Гідрологія озер.

Лекція № 8.

Тема: Гідрологія озер.

1. Закономірності розповсюдження  озер на земному шарі, типи  озер.

2. Особливості морфології  та морфометрії озер.

3. Водний баланс озер.

4. Основні закономірності коливання рівня води в озерах. Течії та хвилі.

5. Термічний та льодовий режим озер.

6. Екологічні функції  озер.

Теми для  самостійного вивчення: „ Гідрохімічні та гідробіологічні особливості озерної води”, „Водосховища”.

 

1. Закономірності  розповсюдження озер на земному  шарі, типи озер.

Озеро – це природна водойма суші з уповільненим водообміном, яка не має прямого зв’язку з океаном.

Для виникнення озера  необхідні дві умови – наявність  природної котловини, тобто замкнутого пониження земної поверхні, та певного об’єму води, що в ній міститься.

Внутрішні моря інколи розглядаються як перехідний ступінь до озер. Дійсно, деякі з них були в минулому морями. Наприклад, Каспійське море, яке всього 4000 років тому з’єднувалося з Азовським морем, а потім стало реліктовим озером. Про те, що Каспій дійсно був морем свідчить будова його дна, що належить не до континентальної, а до океанічної літосфери: під осадовими породами залягають не граніти, а базальти.

Площа всіх озер планети  дещо менша від площі Середземного моря (2,7 проти 3 млрд. км²), об’єм всіх озер світу 250 тис. км³. 1/3 маси всіх озер світу належить Каспію.

Розглянемо найбільш цікаві озера Землі. Одним з таких  є Велике Солоне озеро в США, площею 5 тис. км², при середній глибині близько 5 і максимальній 10 м. Лежить озеро  на висоті 1300 м над рівнем моря і  являє собою залишок величезного водного басейну, що існував ще у ранньочетвертинний час. За час свого існування озеро двічі пересихало і двічі наповнювалося водою. У нього впадає кілька невеликих річок. Мінералізація води 130 – 220 г/л, тобто його води більш ніж у шість разів солоніші ніж води Світового океану.

Багато схожих рис  з Великим Солоним озером має  Мертве море (його інколи називають ” Асфальтовим “. Довжина його 76 км, ширина 4-16 км, а площа 920 км². Найбільша глибина близько 400 м. Середній рівень води лежить нижче рівня Середземного моря на 392 м, а дно цього озера лежить нижче рівня Світового океану на 791 м. Мінералізація води 437 г/кг. З дна спливає асфальт, який поступає з надр. У воді міститься 6 г/кг брому – найбільша кількість коли-небудь зареєстрована для будь-яких поверхневих вод світу. Береги моря позбавлені будь-якої рослинності, а вода населена лише кількома істотами – деякими видами корененіжок. Риби, ракоподібні та різні комахи, що приносяться р. Йордан і гірськими потоками, миттєво помирають у водах Мертвого моря. Навіть водні рослини не можуть жити в ньому. Живлення ця водойма отримує на 1/3 з р. Йордан, а на 2/3 за рахунок вивільнення підземних розсолів.

А зараз зупинимося на короткому описі о. Баскунчак, яке  знаходиться в 70 км на схід від р. Волги, біля західного кордону Казахстану. Довжина озера Баскунчак 20 км, ширина 10 км. Розсоли поступають у озеро у вигляді багато численних джерел зі значних глибин. Середня глибина озера на перевищує 40 см, а дно повністю вислане сіллю. Фантастичну картину являє собою це озеро, по якому від Волги (пристань Володимирівка, Ахтуба) прокладена у 1882 році залізна дорога. Шпали лежать прямо на солоному дні озера, поверх них по рельсах рухається довгий залізнодорожний потяг. Видовище за сторони неймовірне: поїзд рухається по поверхні води.

Купання можливе тільки в тих місцях, де глибина досягає 10 м і більше. Розсіл настільки  міцний, що людина плаває в ньому  як пробка.

В гідрології існує термін „озерність„ – відношення площі озер до загальної площі суші. Найбільша озерність характерна для зволожених районів давнього зледеніння (північ Європи, Канада, північ США). Найбільшими за площею озерами є Каспійське море, Верхнє (Канада), Вікторія (Танзанія, Кенія, Уганда), Аральське море, Мічиган (США) та ін.

За розміром озера поділяють на дуже великі з площею більше ніж 1000 км2, великі – від 101 до 1000 км2, середні – від 10 до 100 км2 та малі – менше 10 км2.

За походженням озерні котловини можуть бути тектонічними, вулканічними, метеоритними, льодовиковими, карстовими, термокарстовими, суфозійними, річковими, морськими, еоловими, органогенними.

Тектонічні котловини мають більшість озер на земному шарі ( Ладозьке, Ільмень, Верхнє, Балхаш, Байкал, Танганьїка та ін.)

Вулканічні розміщені в кратерах потухлих вулканів (озера в Італії, на о. Ява, в Японії та ін.).

Метеоритні виникли в результаті падіння метеоритів (оз. Каалі в Естонії).

Льодовикові утворилися внаслідок діяльності сучасних та давніх льодовиків.

- трогові, виорювальна робота льодовиків (оз. Женевське, багато озер в Скандинавії, в Карелії, на Кольському пів-ві;

- карові, розміщені в карах – чашоподібних заглибленнях на схилах гір (гірські озера в Альпах, на Кавказі);

- моренні.

Карстові котловини утворюються в районах залягання вапняків, гіпсів в результаті хімічного розчинення цих порід поверхневими та підземними водами. Озера такого типу можуть бути як поверхневими, так і підземними. ( Урал, Кавказ, Крим).

Термокарстові утв-ся в районах розповсюдження багатолітньомерзлих ґрунтів в рез-ті їх протавання та просадки ґрунту.

Річкового походження пов’язані з ерозійною та акумулятивною діяльністю річок.

Морського походження пов’язані з підпірним впливом моря (лимани та лагуни). Лимани – утв. в рез-ті затоплення річкових долин після підвищення рівня води у морі. Лагуни – відмежування від берега акумулятивними косами невеликих морських акваторій.

Еолові котловини утв-ся в пониженнях між піщаними дюнами та перетворюються в озера в рез-ті затоплення їх морськими та річковими водами.

Органогенні котловини формуються в болотах.

За характером водообміну озера поділяють на стічні та безстічні.

 

2. Особливості  морфології та морфометрії озер.

 

Основними морфологічними елементами озера є:

- котловина, природне пониження земної поверхні різного походження, в межах якого знаходиться озеро;

- ложе, безпосередньо зайняте водою.

Важливим елементом  озерної котловини є берегова область, яка включає в себе береговий уступ, побережжя та берегову обмілину.

Глибоководна частина  озера – це пелагіаль, дно озера – профундаль.

В межах ложа виділяють плеса, затоки та бухти.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основними морфометричними характеристиками озера є:

- площа озера;

- об’єм води в озері;

- довжина берегової  лінії;

- довжина озера;

- ширина озера;

- глибина.

 

3. Водний баланс  озер.

Складовими приходної частини водного балансу будь-якого озера є атмосферні опади, поверхневий притік, конденсація водяної пари на поверхню озера, підземний притік.

Складовими витратної частини рівняння водного балансу стічного озера є поверхневий відтік з озера, підземний відтік (фільтрація), випаровування з поверхні озера.

Структура водного балансу озера  - співвідношення між різними приходними та витратними складовими рівняння водного балансу.

 

4. Основні закономірності  коливання рівня води в озерах. Течії та хвилі.

 

Коливання рівня води в озері є найголовнішою характеристикою режиму. Водний режим – це закономірні зміни рівня води, площі, об’єму вод, а також характеристик течій та хвилювання.

Водний режим озера  разом зі змінами льодотермічних, гідротермічних, гідробіологічних та ін. хар-к озера формує гідрологічний режим озера.

Коливання рівня води в озерах за причинами , які їх викликають, поділяють на дві групи:

1) коливання рівня, пов’язані зі зміною об’єму води в озері, та визначаються в основному змінами складових елементів водного балансу.

2) коливання рівня,  не пов’язані зі змінами об’єму води , а які визначаються перерозподілом незмінного об’єму по площі озера.

Коливання рівня першого  типу пов’язані з кліматичними причинами, насамперед опадів на поверхню озера та річковий стік.

Коливання рівня другого  типу пов’язані зі згінно-нагінними денівеляціями рівня, обумовленими вітром. Такі коливання мають короткочасний характер.

Розрізняють вікові, багатолітні, сезонні, короткочасні коливання рівня води в озері. Як вже зазначалося, основна причина вікових та багатолітніх коливань – кліматична. Такі коливання рівня найбільш помітні у безстічних озер, напр. Каспійське та Аральське моря, оз. Балхаш та ін. В посушливий період в озеро поступає мало стоку, а витрати на випаровування найбільші, у вологий період надходження стоку та опадів на поверхню озера збільшується, а витрати на випаровування зменшуються.

Короткочасні  коливання рівня води в озері обумовлені згінно-нагінними явищами, коливаннями атмосферного тиску.

Основними причинами течій в озері є вітер, стік річок, які впадають в озеро, нерівномірний розподіл температури та мінералізації води, атмосферного тиску.

Вітер викликає вітрові  течії. Стала вітрова течія називається дрейфовою. Нерівномірний розподіл температури води, а інколи мінералізації води створює горизонтальні градієнти щільності та перекоси рівня, що спричиняють щільнісні течії.

Хвилювання в озерах розвивається швидше, ніж на великих морських акваторіях. Це пов’язано з невеликими розмірами озер. Так же швидко хвилювання у озері припиняється після ослаблення дії вітру.

 

 

 

 

 

 

 

5. Термічний  та льодовий режим озер.

 

Головними прихідними елементами теплового балансу є сонячна  радіація, тепло від донних грунтів, з річковим стоком та підземними водами, виділення тепла під час конденсації водяної пари.

Збільшення температури  води від дна до поверхні називається прямою температурною стратифікацією.

Зменшення темпер. води від  дна до поверхні носить назву оберненої температурної стратифікації.

Рівномірний розподіл температури по глибині назив. гомотермією.

Існує температурна класифікація прісноводних озер:

1) полярні (холодні) з температурою протягом року нижче 4°С з оберненою температурною стратифікацією;

2) тропічні (теплі) з темпер. протягом року вище 4°С з переважанням прямої температурної стратифікації;

3) озера в умовах помірного клімату з темпер. вище 4°С та прямою темпер. стратифікацією влітку і температ. нижче 4°С та оберненою температ. стратифікацією взимку.

За характером льодового  режиму в залежності від кліматичного режиму озера поділяють на:

- озера, що не мають  льодових явищ;

- з нестійким льодоставом;

- зі стійким льодоставом;

- з льодоставом протягом  всього року.

У озер зі стійким льодоставом  виділяють три характерних періоди  льодового режиму: замерзання (осінні льодові явища), льодоставу та скресу (весінні льодові явища).

Лід починає утворюватися на обмілинах берегів, і має назву заберегів.

 

6. Екологічні  функції озер.

Вплив озер на природне середовище виявляється  насамперед через річковий стік. Розрізняють постійний загальний вплив озер на кругообіг води в річкових басейнах та регулюючий вплив на внутрішньорічний режим річок.

Основний вплив стічних водойм суші на материкову ланку круговороту  води (а також солей, наносів, тепла) полягає в уповільненні водо-, соле_ та теплообміну в гідрографічній сітці. Чим більша озерність річкового басейну, тим повільніший вологообмін в його гідрографічній сітці.