Озера. Происхождение озерных котловин

Озерами называются внутренние водоемы суши со стоячей или мало проточной водой без двусторонней взаимной связи с океа­ном, с особыми, им свойственными условиями жизни и специфи­ческими организмами.

В отличие от рек, озера – водоемы замедленного водообмена. С этим связаны многие черты их режима: вертикальная и гори­зонтальная неоднородность и циркуляция воды, отложение в кот­ловине твердого материала, характер биоценозов, эво­люция и отмирание водоема. Почти все озера, за исключением соленых самосадочных и вре­менных ледниковых, населены животными и растениями. Каждое озеро – биотоп и биоценоз, биоакваценоз, аналогичный биогеоце­нозу.

Каждое озеро состоит из трех взаимно связанных крупных частей: 1) котловины – формы рельефа земной коры, 2) воды и рас­творенных в ней веществ – части гидросферы и 3 ) растительного и животного населения водоема – части живого вещества пла­неты.

Принято считать, что общая площадь озер равна 2700000 км², что составляет около 1,8% поверхности суши и примерно в 7 раз больше площади Каспия (372,4 тыс. км²).

Озерные котловины – эле­мент рельефа. Образование самых больших и глубоких связано с жизнью земной коры, с тектоническими процессами. Многие озера занимают понижения рельефа, созданные экзогенными процессами. Есть котловины, образование которых обязано функциям живого вещества. Таким образом, не только озера в целом, но и котловины есть результат взаимодействия частей еди­ной и целостной природы.

Котловины тектонического проис­хождения могут быть сбро­совыми, мульдовыми, сложного строе­ния и вулканическими.

В сбросовых котловинах находятся Байкал, Великие американские, Вели­кие африканские озера, Ладожское, Онежское, Мертвое,а также крупные озера Балтийского и Канадского щи­тов. Самые глубокие озера – Байкал (1620 м) и Танганьика (1435 м), все остальные не глубже 1000 м.

Положение сбросовых котловин и крупных озер подчиня­ется строгим закономерностям: они приурочены к тектонически активным линиям.

Близки к описанным тектонические трещинные котловины озер Скандина­вии, Финляндии, Карелии и Канады. Все они узкие, длинные, вытянуты с се­веро-запада на юго-восток, в Канаде с северо-востока на юго-запад; берега скалистые, озера глубокие. Котловины занимают тектонические трещины кристаллических массивов, обра­ботанные материковыми льдами.

Мульдовые озерные котловины встречаются повсюду, посколь­ку прогибы (мульда – прогиб или синклиналь с примерно равными длиной и шириной) земной коры распространены широко. Примерами озер в мульдовых котловинах могут служить Чад, Эйр, северная часть Каспия, многие озера плоскогорий и нагорий.

Котловины сложного тектонического происхождения созданы разнородными движениями земной коры пликативного и дизъюнк­тивного характера (Каспийское море, озеро Виктория, Титикака, Поопо).

Вулканические озерные котловины бывают кратерными и кальдерными. Кратерные многочисленны на Яве, в Новой Зеландии, на Канарских островах. Кальдерные близки по происхождению и морфологии к кратерным; к ним относятся, например, ванны Курильского и Кроноцкого озер на Камчатке.

Своеобразными вулканическими котловинами являются маары.

Довольно многочисленна группа озерных котловин, которые обобщенно называют ледниковыми. Они могут быть равнинными и горными.

На равнинах котловины ледникового происхождения распро­странены на территории, подвергавшейся последнему, Валдайско­му оледенению. Выделяют пять генетических и морфологических типов ледниковых котловин: эрозионные, холмисто-аккумулятив­ные, равнинно-аккумулятивные, камовые и моренно-запрудные.

Эрозионные ледниковые котловины распространены в преде­лах Балтийского и Канадского щитов, которые были центрами оледенения. Материковые льды сползали отсюда и эродировали тектонические трещины. Следовательно, эти котловины одновре­менно и тектонические, и ледниковые.

Аккумулятивные озерные котловины образовались там, где ледник откладывал морену – рыхлые горные породы, снесенные из центральных областей. Озерные котловины в пределах моренно-равнинного рельефа широкие, овальной формы и мелкие (Иль­мень, Белое, Псковско-Чудское, Воже, Лача), в понижениях морено холмистого рельефа – сложной лопастной формы с многими полуостровами, заливами, островами и проливами (Селигер).

Камовые котловины и озера в них невелики – обычно несколь­ко десятков метров в поперечнике, овальные или круглые, относи­тельно глубокие.

Моренно-запрудные котловины возникли при запруживании моренной доледниковой долины стока. Конечно-моренная гряда Сальпяуселькя в Финляндии, подпрудив воды эрозионных долин, создала котловины озер Сайма, Пяйянне и др.

В горах ледниковые озерные котловины представлены моренно-запрудными и каровыми. Моренно-запрудные образовались при запруживании плейстоценовыми ледниками речных долин. В таких котловинах находятся крупные альпийские озера. Карами называются небольшие округлые кот­ловины близ снеговой линии, выработанные снежниками и лед­никами. Каровые озера небольшие, с чистой и холодной водой.

Водноэрозионные и водноаккумулятивные котловины находят­ся в долинах равнинных рек и по берегам морей. Они представ­лены старицами, дельтовыми и прибрежными озерными ваннами. В связи со значительной интенсивностью эрозионных и аккуму­лятивных процессов и небольшими размерами долинные и при­брежные котловины сравнительно быстро заполняются наносами и зарастают в одних местах и вновь образуются в других.

Карстовые озерные котловины возникают в областях, сложен­ных растворимыми породами – известняками, гипсами, доломита­ми. Растворение этих пород приводит к образованию глубоких, но незначительных по площади котловин. Здесь же нередко слу­чаются провалы, обусловленные растворением и выносом ниже лежащих толщ.

В областях многолетней мерзлоты многочисленны термокар­стовые котловины, обязанные таянию ископаемого льда и мерз­лых пород и просадкам грунта. К термокарстовым относятся аласы Витимской низменности и котловины многих тундровых озерков. Все они имеют небольшую глубину и невелики по пло­щади. Многие камовые котловины тоже термокарстового проис­хождения.

Суффозионные озерные котловины обязаны просадкам грунта в связи с выносом грунтовыми водами растворимых, а также легко подвижных горных пород верхних слоев коры выветривания (многие озера степной части Западно-Сибирской равнины, Казах­стана и Центральной Азии).

Органогенные котловины возникают на сфагновых болотах тайги, лесотундры и тундры, а также на коралловых островах; они обязаны неравномерному нарастанию в первом случае мхов, во втором – полипов.

Котловины, независимо от того, как они образовались, в даль­нейшем развиваются под воздействием речной эрозии и аккуму­ляции, абразионной деятельности волн, снежного и ледяного по­кровов, течений, растительного и животного мира водоема и др. Озерные впадины непрерывно изменяются, исчезают и возникают вновь.

 

61. Водная масса озер. Тепловой режим озер.

Как и в морях, в озерах водной массой называется не только вода, но и растворенные в ней газы и соли. Вода во всех озерах современного атмосферного происхождения. Она попадает в котловину путем поверхностного притока У_пр, подземного притока или оттока У и осадков на зеркало водо­ема X, в том числе и конденсации пара. Расход воды происходит через сток из озера У_Ст и испарение с поверхности воды Z. В отли­чие от речного в балансе озер есть еще одна величина — запасы воды или их накопление А. Расчет водного баланса озера произ­водится по уравнению:

 

Р = У_пр + У + Х + А - У_ст - Z

 

Вбольшинстве озер в годовом выводе приход и расход урав­новешиваются и баланс равен 0. В бессточных озерах он обычно или положительный, или отрицательный. Уровень таких озер то повышается, то понижается. Соответствен­но изменяется и площадь.

По приходу и расходу водной массы озера делятся на четыре группы.

1. Хорошо проточные. В такие озера впадает несколько рек и одна вытекает. Вода в них непрерывно сменяется. Естественно, что она пресная и всегда чистая. Хорошо проточные озера находятся в зонах избыточного ат­мосферного увлажнения и име­ют высоко положительный ба­ланс.

2. Мало проточные. В них тоже впадают реки, но сток осуществляется или периоди­чески, или через одну небольшую реку. Такие озера присущи зонам с недостаточным увлажнением.

3. Бессточные, (устьевые, озера). В них впадают ре­ки, иногда очень значительные, например, в Каспийское и Аральское моря, но стока из них нет.

4. Глухие, (замкнутые, озера). Они не имеют ни прито­ка, ни стока в виде рек, пита­ются дождевой, снеговой и грунтовой водой. Расходуется вода на испарение и подземный сток. Глухими являются не­ большие озерки среди тундр, в лесах таежной зоны, степные, блюдца, а также соленые озера полупустынной зоны. Сюда же относятся каровые озера высокогорий, кратерные вулка­нические и многие другие, все­гда небольшие.

Вне групп оказываются кар­стовые озера, питающиеся не столько поверхностным и грун­товым стоком, сколько мощным потоком воды в подземных пу­стотах.

Слой годового водообмена в среднем колеблется от 1 м в бессточных озерах, до 2 м в малопроточных и до 3-4 м и несколько более в хорошо про­точных.

Отношение объемов воды, участвующих и не участвую­щих в водообмене, во многом зависит от размеров и формы котловины. В Ладожском озере оно равно 8,8%, в Байкале 0,3, в Каспии 0,6, в Псковско-Чудском даже 56,5%.

Различают сезонные и многолетние колебания уровней озер. Сезонные определяются годовым режимом осадков и испаряемости и происходят на фоне многолетних. Наибольшие изменения уровней как в течение каждого года, так и за ряд лет свойственны озерам аридных зон. Питаясь преимущественно за счет речного притока и расходуя воду только на испарение, эти озера чутко реаги­руют на осадки и испаряемость.

С колебаниями уровней сопряжены значительные изменения и площади водоемов. Австралий­ское озеро Эйр, лежащее в депрессии на 12 м ниже уровня моря, в сезон дождей влажных лет представляет собой огромный водоем площадью до 15000 км², а в сухие сезоны засушливых лет вода сохраняется лишь в немногих заливах южной части озера. Озеро Эйр – потенциальный центр стока обширной области. За историче­ское время впадина его только один раз – в 1949-1950 г. наполни­лась водой. Средняя глубина его тогда была 2 м, а максимальная 3,9 м. Но уже к 1953 г. озеро полностью пересохло.

Колебания уровней проточных озер, расположенных в зонах избыточного увлажнения, незначительны и тем меньше, чем боль­ше их площадь. На Байкале, Онежском и Ладожском, Великих Американских, Виктории и Танганьике они не более 1 м. Уровень мало проточных озер изменяется несколько больше – у Балатона на 1,5 м.

В умеренном поясе значительны и внутривековые изменения уровней и зеркала больших по площади, но неглубоких озер. Наибольшая глубина Ильмень-озера меняется от 2 до 10 м, а площадь – от 659 до 2230 км².

Тепловой режим озер. Основным источником тепла для воды озер служит солнечная радиация. Расходуется тепло озерной воды главным образом на испарение и излучение в атмосферу, вес­ной – на таянье льда. Согревающее действие иногда оказывают источники.

Вертикальная циркуляция и перемешивание воды, зависят от температуры и солености озера. В соленых озерах сезонное нагревание и охлаж­дение не вызывает тепловой конвекции. Поэтому ниже охаракте­ризованы только пресные и солоноватые озера. Они делятся на теплые, умеренные и холодные.

Распределение тепла в водной массе в вертикальном направле­нии обусловлено одним из свойств воды: наибольшей плотности она достигает при 4° С.

В теплых климатических зонах весь год вверху вода теплее, чем внизу. Такие озера называются теплыми. Например, в Тан­ганьике вверху температура изменяется от 23,8 до 26,5°, а у дна она всегда равна 23° С. В этих условиях циркуляция воды проис­ходит только в верхнем слое мощностью от 40 до 100 м. Нижние слои лишены кислорода.

В отдельных случаях термическая стратификация нарушается особенностями минерализации воды. Так, в озере Киву (Африка) на поверхности температура держится от 24 до 26°, затем она падает до 23° на глубине 70 м, а потом снова повышается и у дна достигает 26° С. Эта редкая температурная аномалия обусловлена двумя причинами: 1) источником тепла служат поствулканические процессы, 2) подъему теплой воды препятствует ее минерализация на глубине до 4 г/л. Причем соли, которые несут подземные воды, также связаны с вулканическими породами.

В озерах холодных зон, если они достаточно глубокие, темпера­тура воды у дна около 4° С. К поверхности она понижается, по­скольку и летнее тепло воду не нагревает до температуры макси­мальной плотности. Но таких озер мало.

В озерах умеренного пояса температура верхних слоев воды изменяется по сезонам. В связи с этим и вертикальное распреде­ление тепла и связанная с ним циркуляция водной массы носят сезонный характер.

Летом температура верхних слоев, нагреваемых солнцем, 14-18°, с глубиной она понижается и в придонных слоях глубоких озер держится около 3,5-4,0° С. Расслоение воды, при котором ее температура с глубиной понижается, называется прямой стратифи­кацией. Ниже ветрового перемешивания находится слой темпера­турного скачка,в котором температура резко понижается: теплая верхняя вода сменяется холодной глубинной. Слой скачка в боль­ших озерах находится на глубине от 10 до 25 м, а в мелких – около 2 м.

Осенью, по мере похолодания погоды, верхний слой воды ох­лаждается, плотность воды повышается. Возникает частичная цир­куляция воды: холодные и плотные верхние слои погружаются, еще не остывшие среднеглубинные поднимаются. Это происходит до тех пор, пока все озеро охладится до 4° С. Состоя­ние воды, при котором температура всей ее толщи одинакова (4° С), называется гомотермией.

Зимой подо льдом температура около 0°, у дна 4° С. Расслоение воды, при котором вверху вода холоднее, чем внизу, называется обратной стратификацией.

Весной вода нагревается сначала до 4° С, а затем и выше. Начинается частичная циркуляция, заканчивающаяся кратковременной весенней гомотермией, которая затем сме­няется летней прямой стратификацией.

Умеренные и холодные озера Евразии и Северной Америки, а также высокогорий зимой замерзают. Южная граница пояса озер с ледоставом проходит по Скандинавским горам, нижнему Дунаю, степному Крыму, Кубани, северу Аральского озера и Балхаша, захватывает Западный Китай, Тибет, Северо-Восточный Китай. В Америке эта линия проходит по Великим Американским озерам.

 

 

62. Географические типы распространения озер

Каждой природ­ной зоне свойственна определенная озерность как в количествен­ном отношении (число озер), так и в качественном (их характер или типы). Озеро представляет собой ярко выраженную геосистему, образованную озерной котловиной, водной массой, воздухом и живым веществом (растениями и животными).

Озерность территории аналогична густоте речной сети. Она ха­рактеризуется следующими показателями: 1) отношением сум­марной площади зеркала водоемов региона к общей его площади, выраженном в процентах; 2) количеством озер всех размеров на 1000 км² площади; 3) количеством озер размером в 1 км² и более на 1000 км² площади; 4) общим числом озер в районе. Классификация озер:

Тундровая зона. 1 .Озера тундрового типа развиваются в условиях избыточного увлажнения, многочисленны, но неболь­ших размеров. Котловины биогенные и термокарстовые, дно их плоское, глубина незначительная, берега низкие, часто заболочен­ные. Вода пресная и ультрапресная. Дистрофные. В целом озерность тундровой зоны от 5 до 10%, на 1000 км² приходится 1000-1500 озер, преимущественно малых, площадью меньше 1 км².

Лесная зона средних широт тоже избыточно увлажнена, что благоприятствует образованию озер. Регионы этой зоны раз­личны по рельефу и его возрасту. Здесь отчетливо обрисовано несколько озерных областей со свойственными им типами озер.

2. Карельско-Канадский тип. Озера этого типа распространены на Балтийском и Канадском щитах. Среди них можно выделить два подтипа озер: в трещинных котловинах и в ледниково-аккумулятивных котловинах. Характерно своеобразное соотношение озер с реками: главным звеном гид­рографической сети служат озера, а реки в виде коротких проток играют подчиненную роль. Озера хорошо проточные, пресные, олиготрофные. Озерность территории наибольшая для всей суши – Карелии 12,6%, на 1000 км² насчитывается 208 озер, причем средних и больших от 5 до 9, что значительно больше, чем в других районах.

3. Ладожско-Лаврентьевский тип представлен очень большими озерами в котловинах – грабенах на периферии Балтийского и Ка­надского щитов – Онежское, Ладожское, Венерн, Веттерн, Вели­кие Американские, Виннипег, Атабаска, Большое Невольничье, Большое Медвежье. Каждое из этих озер представляет собой узел большой гидрографической сети – принимает много притоков, сток осуществляется полноводными протоками. Водосборная площадь Ладожского озера 276 тыс. км², она уступает (не считая Каспийского моря) только Аралу (940 тыс. км²) и Байкалу (571 тыс. км²). К этому типу при­надлежит и крупнейшее озеро – Верхнее. Все озера хорошо проточные, пресные, олиготрофные; обладают значительными запа­сами рыбы.

4. Селигеро-Ильменский тип. Озера этого типа расположены в краевой зоне бывших материковых ледников, где откладывалась морена. Выделяются озера двух подтипов: а) селигерского; при­урочены к холмисто-моренному рельефу, лопастной формы, б) иль­менского; характерны для моренно-равнинного рельефа, имеют овальную форму; к этому подтипу относятся Ильмень, Белое, Боже, Лача, Кубенское, Псковское озера. Озера хорошо проточные, пресные, эвтрофные, интенсивно за­растают. У каждого значительная водосборная площадь.

5. Восточносибирский тип. К нему относятся озера территорий с вечной мерзлотой – Северо-Сибирской, Центрально-якутской (Вилюйской), Яно-Индигирской, Колымской низменностей. Котлови­ны термокарстовые, небольшие и неглубокие, водосборная пло­щадь невелика. Создают большую озерность – 8,4%. (вторая после, Карелии и Финляндии), на 1000 км² приходится 370-450 озер. Общее число озер очень велико, например, в Яно-Индигирской и Колымской низменностях 550 600. Озера пресные, в стадию юности олиготрофные, затем становятся эвтрофными. Тепловой режим зависит от близости мерзлоты.

6. Таежно-болотный тип включает малые озера в биогенных, камовых и термокарстовых котловинах; глухие, пресные, дистрофные, часто безрыбные. Характерны для западносибирской тайги. В среднем и нижнем течении Оби их
1844000, на 1000 км² приходится 375 озер, но озерность меньше тундровой – 3,8 %.

Озерность лесной зоны весьма неравномерна: если в Карелии на 1000 км² приходится 200 озер, то на геологически древней территории бассейна Камы только 14.

В степной зонеклиматические факторы (недостаточное ат­мосферное увлажнение) не благоприятны для образования озер. На большей части зоны в степных блюдцах возникают лишь вре­менные весенние водоемы. И только в азиатской степной провин­ции с ее малым речным стоком реки образуют устьевые озера. Сочетаются пресные и минерализованные озера.

7. Азиатский степной тип свойствен равнинным областям степной зоны Западной Сибири и Казахстана (Чаны, Кулундинское, Убинское и др.). Общее число озер здесь свыше 38 тыс., озерность 2,4%, на 1000 км² приходится 27 озер. Самое большое из них Чаны, площадью около 2000 км². Озера занимают суффозионные понижения, котловины озер врезаны слабо, неглубокие. Чутко реагируют на климатические изменения колебаниями мас­сы воды и площади зеркала. Большинство озер бессточны. Пресные и солоноватые – эвтрофные.

8. Предгорный степной тип включает несколько больших озер (Балатон, Ханка, Нейзидлер-Зе) и много мелких. Они занимают тектонические котловины в предгорьях. Малопроточные, пресные, эвтрофные.

В пустынной зоне также есть районы со значительной озерностью.

9. Казахстанский тип; представлен как большими (Балхаш, Тенгиз, Лобнор), так и малыми (Эльтон, Баскунчак) озе­рами. К этому типу можно отнести и Аральское море. Котловины большинства из них тектонические, некоторых суффо­зионные. Самая характерная черта этих озер – бессточность. Ми­нерализация их весьма различная: Балхаш в восточной части прес­ный, Эльтон – самосадочное озеро, Аральское море солоноватое.
Еще одна характерная черта озер Казахстанского типа – частые изменения уровня, места положения (Лобнор) и даже проточности (Кургальджин недавно стало проточным озером и начало опресняться). Солоноватые озера эвтрофны, горькосоленые безжизненны.

Субтропическая зонасеверного полушария совпадает со средиземным поясом разлома земной коры. Особенности сто­ка здесь определяются не столько климатом – недостаточным увлажнением, сколько макрорельефом – сочетанием горных хреб­тов и котловин.

10. Анатолийский тип. Озера этого типа находятся в сбросо­вых, синклинальных и лавово-запрудных котловинах. Водосборные бассейны небольшие, замкнутые (Мертвое, Ван, Севан, Дарьячейе Немек, Туз, Резайе, Большое Соленое). Большинство озер бессточ­ные с большими колебаниями уровней во времени. Благодаря отсутствию единого базиса эрозии высота зеркала даже соседних озер весьма различна. Большинство минерализовано, состав солей сильно варьирует. К числу пресных озер относится Севан.

В тропической зонеатмосферное увлажнение ничтожное, сток незначительный и резко колеблется по сезонам и годам. И это сказывается на характере озер.

11. Австралийский тип. Озера бессточные, расположены обыч­но в обширных, но плоских и неглубоких котловинах, морфологи­чески обрисованы слабо (Эйр, Этоша, Зоа, Торренс, Чад и др.). Сезонные и многолетние колебания уровней и площадей значительные. В Австралии 39 водоемов во влажное время года каж­дый достигает площади свыше 1000 км². В сезон дождей появ­ляются временные озера. В сухой сезон многие представлены только коркой соли. Жизненные условия лимитируются соленостью и сезонными изменениями водной массы.

В экваториальной зоне благодаря большому количеству осадков сток интенсивный, развиты мощные речные системы (Ама­зонка, Конго и др.), поэтому условия для образования озер не благоприятны.

11. Великоафриканский тип, в рифтовой полосе Восточноафриканских разломов образовалась цепь Великих озер – Ньяса, Танганьика, Киву, Эдуард, Альберт, Виктория, Рудольф. Они про­тягиваются от 15° ю. ш. до 5° с. ш., захватывая южный субэкваториальный, экваториальный и северный субэкваториаль­ный пояс. Вся Восточная Африка находится в зоне субэкватори­альных муссонов и саванн. Режим озер различен: Ньяса, Викто­рия, Эдуард, Альберт проточные и пресные, Танганьика и Кивумало проточные и со своеобразным газовым режимом, озеро Ру­дольфа бессточное и минерализованное.

На равнинах выделяются три типа интразональных озер: долинно-речные, прибрежно-морские и карстовые.

13. К долинно-речным относятся староречья и дельтовые. Дель­ты территории с наибольшей озерностью от 9 до 12%. Однако озера небольшие — от 0,05 до 0,5 км². В дельте Лены 58728 озер, Волги – 1680, Яны – 20 059.

14. Прибрежно-морские озера образуются благодаря отчленению небольших прибрежных акваторий морей – бухт и заливов песчаными стрелками; моренами, коралловыми рифами и др. Раз­новидностью таких озер являются лиманы.

15. Карстовые озера. В горных странах озера весьма разнообразны в зависимости от характера котловин и природы высотного пояса. Обобщая индивидуальные особенности озер, можно выделить два типа: среднегорные и высокогорные.

16. Среднегорные (Зайсан, Телецкое, Женевское, Боденское и другие) озера занимают котловины, образовавшиеся от подпруживания горных долин мореной, обвалом или вулканической лавой.

17. Высокогорные озера находятся в предледниковом поясе альпийских лугов и занимают каровые, троговые, кратерные или кальдерные котловины. Небольшие, с пресной очень чистой водой, олиготрофные.

Вне групп остаются уникальные озера Каспийское и Байкал.

Каспийское, как уже указывалось, благодаря огромным разме­рам развивается как морской водоем.

Байкал индивидуален: благодаря глубине (1620 м), объему воды (23000 км³), ее чистоте, а также возрасту (с миоцена) и обусловленной этим эндемичности 3/4 фауны представляет собой исключительное явление природы. Иногда его сравнивают с Тан­ганьикой. Однако их сходство ограничивается только морфологией котловин, состав же воды режим озер раз­личны.