Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства

Государственный университет по землеустройству

Кафедра почвоведения и экологии

Курсовая работа по гидрологии

Тема: «Гидрология озер»

Работу выполнила

Студентка группы 26к(1)

Факультет: Земельный кадастр

Гобрусева Александра Викторовна

Преподаватель: Широкова Вера Александровна

Москва 2011



Содержание

Введение

1. Распространение озер

2. Типы озер

3. Водный баланс озера

4. Перемешивание воды в озере

5. Тепловой режим озера

6. Гидрохимический и гидробиологический режим озера

7. Наносы и донные отложения в озерах

8. Водные массы озер

9. Влияние озер на речной сток

10. Источники загрязнения озер и меры по охране их вод

11. Проблемы Каспийского и Аральского морей и изменение их режимов. Использование озер в народном хозяйстве



Введение

Озеро -- компонент гидросферы, представляющий собой естественно возникший водоём, заполненный в пределах озёрной чаши (озёрного ложа) водой и не имеющий непосредственного соединения с морем (океаном). Озёра являются предметом изучения науки лимнологии.

С точки зрения планетологии, озеро представляет собой существующий стабильно во времени и пространстве объект, заполненный веществом, находящимся в жидкой фазе, размеры которого занимают промежуточное положение между морем и прудом.

С точки зрения географии, озеро представляет собой замкнутое углубление суши, в которое стекает и накапливается вода. Озёра не являются частью Мирового океана.

Классификация озёр относительна, поскольку, например, в отношении Каспия существуют две точки зрения, относящие его либо к категории морей, либо озёр.

Хотя химический состав озёр остаётся относительно длительное время постоянным, в отличие от реки заполняющее его вещество обновляется значительно реже, а имеющиеся в нём течения не являются преобладающим фактором, определяющим его режим. Озёра регулируют сток рек, задерживая в своих котловинах полые воды и отдавая их в другие периоды. В водах озёр происходят химические и биологические реакции. Одни элементы переходят из воды в донные отложения, другие -- наоборот. В ряде озёр, главным образом не имеющих стока, в связи с испарением воды повышается концентрация солей. Результатом являются существенные изменения минерализации и солевого состава озёр. Благодаря значительной тепловой инерции водной массы крупные озёра смягчают климат прилегающих районов, уменьшая годовые и сезонные колебания метеорологических элементов.

Форма, размеры и рельеф дна озёрных котловин существенно меняются при накоплении донных отложений. Зарастание озёр создает новые формы рельефа, равнинные или даже выпуклые. Озёра и, особенно, водохранилища часто создают подпор грунтовых вод, вызывающий заболачивание близлежащих участков суши. В результате непрерывного накопления органических и минеральных частиц в озёрах образуются мощные толщи донных отложений. Эти отложения видоизменяются при дальнейшем развитии водоемов и превращении их в болота или сушу. При определенных условиях они преобразуются в горные породы органического происхождения.



1. Распространение озер

гидрохимический озеро речной загрязнение

Огромное количество озер на Земле - пресноводные и большинство лежит в Северном полушарии в более высоких широтах. В экологии окружающая озерная среда упоминается, как озерные отложения. Большие озера иногда упоминаются как «внутренние моря», а маленькие моря иногда упоминаются как озера. Маленькие озера имеют тенденцию помещать слово «озеро» после названия, как в Зеленом Озере, в то время как большие озера часто инвертируют порядок слов, как в Озере Онтарио, по крайней мере в Северной Америке.

Большинство озер имеет естественный отток в форме реки или потока, но некоторые не имеют, и теряют воду исключительно испарением и/или подземной утечкой. Их называют внутренними озерами.

Термин «озеро» также используется, чтобы описать такую особенность, как озеро Эйр, которое является сухим бассейном большую часть времени, но может наполниться при сезонных условиях больших ливней.

Многие озера искусственные и построены для гидроэлектрического электропитания, региональных целей, индустриального использования, сельскохозяйственного использования или внутреннего водоснабжения.

Озеро Восток - это подледниковое озеро в Антарктиде, возможно наибольшее в мире. Давление от льда и внутренний химический состав показывает, что, если бы в озеро начали сверлить, это могло бы привести к трещине, которая бы фонтанировала, как гейзер.

Некоторые озера, типа озера Байкал и озера Танганьика, лежат по континентальным зонам раскола, и созданы понижением коры в месте раздела пластин. Эти озера являются самыми старыми и самыми глубокими в мире, и может пройти более миллионов лет, чтобы они стали океанами. Красное море, как предполагают, произошло как озеро Восточно-Африканской зоны разломов.

Озеро Кратера в Штате Орегон, США - это озеро, расположенное в пределах кальдеры вулкана Мазама. Кальдера была создана в массивном вулканическом извержении, которое привело к понижению горы Мазама приблизительно в 4860 году до н.э. С этого времени, все извержения на Мазама ограничивались кальдерой.

Некоторые озера, типа озера Джэксон, США появились в результате деятельности карстовой воронки.

Геологически говоря, большинство озер молодо. Естественные результаты эрозии будут стирать одну из сторон бассейна, содержащих озеро, типа берегов озера Байкал в России, которому, как оценивают, 25 - 30 миллионов лет.

Продвижение и отступление ледников могут выкопать углубления в поверхности, где накапливаются озера; такие озера распространены в Скандинавии, Патагонии, Сибири и Канаде. Озера могут также сформироваться посредством оползней или ледниковыми блокировками. Пример последнего произошел в течение последнего ледникового периода в штате Вашингтон, США, когда огромное озеро сформировалось позади ледникового потока. Когда лед растаял, результатом было огромное наводнение, которое создало Сухие Водопады в Солнечных Озерах в Вашингтоне.

Озера соли (также называемые - солевые озера) могут сформироваться там, где не существует естественного выхода или где вода испаряется быстро, и поверхность дренажа грунтовых вод имеет выше нормального содержания соли. Примеры солевых озер включают Большое Соленое озеро, Каспийское море, Аральское море и Мертвое море.



2. Типы озер

По происхождению озёра делятся на:

§ Тектонические: образуются путём заполнения трещин в земной коре. Ярким примером тектонического озера является озеро Байкал.

§ Приморские (лагуны и лиманы). Наиболее известной лагуной является Венецианская, расположенная в северной частиАдриатического моря.

§ Провальные (карстовые, термокарстовые). Особенностью некоторых провальных озёр является их периодическое исчезновение и появление, зависящие от своеобразной динамики подземных вод. Типичный представитель -- озеро Эрцо в Южной Осетии.

§ Завально-запрудные: образуются при обрушении части горы (например, озеро Рица в Абхазии).

§ Горные: расположены в горных котловинах.

§ · Окраинно-ледниковое: часть края озера является ледяным листом, ледяной шапкой или ледником, лед, затруднявший естественный дренаж земли.

§ · Подледниковое: озеро, которое постоянно покрыто льдом. Они могут сформироваться под ледниками и снежными шапками или ледниковыми пластами. Существует много таких озер, но озеро Восток в Антарктиде является, безусловно, наибольшим. Они сохраняют жидкость, потому что лежащий лед действует как тепловой изолятор сдерживающей энергии, интродуцируемой к его нижней стороне водой, просачивающейся через расселины в леднике, давлением массы ледяного листа сверху или геотермическим нагреванием снизу.

§ · Искусственное: также называемое бассейном: озеро, созданное затоплением земли позади дамбы, археологическими раскопками, или наводнением открытой ямы шахты(иногда называемый карьером). Некоторые из самых больших в мире озер являются бассейнами. Husain Sagar - бассейн в Индии, построенный в 1562 году.

§ · Внутреннее: также называемое граничным или закрытым: озеро, которое не имеет существенного оттока, или через реки, или через подземное распространение. Любая вода в пределах внутреннего бассейна покидает систему только через испарение. Эти озера являются самыми распространенными в пустынях, типа озера Эйр в центральной Австралии или Аральского моря в Средней Азии.

§ · Меромиктическое: озеро, которое имеет разные слои воды, которые не смешиваются. Самый глубокий слой воды в таком озере не содержит растворенного кислорода. Слои осадка у дна меромиктического озера остаются относительно безмятежными, потому что там нет живых организмов.

§ · Фьордовое озеро: озеро в смытой ледником долине, которая была размыта ниже уровня моря.

§ · Старичное: озеро, которое формируется, когда широкая излучина ручья или реки образует новое русло, чтобы сформировать озеро. Их называют старичными или дугообразными озерами из-за отличительной изогнутой формы, которая образуется при этом процессе.

§ · Озеро разлома: озеро, которое формируется в результате раскола по геологической причине в тектонических пластинах Земли. Примеры включают озера Восточно-Африканской зоны разломов Восточной Африки и Озера Байкал в Сибири.

§ · Подземное: озеро, которое сформировано под поверхностью коры Земли. Такое озеро может быть связано с пещерами и водоносными слоями и ручьями.

§ · Кратерное: озеро, которое формируется в вулканических кальдерах или кратерах, после того как вулкан бездействует в течение некоторого времени. Вода в этих типах озер может быть свежей или очень кислой, и может содержать различные растворы минералов. Некоторые также имеют геотермическую деятельность, особенно если вулкан является просто бездействующим, а не потухшим.

§ · Лавинное: объединение литой лавы, содержавшейся в вулканическом кратере или другом углублении. Озера лавы, которые частично или полностью образовались, также упоминаются как лавинные озера.

§ · Древнее озеро: озеро, которое уже больше не существует. Такие озера включают доисторические озера, и озера, которые постоянно высыхали из-за испарения или человеческого вмешательства. Озеро Овен-с в Калифорнии, США - пример древнего озера. Древние озера - распространенная особенность области Бассейна и Диапазона юго-западной Северной Америки.

§ · Высыхающее: тесно связанное с древними озерами, высыхающее озеро - то, которое ощутимо уменьшилось в размере за геологическое время. Озеро Агассиз - хороший пример высыхающего озера, которое покрывало большую часть центральной Северной Америки. Некоторые известные остатки этого озера - Озеро Виннипег и Озеро Виннипегозис.

По положению озёра делятся на (применительно к планете Земля):

§ Наземные, воды которых принимают активное участие в кругообороте воды в природе и подземные, воды которых если и принимают в нём участие, то лишь косвенно. Иногда эти озёра заполнены ювенильной, то есть самородной водой.

§ Подземные. К числу подземных озёр может быть отнесено и подлёдное озеро в Антарктиде.

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 минеральные озёра делятся на:

§ карбонатные (содовые)

§ сульфатные (горько-солёные)

§ хлоридные (солёные)

По типу минерализации

§ пресные;

§ ультрапресные;

§ минеральные (солёные);

§ солоноватые;

§ солёные.

3. Водный баланс озера

Водный баланс может быть положительным, отрицательным, а за некоторый промежуток времени -- нулевым или нейтральным. Поэтому и объем воды в озере может увеличиваться, уменьшаться или оставаться неизменным. Водный баланс озера изменяется в течение года. Весной в умеренных широтах резко возрастает приток воды в озеро, летом, наоборот, возрастает расход воды за счет ее испарения. Это отражается на сезонном колебании уровня озер.

Питаются озера главным образом атмосферными осадками, которые выпадают в виде дождей или снега прямо на поверхность озера или его водосборную площадь. В экваториальном, тропическом и субтропическом поясах основным источником питания является дождь, в умеренном и полярном -- снег и дождь. Горные, арктические и антарктические озера кроме снеговых вод питаются ледниковыми водами.

Подземные воды в питании озер играют незначительную роль. Исключением являются озера, располагающиеся в тектонических депрессиях, где происходит разгрузка подземных вод. В этом отношении уникальным озером является Иссык-Куль, в котором подземное питание составляет около 40 %. Значительная доля подземного питания наблюдается у крупных озер Барабинской степи -- Сартлан и. Чебаклы. У первого она составляет пятую часть, у второго -- почти половину всего питания. Повышенное подземное питание свойственно карстовым озерам. Самое глубокое карстовое озеро в бывшем СССР Церик-Кёль в Кабардино-Балкарии питается исключительно подземными водами.

4. Перемешивание воды в озере

Ветровое волнение - колебательное движение воды под действием ветра поступательного движения массы воды, в отличие от такового при сгонно-нагонных явлениях, не происходит. Волнение на озерах развивается и затухает быстрее, чем на больших морсккх акваториях, крутизна волн больше, волны, как правило, трехмерные. Высота и длина волн увеличивается с возрастанием скорости ветра и длины разгона. На крупных озерах высота волн может достигать 3-4 м (озера Мичиган, Ладожское).

В озерах могут существовать течения разных видов. Ветровые течения, вызываемые длительными ветрами одного направления; они являются причиной сгонно-нагонных явлений.

Компенсационные течения, возникающие в нижних слоях воды при переносе поверхности озера вследствие сгонно-нагонных явлений или неравномерного распределения атмосферного давления по акватории. Течение направленно от участка с повышенным уровнем в сторону пониженного.

Стоковые течения возникают под влиянием впадающих в озеро рек. Особенно они заметны на озерах, характеризуемых большим коэффициентом проточности.

Плотностные. Примером такого течения является формирование мощного придонного потока над подводным хребтом. Как показывают натурные наблюдения, наличие слабой стратификации потока при обтекании неровностей дна может привести к кардинальному изменению режима течения над препятствием.

5. Тепловой режим озера

Термический режим озер обусловлен приходом и расходом тепла во времени и распределением его в водной массе и котловине.

Основным источником прихода тепла в озера является солнечная радиация. Наиболее интенсивно поглощает солнечную радиацию поверхностный слой воды. Опыт показывает, что в озерах с прозрачной водой в слое воды 25 см поглощается 43-59%, а в озерах с повышенной мутностью - 30-80% падающей радиации. Поэтому, если бы вода в озерах была неподвижной, то нагрев ее происходил бы лишь в самом верхнем слое, проникновение тепла в глубины из-за очень малой теплопроводности воды осуществлялось бы в ничтожных размерах. Но благодаря движению водных масс в озерах активно осуществляется обмен теплом между различными слоями воды по вертикали. В связи с этим суточные колебания температур в озерах прослеживаются на глубине нескольких метров, а годовые обычно захватывают всю водную толщу.

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.

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.

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.

ТЕРМИЧЕСКИЙ БАР - узкая зона в глубоком озере умеренных широт, в которой происходит погружение имеющей наибольшую плотность воды от поверхности до дна. В периоды весеннего нагревания и осеннего охлаждения термобар разделяет такие озера на теплоактивную и теплоинертную области, различающиеся типом температурной стратификации вод, см. температурный режим водоемов суши. Термобар препятствует обмену водных масс между прибрежными и центральным районами озера, представляя собой в то же время зону конвергенции этих масс, т.е. гидрологический фронт. По мере прогревания воды в озере термобар смещается из прибрежных районов к центру акватории. Средняя скорость его перемещения, например, в Ладожском озере составляет 600 м/сут, или 7 мм/с, меняясь в зависимости от уклона дна и погодных условий.

Вследствие большой продолжительности существования (до нескольких месяцев) экологическая роль термобара исключительно велика в функционировании экосистем крупнейших озер мира, поскольку этим гидротермодинамическим явлением определяются пространственные различия планктонных сообществ и характеристик качества воды. Термобар обнаружен Ф.Форелем в начале XX века в Женевском озере, но детально изучен лишь в 60-е годы А.И. Тихомировым на Ладожском озере, позже это явление исследовалось на Великих американских озерах, Телецком, Онежском озерах и на Байкале. В конце 1980-х годов Н.И.Пальшиным обнаружен зимой на Выгозерском водохранилище антропогенный термобар в месте сброса в него подогретых сточных вод.



6. Гидрохимический и гидробиологический режим озера

Это изменение химических показателей качества воды во времени. Состав поверхностных вод обл. зависит от ландшафтных условий водосбора: почвенно-растительных условий, залесенности, заболоченности и т. п. По величине минерализации и особенностям гидрохимический реем озера можно разделить на группы:

1) С минерализацией менее 30 мг/л и ионным составом близким к атмосферным осадкам. Гидрокарбонатный ион часто полностью отсутствует, воды носят сульфатный и сульфатно-хлоридный характер, в катионном составе примерное равенство всех ионов. Изменение концентрации ионов по сезонам слабо заметно. У болотных водоемов этой группы заметно превышение концентрации кальция над др. компонентами. Это Гузятинские (Долгенькое, Лоховец), Оршинско-Петровские(Стародовня, Песочное, Ботвинское, Троянско- Подозерье) озера.

2) С минерализацией от 30 до 90 мг/л. Воды гидрокарбонатно-кальциевые и кальциево-магниевые. В зимнее время увеличение минерализации не наблюдается. Это озера Сабро, Закочужье, Лопастица, Витьбино, Кезадра.

3) С минерализацией не более 140 мг/л. Воды гидрокарбонатно-кальциевые. Изменение качества воды определяется прежде всего речным стоком. Это озера Кубыча, Каменное.

4) С минерализацией в летнее время выше 140 мг/л, в зимнее время она возрастает в 1,5-2 раза, в них отмечается заметное увеличение солей с глубиной. Воды гидро-карбонатно-кальциевые. Это Селигер, Улин, Бросно.

Гидробиологический режим это совокупность биологических процессов, происходящих в водоеме. Гидробиологический режим зависит как от гидрологических и гидрохимических режимов, так и от структуры, видового разнообразия, интенсивности биологического продуцирования, скорости потока энергии и круговорота веществ водных экосистем. От гидробиологического режима зависит биопродуктивность водоема, а также качество воды. Оптимизация антропогенного воздействия на гидросферу заключается в рациональном использовании и охране от истощения и загрязнения ее водных биологических ресурсов.

7. Наносы и донные отложения в озерах

Озерные отложения, которые играют важную роль в химизме озер, большей частью образуются в самих озерах. Обычно они состоят из полуразложившихся остатков водорослей, зоопланктона и более крупных организмов и в озерах, сформировавшихся примерно 10 тыс. лет назад, могут достигать большой мощности (ок. 20 м). Изучение колонок озерных отложений показывает, что концентрация бактерий в них очень велика, особенно на контакте донных осадков и воды. Такая же закономерность прослеживается и в концентрации разных химических веществ, например фосфора и аммония. Поскольку озерные отложения обычно холодные и бедны кислородом, в них прекрасно сохраняются свидетельства состояния озера в прошлом, что находит отражение либо в составе и количестве специфических пигментов водорослей, либо в составе поддающихся определению остатков наиболее устойчивых к разложению частей организмов.

Для определения возраста отдельных слоев озерных отложений были разработаны различные методы. Среди них - методы, основанные на использовании естественных радиоактивных изотопов свинца 210Pb и углерода 14С; корреляция маркирующих горизонтов в осадках, например пеплов, с историческими данными об извержениях близлежащих вулканов. Изучение отложений позволяет воссоздать детальную картину смены обстановок в данном озере. Кроме того, поскольку озерные осадки накапливают информацию о природных обстановках всего водосборного бассейна, в них запечатлены и климатические изменения прошлого. Например, изучение состава пыльцы растений в колонке озерных отложений позволяет установить, какие наземные растения были распространены на определенных этапах геологической истории, а учет современных экологических требований этих видов растений - определить, какими были в то время температуры и влажность.

8. Водные массы озер

Основная водная масса крупных озер существует длительное время, постепенно обновляясь за счет смешения с речными водами в зоне трансформации и влаго- и солеобмена с атмосферой. Таким образом, чем длительнее период водообмена водного объекта, тем медленнее возобновляются основные массы в водоемах.

9. Влияние озер на речной сток

Влияние озер на объем речного стока однозначно во всех зонах и провинциях: озера, временно задерживая сток, увеличивают водную поверхность и тем самым испарение, а следовательно, уменьшают объем стока. Влияние озерности на испарение сильнее сказывается в средних широтах, где больше ресурсов тепла, и слабее в высоких широтах. В СНГ влияние озерности заметно сказывается в Карелии, Прибалтике и в Западной Сибири.

10. Источники загрязнения озер и меры по охране их вод

Озера могут быть загрязнены самыми различными примесями, которые разделяют с учетом их биологических и физико-химических свойств на группы.

К первой группе относятся вещества, растворяющиеся в воде и находящиеся там в молекулярном или ионном состоянии. В природной воде могут присутствовать в растворенном виде различные газы (кислород, азот, диоксид углерода, сернистый газ и др.), а также растворимые соли (натрия, калия, кальция, аммония, алюминия, железа, магния, марганца и др.). Можно установить их наличие с помощью химического анализа, потому что растворенные примеси не задерживаются ни песчаными, ни бумажными фильтрами.

Вторая группа примесей - те, что образуют с водой коллоидные системы и взвеси. Коллоидные системы образуются из практически нерастворимых веществ. Они задерживаются мембранами - тонкими пленками из коллодия или бычьего пузыря. В коллоидном состоянии могут находиться вещества минерального и органического происхождения. При длительном отстаивании частицы песка, глины, образующие в воде взвеси, способны осаждаться.

Вода может иметь загрязнения биологического характера: бактерии, вирусы, водоросли, простейшие, черви и т.д. Бактерии образуют устойчивые взвеси, а водоросли - целые «подводные луга», на дне водоемов может быть много червей.

Основными источниками загрязнения являются промышленные и коммунальные канализационные стоки, смыв с полей части почвы, содержащей различные агрохимикаты, стоки животноводческих ферм, попадание в озера с осадками и ливневыми стоками аэрогенных загрязнений.

Антропогенные загрязнения воды по сравнению с природными водами (растворы и взвеси) более опасны и во много раз сильнее снижают ее качество.

Среди загрязнителей воды наибольшую опасность представляют фенолы, нефть и нефтепродукты, соли тяжелых металлов, радионуклиды, пестициды и другие органические яды, биогенная органика, насыщенная бактериями, минеральные удобрения и т.д.

Все большая опасность загрязнения грозит и уникальному озеру Байкал. В 1990 году объем хозяйственных стоков составил 200 млн. м3.

Изменения рН водной среды в результате загрязнения оказывает отрицательное влияние на организмы. У пресноводных озер рН воды обычно 6-7, организмы адаптированы именно к этому уровню. Изменение реакции воды всего на одну единицу рН по сравнению с оптимумом приводит в большинстве случаев к стрессу, а нередко и к гибели организмов. Подкисление озер влияет и на сухопутных животных, так как многие птицы и звери входят в состав пищевых цепей, начинающихся в водных экосистемах.

Сброс канализационных стоков, особенно неочищенных или недостаточно очищенных, оказывает отрицательное влияние на круговорот органического вещества в водоеме, грозит опасностью инфекционных заболеваний, в первую очередь человека.

Биогены, поступающие в водоемы со сточными водами и смываемыми с полей удобрениями, стимулируют рост фитопланктона, водорослей. Данный процесс называют эвтрофизацией.

Водоросли окрашивают воду в различные цвета и поэтому данный процесс называют и «цветением» водоемов. Под влиянием водорослей изменяется вкус воды, приобретается неприятный запах. В водоеме при отмирании водорослей развиваются гнилостные процессы. Бактерии, окисляющие органические вещества водорослей, потребляют кислород, создавая тем самым его дефицит в водоеме. Вода начинает гнить, испускать аммиачное и метановое зловоние, на дне скапливаются черные липкие сероводородные отложения. В процессе разложения отмирающие водоросли выделяют также фенол, индол и другие ядовитые вещества. От недостатка кислорода, пищи и убежищ гибнут рыба, моллюски, ракообразные. Вода в таких озерах становится непригодна для питья и даже для купания.

Ртуть давно известна как яд. Главными симптомами заболевания являются сужение поля зрения и расстройство координации движений. В легких случаях отравление у людей вызывает бессоницу, неспособность воспринимать критику, страхи, головную боль, депрессию и неадекватные эмоциональные реакции. Ртуть поступает в озера из многих источников.

Во время дождя ртуть вымывается из воздуха, куда она попадает при сгорании ископаемого топлива, дождевая вода смывает в озера, содержащие ртуть пестициды, попадает с бытовыми и промышленными сточными водами, а также в результате утечек со свалок, куда выбрасываются отработанные элементы питания, переключатели и другое оборудование. Далее ртуть, попавшая в озеро много лет назад, накапливается в слоях донного ила и грязи, где она медленно превращается бактериями в ядовитую метиловую ртуть и затем включается в пищевые цепи.

Нужно учитывать, что при попадании соединений ртути в водные экосистемы, во-первых, происходит ее трансформация, во-вторых, биологическое накопление, например, в рыбе и моллюсках до уровней во много раз выше, чем в воде озера.

Возможность этих двух процессов - трансформации веществ в окружающей среде и избирательного накопления их живыми организмами - всегда должна учитываться при решении вопроса об опасности того или иного химического загрязнения.

К одному из видов загрязнения природных вод относится и тепловое загрязнение. Промышленные предприятия, электростанции нередко сбрасывают в водоемы (водохранилища) подогретую воду, приводящую к повышению в них температуры. В водоемах с повышением температуры уменьшается содержание кислорода, увеличивается токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое равновесие, происходит смена видового состава организмов, например, водорослей.

Для кардинального решения проблемы качества воды в условиях будущего необходим комплекс скоординированных мер, основной задачей которых является прекращение сброса сточных вод в водоемы, то есть отделение хозяйственного звена круговорота воды от источников водных ресурсов.

Один из путей решения этой проблемы - улучшение и совершенствование технологических процессов на промышленных предприятиях, создание на них расширенных и законченных циклов производства с использованием образующихся при этом отходов и переход на повторное использование вод.

Необходим срочный переход от “прямоточного” водоснабжения предприятий к замкнутому циклу, то есть чтобы взятая однажды вода находилась все время в обороте, это предположит полное исключение попадания сточных вод в водоемы. Создание систем такого рода водоснабжения промышленных предприятий дают большой экономический эффект.

Для бытовых сточных вод перспективным является повторное использование в тех отраслях промышленности, которые не требуют воды высокого качества, а также для орошения земледельческих полей. Это дает большой эффект, так как бытовые стоки содержат большое количество органических веществ. Вместе c тем это способствует почвенному обезвреживанию сточных вод. Конечно, перед тем как проводить такое использование нужно осуществлять проверку на наличие вредных веществ.

Также не менее важным для решения проблемы охраны водных ресурсов является снижение водоемкости производства и расходования воды на единицу продукции.

Одним из путей борьбы с количественным истощением водных ресурсов будет также снижение количества воды, расходуемого в орошаемом земледелии. Например, для выращивания 1 тонны риса расходуется 7000 тонн воды. Необходимо также стремиться снизить количество воды, расходуемой на производство единицы сельскохозяйственной продукции. Можно сделать вывод о том, что меры, направленные на повышение эффективности использования водных ресурсов в земледелии, имеют большое значение.

Необходима также мера по регулированию возобновимости водных ресурсов. Уникальная особенность водных ресурсов состоит в том, что до известного предела интенсивность их возобновления пропорциональна интенсивности использования.

Другой путь - повышение пригодности вод для различных видов потребления. Это достигается с помощью опреснения минерализованных вод, запасы которых огромны.

Наибольшее значение для увеличения пригодности водных ресурсов для потребления имеет очистка загрязненных сточных вод. “Применяются механические, химические и биологические методы очистки вод. Применяется также разбавление сточных вод чистой водой, часто в комбинации с мероприятиями по очистке. Обычно разбавление 1 куб.м неочищенных сточных вод требует 20-30 куб.м природной чистой воды”.

Однако даже при соблюдении всех необходимых технических условий эксплуатации очистных сооружений степень очистки сточных вод практически не превышает 90-95%, что в ряде случаев не защищает водоемы от остаточных загрязнений в виде минеральных, а также стойких, трудно поддающихся окислению органических соединений.

11. Проблемы Каспийского и Аральского морей и изменение их режимов. Использование озер в народном хозяйстве

Использование озер в хозяйственных целях весьма разнообразно и связано с типом самого водоема. Здесь нужно отметить использование их:

1) для рыболовства;

2) в целях добычи солей;

3) как водных путей;

4) как источников водоснабжения;

5) как энергетических резервуаров для гидроустановок;

6) в целях добычи сапропелей;

7) в медицинских целях (использование лечебных свойств некоторых озерных и лов - «грязей») и др.

Для рациональной эксплуатации озер необходимо их комплексное исследование, выясняющее все важнейшие стороны природы озера в их взаимосвязи, так как только такое исследование может обеспечить отсутствие нежелательных последствий нашего вмешательства в режим озера (истощения его рыбных или солевых запасов, загрязнения и т. п.).

Используя озеро тем или иным способом, человек прямо или косвенно изменяет его - повышает уровень, спускает в него сточные воды, чем способствует эвтрофированию, извлекает соли, азот (в виде рыбы) и т. д.

Изменения эти могут доходить до полного уничтожения озера, спуска его. О другой стороны, человек сам создает новые озера там. где они ему нужны как водохранилища, например озеро-пруд в Магнитогорске, на Днепрогэсе (площадью свыше 120 кв. км), на р. Волге у села Иваньково (так называемое «Московское море»).

В связи с этим перед советской лимнологией ставятся новые задачи - предусмотреть свойства будущих водоемов и возможные формы их побочного использования.

Проблемы Каспийского моря:

Зарегулирование речного стока. Изменение естественных биогеохимических циклов.

Массированное гидростроительство на Волге (а затем на Куре и других реках) начиная с 30-х гг. XX века лишило осетровых Каспия большей части их естественных нерестилищ (для белуги - 100%). Для компенсации этого ущерба строились и строятся рыбоводные заводы. Количество выпускаемых (иногда только на бумаге) мальков служит одним из главных оснований для определения квот вылова ценной рыбы. Между тем ущерб от потерь продукции моря распределяется на все прикаспийские страны, а выгоды от гидроэнергетики и ирригации - только странам, на территории которых произошло регулирование стока. Такое положение не стимулирует прикаспийские страны к восстановлению естественных нерестилищ, к сохранению других естественных местообитаний - мест нагула, зимовки осетровых и т.п.

Рыбопропускные сооружения на плотинах страдают множеством технических недостатков, система подсчета идущей на нерест рыбы также далека от совершенства. Однако при самых лучших системах, скатывающая по реке молодь, не будет возвращаться в море, а будет образовывать искусственные популяции в загрязненных и бедных кормами водохранилищах. Именно плотины, а не загрязнение вод наряду с переловом послужили главной причиной сокращения осетрового стада. Примечательно, что после разрушения Каргалинского гидроузла осетр был замечен на нересте в свехзагрязненном верхнем течении Терека.

Между тем строительство плотин повлекло за собой еще большие проблемы. Северный Каспий некогда был богатейшей частью моря. Сюда Волга приносила минеральный фосфор (около 80% от общего поступления), давая основную часть первичной биологической (фотосинтетической) продукции. Как следствие, 70% запасов осетровых формировалось в этой части моря. Теперь большая часть фосфатов потребляется в волжских водохранилищах, а в море фосфор попадает уже в виде живой и отмершей органики. В результате этого биологический цикл коренным образом изменился: укорачивание трофических цепочек, преобладание деструкционной части цикла и т.д.

Урал остается единственной незарегулированной из крупных рек Каспийского бассейна. Однако состояние нерестилищ на этой реке также весьма неблагополучное. Главной проблемой на сегодняшний день является заиливание русла. Когда-то почвы в долине Урала были защищены лесами; позднее эти леса были вырублены, а пойма распахана почти до уреза воды. После того, как 'в целях сохранения осетровых' на Урале было прекращено судоходство, прекратились работы по чистке фарватера, что сделало недоступными большую часть нерестилищ на этой реке.

Эвтрофикация.

Высокий уровень загрязнения моря и впадающих в него рек уже давно вызывали опасения формирования бескислородных зон в Каспии, особенно для районов южнее Туркменского залива, хотя эта проблема не числилась в наиболее приоритетных.

Однако последние надежные данные по этому вопросу относятся к началу 80-х гг. Между тем, существенное нарушение баланса синтеза и распада органического вещества в результате внедрения гребневика мнемиопсиса может привести к серьезным и даже катастрофическим изменениям. Поскольку мнемиопсис не несет угрозы фотосинтетической деятельности одноклеточных водорослей, но влияет на деструктивную часть цикла (зоопланктон - рыбы - бентос), отмирающее органическое вещество будет накапливаться, вызывая сероводородное заражение придонных слоев воды. Отравление оставшегося бентоса приведет к прогрессирующему разрастанию анаэробных участков. Можно уверенно прогнозировать формирование обширных бескислородных зон везде, где есть условия для длительной стратификации вод, особенно в местах смешения пресной и соленой воды, массовой продукции одноклеточных водорослей. Эти места совпадают с участками поступления фосфора - на свалах глубин Среднего и Южного Каспия (зоны апвеллинга) и на границе Северного и Среднего Каспия. Для Северного Каспия также отмечены участки с пониженным содержанием кислорода; проблема усугубляется наличием ледового покрова в зимние месяцы. Эта проблема еще более усугубит положение коммерчески ценных видов рыб (заморы; препятствия на путях миграции и др.).