Термічний режим озер.

План лекції

ЛЕКЦІЯ 9. ТЕРМІЧНИЙ РЕЖИМ ТА ГІДРОБІОЛОГІЯ ОЗЕР.

Контрольні запитання

1. Які природні водойми називають озерами?
2. Під впливом яких процесів утворюються озерні угловини?
3. Які типи озер утворюються внаслідок дії ендогенних процесів?
4. Які типи озер утворюються внаслідок дії екзогенних процесів?
5. Які зони виділяються в береговій області?
6. Які показники входять до морфометричної характеристики озера?
7. Що визначає водний баланс озера?
8. Чи є витрати води в безстічних озерах?
9. Які фактори спричиняють рух озерної води?
10. Назвіть основні види руху озерної води.

Завдання для самопідготовки

Заповнити термінологічний словник з визначенням ключових понять лекційного матеріалу.

Ключові термінологічні поняття: лімнологія, озеро, озерне ложе, берег, узбережжя, берегова відмілина, літораль, глибинна область, берегова область, профундаль, сублітораль, пелагіаль, морфометрична характеристика озер, водний баланс озера, стічні озера, безстічні озера, денівеляція, сейш.

9.Термічний режим озер.

10.Льодовий режим озер.

11.Хімічний склад озерних вод.

12.Оптичні явища в озерах.

13.Гідробіологія озер.

Температурний режим озерних вод залежить від співвідношення між прибутком і витратою тепла, а також від розподілу цього тепла в озерній воді, що залежить від географічного положення озера, пори року, динаміки (руху) озерних вод та інших причин. У водну масу тепло надходить та витрачається в основному через відкриту водну поверхню.

Основним джерелом тепла, яке надходить на водну поверхню озера в літній період, є сонячна радіація. Зміна кількості сонячної радіації протягом доби або протягом сезону визначає зміну температури води в озерах. Інші джерела тепла (конвекція, турбулентний теплообмін з атмосферою, дном та берегами, надходження тепла за рахунок притоку річкових вод) приносять в озеро незначну кількість теплової енергії.

Основними втратами тепла з озера є втрати на випаровування. Втрати на випромінювання та на турбулентний теплообмін невеликі.

Кількість поглиненої водою сонячної радіації плавно змінюється протягом року і має максимум у червні, а мінімум – у грудні. Максимум втрат тепла на випаровування припадає на осінні місяці, а мінімум – на весняні.

Взимку при наявності льодового покриву інтенсивність теплообміну між атмосферою і водною поверхнею різко зменшується.

Внаслідок коливання основних елементів теплового балансу запаси тепла в озерах періодично змінюються, тому вода в них нагрівається або охолоджується. Нагрівання води в озерах відбувається до кінця літа, а охолодження – від початку осені залежно від об'єму водної маси. В озерах, які замерзають, мінімальна температура за рік буває на початку зими під час утворення льоду.

У зв'язку з тим, що озерна вода має уповільнений рух, температура по всій товщі водної маси вирівнюється повільно, виникає шаруватість води з різними температурами. Якщо температура води зменшується від поверхні озера до дна, як це спостерігається влітку, то в озері встановлюється пряма температурна стратифікація (шаруватість). Якщо температура води з глибиною підвищується, то в озері встановлюється обернена температурна стратифікація, характерна для зимового періоду.

Навесні та восени вся товща води має однорідну температуру. Такий стан води в озері називається гомотермією.

Перерозподіл тепла в озері, нагрівання й охолодження всієї водної маси в ньому відбуваються під впливом перемішування (динамічного та конвекційного), течій і хвилювання. Передача тепла шляхом теплопровідності також відбувається, але дуже повільно і обмежується лише верхнім шаром.

Конвекційне перемішування, або вертикальна циркуляція води, обумовлюється різницею густини води на різних глибинах. Воно можливе лише за певного поєднання температур у поверхневих і глибинних шарах. У прісних озерах глибинні шари внаслідок конвекції нагріваються лише тоді, коли початкова температура водоймі нижча 4°С (температура найбільшої густини). За цих yмов поверхневі шари, нагріваючись до 4°С, будучи густішими, опускаються вглиб, а на їхнє місце піднімаються холодніші частки води. Коли температура в усій товщі води досягне 4°С і буде далі нагріватися з поверхні, тепліша вода зосереджується у верхніх шарах, і конвекція в глибших шарах, які мають температуру 4°С, припиняється. Якби тепло в глиб водойми передавалося лише завдяки конвекції, то в глибинних шарах протягом року зберігалася б температура 4°С або близька до неї. Отже, конвекційна циркуляція сприяє перенесенню тепла в озері і вирівнюванню температур при несталій стратифікації.

Динамічне перемішування (хвилювання, вітрові течії) сприяє перенесенню тепла в глиб водойми і вирівнюванню температури за будь-якої стратифікації. Під впливом динамічного перемішування температура придонних шарів в озері може бути вище (влітку) і нижче (взимку) 4°С.

Найбільш інтенсивне перемішування відбувається під впливом вітру, який спричинює хвилювання і течії. В мілких озерах вітрове перемішування поширюється до дна, у глибоких – перемішуванню глибинних шарів допомагають компенсаційні течії, котрі виникають при згонах і нагонах.

Сезонний розподіл температури з глибиною. В озерах, які замерзають, розподіл температури з глибиною має певні особливості, пов’язані з сезонними коливаннями теплообміну в озері та перемішуванням води. Влітку, при температурі води вище 4°С, теплі шари її лежать на холодних, і температура води з глибиною поступово зменшується. Взимку, коли температура води в озері стає нижче 4°С, теплі шари її, що мають більшу густину, знаходяться коло дна, а холодні – біля поверхні.

За особливостями температурного режиму озер помірного поясу виділяються три основні періоди: весняного й літнього нагрівання та осіннього охолодження.

Період весняного нагрівання. Навесні перед скресанням з посиленням сонячної радіації поверхневі шари води під льодом нагріваються. Теплі частки води, як більш густі, опускаються трохи глибше, а на їхнє місце піднімаються холодні, менш густі. Виникає часткове конвекційне перемішування, котре згодом переходить у повне, і вся товща води в озері набуває такої температури, яку має вода в придонному шарі. Настає період весняної гомотермії, яка триває доти, поки вся маса води не прогріється до температури найбільшої густини (4°С).

Період літнього нагрівання. При подальшому нагріванні тепліші води зосереджуються в поверхневих шарах. Різниця температур з глибиною зростає (вода холодніша коло дна). Виникає пряма стратифікація. У верхньому прогрітому шарі встановлюється більш-менш однорідна температура, тимчасом як у глибинних шарах зберігаються холодні «весняні» води, які повільно змінюють температуру. Між теплим і холодним шарами води є проміжний тонкий шар, температура якого різко знижується з глибиною. Цей шар називається температурним стрибком або металімніоном. Шар, розташований вище від нього, називається епілімніоном, а нижче – гіполімніоном.

Глибина розташування шару температурного стрибка залежить від інтенсивності нагрівання й охолодження, дії вітру тощо. При різкій зміні температури можуть виникнути другий і третій шари температурного стрибка. З часом шар стрибка занурюється і восени зникає внаслідок плавного зниження температури з глибиною.

Період осіннього охолодження характеризується охолодженням води спочатку в поверхневому шарі, а потім по всій товщі до температури найбільшою густини (4°С). Спочатку охолодження відбувається в умовах прямої стратифікації, а потім – при гомотермії, яка триває доти, поки температура води в озері не стане близькою до 4°С. При подальшому охолодженні виникає обернена стратифікація, температура поверхневих шарів знижується до 0°С і озеро вкривається льодом.

На початку цього періоду (до льодоставу) охолодження відбувається досить інтенсивно і в малих непроточних озерах температура придонних шарів швидко досягає 4°С. Взимку, при оберненій стратифікації, також можливе утворення температурного стрибка, який розташовується біля поверхні, але виражений не так чітко, як влітку.

Термічна класифікація озер. Озера певної природної зони мають свої особливості температурного режиму. На основі термічної класифікації всі озера поділено на три групи.

Тропічні (теплі) озера, в яких температура води в поверхневому шарі завжди вища 4°С. Річні амплітуди коливання температури незначні. Ці озера розташовані в тропічній та субтропічній зонах (озера Танганьїка, Вікторія, Женевське).

Помірні озера. В цих озерах поверхневі води можуть мати температуру і вищу, і нижчу 4°С. Температура води в глибинних шарах близька до 4 °С. Характерна наявність весняної та осінньої гомотермії, прямої та оберненої стратифікації. Значні річні амплітуди коливання температури. До цього типу належать озера помірної зони Європи, Азії, Північної Америки. Такий температурний режим характерний і для озер України.

Полярні озера, в яких температура поверхневого шару ніколи не перевищує 4°С. Для них характерний тривалий період оберненої стратифікації, значна тривалість льодового покриву. Річна амплітуда коливання температур незначна. До озер цієї групи належать озера Канади, півночі Сибіру тощо.