижний более плотный слой сформировался в результате проникновения в озеро морской воды.

- креногенные - у которых повышенная плот­ность монимолимниона обусловлена, притоком подземных вод вы­сокой минерализации.

- биогенныеозера - повышение плотности воды нижнего слоя происходит в результате постепенного накопления в придонном слое продуктов разложения органического вещества.
Биологические процессы.

Развивающиеся в озерах биологиче­ские процессынепосредственно обусловлены химическим составом озерной воды, ее прозрачностью, размером озера и связанным с ним термическим режимом.

Обитателей вод можно разделить на три основные группы в зависимости от условий их перемещения и зон распро­странения в озере:

1) планктонмельчайшие организмы, находящиеся во взве­шенном состоянии и пассивно передвигающиеся вместе с водой;

2) нектонорганизмы, активно передвигающиеся в воде;

3) бентосорганизмы, живущие на дне озера.

По питательности содержащихся в озере веществ различают три типа озер:

1) олиготрофные озера - с малым количеством питательных ве­ществ - характеризуются обычно большими или средними глуби­нами, значительной массой воды ниже слоя температурного скачка, большой прозрачностью, цветом воды от синего до зеленого, посте­пенным падением содержания кислорода ко дну, вблизи которого вода всегда содержит значительные количества О2 (не менее 60— 70% содержания его на поверхности);

2) эвтрофные озера - с большим содержанием питательных ве­ществ - обычно отличаются небольшой глубиной (слой ниже тем­пературного скачка очень невелик), они хорошо благодаря этому прогреваются, прозрачность воды в них невелика, цвет воды — от зеленого до бурого, дно устлано органическим илом. Содер­жание кислорода резко падает ко дну, где он часто исчезает совер­шенно;

3) дистрофные озера - бедные питательными веществами - встре­чаются в сильно заболоченных районах; вода отличается малой прозрачностью, желтым или бурым (от большого содержания гуминных веществ) цветом воды. Минерализация воды мала, содер­жание кислорода пониженное из-за расхода его на окисление орга­нических веществ.
Озерные отложения.

Донные отложения в озерах форми­руются в результате:

- поступления в озеро речных и эоловых наносов и продуктов абразии - терригенные отложения;

- накопления продуктов химических реакций - хемогенные от­ложения;

- отложения остатков отмирающих живых организмов - био­генные отложения.

Биогенные отложения подразделяются на:

1) минеральные остатки отмерших организмов,

2) органические вещества.

Компоненты озерных отложений, поступающие в озеро извне, называют аллохтонными, а образующиеся в самом озере — авто­хтонными.

Особо важную форму озерных отложений представляют сапропели - гниющий ил - представляющие собой уплотнившиеся осадки преимущественно органического происхождения.

Местом образования сапропелей являются тихие и достаточно глубокие водоемы с застойной или малопроточной водой. В проточ­ной, богатой кислородом воде образование сапропелевых отложе­ний сильно затруднено, так как здесь в результате распада отмер­ших организмов от них не остается заметных следов. В мелковод­ных озерах образованию сапропеля не благоприятствует относительно большое содержание кислорода по всей глубине во­доема; развивающаяся в этом случае богатая растительность дает образование иному виду озерных отложений — торфу.





написать администратору сайта