В одном озере - разные воды

Б. Б. Богословский

Описывая свои впечатления от путешествия по Армении, в частности восхождение на Арагац, одна писательница вспоминает о том, как поразило ее одно горное озеро, когда она взглянула на него сверху:
Озеро светилось двойным светом — розовым и голубым. Его кривые края пылали розоватым, очень нежным лучистым пламенем, а в розоватом ободке сияла глубокая одноцветная бирюза.
Но озеро не таило в себе ничего необъяснимого, и вода, наполняющая его, повсюду была одинаковой: у берегов, где было мелко, просвечивало красноватое вулканическое дно.

Сравнивая свойства воды на различных глубинах или в разных частях озера, нередко можно столкнуться с поразительным явлением — в одном водоеме рядом существуют разные воды: теплые и холодные, соленые и пресные, мутные и прозрачные. Естественно, что и жизнь в этих водах различна.


В одном озере - разные воды

Взглянем на тот же Байкал, который по прозрачности своих вод занимает первое место в мире. Если на середине Байкала вода прозрачна на 30 м, то у берегов ее прозрачность значительно меньше. Почему? Да только потому, что в прибрежной воде больше частиц размытого грунта, вода теплее, следовательно, здесь больше и планктона.

Вблизи Кольского полуострова на острове Кильдин находится небольшое озеро Могильное. Вода, наполняющая его, делится на три слоя, которые никогда не смешиваются: сверху пресная вода с пресноводной фауной, ниже солоноватый слой, который населяют морские организмы, самый нижний слой настолько насыщенный сероводородом, что жизни в нем нет.

А вот не менее странное явление. Оказывается, на земле есть озера, у которых даже в жаркое лето на дне смерзается ил, хотя расположены они далеко от зоны вечной мерзлоты. Бывает и наоборот — придонные слои некоторых озер гораздо теплее воды на поверхности.

В одном озере - разные воды

Как все это объясняется?

Изоляция отдельных масс воды, их несмешиваемость объясняются в первую очередь различием их плотности. Плотность озерной воды меняется с изменением температуры, солености или мутности. Озера с соленой водой в глубине и рас-пресненной на поверхности встречаются в разных географических зонах. Их объединяет одна особенность — плотность воды глубинных слоев настолько велика, что перемешивание не может захватить эти слои, они застойны.
К таким озерам относятся и подпитываемые со дна минерализованными водами глубокие карстовые озера (Черное-Кучеер в Марийской автономной области, Беловодь во Владимирской области), водоемы с выходами соленых ключей на дне (озеро Соленое у города Сольвычегодска), солоноватые озера, в верхнем слое которых накапливаются пресные воды поверхностного стока (озеро Шира в Хакассии).


В одном озере - разные воды

Резкие различия солености между верхними и глубинными слоями воды часто бывают в озерах морских побережий. Эти водоемы в недавнем прошлом были морскими заливами, в глубинах которых сохранилась соленая морская вода, а в поверхностном слое распресненная. Большое различие в солености и, следовательно, в плотности слоев препятствует их перемешиванию.

Вот, например, уже упоминавшееся прибрежное озеро Могильное на острове Кильдин вблизи Кольского полуострова. Небольшое (площадь 0,1 км2), но сравнительно глубокое (17,5 м) озеро отделено от моря перемычкой из песка, гравия и камня. Морская вода просачивается через перемычку. Об этом помимо повышенной солености глубинных слоев свидетельствуют приливно-отливные колебания уровня озера.

Его уровень на 25—45 см выше уровня моря за счет пресных вод, стекающих с берегов. В Могильном как бы три водоема, расположенные один над другим. Верхний 5,5—6,5 м —1 слой распресненной воды, населенный пресноводной фауной, типичной для водоемов Арктики (ветвистоусые рачки, дафния, хидорус) с представителями населения морской литорали. Для слоя от 5,5—6,5 до 11 —13 м характерно резкое увеличение солености, морская фауна и флора, например медузы, морские рачки и особая форма трески. Ниже этого слоя лежат воды с еще большей соленостью, в которых из-за отсутствия обмена с атмосферой быстро исчезает кислород и появляется в большом количестве гибельный для жизни сероводород. Это «мертвый» слой, в котором обитают только некоторые бактерии. На верхней границе этого слоя вода массой пурпурных бактерий окрашена в розовый цвет.

Другой пример гидрохимической неоднородности — некоторые озера пустынь.

Как правило, бессточные озера засушливых районов отличаются высокой соленостью, но неожиданно встречаются озера и с малой соленостью, существование которых на первый взгляд загадочно. К ним принадлежат крупные озера — Балхаш и Аральское море. Существование относительно пресного Балхаша среди пустынь академик Л. С. Берг назвал «географическим парадоксом». Балхаш интересен и тем, что соленость его вод различна. Восточная часть озера засолена в 4 раза больше западной.


В одном озере - разные воды

Исследования показали, что водный баланс западной и восточной частей озера различен. При одинаковом испарении приток речных вод в западную часть озера, куда впадает мощная река Или, значительно больше, чем в восточную. Он создает избыток воды, устремляющейся в виде сильного течения из западной половины озера в восточную. Западная часть становится проточной, распресняющейся. Из восточной части озера стока нет, при испарении вода здесь засолоняется. Следовательно, распреснение одной половины озера связано с засолонением другой. Но почему тогда соленость восточной части постоянна?

Разрешить этот вопрос помог анализ водного и солевого баланса озера. Сопоставляя приток речных вод и атмосферных осадков с испарением, можно установить, что в озеро поступает больше воды, чем испаряется с ее поверхности. Единственный путь, которым эта вода может уходить из водоема, — подземный сток. Геологическое строение южного побережья свидетельствует о том, что такой сток возможен. Зная количество поступающих солей и среднюю соленость озера, можно рассчитать, сколько воды и солей уходит под землю. Кроме того, часть воды из Балхаша поступает в прибрежные озера—> соры, где испаряется. Соры действуют как природные испарители, подобно Кара-Богаз-Голу, заливу Каспия.
Вначале мы рассмотрели типичное для большинства озер распределение температуры по вертикали. Но есть озера и с необычным температурным режимом. В одних из них придонные слои в холодное время имеют высокую температуру, в то время как на поверхности вода близка к температуре замерзания. В других, наоборот, у дна в течение всего года температура отрицательная, грунт дна мерзлый. Местные жители нередко объясняют такое распределение температуры выходами горячих или холодных ключей на дне. На самом деле эти явления значительно сложнее.


В одном озере - разные воды

Хорошо известно озеро Развал, возникшее на Южном Урале, в районе Илецкой Защиты в 1906 г., на месте затопленных рекой Песчаной соляных копей. Это небольшое (около 7 га), но сравнительно глубокое (21 м) озеро не замерзает из-за высокой концентрации рапы. Самой интересной особенностью его воды является громадная амплитуда колебаний температуры поверхностного слоя, достигающая 60° — от минус 21,5° зимой до плюс 38,5° летом и отрицательная температура глубинных слоев воды в течение всего года.

Такая температурная аномалия обусловлена высокой минерализацией рапы и резким увеличением солености глубинных слоев. Берега и дно озера Развал сложены пластами каменной соли, растворение которой и повышает соленость его вод. В суровые зимы вся вода озера охлаждается до низких отрицательных температур. Летом же ветровое и конвективное перемешивание не может охватить всего озера, и в глубинных, наиболее соленых слоях вода всегда имеет отрицательную температуру. Илы и соляные донные отложения смерзаются, образуя так называемую «многолетнюю озерную мерзлоту».

С анизотропностью минеральных озер связано и другое своеобразное термическое явление — обратная температурная стратификация летом или в течение всего года.

Летом в соляных озерах пустынь и полупустынь придонные слои рапы и донные илы часто нагреваются гораздо сильнее, чем поверхностный распресненный слой. Так, температура рассолов минеральных озер в Крыму, в Кулундинской степи, в Кара-Кумах на 25—30°, а температура илов на 30—40° выше температуры покрывающего их слоя пресной воды.


В одном озере - разные воды

Такой сильный нагрев рассолов и илов связан, с одной стороны, с их меньшей, чем у пресных вод, теплоемкостью, с другой — с парниковым эффектом, который создает слой пресной воды.

В некоторых анизотропных озерах, даже при незначительной глубине, резкое различие солености верхних и глубинных слоев препятствует перемешиванию. Озеро Шунет в Хакассии, глубина которого не превышает 4 м (соленость поверхностного сдоя 18 г/л, а придонного — 80 г/л), летом 1957 г. имело одинаковую температуру — от 18—20° от поверхности до дна. Осенью того же года, в то время как поверхностный слой охладился до 3°, вода придонного слоя, не охваченная перемешиванием, сохранила температуру 15°.

Похожие темы




Интересное в разделе «Наука»

Новое на сайте