Как образуются остаточные озера кратко

Обновлено: 06.07.2024

Что произойдет, если морской залив отделится от моря? Останется маленьким морем или станет пресным озером? Или превратится во что-то совсем другое? А что будет с его обитателями? Прибрежные водоемы, находящиеся на разных стадиях изоляции от моря, изучают на Беломорской биологической станции МГУ. На пути от морского залива к озеру отделившийся водоем становится меромиктическим. В нем соседствуют слои с разной соленостью, и в каждом живет свое биологическое сообщество. Исследователям удалось реконструировать ход событий в каждом из слоев и во всей экосистеме.

Об авторах

Елена Дмитриевна Краснова — кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Беломорской биологической станции биологического факультета Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова. Занимается исследованием прибрежных меромиктических водоемов, отделяющихся от Белого моря.

Мария Валерьевна Мардашова — младший научный сотрудник Центра морских исследований того же университета. Область научных интересов — исследование бентоса арктических морей.

У Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова есть северное представительство — Беломорская биологическая станция (ББС), где студенты-биологи знакомятся с морем и его обитателями. И есть на побережье Белого моря один феномен, пока очень слабо изученный. Это соленые озера, отделяющиеся от моря. Они возникли в результате поднятия берега, которое началось после схода ледника и до сих пор не закончилось. Озера продолжают эволюционировать, а среди нынешних морских заливов немало таких, которым предстоит встать на тот же путь. Да и само Белое море — не что иное, как водоем, частично изолированный от Баренцева моря.

Главное, что отличает эти озера, — многослойная структура водной толщи: сверху находится пресный слой (или еще не совсем пресный, если водоем только начинает изолироваться), под ним соленый, а возле дна — застойная зона, где нет кислорода, но очень много сероводорода. Как из равномерно перемешанного соленого морского залива образуется озеро с такой слоистостью? Что при этом происходит с обитателями водной толщи и дна? Как и с какой скоростью меняются их сообщества? Попробуем разобраться.

Озеро Кисло-Сладкое — один из отделяющихся от Белого моря водоемов. Фото Д. А. Воронова

Как же отделяется водоем? По мере подъема берега залив с углублением посередине и отмелями по краям превращается в лагуну * . Это может происходить по-разному. Есть три самых распространенных сценария. В первом случае лагуна образуется из залива, на выходе из которого расположен остров. Отмели по его краям соединяются с берегом и замыкают водоем. Во втором случае в цепочку остаточных озер превращается пролив между двумя большими участками суши. И наконец, третий путь — отчленение фрагмента эстуария ручья или небольшой реки.

Способы образования прибрежных меромиктических водоемов: а — водоем, отделенный от моря островом (оз. Кисло-Сладкое), б — цепь остаточных озер на месте древнего пролива (Ермолинская губа, Ершовские озера, кут губы Кислой), в — лагуна эстуарного типа

Стадии отделения водоема. При подъеме порога, отделяющего залив от моря, уменьшается частота забросов морской воды и меняется гидрологическая структура

Итак, по мере поднятия берега отмель, отгораживающая залив от моря, постепенно поднимается над уровнем малой воды. Приливно-отливные колебания в водоеме ослабевают и становятся асимметричными, с коротким приливом и долгим отливом. В дальнейшем, когда порог поднимется выше среднего уровня полной воды, ежедневные приливы прекратятся. На этом этапе забросы морской воды смогут происходить лишь в сизигию — время, когда Земля, Луна и Солнце оказываются на одной линии и приливы становятся очень высокими, особенно при новолунии. При дальнейшем подъеме порога морская вода попадает в залив еще реже, только при осенних высоких приливах и штормовых нагонах, и случается это один-два раза в год. Среди хорошо изученных нами озер есть такое, в котором забросы происходят с многолетними интервалами — это оз. Трехцветное. Оно получило свое название за разную окраску слоев водной толщи: торфянисто-коричневый верхний, изумрудно-зеленый средний и лимонно-желтый нижний. Порог, отделяющий это озеро, поднят над уровнем моря почти на метр, и для заплеска нужно совпадение высокого прилива, фазы сизигии и сильного ветрового нагона, что случается раз в несколько десятилетий. А в южной части губы Канда есть плес под названием Федосеевский, морская вода перестала поступать в него в 1916 г., после того как построили железнодорожную дамбу. На дне плеса теперь хранится реликтовая морская вода, попавшая туда 100 лет назад [3].

Меромиктическое озеро Трехцветное. Фото С. В. Пацаевой

Кроме подъема берега важную роль в отделении водоема от моря играет перенос течением мелких фракций грунта вдоль берега, а также работа льда. Они могут ускорить события на 150–250 лет [4].

Изоляция проявляется не только в ослаблении связи с морем. Когда береговая линия замыкается, водоем становится ловушкой для пресного стока, а также для органики — автохтонной (образующейся в озере при развитии водорослей) и аллохтонной (принесенной с водосбора). Органические вещества накапливаются в озерной котловине, это создает условия для развития бактериальных процессов, и по мере изоляции озера от моря они играют все большую роль в жизни экосистемы.

Меромиктические озера — интересный для науки феномен. Их немного, они распространены по всему миру и служат объектом усиленного изучения. Разница в плотности между верхним и нижним слоями может возникать из-за притока минерализованных подземных вод, растворения солей из подстилающих пород или из-за поступления в озера более плотных бытовых и промышленных стоков. В прибрежных меромиктических озерах причиной плотностной разницы служит поступление соленой воды из моря, если у озера еще осталась с ним связь, или сохранение реликтовой морской воды, попавшей туда до изоляции.

Вертикальную структуру водоема, отделяющегося от Белого моря, в обобщенном виде можно представить так. Водная толща состоит из пяти слоев: верхнего опресненного, слоя скачка плотности (пикноклина) и соленого слоя, который подразделен на верхний кислородный (аэробный), нижний анаэробный и хемоклин между ними. В каждом слое свои характеристики воды, и каждый населен своим сообществом живых организмов. Закономерности их изменений при усилении изоляции тоже различаются.

Строение водной толщи отделяющегося водоема. 1 — опресненный верхний слой; 2 — пикноклин; 3 — соленый аэробный слой; 4 — слой родомонасов; 5 — хемоклин (слой аноксигенного фотосинтеза); 6 — соленый анаэробный слой

Для знакомства с водными слоями меромиктического озера будем двигаться сверху вниз, т.е. начнем с поверхностного. По мере усиления изоляции он становится все более пресным, и состав биоты в нем меняется соответственно солености. Пока этот слой соленый, состав планктона и бентоса похож на морской. Когда совсем пресный, планктон и бентос — такие же, как в пресных озерах этого региона. А что на промежуточных этапах?

Изменения в донном населении поверхностного слоя начинаются еще на стадии соленого водоема [6]. Морская фауна с богатым видовым разнообразием постепенно беднеет. На смену приходит сообщество с численным превосходством одного вида — брюхоногих моллюсков гидробий (Hydrobia ulvae). В Белом море они живут в приливно-отливной зоне, но у озера этой зоны практически нет, и моллюски населяют не совсем обычный для них биотоп. Постепенно в водоеме становится все больше личинок насекомых. Сначала преобладают виды, личинки которых устойчивы к соли, но по мере опреснения на смену им приходят пресноводные виды. В гидробиологии есть понятие критической солености — это такая концентрация солей, при которой плохо как морским видам (для них соленость недостаточна), так и пресноводным (для них соли слишком много). Критическая соленость находится в диапазоне 5–8‰ [7]. Когда поверхностный слой опресняется до этого уровня, разнообразие бентоса сильно сокращается. При дальнейшем опреснении оно снова возрастает, главным образом за счет пресноводных личинок насекомых. Состав личиночной фауны может меняться год от года, он зависит от того, какие насекомые прилетели и облюбовали водоем. Впоследствии к личинкам насекомых добавляются пресноводные брюхоногие и двустворчатые моллюски, характерные для водоемов этого региона. Из морских видов последним озеро покидают бокоплавы-гаммарусы (Gammarus duebeni), способные выдерживать опреснение (у них даже бывают пресноводные популяции). Гаммарусы подвижны, они могут попадать в озеро с потоком морской воды, заплывать против течения ручья, оставаться в озере, если найдут для себя условия подходящими, или уплывать прочь. Потом на смену этому морскому бокоплаву приходит его пресноводный собрат гаммарус озерный (Gammarus lacustris), причем какое-то время эти два вида могут существовать одновременно.

В нижележащем соленом слое донные сообщества несколько иные, и по мере изоляции водоема они меняются. Для характеристики начальной стадии изоляции мы выбрали углубление в виде ковша в куту губы Кислой, отделенное от основной морской акватории мелководным порогом, который, однако, пока не препятствует приливному течению. Глубина ковша 10 м, в нем нет стагнации, течение перемешивает воду до дна, и фауна такая же, как в морской сублиторали — зоне, которая расположена ниже литорали и никогда не осушается. Характерные обитатели сублиторали в куте губы Кислой — бокоплавы Pontoporeia femorata, полухордовые Saccoglossus mereschkowskii и многощетинковые черви (полихеты) Terebellides stroemi. Здесь многочисленны асцидии рода Molgula, и, хотя водоем не очень глубокий, на дне его в массе встречаются холодолюбивые арктические формы, например многощетинковые черви Micronephthys minuta и двустворчатые моллюски Nicania montagui, которые в Белом море обычно обитают на больших глубинах и при низких температурах. По численности здесь преобладают полихеты, а по биомассе — двустворчатые моллюски, но ни один вид не занимает доминирующих позиций.

Следующая стадия изоляции — лагунные водоемы с ежедневными, но очень ослабленными приливами, высота которых не превышает 20 см. В нашем озерном арсенале таких водоемов три, причем один из них отделился от кута Кислой губы. В соленой зоне водоемов лагунного типа фауна становится беднее. Одними из первых исчезают холодолюбивые двустворчатые моллюски из семейства Astartidae, они уступают место бореальным и эврибионтным двустворкам Mya arenaria, Macoma balthica и Mytilus edulis. Эти три вида составляют основу биомассы лагунных водоемов. Резко сокращается число фильтраторов и крупных организмов, которые живут в толще грунта. В то же время часто развиваются локальные скопления мелких роющих форм, которые населяют поверхностные донные слои: полихет семейства Capitellidae, олигохет, бокоплавов корофиид.

При дальнейшей изоляции, когда приливы прекращаются, а забросы свежей морской воды происходят только в сизигию, число видов донных животных сокращается до 10–20, на первые роли выходят улитки-гидробии и красные личинки комаров-звонцов Chironomus gr. salinarius, приспособленные к широкому диапазону солености.

В верхнем, кислородном (аэробном), слое соленой зоны, как в парнике, накапливается тепло и кислород, выработанный фитопланктоном (вплоть до 300% пересыщения). Эта зона характеризуется наибольшей биомассой бентоса. Однако чем реже забросы морской воды, тем тоньше этот слой и тем меньше зона обитания морского бентоса. По мере изоляции озера его биомасса снижается, число видов существенно уменьшается. При этом количество бентосных организмов может и возрасти из-за развития мелких форм, способных существовать в широком диапазоне условий. Но потом фауна критически беднеет, и в конечном итоге соленый аэробный слой исчезает вместе со своими обитателями, а придонная сероводородная зона распространяется так высоко, что захватывает весь соленый слой. Водоем становится похож на континентальные меромиктические озера.

Отбор проб на озере Большие Хрусломены. Фото Д. А. Воронова

Но самые впечатляющие изменения происходят в соленом слое на границе между сероводородной и кислородной зонами, где расположен переходный слой — хемоклин. На ранних стадиях изоляции он широкий, а переход плавный. Но потом в хемоклине возникают цветные прослойки — мутно-зеленые, коричневатые, красноватые. Окраску им придают аноксигенные фототрофные бактерии, которые окисляют сероводород, используя его при фотосинтезе вместо молекулы воды, и выделяют не кислород, а серу. В беломорских полуизолированных водоемах в цветном бактериальном слое живут зеленые серные бактерии Chlorobium phaeovibrioides. Бактериальный слой будет зеленого цвета, если в нем доминирует зеленая форма Ch. phaeovibrioides, или красноватого, если преобладает коричневая форма. Эти две формы отличаются набором пигментов, участвующих в фотосинтезе, и поэтому их можно раздельно определять в смеси. Исследовательская группа с кафедры общей физики физического факультета МГУ под руководством доцента С. В. Пацаевой разработала методику оценки вклада каждой из этих форм в сообщество аноксигенных фототрофов по спектру поглощения света в экстрактах, по спектру флуоресценции, а также методику измерения концентрации хлоросомного бактериохлорофилла по спектрам поглощения необработанных проб воды [8]. Такой экспресс-анализ поможет легко и быстро определять состав фотосинтезирующих бактерий, что необходимо для наблюдений за уже известными водоемами, поиска новых и определения их места в типологическом ряду.

Фильтрат из разноцветных слоев воды из лагуны на Зеленом мысе. 12 августа 2016 г.

Световые условия, от которых зависит жизнь фотосинтезирующих организмов, в ходе изоляции меняются. На начальных стадиях поверхностный слой воды соленый и прозрачный, и свет достигает большей глубины, чем в водоемах с пресным верхним слоем, окрашенным в коричневатый цвет от растворенных гуминовых веществ. Поэтому неудивительно, что в озерах с регулярными приливами цветной слой расположен глубже, в нем преобладают коричнево-окрашенные формы, которые выдерживают большее затенение, а на финальных стадиях изоляции — зелено-окрашенные.

Бактериальный слой существует в течение всего года, а летом вплотную к нему могут образовываться еще несколько слоев с сообществами микроорганизмов, связанными с ним функционально, и нередко другого цвета [9]. Сверху к бактериальному слою прилегает слой простейших с миксотрофным типом питания, которые могут переключаться с фотосинтеза на потребление готовых органических веществ. Они населяют микроаэробную часть хемоклина, где есть немного кислорода, и выдерживают небольшие концентрации сероводорода. На начальных стадиях изоляции это обычно криптофитовые жгутиконосцы родомонас (Rhodomonas sp.), которых там может быть так много, что они окрашивают свою прослойку в свекольно-красный цвет, и это квалифицируется как гиперцветение. В водоемах с пресным верхним слоем над бактериальной зоной обитают крупные зеленые жгутиконосцы эвглены (Euglena sp.). Еще выше, где кислорода много, нередко располагается зеленоватый слой с высокой численностью мелких кокков или жгутиконосцев, которые там активно фотосинтезируют и насыщают воду кислородом. На самой границе окислительных и восстановительных условий и чуть ниже нее обитают инфузории, причем у каждого водоема свой набор видов. Среди инфузорий тоже есть миксотрофные — с фотосинтезирующими симбиотическими микроводорослями внутри, а некоторые содержат внутри своих клеток пластиды захваченных родомонасов в активном состоянии.

Хемоклин — самая продуктивная зона в отделяющихся водоемах. Особенно активно в нем идет бактериальный аноксигенный фотосинтез, скорость которого в несколько раз выше, чем у обычного фотосинтеза, осуществляемого фитопланктоном в вышележащей зоне [10, 11]. В производстве органических веществ в таких водоемах главенствующую роль играют зеленые серные бактерии. Созданную ими биомассу могут использовать миксотрофы из слоя, лежащего сверху, а они, в свою очередь, служат пищей для более крупных простейших, зоопланктона, и через них продукция передается на более высокие трофические уровни (рыбам, беспозвоночным) в сообщество вышележащих слоев водоема. К хемоклину нередко приурочены скопления зоопланктона. В соленых лагунах возле него концентрируются копеподы из рода Acartia, которые откармливаются на криптофитовых жгутиконосцах. В оз. Трехцветном вблизи хемоклина обнаружено скопление ветвистоусых рачков Bosmina longirostris. Спектральный анализ экстракта из этих рачков показал, что они потребляют не только фитопланктон, который концентрируется над хемоклином, но и зеленых серных бактерий из бескислородной зоны.

Зимние исследования на беломорских отделяющихся озерах. Фото Д. А. Воронова

Не будет преувеличением утверждать, что с появлением сероводородной зоны в отделяющемся от моря водоеме возникает совсем другая жизнь. На начальных этапах эта зона возникает в теплое время года и размывается зимой. Потом она становится постоянной; зимой граница распространения сероводорода поднимается, летом опускается. В озерах с самой долгой историей изоляции эта граница располагается выше, чем в тех, что недавно ступили на этот путь. Бактериальный слой добавляет контрастности: зеленые серные бактерии усваивают сероводород, не пропускают его вверх и тем самым усиливают окислительно-восстановительный градиент. Разность потенциалов между кислородной и сероводородной частями хемоклина на расстоянии 20 см может составлять до 0,5 В. Густая суспензия из бактерий не пропускает вниз свет, что препятствует прогреву нижележащей водной массы. Из-за этого плотность воды в анаэробной зоне оказывается больше, чем в случае отсутствия бактерий, а стратификация — еще более устойчивой.

Работы на озере Могильном. Фото А. А. Сазонова

Знание закономерностей эволюции водоемов, частично изолированных от Белого моря, позволило нам сделать прогноз для меромиктического озера Могильного, расположенного на о. Кильдин в Баренцевом море. Это озеро — классический пример реликтового водоема, который отделился от моря 1,5–1,0 тыс. лет назад, после образования каменистой перемычки, сквозь которую озеро продолжает обмениваться водой с морем. История изучения оз. Могильного насчитывает полтора столетия. По гидрологической структуре оно очень похоже на беломорские отделяющиеся озера. В нем те же основные слои: поверхностный, который некогда был пресным, средний соленый, населенный морской фауной, и нижний сероводородный. В течение XX в. вертикальная структура озера постепенно менялась: поверхностный слой стал солоноватым и сделался на 2 м тоньше, исчезло пресноводное сообщество, граница распространения сероводорода поднялась на 3 м [13]. В последние 10 лет эти изменения ускорились, что вызвало беспокойство о будущей судьбе изолированной популяции кильдинской трески — подвида атлантической трески, который обитает только в этом озере и занесен в Красную книгу Российской Федерации.

Мальки кильдинской трески в оз. Могильном. Фото М. Л. Федюка

* Если залив мелкий и в нем нет серьезного углубления, то по мере подъема берега он обсохнет и превратится в марш, приморский луг, а потом зарастет лесом. В таком случае интересующий нас водоем не получится.

Котловины озёр возникают в результате движения ледников, тектонических движений, в кратерах потухших вулканов, при загораживании рек обвалами горных пород и т. д.

Запрудное озеро — озеро, которое возникло после того, как русло реки было перегорожено горными породами. Причиной этого может служить горный обвал, оползень или землетрясение. Примерами таких озёр являются Сарезское озеро (Памир) и Севан (Кавказ), .

Озеро-старица — остаток старого русла реки. Старицу можно легко определить по серповидной форме. Много таких озёр в бассейнах крупных рек — Амазонки, Миссисипи, Волги и других.

Вулканическое озеро — котловина образовалась в кратере вулкана или при перекрытии реки потоками лавы. Много кратерных озёр на островах Новой Зеландии, Японии, острове Ява и полуострове Камчатка. К лавовым подпрудным озёрам относятся Тана (Африка) и Севан (Кавказ).

Остаточное озеро — остаток древнего моря. Примеры: Чад (Африка), Каспийское и Аральское моря (Азия), Эйр-Норт (Австралия). Некоторые из них в засушливый период уменьшаются в размерах, мелеют и покрываются соляной коркой.

Тектоническое озеро — котловина возникла в прогибе земной коры. Так образовались озеро Ладожское (Евразия), Виктория (Африка), Титикака (Южная Америка). Самые глубокие озёра образовались в разломах земной коры: Байкал (Евразия), Танганьика и Ньяса (Африка).

Карстовое озеро — котловина возникла в области, которая состоит из легкорастворимых пород. Эти озёра обычно небольшие, но глубокие. Такие озёра встречаются на Кавказе, Балканском полуострове, на Урале.

Ледниковое озеро — образовалось в результате разрушительной или созидательной деятельности ледника. Примерами ледниковых озёр могут служить Большое Медвежье (Северная Америка), Женевское (Альпы, Европа).

Озеро-лагуна — мелководный водоём, отделённый от океана или моря узкой полосой намытого песка. Яркий пример — озеро Маракайбо (Южная Америка).

Озеро - это замкнутое углубление на поверхности земли, заполненное водой. Отличительной чертой этого типа водоема является отсутствие связи с океаном. Все озера планеты занимают площадь в 2,7 млн км 2 или примерно 1,8% от поверхности суши.

Об озере

Этот компонент гидросферы изучает наука под названием лимнология. Озера формируются в пределах озерной чаши, которую также называют “озерным ложем”. Эти водоемы важны, так как регулируют сток рек, влияют на климат региона, уменьшают сезонные колебания метеорологических показателей. В них постоянно происходят биологические и химические реакции.

Рис. 1. Шаман-скала на острове Ольхон, озеро Байкал Рельеф, размеры и даже форма озера может меняться со временем в процессе накопления донных отложений. Когда озеро зарастает, оно может создать новую форму рельефа. На Земле есть очень много таких водоемов, только в России озер десятки тысяч. Эти водоемы есть во всех частях света, но расположены неравномерно. Место их формирования определяет множество факторов: климат, рельеф.

Классификация озер

Тектонические - глубокие, с крутыми склонами. Они образуются из-за образования разломов, трещин или опусканий коры земли. К таким относят Байкал, Виннипег, Мертвое море.
Вулканические - появляются в пониженных участках долин из лавы или кратере вулкана. Например, Курильское, Айфель, озера на острове Ява.
Ледниковые - формируются из-за размыва ледников или скопления воды под ними. Как правило, они узкие и длинные. Большое количество таких озер расположены в Альпах, Финляндии, Карелии.
Карстовые - появляются в провалах или просаженных местах почвы, а также в размытых горных породах. Такие озера невелики по размеру. Например, озеро Эрцо.
Запрудные - образуются если обвал скалы перекрывает ток реки. К таким относят Сарезское, а также озера на острове Севан, в Гималаях, на острове Тан.

Рис. 2. Ладозьке озеро Также есть водоемы, которые образуются под влиянием других факторов. К таким относят лиманные озера - прибрежные участки, которые отделены косой, а также озера-старицы, которые формируются в старых руслах рек.

атмосферные - они никогда не входили в состав Мирового океана.
реликтовые (остаточные) - образовались, когда море существенно отступило.

сточные - в них впадают и вытекают реки;
бессточные - реки в них могут впадать, но не вытекают.

Важно! Минеральные озера могут быть с повышенным содержанием соды, сульфатов, хлоридов. Соли могут здесь даже выпадать в осадок. Мертвое море относится к таким озерам - плотность водной массы в нем очень высока - человек может даже лежать на спине и не тонуть.

Озёра Земли занимают 1,8% площади суши. Их множество — от маленьких, площадью в несколько квадратных метров, до таких гигантов, как Каспийское. Образование озера начинается с заполнения водой озёрной котловины, происхождение которой часто определяет форму и размер озера.

Озеро — природное углубление на суше, заполненное водой.

По происхождению котловин различают такие типы озёр: тектонические, остаточные, ледниковые, лиманные и др.

Тектонические образуются в местах разломов и опускания земной коры. Их котловины, как правило, узкие, удлинённые, глубокие. Примером такого озера является Байкал — самое глубокое в мире (1620 м).

Остаточные — части древних морских бассейнов, исчезнувших миллионы лет назад. Например, Каспийское море-озеро, озеро Донузлав на побережье Крымского полуострова.

Ледниковые — котловины вспаханы древни ми ледниками на севере Евразии и Северной Америки. Эти озёра обычно неглубокие, например многочисленные озёра Финляндии.

Запрудные — возникли после преграждения долины горной реки оползнями или обвалами горных пород. Запрудным является озеро Синевир в Украинских Карпатах.

Лиманные — затопленные морем и отделённые песчаными косами прибрежные участки. Их много на побережьях Чёрного и Азовского морей. Самое крупное — озеро Сасык (Кундук).

По водному режиму озёра делятся на сточные, из которых вытекают реки, бессточные, из которых ни одна река не вытекает.

По солёности вод озёра бывают — пресные и солёные

Бессточные озёра — солёные, поскольку вода с их поверхности испаряется, а соли, принесённые реками, остаются. Очень солёные озёра называют минеральными. В них соли не только растворены в воде, но и выпадают в виде осадков на дно.

В современных условиях хозяйствования озёра, как и реки, требуют охраны. Сброс промышленных вод, ядохимикатов, нефтепродуктов, загрязнение их бытовыми отходами поставили большие и малые озёра мира на грань гибели.

Читайте также: