Морские устья рек

Морские устья рек

Многие водные артерии равнины, бурные горные потоки, реки степей, лесов и тундры несут свои воды в моря. Место впадения реки в море называется ее устьем. Однако под этим понимается не только линия соприкосновения речных и морских вод, но и обширная зона низовья реки и прилегающего участка моря. Приближаясь к морю, река становится шире, ее течение замедляется, появляются острова. На подступах к устью реки и морская вода заметно меняется: перемешиваясь с мутной речной водой, она приобретает буроватые и зеленоватые оттенки, изменяются ее соленость, температура, прозрачность.

Благодаря взаимодействию двух различных по своей природе вод на рубежах рек и морей обычно формируются своеобразные природно-хозяйственные районы.

Учитывая это, современная наука выделяет места впадения рек в моря в самостоятельные географические объекты -- устьевые области.

Дельтой же обычно называют часть равнины, в пределах которой основное русло реки разветвляется на водотоки, или рукава, впадающие в море непосредственно либо через систему водоемов. Именно в дельтах происходят сложные процессы взаимодействия морских и речных вод, различных по динамическим, физико-химическим и биологическим свойствам. Река может впадать в море не только через многорукавную дельту, но и через однорукавное устье, образовывать под действием приливов своеобразную воронку -- эстуарий.

Понятие «дельта реки» вошло в современную науку с легкой руки известного древнегреческого историка Геродота, который, путешествуя по Египту еще в V веке до новой эры, обратил внимание на то, что наличие двух крупных рукавов придает устью Нила форму перевернутой буквы Д (дельта) греческого алфавита.

Благодаря географическому положению -- на стыке морских и речных путей -- устья крупных рек издавна играют большую роль в хозяйственной жизни людей, в развитии человеческого общества. Благоприятные климатические условия в дельтах рек тропических, полузасушливых и засушливых зон, прекрасно увлажненные и чрезвычайно плодородные почвы способствовали их заселению и хозяйственному освоению на самых ранних этапах развития общества. Несколько тысячелетий назад были заселены устьевые области Нила, Евфрата, Тигра, Ганга, Янцзы, Амударьи. Эти районы стали очагами человеческой цивилизации.

Позднее устья рек стали использоваться и как транспортные узлы, связывающие речные и морские судоходные пути. Началось строительство портов в глубоководных устьях, представляющих собой естественные хорошо укрытые от волнения гавани.

Большинство крупнейших современных морских портов находятся в устьях рек. Сооружение портов шло одновременно со строительством городов. Приморские города, вначале связанные только с портом, при наличии благоприятных экономических условий развились в крупные промышленные центры (Ленинград, Нью-Йорк, Лондон, Калькутта, Гамбург).

Устья многих рек плотно заселены. Треть всех городов мира, имеющих население более миллиона человек, расположена в дельтовых районах. Численность населения в дельтах некоторых рек очень велика. В дельте Нила живут примерно 7 миллионов человек, в устьевой области Ганга -- более 30 миллионов. Большая роль устьев рек в жизни человечества заставила ученых обратить внимание на процессы их образования и развития.

Процесс образования дельт весьма сложен и определяется многими факторами. К основным из них относятся: сток речных вод и наносов, морское волнение и течения на взморье, наличие приливов, глубина моря в месте впадения реки, тектонические поднятия и опускания дна, хозяйственная деятельность человека.

Сток воды и наносов из реки играет главную роль при формировании дельты. Обычно в месте впадения реки в море скорость потока еще достаточно велика для того, чтобы способствовать размыву и углублению дна русла. Однако при выходе потока на взморье скорость стокового течения уменьшается и основная масса наносов выпадает, создавая устьевой бар. Одновременно скорость потока речных вод уменьшается не только по направлению от устья к взморью, но и поперек речной струи -- от стержня к берегу. При этом происходит выпадение наносов в виде кос, как бы являющихся продолжением берегов реки.

Рисунок 1 - Схема образования приустьевой ямы и осередка:

а - продольный профиль; б - план; 1 - осередок; 2 - приустьевая яма; 3 - кривая скоростей речной струи; 4 - приустьевые косы

Отложившиеся наносы создают подпор воды и вызывают перепады уровня как вдоль, так и поперек потока. Такой поперечный уклон уровня обусловливает распластывание потока над баром, его расширение и раздвоение. Образовавшиеся раздельные потоки прорезают бар, и в его середине возникает осередок. Затем он закрепляется растительностью, выходит на поверхность и превращается в остров.

Так происходит дробление устья реки на рукава и формирование всей гидрографической сети дельты. Поэтому на морском крае дельты наблюдается много рукавов и проток. С удалением от моря острова дельты укрупняются, за счет отмирания мелких проток повышаются и зарастают тростником и кустарником (рис. 1).

Таким образом, бар, осередок и остров, представляющие собой развитие одной и той же русловой формы, являются неотъемлемой частью любой дельты. Их совокупность и образует хорошо развитые дельты большинства крупных рек.

Процесс разветвления дельты особо ярко проявляется в период половодья, когда река несет основную массу воды и взвешенных частиц. В это время происходят сильные деформации русла реки: гряды и ямы спускаются вниз по течению, могут достигать бара и изменять его конфигурацию.

На морском крае дельты течения и волнение стремятся выровнять подводный склон берега, выработать динамический профиль равновесия, то есть создать такой подводный склон берега, при котором приток речных наносов уравновешивается их оттоком в смежные районы.

В этом месте река, формируя устьевой бар, увеличивает крутизну склона дна на взморье и усложняет его рельеф. Однако волнение разрушает верхнюю часть подводного склона и аккумулирует наносы у его подножия. Вдольбереговые течения могут приносить из соседних районов побережья морские наносы, образующиеся при разрушении берегов и дна прибрежной зоны моря и откладывать их на взморье, что способствует выдвижению дельты.

Такой вдольбереговой поток наносов при установившемся режиме волнения и течения зачастую формирует у морского края дельты песчаную косу, блокирующую устье рек. При этом возможны полное отгораживание реки от моря в месте ее прежнего впадения и поворот русла вдоль блокирующей косы.

Следует отметить, что влияние морского волнения и течений на взморье на процесс образования дельты тем больше, чем меньше водный и твердый сток реки.

Однако, как правило, основным источником наносообразующего материала в береговую зону моря служит твердый сток рек: большинство дельт сложено из материалов речных наносов.

Глубина моря в приустьевом районе оказывает влияние на процесс дельтообразования. На мелководье количество материала, которое требуется для выхода на поверхность активных форм рельефа дна и построения подводной дельты, значительно меньше, чем при большой глубине моря. Кроме того, на больших глубинах разрушительное воздействие волнения на морской край дельты значительно сильнее.

Тектоническая деятельность и общие поднятия и опускания суши относительно моря способствуют интенсивному изменению облика дельт рек.

К примеру, дельта Волги в период резкого падения уровня Каспийского моря интенсивно росла в результате как отложения речных наносов, так и причленения к дельте обсохших участков дна взморья.

При стабильном стоянии уровня (1863 - 1914 годы) линейное нарастание дельты составляло 94 метра в год. За последующие 11 лет при падении уровня на 0,40 метра годовой прирост дельты увеличился до 190 метров, а при падении уровня на 1,45 метра в 1927 - 1940 годы - до 370 метров.

Большое влияние на дельтообразование оказывает деятельность человека. В результате строительства плотин и водохранилищ, изъятия части стока на орошение уменьшается сток воды и наносов рек, изменяется их внутри-годовое распределение.

Так, строительство Цимлянской гидроэлектростанции привело к уменьшению стока наносов Дона с 4 до 3,2 миллиона тонн в год.

При уменьшении стока воды и наносов появляется тенденция к уменьшению скорости роста дельт. В отдельных случаях возможны размыв и отступание уже образовавшихся дельт под влиянием разрушительной деятельности волнения на взморье.

Другим антропогенным фактором является искусственное углубление русла или обвалование отдельных водотоков. При этом основной сток сосредоточивается в некоторых рукавах: дельты этих рукавов начинают расти.

Дельты же других рукавов отмирают: зарастают водной растительностью или отступают под действием волнения моря и вдольбереговых течений.

Поэтому при проектировании различных гидротехнических сооружений и промышленных объектов на реках нельзя не учитывать их возможное воздействие на процессы образования дельт.

Хотя дельты формируются под влиянием всех названных факторов, роль каждого из них определяется в зависимости от конкретной географической обстановки района. Этим и объясняется большое разнообразие дельт, развивающихся как результат сочетания этих факторов. Это также определяет условия использования устьев рек для хозяйственных целей. В частности, условия судоходства в устьях рек определяются их гидрологическим режимом, в первую очередь наличием и высотой приливов.

В воронкообразных эстуариях приливы могут достигать значительных величин: в устье реки Северн - до 14 метров, реки Птикодиак - до 10 метров, Мезени - до 9 метров.

При больших амплитудах волна прилива, заходя в устья многоводных рек, поворачивает вспять их стремительное течение.

Этим обстоятельством пользуются мореплаватели при заходе крупных судов в реку во время прилива. Жители прибрежных районов используют это явление, спускаясь по течению реки в отлив и поднимаясь в прилив.

Приливное течение проникает весьма далеко вверх по реке: на Северной Двине на 120 километров, на Мезени -- на 80, на Эльбе -- на 140. На Амазонке распространение прилива достигает 1400 километров, причем вдоль по течению наблюдается восемь гребней приливной волны. По реке Святого Лаврентия прилив поднимается на 700 километров, причем на расстоянии 400 километров от устья у Квебека уровень воды повышается на 4,6 метра. На некоторых реках свободная поверхность приливной волны в начальной фазе прилива сопрягается с зеркалом речного потока в форме «прыжка», высота которого достигает несколько метров (например, в сизигию на реке Хунгли 9,3 метра).

Этот водяной вал, представляющий серьезную опасность для небольших судов, обычно обращен в реку, по которой продвигается вместе с приливом. В отлив вал образуется уступом с крутизной склона 70° в сторону моря и спускается в этом направлении.

Это явление обычно называется бор [От английского «bore»], но в некоторых местах его называют иначе: на Амазонке - поророка, на Сене - барр, на Жиронде - маскаре. На реке Пти-кодиак бор появляется на расстоянии 32 километров от устья.

Здесь уровень мгновенно поднимается на 1 метр, а затем очень быстро его высота доходит до 2,5 метра. В устье реки Северн, впадающей в Бристольский залив, где наблюдаются самые большие приливы в Европе, бор имеет неодинаковую величину, его высота у берегов доходит до 1,5 - 1,8 метра, а на фарватере - до 1 метра. Скорость продвижения бора в реке Северн составляет 6 - 10 узлов.

Рисунок 2 - Изменение положения фарватеров в устье реки Мезень в различные годы: 1 - в 1893 году; 2 в 1927 году; 3 - в 1928 году; 4 - в 1934 году; 5 - в 1936 году; 6 - в 1955 году; 7 - в 1956 году; 8 - в 1958 году

Встречное течение реки и сопротивление русла движению морских вод постепенно ослабляют вошедший приливной поток, затухающий по мере проникновения в устье.

В отличие от морских условий поворот, или перекидывание, приливного течения на отливное происходит в устьевых рукавах не сразу по всему живому сечению а постепенно -- от дна к поверхности и от берегов к стержню.

Поэтому в данном живом сечении в некоторые часы приливной фазы могут быть два противоположно направленных течения.

Приливные течения, имеющие большие скорости, взаимодействуя с потоком речных наносов, регулярно изменяют глубины в устьевых участках рек. Изменение русла можно проследить в течение приливного цикла. Стремительно несущийся многоводный поток прилива подрезает берега, смывает банки и заносит ямы, непрерывно меняя фарватер.

Блуждание фарватера оказывается настолько значительным что на многих приливных устьях рек в каждую навигацию приходится изменять судоходную обстановку, и плавание там без лоцманской проводки невозможно (рис. 2).

Влияние резких изменений скорости и направления течения выражается не только в блуждании фарватера, но и в ощутимом на протяжении столетий и даже десятилетий перемещении русла реки.

Так, город Мезень, основанный в XVI веке, находился на берегу реки, давшей ему название. Теперь река Мезень отошла на 2,5 километра.

Одновременно с блужданием русла в поперечном направлении обычно отмечается увеличение заносимости устьевого участка реки.

Этот факт связан с постепенным накоплением речных наносов и их осаждением на взморье. Устье реки «стареет», и судам становится все сложнее преодолевать его.

Процессы старения реки продолжаются столетиями. Однако если устье уже обмелело, то поддерживать условия судоходства крайне затруднительно.

Попытки создания судоходных прорезей ни к чему не приводят, так как при больших скоростях приливных и особенно отливных течений прорезь, которую делает земснаряд, немедленно замывается.

Морские устья рек в неприливных районах обычно более консервативны. Процессы формирования устьевых областей здесь продолжаются тысячелетиями.

Большинство современных крупных и средних речных дельт начали развиваться в послеледниковый период при значительном повышении уровня океана и затопления низовьев древних речных долин с образованием глубоко вдающихся в сушу заливов.

Несмотря на огромное разнообразие существующих на земном шаре дельт, в развитии таких устьевых областей удалось выявить три характерные стадии, практически единые для всех без исключения дельт рек.

Первая стадия -- формирование дельты выполнения. Образование такой дельты начинается с отчленения от моря отдельных участков акватории залива волноприбойными косами.

Далее отчлененные части лагуны заполняются речными наносами, чему в большей мере способствует обширная влаголюбивая растительность (осока, камыш): река как бы сама «выполняет» свою дельту.

Обычно в дельте, находящейся в стадии выполнения, имеется много лагун, лиманов, которые в различной степени претерпевают процесс превращения в сушу.

Одни из них представляют собой свободные от растительности водоемы, другие имеют вид озер, поросших осокой, третьи уже превратились в болота. Здесь влияние морских факторов - приливов, течения, волнения -- ослаблено.

Примером таких дельт могут служить дельты Дона и Кубани.

Вторая стадия -- формирование дельты выдвижения. При этом гидрографическая сеть дельты развивается посредством аккумуляции как речных, так и морских наносов на открытом взморье при активном действии морских факторов.

Такое явление наблюдается тогда, когда река несет настолько мощный поток наносов, что он в состоянии противостоять морским волнам и течению, уносящим осаждаемый материал за пределы взморья.

Но и здесь возможно сочетание многих факторов.

Если сток наносов недостаточен для быстрого развития бара с последующим его преобразованием в осередок и остров, то возникает характерная по своим очертаниям клювовидная дельта, состоящая из двух коротких приустьевых кос.

Если же твердый сток значителен и волнение не успевает разрушать выдвигающиеся участки дельты, то крупные рукава, берегами которых служат узкие полоски валов наносов, образовавшихся из приустьевых кос, могут выступать в море на десятки километров. Примером таких устьев могут служить устья Миссисипи, Куры, По.

На этой же стадии выдвинутой дельты образуются и упомянутые выше устья, блокированные с моря узкой косой, сложенной из морских наносов.

Такая коса образуется при явном преобладании штормов одного направления и мощном вдольбереговом потоке наносов.

При этом узкая коса отклоняет русло реки в направлении преобладающего перемещения наносов. Классическим примером такого типа устья служит устье реки Сенегал.

Третья стадия -- стадия формирования наложенной дельты. Дельта формируется в ходе заполнения речными наносами обширных межрусловых понижений на поверхности ранее сформировавшейся дельтовой равнины в условиях практически полного отсутствия активного действия морских факторов.

При этом речные наносы почти полностью отлагаются в пределах разливов между основными рукавами, и в море стекает уже осветленная вода.

Для этой стадии развития дельты характерно значительное преобладание мелководных водоемов, расчлененных островами или массивами зарослей тростника, камыша и другой влаголюбивой растительности.

Примером таких дельт могут служить западная и восточная часть дельты Волги, дельта Или.

Продолжительность отдельных стадий и составляющих их фаз колеблется в широком диапазоне -- от нескольких десятилетий до тысячелетий, что объясняется разнообразием факторов, определяющих развитие дельты.

Рисунок 3 - Устьевая область реки Терек: 1 -- 3 -- изобаты

Основной дельтообразующий фактор -- речной сток -- сильно влияет на темпы образования дельты: увеличение стока сокращает, а уменьшение увеличивает продолжительность отдельных стадий и фаз формирования устьевой области.

Сток наносов действует в том же направлении: чем он больше, тем быстрее выдвигается устье в море. Скорость отмирания отдельных рукавов также зависит от мутности речных вод, продолжительность стадий развития дельты уменьшается с увеличением стока наносов.

Медленное течение процессов дельтообразования в неприливных районах может быть резко нарушено каким-либо экстремальным природным явлением: очень большим половодьем или сильным нагоном воды. При этом не только меняется физико-географический облик дельты и происходит смена фаз развития устьевой области, но и большие изменения претерпевают положение русл водотоков и глубины на фарватерах.

При большом паводке река спрямляет извилистые водотоки, прорывает новые рукава, углубляет одни протоки и заносит другие. Сильные нагоны воды приводят к размыву бара и морского края дельты, перераспределению наносов вдоль него, заносу естественных фарватеров и судоходных прорезей.

Интересны особенности ледовых явлений в зоне взаимодействия рельефа и морских вод. В приливных устьях рек, например, при вхождении морской воды в устье реки возможно образование донного льда. Осенью накануне ледостава температура воды на отмелом взморье устьевых областей рек, впадающих в моря Северного Ледовитого океана, может понизиться до отрицательных значений.

Проникая во время прилива в русло реки, морская вода охлаждает донный грунт до температуры ниже 0° С, из-за чего при отливе нижние слои пресных речных вод охлаждаются от дна русла. В результате образуется донный лед, который в зависимости от местных условий или уничтожается последующим приливом, или постепенно нарастает. Куски льда из-за меньшей по сравнению с водой плотности отрываются от дна и всплывают на поверхность, создавая известные препятствия судоходству.

С одной стороны, на устьевых участках рек пресная более легкая вода, как правило, распространяется поверх морской, поэтому она интенсивнее выхолаживается и лед здесь образуется немного раньше, чем в чисто морских условиях.

С другой стороны, весной льды в устьевой области разрушаются не только в результате таяния, но и под действием механического взлома водами реки, Поэтому взморье очищается ото льда раньше прилегающих районов моря.

Таким образом, устьевые области по срокам замерзания и вскрытия отличаются от соседних морских районов.

В последние годы человек вмешивается в процессы дельтообразования не только косвенно -- путем гидротехнического строительства в бассейнах рек, но и преднамеренно -- создавая новые речные русла, спрямляя водотоки дельт, прокладывая каналы. Такие водохозяйственные мероприятия приводят к быстрому и коренному изменению облика дельт.

Например, река Терек в совсем недавнем прошлом впадала в Аграханский залив. Большой сток наносов Терека приводил к тому, что залив быстро мелел, затоплялись большие территории, приходилось часто углублять судоходные каналы. Поэтому была сделана прорезь через Аграханский полуостров, и Терек стал нести свои воды в Средний Каспий (рис. 3). Старая дельта сейчас быстро отмирает, а на месте впадения реки в море начала образовываться новая, так называемая пионерная дельта.

Следует также ожидать образования пионерной дельты в случае углубления до судоходных размеров русла правого рукава Амура в месте его впадения в залив Де-Кастри. Такое углубление позволит сократить путь из Амура в Татарский пролив почти на 600 километров.

Воздействие приливов, мощных паводков и сильных нагонов воды на судоходные условия в устьях рек зачастую соизмеримы с влиянием хозяйственной деятельности, однако в отличие от нее последствия природных факторов трудно предсказать. Поэтому при подходе к приливным устьям рек судоводителям необходимо ориентироваться в многообразии явлений: определить фазы прилива, условия образования бора, моменты и особенности смены течений, учесть условия прохода через устье и стоянки на рейде и у причала.

В неприливных устьях рек важное значение приобретает влияние погодных и гидрологических условий к моменту выхода судна в канал и за предшествующие несколько суток. Большой сток реки способствует увеличению скоростей течения на фарватере, изменению глубины на его внутридельтовых участках. Сильные морские и вдольбереговые ветры могут привести к навалу судна на бровку канала, замыванию судоходной прорези на морском крае и самой дельте. Такие внезапные заносы каналов тем более опасны, что они трудно прогнозируются и обнаруживаются зачастую только после того, как судно садится на мель.

Антропогенные изменения режима морей

На заре нашего столетия известный русский географ и климатолог А.И. Воейков в «Известиях русского географического общества» писал: «Овладеть водой и пользоваться ею для своих потребностей -- одна из главнейших задач человека». Эти слова им были сказаны как бы в предвидении современного развития народного хозяйства и его влияния на водные ресурсы нашей страны.

В бассейнах только трех южных морей -- Азовского, Каспийского и Аральского -- проживает более половины населения страны, здесь находится более 60% пахотных земель, примерно 40% промышленных предприятий. Издавна в этих местах, расположенных в благоприятных климатических районах, богатых полезными ископаемыми и водными ресурсами, развивались орошаемое земледелие, промышленность, бурно росли города. Высокоразвитые рыбное хозяйство, водный транспорт, гидроэнергетика, нефтедобывающая, химическая промышленность и ряд других отраслей народного хозяйства, географически тяготеющих к этим морям, играют весьма важную роль в экономике страны. Поэтому возникшая в настоящее время проблема южных морей страны привлекает внимание не только специалистов, но и широкой общественности.

В чем же суть этой проблемы?

Экономический потенциал южных морей в значительной степени зависит от их гидрологического режима: уровня воды, ее солености, запасов питательных солей. Режим этих замкнутых (Каспийское и Аральское моря) или полузамкнутых (Азовское море) водоемов в свою очередь определяется притоком речных вод в море и климатическими условиями.

Однако в последние годы бурный рост орошаемого земледелия, развитие городов, промышленности привели к значительному увеличению изъятий пресной воды из рек.

Так, в Средней Азии, где воды Амударьи и Сыр-дарьи с древних времен служили основой для выращивания хлопка и зерновых культур, освоение новых земель, прокладка каналов и оросительных систем привели к тому, что потребление воды из этих рек начиная с 60-х годов возросло в десятки раз. В последние десятилетия интенсивно развивается рисосеяние на Кубани и Дону. Большие ирригационные работы ведутся и в низовьях Волги. Поливное земледелие обеспечивает высокие урожаи бахчевых культур, зерна. Не обделена вниманием мелиораторов и Кура.

На нужды народного хозяйства в бассейне Каспийского моря ежегодно расходуется примерно 35 - 40 кубических километров воды, в бассейне Азова -- 14 - 16 кубических километров, а в Средней Азии из Сырдарьи и Амударьи забирается иногда до 70 кубических километров воды в год.

Создавшийся дефицит пресноводных ресурсов отрицательно отражается на экономике региона.

Первыми нехватку пресной воды ощутили рыбаки. В 1952 - 1954 годы во время заполнения Цимлянского водохранилища на Дону резко снизились уловы азовских рыб.

Непосредственной причиной этому послужило отсутствие затопленных нерестилищ во время паводка, потому что пик половодья полностью использовался на заполнение водохранилища.

Главная же причина заключалась в повышении солености воды в море с 11,1 грамма солей на литр воды до 12,7 грамма.

Еще раньше -- в 30-х годах -- воздействие такого маловодья испытало морское хозяйство Каспия. Непрерывное обмеление северной части Каспийского моря, падение уровня всего моря...

Явление это, наблюдающееся уже более 150 лет, вызвано комплексом физико-географических, климатических, антропогенных и других причин.

Каспийское море представляет собой замкнутый водоем, поверхность которого в настоящее время лежит почти на 28 метров ниже уровня Мирового океана. Замкнутость моря и определяет чувствительность его уровня к изменениям климатических условий в бассейне.

Вследствие изменения массы осадков, испарения, стока рек непрерывно меняются гидрологический режим моря, гидрографические условия его отдельных районов.

Море, не связанное с океаном, чутко реагирует на изменения общей циркуляции атмосферы, которая зависит от глобального термодинамического взаимодействия океанов и атмосферы.

Общие колебания уровня воды в первую очередь отражаются на гидрологии и морфометрии мелководного Северного Каспия.

Многочисленные заливы, банки, косы и острова этого района моря, сложенные из песка и ракушечника, меняют свои размеры и очертания не только в связи с общим понижением уровня моря, но и под воздействием сгонно-нагонных явлений и аккумулятивной деятельности рек Волги, Терека, Урала, несущих большое количество твердых наносов.

Наличие обширных мелководий, очень малые уклоны дна в западной, восточной и северо-восточной частях Северного Каспия являются причиной того, что даже небольшое снижение уровня моря влечет за собой осушение обширных территорий.

При снижении уровня на 1 метр осушается площадь 10 - 17 тысяч квадратных километров, что составляет почти треть площади Азовского моря.

Кроме того, одновременно с падением уровня воды в Каспии берега дельт рек быстро продвигаются в море.

Осушение восточных мелководий ведет к возникновению на их месте пустынного ландшафта, в то время как продвижение морского края дельт рек способствует заилению и зарастанию берегов и водотоков. Зачастую трудно определить, где кончается дельта реки и начинается море.

На постепенное обмеление северной части Каспийского моря и опасность этого явления для мореплавания впервые обратил внимание капитан второго ранга Н. Пущин при составлении первого «Руководства для плавания по Каспийскому морю», которое было издано в 1877 году.

Начало научному изучению Каспийского моря было положено в первой четверти XVIII века, когда Россия стараниями Петра I стала великой морской державой и прокладывала торговые пути на Восток. Экспедиция для изучения Каспия, отправленная Петром I в 1714 году под руководством А. Бековича, составила первые частные карты районов восточного побережья моря. В 1719 - 1729 годах экспедиция Ф.И. Соймонова произвела съемку западного и южного побережья.

По данным этих экспедиций указом Петра I была изготовлена и выгравирована на меди «Картина плоская моря Каспийского от устья Ярковского до залива Астрабадского...».

Эту карту можно считать первой полной картой, составленной в основном по результатам исследований.

Совершенствование навигационного оборудования и важные государственные интересы России требовали подробного изучения Каспия.

Для этого в 1808 - 1817 годы по распоряжению Адмиралтейского департамента штурманом И.П. Колодкиным был проведен комплекс исследований, включавший астрономические наблюдения, промеры глубин, зарисовку берегов и т. п.

Составленный им Атлас основан на инструментальных определениях и потому служит базой для дальнейших исследований и выводов.

И вот, Н. Пущин, сравнивая карты, которые были составлены им во время работы большой гидрографической экспедиции (1858 - 1870 годы) под руководством капитана первого ранга Н.А. Ивашинцева, с материалами Колодкина, отмечает, что глубина в западной части Северного Каспия «...в течение полувека уменьшилась от 2 до 7 фут, что составит средним числом от 1/4 до 3/4 фут обмеления на каждые 10 лет». У восточных берегов также заметно изменение рельефа дна и наступление суши.

Такие изменения глубин Пущин объяснил, во-первых, переформированием дна вследствие влияния потока наносов из Волги и Урала и ветровых течений со стороны моря и, во-вторых, падением уровня моря.

Рисунок 4 - Колебания уровня Каспийского моря по наблюдениям в Баку

Для изучения колебаний уровня моря еще в 1829 году по инициативе академика Э.X. Ленца в Баку был установлен футшток, по которому сейчас имеется наиболее длинный ряд наблюдений.

Из данных наблюдений (рис. 4) следует, что за время с 1850 года колебания уровня имели цикличный характер, однако после 1869 года поверхность моря неуклонно понижается.

Наиболее интенсивное падение уровня воды относится к периоду после 1932 года, когда скорость его снижения была наибольшей -- 1,7 метра за период с 1932 по 1941 год.

С 1942 года падение уровня продолжалось, но более замедленными темпами.

В 1978 году уровень моря находился на отметке около -- 29 метров в Балтийской системе, то есть на 3,5 метра ниже, чем средний уровень моря за период до начала интенсивного падения ( -- 25,5 метра в Балтийской системе).

Рисунок 5 - Северная часть Каспийского моря: 1 - современная береговая линия; 2 - береговая линия в 1900 - 1930 годах

Падение уровня Каспийского моря привело к резкому обмелению его северной части, отодвиганию береговой линии в море. При этом многие, еще недавно крупные заливы, как, например, Кайдак и Комсомолец, полностью высохли.

Обмеление портов и морских каналов значительно увеличило объем дорогостоящих дноуглубительных работ, вызвало недогрузку судов и сделало вообще невозможным подход к некоторым рыбным промыслам. Ухудшились условия нереста ценных промысловых рыб, сократились площади их обитания: за период с 1930 по 1977 год вследствие понижения уровня Северный Каспий потерял примерно 35 процентов наиболее рыбоводной, богатой кормами и нерестилищами площади (рис. 5).

Следовательно, падение уровня моря поставило много вопросов, важнейшим из которых является восстановление и поддержание рыбохозяйственного значения Каспия. Для их решения было необходимо выяснить причины снижения уровня моря, изучить его водный баланс.

Приходная часть водного баланса Каспийского моря к началу 1980 года слагалась на 20 процентов из осадков, на 1 процент -- из притока подземных вод и на 79 процентов -- из речного стока. Расходная часть определялась испарением (97 процентов) и стоком в залив Кара-Богаз-Гол (3 процента). При этом абсолютные значения составляющих баланса далеко не одинаковы. Если подземный сток в среднем оценивается в 4 кубических километра в год, то с осадками приходит 74,2 кубических километра воды, испарение уносит ежегодно примерно 360 кубических километров воды, речной сток составляет 286 кубических километров воды.

Следовательно, изменение взаимосвязей последних трех составляющих баланса, в особенности речного стока и испарения, оказывают наибольшее воздействие на колебания уровня моря.

Инструментальные наблюдения за отдельными элементами водного баланса, начатые с 1878 года, позволили сделать интересный вывод: в течение столетия средний расход воды в море превышал приход на 13,7 кубического километра в год (или слой воды в море толщиной 34 миллиметра), что и вызвало общее понижение уровня моря. Исследования показывают, что все элементы водного баланса из года в год колеблются, то уменьшаясь, то возрастая.

Однако в то время как осадки и испарение имеют обычные циклические колебания около некоторого среднего значения, поверхностный приток при значительных межгодовых колебаниях испытывает явную тенденцию к снижению.

Если до 1920 года средний речной сток составлял 352 кубических километра, то в 1930 - 1945 годах он был равен 278 кубическим километрам. Впоследствии в период 1945 - 1958 годов сток рек увеличился до 286 кубических километров, но в следующем десятилетии он вновь снизился до 259 кубических километров.

Таким образом, сокращение приходной части баланса произошло главным образом вследствие убывания стока рек. Основная масса поверхностного притока в Каспий приходится на долю стока Волги (до 80 процентов), поэтому именно он имеет первостепенное значение в колебаниях уровня моря. В маловодный период 1930 - 1945 годов суммарный недостаток в стоке Волги по отношению к среднему составил примерно 864 кубических километра.

Непосредственной причиной уменьшения стока Волги служит главным образом изменение количества зимних осадков в бассейне реки. Хотя и крупный, но ограниченный бассейн Каспия не представляет собой изолированной области, его климатические условия зависят от крупномасшабной циркуляции планетарного характера. Советский географ Л.С. Берг отмечал, что в периоды потепления Арктики уровень Каспия падает, а при похолодании Арктики повышается.

При потеплении в арктических районах и перемещении путей циклонов к северу в средних широтах в холодную половину года преобладает антициклоническая циркуляция. Это вызывает уменьшение зимних осадков в бассейне Каспия и снижение стока Волги. Именно такое явление и наблюдалось в 1929 - 1939 годах.

В современных условиях на сток рек, а следовательно, и на уровень моря сильно влияет хозяйственная деятельность человека. Начиная с 40-х годов на реках, впадающих в Каспий, строятся мощные гидроэлектростанции с водохранилищами, принимающими в себя значительную долю паводковых вод. Воду забирают не только заводы и города. Ее недостаток вызывается и возросшим уровнем сельского хозяйства, вследствие чего увеличилось его водопотребление, и развитием поливного земледелия.

В результате хозяйственной деятельности человека суммарный сток рек уменьшился на 35 - 40 кубических километров в год. Следовательно, в современный период человек и природа действуют однонаправленно, уменьшая пресноводные ресурсы моря.

Падение уровня моря и связанное с ним уменьшение площади его поверхности, казалось бы, должны заметно уменьшить испарение. Однако сильные ветровые нагоны, иногда достигающие 3 - 4 метров, приводят к затоплению обширных площадей низменных берегов Северного Каспия. Ширина зоны затопления в некоторых местах составляет 50 километров. После прекращения нагона большое количество воды остается на этих берегах и испаряется.

Говоря о Каспийском море, нельзя обойти такое уникальное географическое явление, как залив Кара-Богаз-Гол. В далеком прошлом залив свободно сообщался с морем: Падение уровня моря привело к тому, что проход в залив все более сужался. Воды в залив стало попадать меньше, чем ее испарялось с поверхности. Уровень воды в Кара-Богаз-Голе падал быстрее уровня Каспия и к 1980 году был ниже уровня моря на 3 метра. Водообмен с морем принял односторонний характер, а залив превратился в лагуну, постепенно приобретая новые гидрологические свойства: соленость воды увеличилась до 350 промилле. Увеличение солености и осадка солей послужили накоплению мирабилита -- ценнейшего сырья для химической промышленности, по запасам которого этот район находится на одном из первых мест в мире. Падение уровня моря отрицательно повлияло на сток в Кара-Богаз-Гол: если в начале XX века сток в залив составлял 25 - 26 кубических километров в год, то в 1970 - 1980 годах -- только 5 - 6 кубических километров. Но даже и при таком малом стоке залив являлся опреснителем для моря: он забирал из моря солей почти в два раза больше, чем их вносят все реки Каспия.

Начиная с 1979 года направленность природных процессов изменилась: естественный сток рек, в первую очередь Волги, возрос, и уровень Каспия, несмотря на продолжающиеся изъятия вод на орошение, быстро поднимается. Этому же способствовало осуществленное в 1980 году перекрытие пролива, соединяющего залив Кара-Богаз-Гол с морем и отделение залива от моря. Тем самым в море ежегодно сохранялось 5 - 6 кубических километров воды, что соответствует приращению уровня в 2,5 сантиметра в год.

А вот изменение режима Азовского моря и прежде всего его осолонение вызваны совокупным влиянием природных процессов и увеличением потребления воды на народнохозяйственные цели. Учеными установлено, что увеличение солености моря на 40 процентов произошло из-за хозяйственной деятельности и на 60 процентов вследствие природной маловодности рек. При этом уменьшились зоны нереста и нагула рыбы, сильно сократились ее уловы.

Если уменьшение стока рек, вызванное хозяйственной деятельностью, привело к увеличению солености Азовского моря и снижению уровня Каспийского, то для Аральского моря характерно совместное проявление этих двух факторов.

Бассейн Арала, общая площадь которого более 2,7 миллиона квадратных километров, является районом традиционного орошаемого земледелия, благоприятным для произрастания многих теплолюбивых культур, в том числе хлопка, риса, винограда, плодовых и цитрусовых. Плодородие почв и продолжительность вегетационного периода позволяют получать на поливных землях по два и даже по три урожая в год. Площадь орошаемых земель в настоящее время превышает 5,5 миллиона гектар.

Однако водные ресурсы бассейна ограничены и оцениваются в 120 кубических километров воды в год, в том числе 40 кубических километров приходится на долю Сырдарьи и 80 кубических километров -- на долю Аму-дарьи.

С 1961 года изъятие пресной воды из бассейна Аральского моря увеличивалось очень быстро. Бывали годы, когда воды Амударьи и Сырдарьи практически полностью использовались на орошение или когда реки приносили в море только 5 - 10 процентов своего стока. Уровень моря к 1985 году упал на 13 метров. Обсохло до 30 процентов площади дна моря около восточного побережья.

Сильно изменилась береговая черта: полностью исчезли крупные мелководные заливы Джилтырбас на южном побережье моря и Бозколь и более мелкие на восточном. Практически все острова Айпеткинского архипелага стали сушей, появился ряд новых островов на месте бывших банок. Остров Кокарал стал полуостровом, Малое море практически стало несудоходным, так как глубины в проливе Берга уменьшились до 2 - 3 метров. Аральск прекратил свое существование как порт, и все судоходство сосредоточилось в Большом море.

Если уменьшение объема огромной чаши Каспийского моря не повлекло за собой заметного увеличения его средней солености, то сокращение объема воды относительно небольшого Арала вызвало катастрофический рост его солености: с 9,8 грамма солей на литр воды в 1969 году до 27 ныне, то есть практически в три раза. Из-за этого изменились условия существования промысловых рыб в море.

Таким образом, совокупное влияние природных процессов и антропогенного фактора уже сейчас привело к изменению гидрологических условий южных морей страны. Подобные изменения отрицательно отразились на развитии многих отраслей народного хозяйства. Большой урон понесла и продолжает терпеть рыбная промышленность этих бассейнов. Серьезный ущерб в связи с падением уровня морей несет судоходство.

Полностью исчезли ранее судоходные акватории на Аральском море, изменились фарватеры на Каспии. Большая стоимость дноуглубительных работ тяжелым грузом ложится на эксплуатационные расходы водного транспорта.

Даже такая отрасль, как индустрия отдыха -- рекреация -- понесла ущерб. Например, на Азовском море в связи с его осолонением появились полчища медуз, суммарная масса которых превысила 6 миллионов тонн. В этих условиях заметно ослабевает поток отдыхающих на бархатный песок Азовского побережья.

Что касается других морей, то влияние антропогенного фактора на их режим проявляется не столь очевидно, как на Арале, Каспии и Азове. В Черном море современное потребление пресных вод достигло 50 - 55 кубических километров в год при общем речном стоке 360 кубических километров. Наибольший объем изъятий воды приходится на бассейны Днепра, Днестра и Дуная. В связи с этим немного увеличилась соленость в мелководной северо-западной части моря. Наибольшее влияние хозяйственной деятельности проявилось в увеличении солености устьевых лиманов Причерноморья Днестровского, Днепробугского и изменении условий обитания рыб.

Гидрологический режим Балтийского моря претерпевает некоторые изменения не столько вследствие уменьшения или увеличения количества поступающих в него речных вод, сколько из-за изменения качества стока. В последние десятилетия в бассейне Балтики значительно увеличилось использование минеральных удобрений. Из-за этого с полей смывается много солей азота и фосфора. Речные воды, а за ними и морские, получают излишнее количество питательных веществ, и летом в воде начинают интенсивно развиваться мельчайшие водоросли фитопланктона.

В условиях сложившегося веками равновесия экологической системы моря клетки фитопланктона служили пищей для мелких плавающих рачков, теми в свою очередь кормилась рыба. Ныне из-за увеличения притока питательных солей клеток фитопланктона развивается больше, чем нужно для существования всей цепи жизни в море. Излишний фитопланктон отмирает, потребляя при этом растворенный в воде кислород. Образуются зоны дефицита кислорода, гибнет рыба, возникает губительный сероводород. Ныне уже постоянно существуют сероводородные зоны в центральной части Балтийского моря: в Готландской котловине и Ландсортской впадине.

Таким образом, современные антропогенные воздействия на режим Балтийского моря проявляются в его эвтрофикации -- так называется явление резкой вспышки продукции фитопланктона с последующим его отмиранием и поглощением большого количества растворенного в воде кислорода.

Что же произойдет с морями в будущем?

Рост промышленности, сельского хозяйства, населения городов необратим, следовательно, и водопотребление из рек увеличивается. Характер атмосферных процессов в будущем до конца не выяснен, поэтому и влияние перспективных естественных факторов на режим морей не определено. Значит ли это, что их гидрологический режим будет по-прежнему изменяться?

В условиях развитого социалистического общества безучастное отношение к окружающей среде, а следовательно, и к жизни миллионов людей в настоящее время и в будущем немыслимо. Недаром в Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986 - 1990 годы и на период до 2000 года указано на необходимость охраны природы и ее рационального использования.

С целью компенсации негативных последствий, которые влечет за собой увеличение изъятий речной воды, необходимо осуществить комплекс технически сложных и дорогостоящих водохозяйственных мероприятий.

В частности, в последнее время возродилась высказывавшаяся ранее идея переброски воды из Черного моря в Каспийское. Предполагается черноморскую воду сбрасывать прямо в приглубый район Среднего Каспия, чтобы не осолонить важнейшую рыбопродуктивную северную часть моря. Сейчас этот проект находится в стадии научных проработок.

Дополнительное водное питание Каспийского моря в лучшем случае позволит удержать его оптимальный уровень, в худшем -- уменьшить скорость его падения. Между тем решение этой проблемы возможно и без пополнения водных запасов моря -- посредством использования его внутренних ресурсов.

Существует проект отделения системой дамб северной, наиболее продуктивной части Каспийского моря, от остальной акватории. Реализация этого проекта позволила бы поднять уровень Северного Каспия почти на 2 метра, вернуть рыбе обширные нерестилища и места нагула, улучшить судоходные условия в каналах. Однако при этом возникает необходимость сооружения шлюзов, обеспечения миграции рыб, появляется опасность обмеления подходов к портам Среднего и Южного Каспия.

Существует также проект отчленения всего восточного мелководного района Северного Каспия с тем, чтобы уменьшить расходы воды на испарение. В этом случае море сохранило бы почти 30 кубических километров воды в год, но потеряло бы богатые кормовые базы и места нереста рыб.

Весьма реально другое предложение: обваловать часть мелководий на востоке Северного Каспия, представляющих интенсивный испаритель. Учеными подсчитано, что при этом можно сохранить до 13 кубических километров воды в год, ныне теряющихся на испарение с мелководий и с временно заливаемых при нагонах низменных берегов.



Рисунок 6 - Регулирующее сооружение в Керченском проливе (проект):

1 - судоходные шлюзы; 2 - водосливная плотина; 3 - насыпная плотина; 4 - паромная переправа; 5 - существующий судоходный канал

Сокращению площади моря способствовало и перекрытие пролива Кара-Богаз-Гол. Однако нежелательная перспектива уменьшения запасов ценного минерального сырья -- сульфата натрия заставила построить шлюз-регулятор, позволяющий ограничить приток каспийских вод в залив до количества, достаточного для постоянного воспроизводства мирабилита.

Основным средством поддержания на требуемом уровне солености Азовского моря является переброска волжских вод. Уже строятся гидроузлы на нижнем Дону, составляется технический проект регулирующего сооружения в Керченском проливе. Строительство гидроузлов на Дону необходимо не только для создания уровня воды, достаточного для работы водозаборных устройств, но и для поддержания глубин, которые необходимы, чтобы могло осуществляться движение судов типа река -- море. Для того чтобы восстановить, а затем поддерживать на оптимальном уровне соленость Азовского моря, требуется переброска такого количества воды, какое расходуется на орошение, то есть 15 - 20 кубических километров в год. Однако это весьма дорого.

Предложено регулировать водообмен между Азовским и Черным морями с тем, чтобы ограничить поступление в азовские воды более соленых черноморских вод. Судоходство при этом будет осуществляться через шлюз-регулятор, размеры которого достаточны для того, чтобы пропускать самые крупные морские суда.

Строительство Керченского гидроузла, кроме прочего (рис. 6), помогло бы решить транспортную проблему, а именно: напрямую связать железнодорожным и автомобильным сообщением крупные экономически развитые районы -- Крым и Кубань.

Одновременно предполагается уменьшить обмен вод Таганрогского залива с морем для создания в заливе условий, способствующих развитию осетровых рыб. С этой целью предложено удлинить косу Долгую и сузить двадцатикилометровую ширину пролива до 3 километров.

Рисунок 7 - Аральское море и схема его возможной реконструкции:

1 сохраняемые части моря с управляемым режимом; 2 - нерегулируемая часть моря; 3 - плотины; 4 - промывно-сбросные сооружения; 5 - направление движения вод. Современная береговая линия проходит по изобате 10 метров

Проблема Аральского моря в условиях острого дефицита пресной воды в Средней Азии реально может быть решена путем уменьшения потери воды на испарении, что достигается отчленением отдельных частей моря и сохранением их для транспортных, рыбохозяйственных целей.

Так, есть предложение об отчленении Малого моря путем перекрытия пролива Берга (рис. 7). Это позволит регулировать соленость и уровень Малого моря и сохранить его как рыбохозяйственный водоем. Если же не сохранять Малое море, то, перекрыв пролив между глубоководной западной и мелководной восточной его частями дамбой с водосливами, можно поддерживать благоприятные условия в одной из этих отделенных частей. Не исключено, что со временем Аральское море будет представлять собой не единый водоем, а ряд связанных водоемов -- каждый с собственной соленостью, водным и биологическим режимами.

Рисунок 8 - Схема защитных сооружений Ленинграда

Для Черного моря все возрастающее изъятие пресной воды (а к 2000 году водоизъятия могут возрасти до 100 кубических километров в год) ослабит естественный барьер в Босфоре, который препятствует интенсивному поступлению соленых средиземноморских вод.

Их приток будет увеличиваться, из-за чего соленость моря будет расти. Это может привести к изменению сложившегося вертикального распределения вод в Черном море.

Для предотвращения влияния изъятий пресных вод на гидрологию моря и рыбное хозяйство устьевых областей рек Днепра, Днестра и Дуная запланировано построить регулирующие сооружения в Днестровском и Днепробугском лиманах и каналом Дунай -- Днепр связать воедино все водные артерии юга Украины.

Естественно, что условия судоходства в этих местах будут определяться режимом работы шлюзов-регуляторов, рассчитанных на пропуск судов, традиционных для этих трасс.

Что касается Балтики, то существенных антропогенных изменений стока рек бассейна моря не ожидается.

Предполагается лишь путем увеличения строительства очистных сооружений улучшить качество речных вод, снизить содержание в них биогенов, органических продуктов и тем самым уменьшить эвтрофикацию Балтийского моря.

Иную цель имеет строительство такого крупного гидротехнического сооружения, как дамбы, отделяющей Невскую губу от остальной части Финского залива. Дамба должна защищать от наводнений Ленинград.

Сейчас развитие и перемещение циклонов, атмосферных фронтов над Балтийским морем вызывают деформационные колебания уровня воды, которые в Финском заливе усиливаются ветровым нагоном. В устье Невы этот подъем уровня воды увеличивается и вследствие стока реки. В итоге уровень Невы в Ленинграде нередко повышается на 3 - 4 метра.

Защитные сооружения отгородят от Финского залива акваторию площадью 400 квадратных километров (рис. 8).

В их состав входят каменно-земляная дамба общей длиной 23,4 километра, ряд водопропускных секций, каждая из которых включает в себя 10 - 12 водосливных пролетов шириной 24 метра каждый и два судопропускных сооружения.

Вдоль всех сооружений пройдет волнозащитная железобетонная стенка, высота которой на 8 метров выше среднего уровня воды. По гребню дамбы и по постам над водосливными пролетами будет проложена автомобильная дорога, которая свяжет приморские шоссе на северном и южном берегах Невской губы, укоротит путь мимо Ленинграда, даст сухопутную связь Кронштадту с материком. На острове Котлин автомагистраль пройдет западнее границы перспективной застройки Кронштадта.