Перенос тепла в глубины озера, а, следовательно, и термический режим глубин, связаны с двумя видами перемешивания вод: конвективным — вертикальным обменом частиц воды, связанным с разностью плотностей этих частиц, и фрикционным, возникающим в результате движения водных масс, вызванного, главным образом, ветром.
В результате поступления и отдачи тепла через водную поверхность и перераспределения его в водной массе в озерах наблюдаются различные типы термического режима. Рассмотрим особенности внутригодового распределения температуры в пресных озерах умеренного климата.
Весной, после вскрытия озера, частицы воды в поверхностном слое нагреваются до температур, близких к 4.° С, плотность их возрастает, возникает свободная конвекция, выравнивающая температуры сначала в верхнем слое, а затем во всей водной массе (весенняя гомотермия).
При весенней гомотермии вода озера легко перемешивается ветром и становится однородной не только по температуре, но и по минерализации, мутности, насыщению газами и т. д. Продолжительность и интенсивность весеннего перемешивания чрезвычайно важна для жизни в озере, т. к. в этот период глубинные слои его насыщаются кислородом. Устанавливаясь обычно при температуре 4° С. гомотермия может продолжаться (при сильных ветрах) и при более высоких температурах. Так, в мелководных озерах ветровое перемешивание может поддерживать ее в течение всего безледного периода. К концу весны верхний слой воды прогревается, разность температуры, а, следовательно, и градиент плотности воды между верхними и глубинными слоями возрастают. В озере устанавливается прямая температурная стратификация, характеризующаяся понижением температуры с глубиной. Наступает летний период годового теплооборота
озера. В период летнего нагревания энергии ветра оказывается недостаточно для полного перемешивания водоема и в нем образуются три вертикальные термические зоны.
По термическому режиму озера можно разделить на 3 типа:
· Тропические (теплые) озера имеют температуру выше +4.°С в течение всего года.
· Полярные (холодные) характеризуются обратной температурной стратификацией и температурой ниже 4.°С в течение всего года, Циркуляцией летом. К полярным относятся озера севера Канады и Сибири, а также озера высоких гор.
· Умеренные (смешанные) озера летом характеризуются прямой температурной стратификацией и температурой выше 4° С, зимой— оратной температурной стратификацией и температурой ниже 4° С. К этой группе относятся многочисленные озера в умеренных широтах Европы, Азии, Северной Америки.[11]
2.2 Ледовые условия
Процесс льдообразования на озерах начинается так же, как и на реках, с возникновения заберегов и сала. На малых озерах, где тепловой запас и перемешивание невелики, а охлаждение по площади происходит почти равномерно, сплошной ледяной покров может образоваться почти одновременно на всей площади за счет смыкания заберегов, продвигающихся от берегов к центру озера. Если похолодание сохраняется, то возникновение первой ледяной корки является и установлением ледостава.
Нарастание льда идет наиболее интенсивно в первый период после замерзания, причем процесс этот происходит одновременно и снизу и сверху. Поэтому для озерного льда в большинстве случаев характерна слоистая структура: поверх прозрачного водного льда лежит мутный и беловатый водно-снеговой и снеговой лед. К весне толщина льда на озерах может достигать 200 см. Лед и особенно покрывающий его снег делают практически невозможным теплообмен между водной массой и атмосферой.
Вскрытие озер происходит под влиянием притока тепла, механического воздействия ветра и колебаний уровня воды. Стаивание льда за счет притока тепла может происходить как с верхней, так и с нижней поверхности. На малых озерах вскрытие и очищение ото льда происходит почти исключительно за счет притока тепла, лед тает на месте. На больших озерах усиливается роль ветра, наблюдается дрейф льда (ледоход), а на сточных озерах часть льда выносится реками. Вскрытие озер происходит на 8—15 дней позднее, чем происходит вскрытие рек.[9]
На незамерзающих озерах охлаждение, особенно интенсивное, при ветровом перемешивании и циркуляции продолжается в течение всей зимы. Температура воды в них достигает минимума перед началом весеннего нагрева; на тех из них, глубина которых не очень велика, к концу зимы устанавливается гомотермия. В очень глубоких озерах полного перемешивания не происходит. Например, в Байкале обратная стратификация устанавливается в слое 200 – 250 м., глубже всегда прямая стратификация, и на глубине 1600 м вода имеет температуру наибольшей плотности. С увеличением давления температура наибольшей плотности воды понижается, поэтому на большой глубине в Байкале она равна 3° С.
2.3 Жизнь в озёрах
В озерах обитает множество разнообразных живых организмов – от вирусов и бактерий до пресноводных тюленей и акул. Эти организмы не только подвержены воздействию физических и химических свойств среды обитания, но и сами оказывают влияние на нее, особенно в стратифицированных озерах. В озерах существуют три типа местообитаний: зона контакта атмосферы и воды, зона контакта донных отложений и воды и собственно водная толща. В каждой зоне встречается набор организмов, приспособленных к специфическим условиям данного типа местообитания. Зона контакта атмосферы и воды.Организмы, обитающие в этой зоне, носят собирательное название «нейстон» (от греч. neustós – плавающий). Хотя эти организмы и интересны сами по себе, группа в целом довольно малочисленна. Наиболее известными ее представителями являются клопы-водомерки, жуки-плавунцы и личинки комаров, которые висят, прикрепившись к поверхностной пленке воды.
Зона контакта донных отложений и воды. Совокупность организмов, обитающих в этой зоне, называется бентосом (от греч. bénthos – глубина). Эта группа включает как растения, так и животных. Растения, обычно известные как водные, или макрофиты, обитают на мелководьях, где им доступен свет, и образуют определенную зональность. На дне вдоль кромки озера растут полупогруженные макрофиты, включающие осоки и рогоз. Далее от берега и несколько глубже укореняются такие макрофиты, как, например, кувшинки с длинными стеблями, увенчанными плавающими листьями, через которые поглощается углекислый газ из атмосферы. Еще дальше от берега, на большей глубине произрастают полностью погруженные в воду макрофиты (например, рдесты).Большинство этих растений (хотя и не все) укореняется в донном грунте, откуда они извлекают питательные вещества. Величина площади озера, занятой такими растениями, зависит от ряда факторов: от того, какая доля площади озера мелководна, свойств донных отложений и особенностей волновой деятельности. [7]
Огромная площадь поверхности растений мелководий служит средой обитания для группы прикрепляющихся к ним организмов, называемой перифитоном в которую входят бактерии, простейшие и водоросли.
Эти организмы делают подводные части растений скользкими на ощупь. Мелководные (литоральные) участки также дают приют разным животным организмам – брюхоногим и двустворчатым моллюскам, пиявкам, личинкам насекомых, которые обитают среди растений и камней, часто встречающихся в прибрежной зоне.
Глубже, за пределами литорали, макрофиты не растут. Здесь располагается сублиторальная зона, где дно постепенно опускается по направлению к глубокой части озера. В сублиторальной зоне обитают бактерии, простейшие и настоящие черви, а также похожие на них личинки разных видов насекомых. С глубиной условия обитания становятся менее благоприятными (особенно в стратифицированных озерах), и там встречаются лишь немногие приспособившиеся виды.
Водная толща.Обитающие здесь организмы делятся на две группы: нектон и планктон, т.е. мелкие организмы, которые парят в воде и в целом не способны к движению против водотока.. По особенностям питания озерные рыбы делятся на несколько групп. Рыбоядные или хищные рыбы, которые часто относятся к непромысловым видам, питаются в основном более мелкой рыбой и мальками прочих видов рыб. Планктоноядные рыбы питаются планктоном, взвешенным в водной толще, и сами часто поедаются хищными рыбами. Выделяются рыбы, питающиеся водорослями, и растительноядные рыбы, такие как карп, питающиеся растениями мелководий. Бентосоядные рыбы поедают животных, обитающих на дне водоемов, и органические частицы, падающие на дно озера. Термин «планктон», первоначально введенный для обозначения пассивно плавающих в верхней части толщи океанических вод организмов (растений и животных), применяется также для организмов, обитающих в озерах. Различают фитопланктон (растительные организмы) и зоопланктон (животные организмы). Все они микроскопические и имеют удельный вес, близкий удельному весу пресной воды, но если бы он был выше, планктон быстро опускался бы на дно. Водоросли играют важную роль в озерах, поскольку они вместе с более крупными растениями составляют первое звено пищевой цепи водоемов. Зоопланктоном обычно называются микроскопические животные или иные микроскопические организмы, не осуществляющие фотосинтез. Зоопланктон включает некоторые группы бактерий, а также простейших, коловраток и мельчайших ракообразных. [10]
Простейшие – это микроскопические одноклеточные животные, иногда называемые неклеточными, например амебы и парамеции (ресничные инфузории). Они часто в изобилии встречаются в водах озер. Некоторые из них прикрепляются к более крупным организмам, другие свободно плавают в воде, питаясь бактериями или мельчайшими органическими остатками – детритом.