Термический и ледовый режим озер кратко

Обновлено: 05.07.2024

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.).

Термический режим озер.

Существует зональная термическая классификация пресных озер, разработанная Ф. Форелем. В ней выделены три типа озер: полярные, умеренные и тропические – в зависимости от длительности периода с температурой выше или ниже +4 °С, что отражается на вертикальной циркуляции воды в озере. Впоследствии дополнительно были выделены еще два типа озер – субполярные и субтропические, а в тропическом типе намечены два подтипа: влажных и сухих тропиков.

Озера жаркого теплового пояса – тропические – характеризуются температурой поверхности 20-30 °С весь год, причем с глубиной она постепенно снижается. Такое распределение температуры по вертикали называется прямой термической стратификацией. Зимой в связи с понижением температуры воды на поверхности наблюдается сезонная циркуляция, более четкая в сухих тропиках, нежели во влажных. Озера холодного теплового пояса – полярные – весь год обладают температурой поверхности ниже +4 °С. Большую часть года они замерзшие, и температура с глубиной повышается. Такое распределение температуры по вертикали называется обратной термической стратификацией. Период циркуляции один – летом. Озера умеренного теплового пояса – умеренные – имеют температуру поверхности выше +4 °С летом, ниже +4 °С зимой. Они обладают переменной стратификацией по сезонам года: летом прямой, зимой обратной. Весной и осенью наступают такие моменты, когда температура по вертикали одинаковая – +4°С на разных глубинах. Явление постоянства температуры по вертикали называется гомотермией (весенней и осенней).

а. - изменение температуры пресных озер с глубиной по сезонам года;

б. - вертикальные термические зоны озер умеренного климатического пояса летом

Годовой термический цикл в озерах умеренного пояса разделяется на четыре периода: весеннее нагревание (от 0 до +4 °С) осуществляется благодаря конвективному перемешиванию; летнее нагревание (от +4 °С до максимальной температуры) – путем молекулярной теплопроводности; осеннее охлаждение (от максимальной температуры до +4 °С) – путем конвективного перемешивания; зимнее охлаждение (от +4 до 0°С) – вновь путем молекулярной теплопроводности. Таким образом, в умеренных озерах два периода циркуляции – весной и осенью.

В зимнем периоде замерзающих озер выделяются те же три фазы, что и у рек: замерзание, ледостав, вскрытие. Процесс образования и таяния льда у озер схож с реками. Небольшие мелкие озера замерзают раньше рек, большие глубокие – позже. Но и те и другие озера на 2-3 недели дольше покрыты льдом, чем реки региона, и вскрываются позже их. Термический режим соленых озер напоминает режим океанов и морей.

Для большинства озер главными приходными составляющими теплового баланса являются солнечная радиация 0_С, поступление теплоты из атмосферы при турбулентном теплообмене @;_тм, от донных грунтов @ф, с речным стоком 0^_ч и подземными водами © + _П0Ю, выделение теплоты при конденсации водяного пара 0_КОНД и при ледообразовании 0_лед. Теплота расходуется в озерах на эффективное излучение /, при передаче в процессе турбулентного теплообмена в атмосферу 0_ЭТМ, при поступлении в грунты дна 0_Ф, на испаре- НИе ©исп и таяние льда 0_ПЛ. Часть теплоты 0~_еч уносится из озера с вытекающими из него речными водами (для сточных озер) и с под

земным оттоком 0п_ОД3. В результате сочетания прихода и расхода теплоты изменяется теплосодержание вод в озере А©.

С учетом сказанного, общее уравнение теплового баланса водного объекта (2.7) применительно к озеру можно представить в следующем виде:

©С + ©атм + ©ф + ©реч + ©подз + ©конд + ©лед =

= 1+ 0“_тм + ©_ф + ©реч + ©подз + ©исп + ©пл - ^©- (7-21)

Изменение теплосодержания вод в озере А0 = с_рр КА Г, где V— объем озера (или рассматриваемого его слоя); АТ— изменение температуры воды. Если приходная часть уравнения теплового баланса больше расходной, то А©>0, и вода в озере нагревается (ДГ> 0). В противоположном случае А0 86 / 141 86 87 88 89 90 91 92 93 94 > Следующая > >>

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

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.

Зимний период

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.

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

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).

Озера представляют собой естественные водоемы с замедленным водообменом. Для образования озера необходимо образование котловины и заполнение ее водой на длительное время. Котловина озера обычно заполняется речными и подземными водами, атмосферными осадками и, иногда, водами морского происхождения.

По характеру водообмена озера делятся на две большие группы: сточные и бессточные.

Сточными называются озера, сбрасывающие часть своих вод в виде речного стока, бессточными- озера, лишенные стока воды. К сточным озерам относится большинство озер районов влажного и умеренного климата. Бессточные озера характерны для засушливых районов мира.

Частным случаем сточных озер являются проточные озера, у которых реки приносят примерно столько воды, сколько выносит река, вытекающая из озера. Иногда сток из озер наблюдается периодически, в многоводные годы или в периоды половодий и паводков. Такие озера называются временно сточными или озерами с перемежающимся стоком.

Сточные озера обладают различной интенсивностью водообмена или проточности, играющей большую роль в гидробиологических процессах в озере. Интенсивность водообмена характеризуется отношением объема воды в озере V к объему водыW, вытекающей из него:

Отсюда следует, что чем меньше I, тем быстрее обменивается вода в озере.

Образование озерных котловин происходит под влиянием эндогенных (внутренних) и экзогенных (внешних) процессов. Обычно в формировании современного облика озерных котловин участвует несколько процессов, однако один или два являются ведущими.

Выделяют следующие основные генетические типы озерных котловин:

Тектоническая- озера образуются в прогибах земной коры на равнинах (Ладожское, Онежское, Ильмень, Верхнее в Северной Америке), в прогибах в горах (Иссык-Куль, Алаколь, Маркаколь и др.), в предгорных впадинах (Балхаш), в рифтовых впадинах (Байкал, Танганьика). Большинство тектонических озер большие по глубине и объему.

Вулканические озера возникают в кратерах вулканов потухших вулканов (озеро Кроноцкое на Камчатке).

Метеоритные озера- образуются в углублениях, возникших при падении метеоритов.

Ледниковые озера- их возникновение связано с экзарационно-аккумулятивной деятельностью древних и современных ледников. Экзарационной деятельности ледников обязаны своим происхождением многочисленные озера Финляндии, Карелии и Беларуси.

Водно-эрозионные и водно-аккумулятивные озера- это озера речных долин, дельт, морских побережий. К ним относятся: а) озера старицы, располагающиеся обычно в поймах рек; б) плесовые, разобщенные в межень плесы пересыхающих рек; с) дельтовые -распространены в дельтах крупных рек (Кубанские плавни, ильмени в Волжской дельте);

д) лагуны и лиманы- озера морских побережий, возникшие на месте бывших мелководных заливов и затопленных устьев рек.

Читайте также: