Гидравлика, гидрология и метеорология (стр. 40 )

Ц в е т  воды определяется в условных единицах (градусах) по платино-кобальтовой шкале, нулевое деление которой характеризует воду, не имеющую желтого и коричневого оттенков (бесцветная вода); увеличение градусов идет от голубого и синего до зеленого, желтого и бурого цветов. При цветности более 20є вода не пригодна для питья без предварительной очистки. Синий и голубой цвет указывает на малое развитие жизни в водоеме и является для природных вод «цветом пустыни». Бурый и коричневый цвет также характерен для малопродуктивных водоемов из-за обилия в них гуминовых веществ. Центральные открытые районы крупных глубоких озер отличаются обычно синим или зеленым цветом воды; в прибрежных участках она в связи с повышенной мутностью и развитием планктона имеет желто-зеленый или даже бурый цвет.

Биологические особенности водоемов. В любых водоемах, за исключением горячих источников, вулканических, сильно соленых озер и т. п., обитает огромное количество разнообразных водных организмов, которых в общем называют  г и д р о б и о н т а м и. По месту обитания различают несколько групп гидробионтов.  П л а н к т о н – поселения очень малых организмов растительного происхождения типа водорослей (фитопланктон) и животного происхождения типа простейших, ракообразных, коловраток (зоопланктон), не способных преодолевать движения воды и перемещаться на значительные расстояния по горизонтали. Б е н т о с – обитатели дна, подразделяющиеся на фитобентос и зообентос. К бентосу относятся высшие водные растения, черви, моллюски, грибы, бактерии. Одни из них существуют на поверхности дна, другие зарываются в грунт. Н е к т о н – водные животные, обитающие в толще воды, приспособленные к активному плаванию, преодолевающие движение воды и перемещающиеся на значительные расстояния.

Для водоемов умеренной климатической зоны характерен ярко выраженный сезонный ход гидробиологических процессов. Весной, после вскрытия водоемов, наблюдается первая вспышка массового развития фитопланктона («цветение»), которому благоприятствует повышение температуры воды, обогащение ее кислородом, биогенами в результате увеличения речного притока. Второй пик цветения возникает во второй половине лета. Цветение сменяется массовым отмиранием планктона, остатки которого опускаются на дно, пополняя донные отложения. Прогрев воды и обильная пища в виде водорослей и бактерий способствуют интенсивному развитию зоопланктона в течение весны и лета. Зимой развитие фитопланктона прекращается или идет очень слабо, его представители перезимовывают на дне. Скуднее становится и зоопланктон. Наиболее интенсивный рост зообентоса происходит в теплую часть года.

М а к р о ф и т ы  (крупные водные растения – камыш, тростник и др.) начинают вегетацию ранней весной и достигают в средних широтах максимума биомассы к концу июля – началу августа. Образуя прибрежные заросли, они защищают берега от воздействия волн и размыва, наряду с фитопланктоном фотосинтезирует и продуцирует органическое вещество. Являясь конкурентом фитопланктона в пище, высшая водная растительность в некоторой мере уменьшает цветение водоемов, а также является фактором биологической очистки от загрязнения воды бытовыми и промышленными стоками, фенолами, нефтепродуктами. Заросли макрофитов – место гнездовий водоплавающих птиц, растительность этих зарослей служит кормом для птиц, бобров и ондатры. Водная растительность в процессе транспирации увеличивает испарение с водоемов, соответственно уменьшается сток. С охлаждением воды надгрунтовые части растений частично или полностью отмирают. Накопление остатков отмерших макрофитов и планктона способствует заилению водоемов. Перезимовывают макрофиты в форме семян, вегетативных зачатков, подземных побегов и корневищ.

Для рыб в разные периоды жизненного цикла оптимальны различные условия внешней среды, в связи с чем они мигрируют из одних участков водоема в другие (и даже из озер в реки) для нереста, выращивания молоди, кормежки (нагула), зимовки. Разные виды рыб нерестятся в разное время, но главным образом весной или в начале лета. Зимой одни виды рыб впадают в спячку (холодное оцепенение), другие хотя и сохраняют активность, но обмен веществ у них замедлен по сравнению с теплой частью года.

При образовании водохранилищ происходит замещение речных гидробионтов, приспособленных к значительным скоростям течения, озерными формами организмов, свойственными водоемам с замедленным водообменом. На литорали, сильно прогревающейся летом и в особенности получающей много биогенных элементов с водосбора, в первые два-три года интенсивно развивается планктон. Формирование и стабилизация бентоса продолжаются значительно дольше, чем планктона (3–4 года и более).

13.7. Донные отложения водоемов

Замедленный водообмен в озерах, водохранилищах, прудах способствует осаждению и накоплению поступающих взвешенных, влекомых наносов, растворенных веществ. При накоплении донных отложений (заилении) изменяются морфометрические показатели водоемов; происходящие в грунтах дна и придонном слое воды химические и биологические процессы приводят к изменениям состава воды, ее оптических свойств, газового режима.

По происхождению частицы, составляющие донные отложения, бывают  т е р р и г е н н ы е, поступающие с суши со стоком, с ветровым переносом или от разрушения берегов; х е м о г е н н ы е, образующиеся при химических процессах, и  б и о г е н н ы е, связанные с биологическими процессами, главным образом остатки отмерших организмов. По составу и структуре выделяются в пресноводных водоемах две основные группы донных отложений с преобладанием органических веществ: сапропели и торфянистые (гуминовые) илы.

С а п р о п е л и  (г н и л о с т н ы е  и л ы) – отложения биогенного происхождения, состоящие главным образом из тонкого детрита – остатков планктона с более или менее значительными примесями остатков высшей водной растительности и минеральных частиц. Сапропели образуются преимущественно в озерах малой и средней глубины со слабощелочной водой, расположенных в лесной зоне. Толщина слоя их может достигать 20 – 40 м. Сапропель используется в сельском хозяйстве, медицине, промышленности.

Т о р ф я н и с т ы е  (г у м и н о в ы е) илы образуются также в озерах лесной зоны, лежащих в равнинной местности, питающихся стоком малых рек или болот. Вода их бедна минеральными и биогенными элементами, но насыщена органическими соединениями гуминовых веществ, не благоприятных для развития жизни. Донные отложения состоят в основном из остатков прибрежной водной растительности, деревьев. Структура их грубая, хлопьевидная, торфянистая. Минеральных частиц мало.

В озерах увлажненных районов образуются и  м и н е р а л ь н ы е отложения (железистые, известковые). Железистые отложения обладают в озерах Северо-Запада СНГ, где образуют железные руды, имеющие промышленное значение. В Карелии, например, насчитывается более 150 рудоносных озер. Известковые отложения образуются в результате химической или биологической седиментации углекислого кальция (СаСО3). В слабоминерализованных озерах они расположены в прибрежной части котловин, соответствующей эпилимниону, где седиментации СаСО3 благоприятствует высокая температура воды и наличие некоторых водных растений и представителей зообентоса, осаждающих кальций. Наиболее распространенные известковые отложения: озерный мел – почти чистый углекислый кальций; мергель – известняк с примесью глин; карбонат, состоящий из остатков раковин водных организмов; плотные корковые наросты на камнях, скалах, стеблях растений. Мергель и мел осаждаются преимущественно на литорали; ракушечник – на сублиторали; в профундали кальция мало. Накопления мергеля и мела наиболее интенсивно на юге лесной и в лесостепной зонах, толщина слоя мергеля иногда достигает 9 – 15 м. С переходом от увлажненной зоны к засушливой биологическая седиментация кальция уменьшается, а химическая возрастает.

В накоплении донных отложений прослеживается периодичность, обусловленная сезонными и многолетними колебаниями режима водоемов. С ней связана характерная для озерных отложений слоистость, выраженная достаточно четко в тех водоемах, где перемешивание не достигает дна. Наиболее толстый слой ила, обычно серо-зеленого цвета, отлагается в конце лета и осенью при отмирании основной массы фитопланктона и весной в связи с увеличением твердого стока. Зимой и летом отлагается тонкий слой ила преимущественно темной окраски по причине образования в анаэробных условиях придонного слоя сульфидных соединений.

С жизнедеятельностью микроорганизмов (в основном микрофлоры) связаны биологические процессы в илах, обусловливающие разложение органического вещества с выделением газов, поднимающихся на поверхность водоемов. Из ила выделяется смесь газов, отличающихся постоянством состава: 75 – 95% метана, 5 – 15% водорода и до 3% двуокиси углерода.

Если в воде минеральных озер содержание ионов близко к насыщению, то при дальнейшей концентрации начинают выпадать из раствора различные соли. Озера, в которых происходит садка солей, называются с а м о с а д о ч н ы м и, а заполняющий их насыщенный раствор –  р а с с о л о м,  или  р а п о й. В некоторых озерах рапа сохраняется целый год, в других периодически пересыхает. Выпадающие из рапы соли подразделяются на новосадку, старосадку, коренную соль. Новосадка – соль, выпавшая в течение данного года и при изменении физико-химических условий могущая полностью или частично раствориться. Нерастворившаяся новосадка уплотняется в линзы или слои и превращается в старосадку, которая существует на дне несколько лет, пока при дальнейшей перекристаллизации и под давлением покрывающих ее других отложений не перейдет в коренную соль. Минеральные озера служат источником ценных полезных ископаемых: поваренной соли, мирабилита, соды, гипса и др.

Особую группу донных отложений солевых озер составляют лечебные грязи – п е л о и д ы. Они широко используются в медицине. Пелоиды образуются в непересыхающих минеральных водоемах, вода которых содержит сульфаты; с водосборов поступают глинистые частицы, железо, органические вещества; в придонных слоях создаются анаэробные условия и образуется сероводород. В составе грязей преобладают минеральные элементы. Грязи содержат бактериофаги и антибиотики, благодаря чему поглощают болезнетворные микробы. Они также оказывают термическое воздействие на кожу. Наиболее эффективны для лечения сероводородные грязи озер и лиманов.