Термические особенности озёр. Зимний режим
Пространственное распределение температуры поверхности воды определяет стадии развития биологических существ. Биологическим летом принято называть период времени, когда температура поверхности воды устойчиво превышает 10°С.
Термический режим озер обусловлен приходом и расходом тепла во времени и распределением его в водной массе и котловине. Тепловой баланс может быть рассчитан в абсолютных значениях составляющих (дж) или в относительных единицах — Дж,/см2 акватории водоема, что позволяет сравнить тепловой режим различных водоемов.
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.
При обратной температурной стратификации в результате охлаждения поверхностного слоя ниже температуры замерзания (на несколько десятых градуса) происходит замерзание озера. Чем больше минерализация воды, тем ниже температура замерзания. В озерах соленость воды выше 24,7 %. Обратная температурная стратификация невозможна, так как температура наибольшей плотности воды ниже температуры ее замерзания. Охлаждаясь на поверхности, вода, как более тяжелая, опускается вниз. При этом создаются благоприятные условия для образования донного льда.
Процесс льдообразования на озерах начинается так же, как и на реках, с возникновения заберегов и сала. На небольших озерах забереги и сало быстро смерзаются, и все озера покрываются льдом. На поверхностях больших и глубоких озер, подвергающихся воздействию ветра, образование сплошного ледяного покрова задерживается. Волны ломают края заберегов и лед, образующийся местами в открытой части озера, возникают плавучие льды и даже целые ледяные поля. Сплошной покров появляется в результате смерзания всех ледяных образований, включая всплывший донный лед. Процесс замерзания больших озер продолжается 30 – 45 дней. Ледостав на озерах в общем наступает на 8 – 10 дней раньше, чем на реках.
Нарастание льда идет снизу и сверху, причем интенсивность нарастания снизу наибольшая в первые дни ледостава (5 – 7 см в сутки). Обладая малой плавучестью, лед под тяжестью снега легко погружается в воду, которая, поднимаясь по трещинам, пропитывает снег и замерзает. Происходит нарастание льда сверху. В результате лед может состоять из нижнего «озерного» льда сверху. В результате лед может состоять из нижнего «озерного» льда, чистого и прозрачного, и верхнего «наслуза», мутного и беловатого, образующегося из снега. Толщина льда на озерах достигает 200 см. У берегов озер лед обычно толще, чем в средней части. Лед и особенно покрывающий его снег делают практически невозможным теплообмен между водной массой и атмосферой.
Вскрываются озера в результате постепенного таяния сначала снега, затем находящегося под ним льда. Лед становится пористым и дробится, по краям озера образуются забереги. В бессточных озерах лед тает на месте, в сточных – часть льда выносится реками. Вскрытие озер происходит на 8 – 15 дней позднее, чем вскрытие рек.
В незамерзающих озерах умеренных широт охлаждение продолжатся в течении всей зимы и минимальной температура воды бывает перед началом весеннего нагревания. Охлаждение обычно происходит в условиях сильного ветрового перемешивания, поэтому температура во всей толще воды опускается до 2 – и ниже.
В очень глубоких озерах полного перемешивания воды не происходит, например оз. Байкал 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 большей глубине в Байкале она равна.
Большим своеобразием отличается термический режим соленых озер. При высокой солености конвективное перемешивание вызывается в большей степени солевыми различиями в плотности, чем температурным. Ветровое перемешивание затруднено повышенной плотностью воды. Летом вода прогревается до 50 – , зимой охлаждается до и ниже. Годовые амплитуды колебания температуры достигают 80 – . В зависимости от температуры наиболее минерализованной (наиболее плотной) воды, опускающейся на дно, в озере в любой сезон может возникнуть только прямая или только обратная стратификация. Глубокие соленые озера умеренной зоны имеют на дне воду с температурой, соответствующей зимним температурам на поверхности.
29. Химический состав озёрных вод. Минеральные озёра. Их образование
Воды озер, как и другие природные воды, характеризуются различным химическим составом и разной степенью минерализации.
По составу солей (по преобладающему аниону) воды озер подразделяют на три класса: гидрокарбонатные и карбонатные, сульфатные, хлоридные. В каждом классе по преобладающему катиону выделяют три группы: кальциевая, магниевая и натриевая. В распределении озер по химическому составу прослеживается географическая зональность, обусловленная условиями увлажнения.
По степени минерализации озера подразделяются на пресные (S менее 1 ‰), солоноватые (1-24,7‰), соленые (24,7-47‰) и минеральные (более 47‰) (например, Байкал – 0,1‰, Каспийское – 12-13‰, Большое Соленое – 137-300‰, Мертвое море 260-270‰, в отдельные годы до 310‰). Степень минерализации озер может быть различной в разных частях: пониженной соленостью отличаются те части озера, в которые впадают реки. Так, в бессточном озере Балхаш, расположенном в аридной зоне, в западной части, куда впадает река Или, вода пресная, а в восточной части, которая соединяется с западной лишь узким (4 км) неглубоким проливом, вода солоноватая. При перенасыщении озер из рассола – рапы соли начинают выпадать в осадок, происходит их кристаллизация. Такие минеральные озера называют самосадочными, часто они представляют собой емкости, уже почти заполненные кристаллической солью (например, Эльтон, Баскунчак). Минеральные озера, в которых откладываются пластичные тонкодисперсные илы, известны как грязевые (например, лечебные водоемы близ Евпатории и др.).
Минеральное озеро — озеро, солёность (минерализация) которого превышает 1 промилле. Вода таких водоёмов отличается резким вкусом и непригодна для питья без дополнительной обработки.
Минеральные озёра подразделяются на солоноватые (от 1 до 25 промилле), солёные (от 25 до 50 промилле) и соляные (свыше 50 промилле).
По химическому составу минеральные озёра делятся на карбонатные (содовые), сульфатные (горько-солёные) и хлоридные (солёные).
В подавляющем большинстве солёные озёра — бессточные водоёмы, находящиеся в засушливом климате. В озёра могут впадать пресные реки, однако, при испарении воды наносимые минеральные вещества оседают.
Уровень озёр может значительно колебаться в зависимости от времени года и погодных условий. При понижении уровня солёность озера повышается, при повышении — понижается.
В минеральных озёрах добывается химическое сырьё: в карбонатных — сода, в сульфатных —мирабилит, в хлоридных — поваренная соль.
Особо выделяются озёра в кратерах вулканов.
Самое большое озеро Земли — Каспийское море — солёное.
Озеро Балхаш в своём роде уникально: часть его содержит пресную воду, часть — солёную.
Известные солёные озёра: Каспийское море, Аральское море, Мёртвое море, Большое Солёное Озеро (крупнейшее солёное в Западном полушарии), Эльтон — крупнейшее в Европе,Баскунчак, Подводное соляное озеро.
Образование М. о. связано с отсутствием стока из озёрной впадины, что ведёт к накоплению солей. Происхождение солей бывает либо морское — в результате обособления отдельных участков моря (лиманы, обособившиеся заливы и т. п.), либо континентальное — соли приносятся стоком материковых вод. Химич. состав воды М. о. зависит от геологии, условий образования озёрной впадины, характера окружающих горных пород, особенностей питания озёр и от гидрометеорологич. режима района их местонахождения. Концентрация воды не остаётся неизменной. Её колебания происходят как в результате изменения физико-географич. условий (т. е. в течение длительного времени), так и вследствие сезонных явлений — годового хода поступления воды в озёра, изменения температуры, испаряемости и т. д. При образовании льда происходит увеличение концентрации раствора, т. к. большая часть солей остаётся в растворе. При достижении предела растворимости происходит выпадение солей в определённой последовательности. По мере роста солесодержания вод осаждаются в первую очередь карбонаты (гл. обр. карбонаты кальция). При дальнейшем росте солесодержания в осадок выпадают сульфаты и в наиболее минерализованных озёрах в солевом составе преобладают хлораты. При уменьшении солесодержания процесс растворения осадков идёт в обратном порядке.
Заметную роль в химии, режиме М. о. играет солевой обмен между водной массой и грунтом.
М. о. служат источником получения поваренной соли, сульфата натрия, соды, бора, иода и др. Иловатые донные осадки нек-рых М. о. являются ценным лечебным средством, применяемым в медицине (лечебные грязи).
Источник
Почему озера не промерзают зимой до дна
С наступлением холодов на поверхности озер образуется тоненькая корочка льда, которая является следствием понижения температуры воды до отрицательных значений. Но зимой, когда температура воздуха опускается ниже 30 градусов мороза, на поверхности озер образуется внушительный слой льда, однако полностью крупные озера не промерзают никогда. Почему это происходит?
Оказывается, когда температура воды начинает понижаться, в замкнутых водоемах происходят очень интересные вещи. Пресная вода, по причине уникальной молекулярной структуры, обладает максимальной плотностью при температуре +4ºС. И когда температура воды продолжает понижаться, в озере происходит разделение слоев с разной температурой, образуется сезонный термоклин.
Вода с температурой +1-2°С всегда легче, чем слой воды с температурой +4°С, который расположен на дне. Из-за слабой циркуляции водных масс (а мы помним, что это не река, а именно глубокое озеро) активного перемешивания и выравнивания температуры не происходит. По этой причине вода с температурой около +4 градусов всегда находится в нижней части водоема. Постепенно нарастающий слой льда и более холодная вода в верхней части водоема не дают промерзнуть озеру до дна. Рыбы и другие водные обитатели продолжают жить в озере, не опасаясь превратиться в кусок льда.
Конечно, для мелких озер это правило не работает, и с приходом отрицательных температур они могут промерзнуть до дна. Предусмотрительные рыбы, как правило, заранее покидают такие опасные для зимовки места и уходят в реки или соседние более глубокие озера.
Источник
Озёра в разное время года
Более 70% Земли покрыто водой. При этом всего 3% воды находится в пределах суши. Эти места скопления и хранения воды называют водоемами.
Водоемы оказывают огромное влияние на жизнь нашей планеты. Существует огромное количество видов водоемов. Их классифицируют:
- по величине занимаемой площади (самые большие — это, конечно, внутренние моря);
- по типу образования — искусственные (бассейны, запруды, водохранилища) и естественные (озера, пруды);
- по химическому составу воды — пресные и соленые;
- По водному балансу — со сточной водой и бессточные.
Рассмотрим, как меняются водоемы в разное время года.
Как изменяется озеро в разное время года
Озеро — это водоем, образовавшийся в замкнутом углублении на суши. Озера не являются частью Мирового океана, так как не имеют прямого сообщения с океанами. На нашей планете насчитывается свыше 5 млн. озер. Их изучением занимается наука лимнология.
Большинство озер имеют естественное происхождение. Но их влияние на окружающую среду настолько велико, что нередко люди создают и искусственные озера — водохранилища.
Каждое озеро на Земле — это полноценная экосистема, особенности которой определяются типом озера, составом его воды, географическим местом расположения, глубиной, наличием или отсутствием стока, флорой и фауной, климатическим поясом.
Осенью, с наступлением холодов, вода в водоемах постепенно остужается, ветер все чаще теребит водную гладь. С приближением зимы тонкая корочка льда вначале образуется возле берегов, там, где озеро неглубокое. Постепенно ледяной покров добирается до середины водоема, заковывая все озеро в ледяной панцирь. Зато в глубине вода остается теплой, чему очень радуются подводные обитатели.
Весной, как только солнечные лучи начинают пригревать, ледяная корка начинает таять. Сначала обнажаются прибрежные участки. Потом, под действием солнечного тепла, оттаивает и толстый слой льда в середине водоема.
Особенности водоемов в разное время года
Озёра, расположенные ближе к полюсам Земли зимой замерзают. В них замирает вся жизнь, вода на поверхности превращается в лед. Если озеро неглубокое, то вода может замерзнуть до самого дна. Но происходит это только в сильный мороз.
Обычно на озерах в зимнее время появляется лишь ледяная корка, в то время как основная толща воды становится более холодной. Озера не замерзают полностью, потому что пресная вода при температуре в +4°С приобретает наибольшую плотность. Такая вода постепенно опускается на дно водоема. Та, что остается на поверхности охлаждается еще больше и становится менее плотной. Эта «легкая» вода и превращается в лед.
Ледяная корка защищает остальную толщу воды от дальнейшего переохлаждения, поэтому на глубине озера зимой температура воды всегда держится в районе от +1°С до +4°С.
Соленые водоемы замерзают еще реже, так как соленая вода, чтобы превратится в лед, должна охладиться до -2°С.
Летом, под воздействием солнечных лучей, вода из озер быстро испаряется. Толща воды прогревается, активизируя все формы жизни в озере. Если озеро неглубокое и находится в зоне экватора или тропиков, то оно может полностью высохнуть. Особенно, если озеро бессточное.
Меняющаяся в зависимости от температуры плотность воды в озере обуславливает такой интересный факт, что летом вода в водоемах теплее на поверхности, чем на глубине. А зимой поверхностные воды в водоеме холоднее, чем на глубине.
Ладожское озеро в разные времена года
Ладожское озеро — крупнейшее пресноводное озеро Европы, расположено в Карелии в зоне умеренного климата. В него впадают более 35 рек, а само Ладожское озеро дает начало единственной реке — Неве.
Географическое положение Ладоги обусловило особенности его сезонного изменения. Так, озеро получает сравнительно мало солнечного тепла и света. В среднем каждый год в этом районе насчитывается не более 62 солнечных дней. Поэтому погода над озером чаще всего пасмурная, облачная, вода испаряется медленно.
В конце мая над Ладожским озером наступает период белых ночей — время, когда утренние и вечерние сумерки практически сливаются. В июле-августе вода в озере — самая теплая, температура на поверхности озера может достигать отметки в +24°С. Но она и испаряется быстрее, поэтому в сентябре в этом районе выпадает максимальное количество осадков.
Весной, летом и осенью большая часть Ладоги нередко скрыта туманом. Здесь постоянно дует ветер, а штили отмечаются очень редко. Бризы же дуют даже в солнечные, ясные дни. Так, озерный бриз на Ладоге начинается приблизительно с 9 часов утра и дует почти до 20 часов вечера. При этом бриз может проникать на сушу на расстояние до 15 км.
(Ладожское озеро зимой)
С наступлением осени над озером буйствуют ветры, что нередко приводит к образованию штормов. Прибрежная часть озера замерзает уже в декабре. К февралю ледяной покров достигает центральной части Ладоги. Вскрывается лед только в мае.
Озеро Байкал в разное время года
Озеро Байкал расположено на юге Восточной Сибири. Это самое глубокое озеро в мире и самый крупный резервуар пресной воды на нашей планете. Само озеро является уникальной экосистемой, так как большинство представителей флоры и фауны эндемичны.
Вода в озере очень холодная. Даже в разгар лета температура на поверхности редко повышается выше +8°С. Лишь в отдельных заливах вода прогревается до +15°С. Летом в водах озера бурно развивается растительная и животная жизнь. Поэтому воды Байкала в летний период становятся сине-зелеными. В другие времена года байкальская вода отличается изумительной синевой и настолько прозрачна, что камни и различные предметы можно увидеть даже на глубине в 40 метров.
Байкал — это огромное хранилище воды, которое за лето накапливает тепло и постепенно расходует его в течение осени и зимы. Поэтому зима здесь мягче, чем в прилегающих районах, а весна наступает примерно на 10-15 дней позже.
(Озеро Байкал зимой)
С наступлением осени начинается период властвования ветров. Байкальские ветра даже получили свое название — баргузин, верховик, сарма, култук. С приближением зимы возрастает облачность. Максимальной она становится в ноябре.
Замерзать Байкал начинает уже в конце сентября. Ледяной покров постепенно распространяется с севера на юг. Байкальское озеро ежегодно замерзает полностью. Лед держится около пяти месяцев, а взлом льда начинается лишь к концу апреля.
Источник
