Учение о гидросфере Лекция № 8
Озера и их распространение на земном шаре. Озерами называются котловины или впадины земной поверхности, заполненные водой и не имеющие прямого соединения с морем. Иногда, в отличие от текущих вод (рек), озера определяют как водоемы с замедленным стоком или с замедленным водообменом. При наличии котловины образование озера произойдет в том случае, когда приток воды в это углубление будет превышать потери на фильтрацию и испарение. Озерная котловина — впадина земной коры с находящимся в ней водоемом. Озерные котловины имеют дно (ложе), склоны подводной чаши (ванны) до уровня наибольшего подъема воды, береговую полосу и склоны. По происхождению выделяют до озерных котловин. 30 видов
Типы озер по происхождению котловин и характеру водообмена. По характеру котловин, послуживших основой для образования озера, можно выделить озера плотинные, или запрудные, котловинные и смешанные. Плотинные озера образуются в том случае, когда долина перекрывается в каком либо месте обвалом, ледником, наносами и т. п. ; в эту группу входят и искусственные озера — водохранилища. Среди плотинных озер можно выделить речные, долинные и прибрежные. Речные озера могут возникать как временные образования в результате резкого снижения стока отдельных рек в сухое время года; в этом случае реки нередко обращаются в цепочку озер, лежащих в долине и отделенных друг от друга сухими участками русла. Другим типом речных озер являются так называемые пойменные озера. Этот тип озер непосредственно связан с процессом образования стариц, возникающих вследствие преграждения отдельных рукавов реки грядой наносов и образования рекой нового русла. Долинные озера могут возникать в горах от завалов. Прибрежные озера бывают двух типов: лагуны и лиманы. Лагуны возникают в том случае, когда мелководные заливы, или бухты, отделяются от моря наносными песчано глинистыми валами, или косами. Лиманы представляют собой затопленную морем устьевую часть долины.
Озеро Рица в Абхазии и Сарезское озеро – плотинного долинного типа
Пойменные озера
Венециан ская лагуна
Типы озер по происхождению котловин и характеру водообмена. Моренные озера обязаны своим происхождением деятельности ледников, особенно мощных ледниковых покровов четвертичного периода, которые погребали под собой огромные пространства. После отступления (таяния) и исчезновения такого ледникового щита на его месте остался обломочный материал, который переносил с собой ледник: глина, песок, щебень, крупные глыбы горных пород и т. д. Большое скопление этого материала (так называемой морены) в одних местах и незначительное в других создает рельеф, отличающийся холмистостью, непрерывным и частым чередованием возвышенностей и понижений, причем понижения обычно бывают замкнутыми. Заполненные водой, они образуют моренные озера круглой или неправильной формы, со многими ответвлениями и заливами. В условиях моренного ландшафта немало озер, относящихся и к типу плотинных. Каровые озера занимают впадины, выработанные в ледниковое время совместной работой льда, фирна и морозного выветривания.
Озера ледникового происхождения: каровые, моренные, остаточно ледниковые
Великие озера
Типы озер по происхождению котловин и характеру водообмена. Карстовые озера представляют собой результат химической (растворяющей) деятельности подземных и поверхностных вод. Вынос растворенных веществ, а также тонких глинистых частиц (суффозия) может привести к образованию подземных пустот и оседанию кровли над этими пустотами, что обусловит появление воронок на поверхности земли; если эти воронки будут заполнены водой, на их месте возникнут карстовые озера. Своеобразной разновидностью карстового типа озер являются термокарстовые озера, возникающие в результате заполнения водой углублений на поверхности земли, образующихся в областях развития вечной мерзлоты вследствие таяния подземных пластов или линз льда. Таяние этого льда не только способствует образованию озерной котловины, но и в значительной мере поставляет воду для заполнения котловины. Дефляционные озера располагаются в котловинах, созданных в результате процесса выдувания, и в понижениях между барханами и дюнами.
Красный Ключ
Типы озер по происхождению котловин и характеру водообмена. Многие котловинные озера возникают в результате вулканических и тектонических процессов. Тектонические процессы обусловливают появление котловин огромных размеров. Поэтому тектонические озера обычно глубоки. Примерами могут служить озера Иссык Куль, Байкал, Севан и др. Вулканические озера возникают либо в кратере потухшего вулкана, либо в углублениях на поверхности лавового потока, образовавшихся при его застывании, либо в долине реки вследствие перегораживания ее потоком лавы.
Озеро Восток – подледное, располагается почти под 4 х километровым слоем Антарктического льда. Глубина этого озера около 900 метров, температура воды озера составляет +3°C, огромное давление и ледовое одеяло не дают отпускаться температуре воды озера ниже этой отметки. Учёные Российской антарктической станции Восток открыли это озеро в 1996 году. Учёные подсчитали, что озеро было <запечатано> льдом приблизительно 500 000 лет назад.
Морфология и морфометрия озер. Часть котловины, заполненная водой до высоты максимального подъема уровня, называется озерным ложем, или озерной чашей. В озерной котловине прежде всего можно выделить береговую и глубинные области.
В береговой области выделяют три зоны: 1) береговые склоны (яр)— часть озерного склона, окружающая озеро со всех сторон и неподвергающаяся воздействию волнового прибоя; 2) побережье — включает сухую часть, которая подвергается воздействию воды лишь при сильном волнении и в особенности при высоком стоянии воды, затопляемую, которая покрывается водой периодически — во время подъема уровня воды озера, и подводную, которая обычно лежит под поверхностью воды и, в отличие от более глубоких частей береговой области, подвергается воздействию волны при волнении; 3) береговая отмель — заканчивается подводным откосом, являющимся границей между склоном и дном озерного ложа; верхняя часть береговой отмели соответствует нижней границе воздействия на береговую область волнового прибоя.
Ряд числовых характеристик, дающих количественные представления об основных элементах озерной котловины, носят название морфометрических: Площадь озера вычисляется двояко: либо вместе с площадью островов, либо отдельно площадь водной поверхности. Длина озера — кратчайшее расстояние между двумя наиболее удаленными точками, расположенными на берегах озера, измеряемое по поверхности озера. Для извилистого озера эта линия, очевидно, может быть и не прямой, а состоять из отдельных отрезков прямых и кривых линий. Ширина озера — различают наибольшую ширину, определяемую как наибольший поперечник (перпендикуляр) к линии длины озера, и среднюю ширину В, представляющую отношение площади озера W к его длине L: Степень развития береговой линии оценивается коэффициентом извилистости т, вычисляемым как отношение длины береговой линии s к длине окружности круга, имеющего площадь, равную площади озера. Объем воды в озере может быть определен по карте изобат, пользуясь «методом призм» . Средняя глубина озера равна отношению объема воды в озере к площади его зеркала.
Широкое применение при оценке водных запасов озера имеет кривая изменения площади озера с глубиной, представляющая собой график связи площадей горизонтальных сечений озера и соответствующих им глубин, и кривая изменения объема озера в зависимости от его глубины. На рисунке представлены кривые изменения площади и объема Онежского озера с глубиной. Такие кривые дают возможность определить площадь зеркала озера и объема воды для любого уровня. Из общего объема воды (около 28000 км 3), заключенной в озерах СНГ, примерно 82% (23000 км 3) сосредото чено в оз. Байкал.
Водный баланс сточных и бессточных озер. Водный баланс озера непосредственно определяется процессами притока и расхода воды. Приход воды в озеро осуществляется путем поверхностного и подземного притока и выпадения атмосферных осадков на его поверхность. В некоторые периоды пополнение запасов воды в озере может происходить за счет конденсации водяного пара на его поверхности. Расходование поступающей в озеро воды происходит путем испарения с поверхности озера, поверхностного и подземного стока из него. Совместное рассмотрение величин прихода расхода воды за некоторый период времени сводится к составлению водного баланса водоема за этот период.
По условиям формирования водного баланса озера можно разделить на две основные группы: сточные и бессточные. Озеро будет бессточным, если поступающая в него вода полностью расходуется на испарение. Если приток превышает потери на испарение, то с течением времени котловина переполняется, а излишек воды стекает, образуя реку. Сточные и бессточные озера имеют определенные области распространения. В пределах северо западной части Европейской территории России, где количество осадков сравнительно велико, а испарение мало, распространены сточные озера, на юго востоке при большой сухости климата, наоборот, — бессточные. В частном случае сток из озера может осуществляться не поверхностным, а подземным путем.
Колебания уровня воды в озерах. Уровенный режим озер определяется комплексом следующих природных условий: а) соотношением между приходной (осадки на зеркало озера, поверхностный приток, подземный приток) и расходной частью водного баланса озера (испарение, поверхностный и подземный сток из озера); б) морфометрическими характеристиками озерной чаши и озерной котловины (соотношение между высотой стояния воды в озере и площадью его водного зеркала); в) размерами озера, его формой, характером берегов, характером ветровой деятельности, определяющим размеры волн, сгонов и нагонов уровня. Колебания уровня озера могут быть сведены к следующим трем основным видам: сезонные, годовые и кратковременные.
Течения, волнение, перемешивание воды в озерах. Движения водной массы, возникающие в озерах, могут быть разделены на постоянные и временные. Постоянные движения воды в озере в форме течений вызываются впадающей в озеро или вытекающей из него рекой (сточные течения). Временные движения водной массы озера могут проявляться в виде течений и волнения. Среди временных течений прежде всего следует выделить такие, которые возникают под действием ветра и вследствие неравномерного нагревания и охлаждения воды озера. Ветровые (дрейфовые) течения оказывают особенно значительное влияние на характер физических процессов в озерах с большой площадью, плоской формой озерного ложа и малыми глубинами. Неравномерность охлаждения и нагревания водных масс озера прежде всего вызывает вертикальные, так называемые конвекционные токи, в некоторой степени оказывающие влияние и на горизонтальные перемещения водных масс. Среди временных движений водных масс озера наибольшее значение имеют ветровые волны и сейши (колебания всей массы воды, при котором по поверхности ее не распространяется никакой волны, поверхность озера приобретает уклон то в одну, то в другую сторону. Сейши более устойчивы в глубоководных водоемах, чем в мелководных.
Тепловой и ледовый режим озер. На температуру поверхности и ее распределение по вертикали и акватории озера существенное влияние оказывают глубина водоема, размеры водной поверхности и расчленение береговой линии водоема бухтами, заливами, наличие островов и пр. Для периода, свободного ото льда, максимум расхода тепла падает на испарение (40— 70% поглощенной водой суммарной солнечной радиации); на эффективное излучение расходуется порядка 25— 35%, на турбулентный теплообмен с атмосферой 2— 25%, и меньше всего затрачивается тепла на теплообмен с дном (0 — 4%). Смена нагревания и охлаждения происходит неодновременно во всей толще воды. Наиболее резкие изменения температуры наблюдаются на поверхности водоема, откуда они под влиянием динамического и конвективного перемешивания, течений и волнения распространяются по всей толще воды.
Характеристики термического режима озер Стратификация это образование слоев воды с разной плотностью и температурой, происходящее вследствие того, что вода имеет наибольшую плотность (соответственно и больший вес) при температуре +4°С. Этим объясняется непромерзание озер до дна и весенне осеннее перемешивание воды. Прямая термическая стратификация характеризуется убыванием температуры воды от поверхности в глубину. Обратная термическая стратификация - увеличение температуры воды от поверхности в глубину (от 0 до 4 градусов). В зависимости от характера температурной стратификации озера могут быть разделены на следующие типы: 1) теплые с постоянной прямой стратификацией, 2) холодные с постоянной обратной стратификацией, 3) смешанные с переменной стратификацией по временам года.
а) – прямая термическая стратификация, б) – обратная термическая стратификация
С момента установления обратной стратификации продолжающемся понижении температуры воздуха верхние слои воды охлаждаются до 0°С и начинается процесс замерзания озера
В годовом цикле изменения температуры воды можно выделить следующие периоды: 1) весеннего нагревания, 2) летнего нагревания, 3) осеннего охлаждения, 4) зимнего охлаждения.
Озера оказывают влияние на климат прилегающих к ним районов. Это влияние определяется размером водной поверхности озера и объемом его водной массы. Испарение с водной поверхности в первую очередь влияет на влажность воздуха приозерного района. Обладая большой тепловой инерцией, крупные, незамерзающие водоемы смягчают климат прибрежных районов.
Основные особенности гидрохимического и гидробиологического режима озер. Химический состав озерной воды определяется составом воды притоков и питающих озеро подземных вод, а также тесно связан с биологическими процессами, происходящими в озере, и с комплексом физико географических условий, характеризующих бассейн водосбора озера. Развивающиеся в озерах биологические процессы непосредственно обусловлены химическим составом озерной воды, ее прозрачностью, размером озера и связанным с ним термическим режимом. Естественный процесс старения озер — обмеление, зарастание, уменьшение площади водного зеркала — происходит в результате накопления на дне осадков органического происхождения и наносов от впадающих притоков. Этот процесс приводит к последовательной смене биоценозов: озеро пруд болото луг. Однако такая смена в природе не является абсолютным законом и приложима далеко не к каждому озеру.
Биологические процессы в озерах По питательности содержащихся в озере веществ различают три типа озер: 1) олиготрофные озера (с малым количеством питательных веществ) характеризуются обычно большими или средними глубинами, большой прозрачностью, цветом воды от синего до зеленого, постепенным падением содержания кислорода ко дну, вблизи которого вода всегда содержит значительные количества О 2 (не менее 60— 70% содержания его на поверхности); 2) евтрофные озера (с большим содержанием питательных веществ) обычно отличаются небольшой глубиной, они благодаря этому хорошо прогреваются, прозрачность воды в них невелика, цвет воды — от зеленого до бурого, дно устлано органическим илом. Содержание кислорода резко падает ко дну, где он часто исчезает; 3) дистрофные озера (бедные питательными веществами) встречаются в сильно заболоченных районах; вода отличается малой прозрачностью, желтым или бурым (от большого содержания гуминных веществ) цветом воды. Минерализация воды мала, содержание кислорода пониженное из за расхода его на окисление органических веществ.
Обитатели вод Обитателей вод можно разделить на три основные группы в зависимости от условий их перемещения и зон распространения в озере: 1) планктон — мельчайшие организмы, находящиеся во взве шенном состоянии и пассивно передвигающиеся вместе с водой; 2) нектон — организмы, активно передвигающиеся в воде; 3) бентос — организмы, живущие на дне озера.
Зарастание и старение озер Различают зарастание озера водной флорой и нарастание последней на водоем. Нарастание сплавины Схема зарастания мелководных озер: 1 — осоковый торф, 2 — тростниковый и камышовый торф, 3 — сапропелевый торф, 4 — сапропелит.
Классификация озер по минерализации и солевому составу воды. Озера по степени солености подразделяются на: пресные – до 1‰ солоноватые – от 1‰ до 35 ‰ соленые – более 35‰ Пресные на картах показываются голубым цветом, а соленые розовым. Примеры: пресные – Байкал, Ладожское, Великие Американские озера; соленые – Балхаш, Чад, Эйр. Бессточные озера чаще всего соленые, а сточные – пресные. Около тропиков озер с соленой водой больше, хотя есть исключения.
Источники загрязнения озер. Наносы и донные отложения в озерах. Помимо минеральных осадков, попадающих в озерное ложе в результате волнения или приносимых течением рек, озерная котловина заполняется и отложениями ила органического происхождения. Этот ил является продуктом процессов, происходящих в самом озере, и образуется в результате отмирания и последующего осаждения на дно взвешенных в воде микроскопических животных и растений (планктон), а также в результате отмирания прибрежной растительности, распадающейся после перегнивания на мельчайшие частицы, легко уносимые течениями на середину озера. Интенсивное развитие указанных организмов в течение теплого периода года, а отмирание в течение холодного обусловливает послойное отложение этих илов на дне озера, что позволяет по слоям определять возраст озера.
Донные отложения в озерах формируются в результате: поступления в озеро речных и эоловых наносов и продуктов абразии (разрушения берегов (терригенные разрушения); накопления продуктов химических реакций (хемогенные отложения); отложения остатков отмирающих живых организмов (биогенные отложения); Биогенные отложения подразделяются на: 1) минеральные остатки отмерших организмов и 2) органические вещества. Компоненты озерных отложений, поступающие в озеро извне, называют аллохтонными, а образующиеся в самом озере — автохтонными. Особо важную форму озерных отложений представляют сапропели (гниющий ил), представляющие собой уплотнившиеся осадки преимущественно органического происхождения.
Озера Башкортостана В Башкортостане насчитывается свыше 2000 озер. В пределах равнинных западных районов расположены около 75% Озер, остальные находятся в Башкирском Зауралье. Преобладающее количество Озер (около 700) водноэрозионного происхождения (пойменные), которые распределяются по бассейнам рек: Белая около 73%, Дема 12%, Ик 8%, Уфа 7% и т. д. Большие по площади озера в Башкортостане отсутствуют. Из числа средних в равнинном Предуралье расположены Асылыкуль, Кандрыкуль (карстово провального происхождения), Белое озеро (Аккуль); в Башкирском Зауралье Ургун, Большое Учалы, Карагайлы, Узункуль, Яктыкуль (Банное), Суртанды, Чебаркуль, Атавды, Яугуль (Культубан), Мулдак, Талкас и др. (тектонич. происхождения). Из перечисленных к проточным относятся Белое озеро, Чебаркуль; к бессточным Атавды, Мулдак, Яугуль; к сточным и периодически сточным остальные.
Назначение водохранилищ и их размещение на земном шаре. Искусственно созданное озеро называется водохранилищем – это водонапортное сооружение для накопления и последующего использования воды. Назначение водохранилищ: водоснабжение, орошение, гидроэнергетика, судоходство, рекреация, рыбоводство и др. Интенсивное использование водных ресурсов связано с созданием водохранилищ различных размеров, позволяющих накапливать воду в период избытка речного стока и использовать ее затем для выработки энергии, водоснабжения, орошения полей, повышения глубин рек в межень и др.
Специфика водохранилищ На водохранилищах выделяют: Нормальный подпорный уровень (полный объем водохранилища) высший проектный уровень, который может поддерживаться при обеспечении нормальной эксплуатации всех сооружений. Форсированный подпорный уровень – высший подпорный уровень, который можно поддерживать непродолжительное время в период пропуска паводка, обеспечивая сохранность сооружений, Уровень мертвого объема – минимальный уровень, допустимый для нормальной эксплуатации. Полезный объем водохранилища определяется как разница между полным и мертвым объемами.
Виды водохранилищ и их классификация. В зависимости от назначения, величины речного стока и орографических условий емкость водохранилищ может быть различной. По величине полного объема водохранилища подразделяются на: Крупные – более 100 млн. куб. м. , Средние – 10 100 млн. куб. м, Малые – 1 10 млн. куб. м. Искусственные водоемы полным объемом менее 1 млн. куб. м называются прудами. Различают водохранилища многолетнего, сезонного, недельного и суточного регулирования.
Виды водохранилищ и их классификация. по величине напора, создаваемого плотиной, среди крупных водохранилищ можно выделить: 1) равнинные с напором 15— 35 м; 2) предгорные с напором 50— 100 м; 3) горные с напором у плотины 200 м и более. Обычно водохранилища располагаются в долинах рек. Это так называемые русловые (речные) водохранилища. В условиях широких долин русловые водохранилища приобретают ясно выраженные черты искусственных озер. Иногда в систему емкостей, регулирующих сток рек, включают естественные озера, в которых накапливают дополнительные запасы воды путем возведения плотин в истоке реки, вытекающей из озера. В этом случае образуются озерные водохранилища.
Отличия водохранилищ от рек и озер, их гидрологическая специфика. Режим уровней. Быстрое наполнение и сработка водохранилищ создают резкие колебания уровней. Интенсивность этих колебаний зависит от соотношения объема притока и расходования воды из водохранилища. На крупных водохранилищах колебания уровней вследствие изменения условий притока и расходования воды осуществляются в течение годового цикла, при этом уровни достигают наивысшей отметки весной при заполнении водохранилища и снижаются до наименьших отметок к концу зимы. На водохранилищах малой (по отношению к притоку) емкости уровни колеблются значительно более резко, существенно изменяясь в течение суток и даже нескольких часов.
Условия водообмена. Второй особенностью водохранилищ является их относительно большая проточность по сравнению с озерами такой же площади. Вследствие повышенной проточности наблюдаются более высокие скорости постоянных течений. Даже в таком крупнейшем водохранилище, как Рыбинское, замена воды в пределах сливной призмы в среднем осуществляется примерно дважды в течение весны. Полная смена воды в пределах этого водохранилища в среднем осуществляется в течение годичного периода. Сравнительно быстрая смена водных масс обеспечивает большее выравнивание температуры в водохранилищах, чем обычно наблюдается в озерах, а это в свою очередь приводит к меньшему нагреву поверхностных слоев воды по сравнению с теми условиями, которые имели бы место на озерах той же площади, расположенных в однородных климатических условиях.
Отложение наносов в водохранилищах. Общими чертами процесса отложения наносов в водохранилищах разных типов являются формирование области интенсивного отложения более крупных наносов в зоне выклинивания подпора и распространение мелких фракций по акватории водохранилища. Часть наносов мелких фракций выносится за пределы водохранилища при сбросе воды из него. В периоды сработки водохранилища зона выклинивания подпора перемещается к плотине и соответственно происходит передвижение области сосредоточенного отложения наносов. Этот процесс, повторяющийся периодически, способствует передвижению донных наносов к плотине и заполнению ими объема водохранилища. Чем меньше относительная емкость водохранилища, тем резче выражен этот процесс. Более мелкие фракции распределяются по всей акватории с усилением процесса отложения в пределах затопленных пойм и других участков, где наблюдаются особо малые скорости течения. Интенсивность заполнения водохранилища наносами зависит от его емкости и годового стока наносов.
Специфика водного баланса водохранилищ В водном балансе водохранилищ существенное значение могут иметь: сбросы через сооружения гидротехнического узла (ГЭС, шлюз, плотина), включая утечки через неплотности затворов; водозабор из водохранилища; потери воды на насыщение грунтов, слагающих ложе водохранилища; фильтрация в нижний бьеф в створе гидротехнического сооружения; объем воды, заключенной во льду и снеге, оседающих в мелководных частях водохранилища при его сработке зимой и всплывающих весной при наполнении водохранилища; временные потери на фильтрацию воды в берега водохранилища и возврат этих вод обратно при изменяющихся уровнях воды в водохранилище.
Влияние водохранилищ на окружающую природную среду. Создание водохранилищ приводит к подтоплению и заболачиванию земель, изменению микроклимата, эвтрофикации водоема; наносится ущерб популяции рыб, возможно разрушение берегов, развитие оползней, оврагов, карстовых процессов и др. С образованием водохранилищ резко изменяются термический режим и ледовые условия, наблюдавшиеся до этого на реке. Начало замерзания наступает одновременно с появлением льда на реках, который выносится в водохранилище. Сплошной ледяной покров на водохранилищах устанавливается раньше, чем на соответствующих участках рек в естественном состоянии. Это происходит потому, что в водохранилищах скорости течения значительно меньше, чем в реках. Вскрытие водохранилищ начинается несколько позже, чем вскрытие рек, где разрушение ледяного покрова происходит в результате воздействия скорости течения.
Водохранилища Республики Башкортостан: расположение, назначение, использование, воздействие на окружающую среду. Малые водохранилища и пруды. На территории РБ первые водохранилища (заводские пруды) были построены в 18 веке с целью водо и энергоснабжения горных заводов. Строительство крупных водохранилищ получило развитие в 1960 70 е гг. В 2007 в РБ насчитывалось 123 водохранилища, в том числе: 4 крупных: Кармановское, Нугушское, Павловское, Юмагузинское, 7 средних: Акъярское, Таналыкское и др. , 113 малых: Узянское, Маканское и др. Наиболее зарегулированы стоки рек Ашкадар, Уршак, Дема, Чермасан, База, Сюнь, Усень, в меньшей степени – притоки реки Урал.
Понятие болота Болото — участок земной поверхности, характеризующийся обильным застойным или слабо проточным увлажнением верхних горизонтов почвогрунтов, на которой произрастает специфическая болотная растительность, приспособленная к условиям обильного увлажнения и недостатка кислорода в почве. Если мощность отложившегося торфа такова, что корни основной массы растений достигают подстилающего минерального грунта, то в этом случае избыточно увлажненные участки суши относятся к заболоченным землям или к болотам в начальной стадии их развития. Всесоюзная конференция по кадастру болот в 1934 г. предложила определять болота как избыточно увлажненные участки земной поверхности, покрытые слоем торфа глубиной не менее 30 см в неосушенном и 20 см в осушенном виде.
Как устроено болото? • Торфяник состоит из двух слоев. Верхний, очень неглубокий, известен под названием очес и состоит из живых растений сфагнума. Мощность его не более 30 см. Выпадающие осадки быстро проходят сквозь этот слой. Вся остальная масса торфяника, залегающая под очесом, называется торфом. Торф состоит из спрессованных остатков сфагнов и других болотных растений. Он обычно имеет цвет от светло коричневого до черного, в зависимости от степени разложения: чем она выше, темнее торф. Вода сквозь торф движется крайне медленно, обычно не более 1 м в день. А пока очередная порция осадков просочится сквозь торф в грунтовые воды, могут пройти недели и даже месяцы. • Процесс накопления торфа очень медленный и постепенный. В среднем его скорость составляет примерно 1 мм в год. Поэтому в многометровой толще торфа можно увидеть остатки растений, произраставших в данном месте много сотен и тысяч лет назад, и восстановить, таким образом, облик прежних ландшафтов.
Схема (разрез) строения выпуклого болота, образованного зарастанием озера: 1 -минеральное дно; 2 –пресноводный мергель; 3 - сапропелит; 4 тростниковый торф; 5 -хвощовый торф; 6 –осоковый торф; 7 лесной торф; 8 - гипновый торф; 9 - шейхцериево-сфагновый торф; 10 - пушицево-сфагновый торф; 11 - сфагновый торф с пнями сосны.
По отдельным ландшафтным зонам распределение болот следующее В зоне тундры (с лесотундрой) болота занимают около 18% всей площади. Вследствие низких температур процесс образования торфа здесь затруднен, поэтому болота характеризуются малой мощностью торфа и преимущественное распространение получают заболоченные земли. Наиболее благоприятные условия для образования болот имеются в лесной зоне, где находится основная масса болот и около 80% всех запасов торфа. Основными в лесной зоне являются верховые болота. Болота других типов — низинные и переходные — здесь менее распространены. Наиболее заболочены районы в пределах лесной зоны Карелии и Кольского полуострова, где болота занимают около 30% поверхности. В пределах Севера России болота и заболоченные леса занимают около 20%. Высокой степенью заболоченности отличается Полесье, охватывающее большую часть бассейна р. Припяти. Здесь преобладают травяные болота в поймах рек.
В пределах Западно Сибирской низменности болота занимают до 70% территории. Здесь выделяется массив Васюганских болот, тянущихся на сотни километров. Преобладают верховые болота. В лесной зоне Дальнего Востока заболоченность низменностей (Зея Буреинская, Нижне Амурская, Приуссурийская, Приханкайская и др. ) достигает 15— 20%. В этих районах распространены различные разновидности низинных болот и в том числе заболоченные луга и леса на водораздельных плато, плоских склонах и в поймах рек. Климатические условия зоны лесостепи не столь благоприятны для развития болот, как более северные районы, тем не менее здесь имеются значительные заболоченные площади, тянущиеся узкими полосами по долинам рек и оврагам. Развиты преимущественно низинные болота, часто приуроченные к местам выхода грунтовых вод, являющихся источником их питания. Общая заболоченность этой зоны около 4 %. Только в лесостепной зоне Западно Сибирской низменности встречаются верховые болота, носящие местное название «рямы» .
Для зоны степей характерно дальнейшее уменьшение болот и заболоченных земель, на долю которых приходится всего 2% площади. Таким образом, по мере движения на юг болота становятся все более редким явлением, практически не играющим роли в общем водном балансе. В степях, как правило, отсутствуют процессы торфонакопления. В зоне полупустыни торфяники отсутствуют совершенно. Обычные болота пресноводного питания также крайне редки. Наиболее значительные из них можно отметить в дельте р. Волги и в пойме нижнего течения р. Урала. Возникновению заболоченных участков часто способствуют распространенные здесь солонцы и солончаки.
Происхождение болот Для того чтобы образовались болота необходимо: • 1) избыточное увлажнение (k > 1); • 2) плоский рельеф, замедленный сток; • 3) близость к поверхности водоупорного слоя (вечная мерзлота, щит платформы); • 4) близость грунтовых вод; Образованием болот завершается и эволюция мелких озёр.
Стадии заболачивания водоёма: А - открытое водное пространство; Б -прибрежно-водная растительность; В, Г -осоковое низинное болото; Д - сосновый лес на сфагновом болоте.
Типы болот На месте водоема образуется болото, более низкое по положению, называемое поэтому в классификации низинным, по растительности его называют травяным. Продолжающиеся отложения отмирающих трав поднимают поверхность торфяных массивов все выше и выше, пока она не перестанет затопляться весенней водой, следовательно, минеральных частиц на нее оседает уже меньше. Поэтому осоки, нуждающиеся для своего роста в минеральных солях, начинают замещаться кустарниковой и древесной растительностью. Болото из стадии травяного переходит в лесное или переходное. Дальнейший процесс накопления органических веществ при отсутствии увеличения минеральных солей обусловливает смену растительного покрова, выражающуюся в исчезновении осок и всего разнотравья, свойственного переходным болотам, и в развитии взамен этого сфагновых мхов. Поверхность болота благодаря быстрому нарастанию сфагнума поднимается все выше и принимает по отношению к периферии выпуклую форму; болото переходит в стадию сфагнового по характеру основной растительности и верхового по положению поверхности.
• Динамика уровня грунтовых вод по мере нарастания торфа в различных условиях увлажнения исходного субстрата: 1 — минеральный горизонт; 2 — поверхность торфяника; 3 — уровень грунтовых вод; А — суходольное заболачивание, грунтовые воды у поверхности; Б — заболачивание водоемов; В — суходольное заболачивание, грунтовые воды в толще минерального горизонта
Стадии формирования верхового болота
Переходное болото Сфагнум Эти просто устроенные растения не имеют ни корней, ни каких либо структур, контролирующих водообмен. Сфагны впитывают воду вместе с растворенными в ней веществами аналогично губке – всей поверхностью листьев, облегающих многочисленные веточки, растущие из единственного стебля. Если посмотреть на лист этого растения под микроскопом, можно увидеть, что значительную его часть занимают объемные толстостенные мертвые водоносные клетки. Между ними как бы зажаты тонкие и длинные живые хлорофиллоносные клетки, в которых содержатся фотосинтезирующие органеллы. В благоприятных условиях растения сфагновых мхов никогда не умирают в обычном смысле этого слова. Своей точкой роста они постоянно нарастают вверх, а нижняя часть их постепенно разлагается, да и то не полностью, превращаясь в торф. Таким образом, живая часть сфагнов постоянно наращивается сверху и отмирает снизу. У отдельного растения сфагнового мха отстоящие веточки создают пространственную структуру, впитывая влагу преимущественно из воздуха, в то время как свисающие вдоль стебля веточки служат для подтягивания воды снизу Запас воды в живом растении более чем в 8 раз превышает его сухой вес, что делает их слишком тяжелыми для тоненького гибкого стебля, в котором отсутствует механическая ткань. Поэтому растения сфагнов всегда растут близко друг к другу, образуя дерновинки, или ковры, где соседние растения переплетаются отстоящими веточками, поддерживая друга в вертикальном положении.
Пушице сфагновое болото, Западная Сибирь
Исходя из геоморфологических условий залегания рельефа поверхности и связанных с ними условий водного питания и растительного покрова, болотные массивы, по К. Е. Иванову, можно разделить на две основные группы: первая — болота водораздельных междуречных пространств: плоско водораздельного залегания, водораздельно склоновые плоского залегания, котловинного залегания. и вторая — болота речных долин: пойменные, террасные
Схематический поперечный профиль долины реки с пойменными и притеррасными болотными массивами. 1 — аллювиальные отложения первой террасы, 2 — аллювиальные отложения второй террасы, 3 — постплиоценовые отложения, 4 — торф.
Нередко болота образуются не путем зарастания водоемов, а непосредственно на минеральном грунте. Этот процесс может осуществиться в следующих различных условиях. 1. Равнинный рельеф и наличие на поверхности или близ нее водонепроницаемого слоя (обычно глины) ведут к постоянному избыточному содержанию влаги в верхнем горизонте грунта. 2. Часто процесс заболачивания развивается на месте вырубленного леса не только в низинах, но и на возвышенных местах. Лесосека покрывается злаками, что способствует развитию влаголюбивой растительности, заглушающей оставшиеся после леса растения. Через несколько лет появляется мох сфагнум и образуется моховое болото. 3. Заболачивание наблюдается также после лесного пожара. Развивающаяся на пожарище растительность образует основу, на которой затем разрастаются подушки сфагнума, постепенно сливающиеся в сплошной сфагновый ковер. 4. Низинные болота с осоковой растительностью и с малой мощностью отложений торфа могут образоваться в условиях затрудненного стока весенней воды с поймы речных долин в русло реки.
5. Заболачивание приречных низменностей происходит также вследствие поднятия уровня воды в реке в результате устройства плотин. 6. Часто происходит заболачивание неширокой полосы у подножия склона речной долины вследствие выхода здесь грунтовых вод. 7. Очагами заболачивания водоразделов служат иногда мелкие впадины, возникающие как провалы на местах выноса грунтовыми водами растворимых солей, а также на участках механического выноса мелкопесчаного грунта из под слоя глины. 8. В области тундры причиной заболачивания является весьма малое испарение с поверхности земли и неглубокое залегание слоя вечной мерзлоты. Вечная мерзлота и глина задерживают воду у поверхности земли, а сравнительно высокая температура вегетационного периода и влажный летний климат способствуют развитию травяной растительности, содействующей заболачиванию.
Водный баланс и гидрологический режим болот В торфяных болотах содержится от 89 до 94% воды по весу и, следовательно, от 11 до 6% сухого вещества. Таким образом, торфяные болота являются, несомненно, значительными аккумуляторами влаги. Однако вследствие того что вода в болоте связана сухим веществом торфа, накапливаемые в болоте запасы воды не могут быть использованы как значительный дополнительный источник питания рек. Осушительными канавами и дренами нельзя уменьшить содержание воды в торфяном болоте ниже 85%, и лишь испарение вызывает дальнейшее снижение содержания влаги в торфяном грунте. Наибольшее количество воды, которое может быть удержано грунтом и, в частности, торфом в своих порах при наличии свободного стока, называется полной влагоемкостью.
Эта величина обычно выражается в процентах от веса сухого вещества. В количество воды, определяющее полную влагоемкость, входит вся связанная вода и какая то доля свободной воды, содержащейся в мелких промежутках (диаметром менее 1 мм). При извлечении образцов торфа из залежи часть этой воды стекает, часть остается в образце. Если полная влагоемкость торфа составляет 800%, это означает, что вес наибольшего количества воды, которое может быть удержано торфом при наличии свободного стока, в 8 раз больше, чем вес сухого вещества в данном образце торфа. Из общего веса воды и торфа вода составляет 8 частей, или 88, 9%, а торф одну часть, или 11, 1%. Водопроводимость торфа, так же как и минеральных грунтов, характеризуется коэффициентом фильтрации.
Хозяйственное значение болот Наиболее ценное качество болот — наличие в них в виде торфа огромного запаса тепловой энергии. Кроме того, торф широко применяется в химической промышленности (торфяная смола, аммиак и др. ), в строительном деле (как строительный и теплоизоляционный материал); в последние годы торф стал широко применяться в гидротехнике (благодаря своим хорошим противофильтрационным свойствам), а также в сельском хозяйстве. Благодаря малой кислотности, большому содержанию азота, кальция, калия и фосфора в доступных растениям формах почвы торфяников и заболоченных земель низинного типа отличаются высоким плодородием и потому пригодны для широкого использования после осушения под луга и пастбища, поля для выращивания кормовых корнеплодов, овощей и картофеля, а также для зерно вых и технических культур. Торфяники могут быть использованы для приготовления различного вида удобрений.
Функции болот
Схематический профиль приатлантического верхового болота • То, что сохранилось в торфе, доходит до наших дней в первозданном виде. Но торфяники свидетельствуют не только об изменениях болотной растительности. С окружавших болото лесов ветер заносил споры произраставших там растений, и они также прекрасно сохранились в торфе. С помощью спорово пыльцевого анализа можно восстановить картину всей растительности. Прекрасно сохранившиеся виды индикаторы помогают воссоздать картину изменения климата за последние 10 тыс. лет. • Помимо остатков растений болота часто хранят и погребенные в их толще орудия труда и войны прошлого и даже останки хозяев этих орудий. Особенно много рассказывают об этом болота Европы, где человек поселился с незапамятных времен. Так, болота Шотландии хранят в себе остатки культуры первобытных людей, а в Британии был даже найден рыцарь в полных доспехах.
Болота Башкортостана В РБ известно 542 торфяных болота общей площадью 51 тыс. га (менее 0, 4% площади республики). Заболоченность территории неравномерная, количество болот убывает с севера на юг, что обусловлено особенностями климат и рельефа. Наибольшая заболоченность отмечается в Краснокамском и Учалинском районах. В республике преобладают низинные болота, образующиеся по берегам рек и озер и в зоне подтопления водохранилищ. Площади болот уменьшились вследствие падения уровня грунтовых вод, добычи торфа. Ряд болот объявлены памятника природы и относятся к категории особо охраняемых природных территорий.
Спасибо за внимание!