ГИДРОБИОЛОГИЯ (от гидро ... и биология), наука об организмах, обитающих в водной среде, их взаимоотношениях друг с другом и с условиями обитания, о биологической продуктивности океанов, морей и внутренних вод.

Экологическая гидробиология изучает взаимодействие обитателей вод – гидробионтов, их популяций и сообществ, т.е. биоценозов друг с другом и неживой природой.

Выделяют: рыбохозяйственная, или промысловая гидробиология; санитарная гидробиология;

технической гидробиологии; навигационную гидробиологию, изучающую биологические помехи эксплуатации флота, включая биолюминесценцию, и сельскохозяйственную гидробиологию, к которой относят, например, изучение роли гидробионтов в удобрении рисовых полей и разведении рыб в этих водах.

Таким образом, предметом изучения гидробиологии являются все живые обитатели воды на планете Земля, причем изучаются они не только как индивиды, но и как их популяции, биоценозы, единые экосистемы, которые обладают определенными закономерностями взаимодействия между собой и со средой обитания.

Гидробиология использует методы исследования географических наук о воде, использует опыт и достижения биологии: зоологии, ботаники, микробиологии и др.

методы исследования:

• Определение концентрации (количества) различных видов гидробионтов в данном объеме гидросферы.

• Анализ функциональной роли этих групп (видов) в экосистемах и моделирование экосистем с целью предсказания их изменения и управляемости.

• Учет численности и биомассы различных групп гидробионтов с целью определения структуры популяций и биоценозов.         Для количественного учета гидробионтов используются разнообразные погружаемые в водоем приборы и сооружения:

- дночерпалки

- драги

- планктонные сети

- батометры

• Биофизические и биохимические методы определения концентрации водных организмов, например, биохимический метод определения численности бактерий по концентрации АТФ и хлорофилла.

• Спектроскопические, фотографические и телевизионные методы оценки концентрации и структуры популяций и гидробиоценозов.

• Методы учета трансформации веществ и энергии различных групп гидробионтов с целью оценки их функциональной роли;Методы математического моделирования процессов взаимодействия между организмами и надорганизменными формами жизни.

• Современные компьютерные технологии по составлению баз данных и программного моделирования возможных взаимодействий и изменений в водных экосистемах гидробионтов.

Все перечисленные методы исследований в гидробиологии предназначены для решения ее главной задачи: изучение экологических процессов с участием живых организмов в гидросфере с целью ее освоения, прогнозирования полезной продуктивности и уменьшению вредного антропогенного воздействия

Вода — оксид водорода (Н₂О) — самое распространенное в земной коре вещество. Масса земной воды оценивается в 10¹⁸ тонн. Вода – основа гидросферы нашей планеты, кроме того, она содержится в атмосфере, в виде льда образует полярные шапки Земли и высокогорные ледники, а также входит в состав различных горных пород. Поверхность Земли, занятая водой, в 2,5 раза больше поверхности суши. Массовая доля воды в человеческом организме составляет около 70 %.

Орбитали, заряды и атомы размещаются в пространстве, образуя деформированный тетраэдр с двумя полюсами – положительным и отрицательным. Поэтому молекула воды — диполь: та часть молекулы, где находится водород, заряжена положительно, а часть, где находится кислород, — отрицательно

Электрический диполь – частица (или тело), несущая равные по модулю положительный и отрицательный заряды, не совпадающие в пространстве.

Электрический момент электрического диполя (дипольный момент) – произведение положительного заряда диполя на вектор расстояния между заряженными концами диполя.

Вода — хороший растворитель. Благодаря полярности молекул воды электролиты в ней диссоциируют на ионы:

Н₂О D Н⁺ + ОН^-

Будучи электролитом, вода растворяет многие кислоты, основания, минеральные соли.Многие вещества при растворении в воде вступают с ней в реакцию обменного разложения, называемую гидролизом.

Водородная связь – межмолекулярная связь, образованная за счет частичного акцептирования неподеленной пары электронов атома не связанным с ним химической связью атомом водорода.

Еще одно красивое проявление водородных связей – голубой цвет чистой воды в ее толще. Когда одна молекула воды колеблется, она заставляет колебаться и связанные с ней водородной связью другие молекулы. На возбуждение этих колебаний расходуются красные лучи солнечного спектра, как наиболее подходящие по энергии. Таким образом, из солнечного спектра "отфильтровываются" красные лучи – их энергия поглощается и рассеивается колеблющимися молекулами воды в виде тепла.

Вода — весьма реакционноспособное вещество. При обычных условиях она взаимодействует со многими основными и кислотными оксидами, а также со щелочными и щелочно-земельными металлами. Многие неорганические и некоторые органические вещества образуют с водой твёрдые кристаллогидраты, постоянного состава, которые ведут себя как индивидуальные химические соединения. Так, безводный сульфат меди CuSO₄ бесцветен; из его водных растворов кристаллизуется ярко-синий гидрат CuSO₄·5H₂O — медный купорос, при нагревании которого образуется сначала голубой CuSO₄·3H₂O, затем CuSO₄·H₂O белого цвета; при 258°С соль полностью обезвоживается. К этому же типу относится гидратация молекул в растворах с образованием гидратов различного состава, находящихся в равновесии друг с другом и водой; например, при растворении спирта образуются гидраты с 3,4 и 8 молекулами H₂O.

Приведем другие примеры образования гидратов:

H₂SO₄ + H₂O = H₂SO₄^.H₂O (гидрат серной кислоты)

NaOH + H₂O = NaOH^.H₂O (гидрат едкого натра)

Соединения, связывающие воду в гидраты и кристаллогидраты, используют в качестве осушителей.К важным химическим свойствам воды относится ее способность вступать в реакции гидролитического разложения.

Гидратация (от греч. hydor — вода), процессы связывания воды химическими веществами. Различают несколько видов гидратации.

Гидратация окислов приводит к гидроокисям, представляющим собой щёлочи, кислоты или амфотерные соединения. Так, присоединение воды к окиси кальция даёт гидроокись кальция (в технике этот процесс называется «гашение извести»):

СаО + H₂O = Ca (OH)₂.

Гидратацией серного ангидрида в промышленности получают серную кислоту, а окислов азота — азотную кислоту:

SO₂ + H₂O = H₂SO₄,

3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO.

Не все оксиды металлов способны реагировать с водой. Часть из них практически не растворима в воде и поэтому с водой не реагирует.

Вода бурно реагирует с щелочными металлами с выделением водорода:

2Na + 2H₂O = H₂ + 2NaOH

2K + 2H₂O = H₂ + 2KOH

Из неметаллов с водой реагируют, например, углерод и его водородное соединение (метан). Эти вещества гораздо менее активны, чем металлы, но все же способны реагировать с водой при высокой температуре:

C + H₂O = H₂ + CO (при сильном нагревании)

CH₄ + 2H₂O = 4H₂ + CO₂ (при сильном нагревании)

Вода разлагается на водород и кислород при действии электрического тока. Это также окислительно-восстановительная реакция, где вода является одновременно и окислителем, и восстановителем:

Особая реакция воды – синтез растениями крахмала (C₆H₁₀O₅)_n и других подобных соединений (углеводов), происходящая с выделением кислорода:

6n CO₂ + 5n H₂O = (C₆H₁₀O₅)_n + 6n O₂  (при действии света)

Распад молекул H₂O (термическая диссоциация) становится заметным лишь выше 1500°С. Разложение воды происходит также под действием ультрафиолетового (фотодиссоциация) или радиоактивного излучения (радиолиз)

С гидратацией связаны многие биологические процессы. Так, гидратация ионов влияет на их проникновение в клетку, а гидратация белков изменяет некоторые их свойства — в частности ферментативную активность. Процесс, обратный гидратации, т. е. потеря связанной веществами воды, называется дегидратацией.

Гидратация и дегидратация постоянно происходят в процессах обмена веществ, в частности обмена воды, в организмах.

Вода, содержащая тяжелый водород (дейтерий), называется тяжелой водой (обозначается формулой D₂O). Как это видно из сопоставления физических свойств, она отличается от обычной воды:

Химические реакции с тяжелой водой протекают значительно медленнее, чем с обычной водой. Поэтому она при длительном электролизе обычной воды накапливается в электролизере.

Кругооборот воды в природе (гидрологический цикл) - непрерывный процесс циркуляции воды на земном шаре между геосферами, обусловленный солнечной энергией, действием силы тяжести и геологическими процессами.

Круговорот воды на Земле, непрерывное перемещение воды на Земле (в её атмосфере, гидросфере и земной коре), сопровождающееся её фазовыми превращениями и имеющее более или менее выраженный циклический характер. К. в. состоит из испарения воды с подстилающей поверхности, переноса её с места испарения воздушными течениями, конденсации водяного пара и выпадения осадков и перемещения вод в водоёмах, по поверхности суши и внутри земной корыВлагооборот на Земле, непрерывный процесс перемещения воды в географической оболочке Земли, сопровождающийся её фазовыми преобразованиями. Вода испаряется с поверхности водоёмов, почвы и растительности и поступает в атмосферу в виде водяного пара. В атмосфере водяной пар путём турбулентной диффузии распространяется вверх, а воздушными течениями переносится из одних мест Земли в другие. При понижении температуры влажного воздуха как адиабатически, так и вследствие отдачи тепла водяной пар конденсируется, переходя в жидкое или твёрдое состояние; образуются облака и туманы. Частично процесс конденсации водяного пара приводит к возникновению наземных гидрометеоров. Облака также переносятся воздушными течениями. При выпадении осадков из облаков вода возвращается на поверхность Земли, вновь испаряется и т.д. При этом часть выпавшей на сушу воды посредством стока переходит в водоёмы. Наряду с теплооборотом и общей циркуляцией атмосферы, В. является одним из основных климатообразующих процессов.

В зависимости от места испарения воды и выпадения осадков, а также от путей её переноса различают малый круговорот:  море (океан)  атмосфера  море (океан) и большой круговорот: океан  атмосфера  суша  океан. На континентах влага многократно испаряется, переносится в атмосфере, конденсируется, вновь выпадает в виде осадков и вновь испаряется. Этот комплекс процессов называется внутриматериковым круговоротом. Для замкнутых межгорных котловин характерен внутренний круговорот влаги.

В процессе кругооборота вода испаряется с поверхности океана, водяные пары перемещаются вместе с воздушными течениями, конденсируются, и вода возвращается в виде атмосферных осадков на поверхность суши и моря.

Различают:

     большой кругооборот воды, при котором вода, выпавшая в виде осадков на сушу, возвращается в моря путем поверхностного и подземного стоков; и

     малый кругооборот воды, при котором осадки выпадают на поверхность океана

При откачке пресных грунтовых вод может произойти засоление в результате подтягивания к их зеркалу минерализованных вод из эстуариев и морских бассейнов.

Метан продуцируется бактериями как в естественных болотах, так и в стоячих водоемах при избытке органических загрязнителей антропогенного генезиса.

Тепловое загрязнение рек происходит из-за поступления от электростанций нагретых вод.

Города являются источниками разных отходов, включая как органические, так и неорганические.

Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания – основные источники загрязнения воздушной среды. Углеводороды адсорбируются содержащейся в воздухе влагой.

Крупные предметы и частицы удаляются из коммунально-бытовых сточных вод на станциях предварительной очистки, органика – на станциях вторичной очистки. От многих веществ, поступающих с промышленными стоками, невозможно избавиться.

Разливы нефти от морских нефтяных скважин и из танкеров загрязняют воды и пляжи.

Общее количество воды на Земле составляет около 1400 млн. куб.км. Из этого общего количества 97,5 % приходится на соленую воду Мирового океана.

Пригодной для использования человеком является чуть более 2 % всей воды, или около 39500 куб.км. Из этой воды около:

• 69 % приходится на воду в виде снега и льда Антарктики и Гренландии,

• около 30 % приходится на подземные воды и

• только 0,12 % на поверхностные воды рек и озер.

• пригодной для непосредственного использования является 9000 куб.км,

• потребляется 4000 куб.км.

Географическое распределение потребления воды:

• Азия: 55 % всей воды

• Северная Америка: 19 %

• Европа: 9,2 %

• Африка: 4,7 %

• Южная Америка: 3,3 %

• Остальной мир: 8,8 %

По секторам:

• Сельское хозяйство: 70 %, но при этом 800 млн. человек остаются голодными

• Промышленность: 22 %

• На домашнее хозяйство: 8 %.

Душевое потребление воды в день:

• 600 л в Северной Америке и Японии

• 250-350 л в Европе

• 10-20 л в странах около Сахары

Среднемировой годовой забор воды из рек и подземных источников составляет 600 куб.м на человека, из которых 50 куб.м является питьевой водой или 137 л на человека в день.

Вода и санитарные условия

• 1,4 млрд. человек в мире не имеют доступа к безопасной питьевой воде (это более 1/3 всего человечества)

• 2,4 млрд. чел. не обеспечены санитарными условиями. Из них по регионам:

• 2 % в Европе

• 13 % в Африке

• 80 % в Азии

• 5 % в Латинской Америке и Карибском бассейне.

• Водный дефицит испытывают 250 млн. человек в 26 странах.

Океан — непрерывная водная оболочка Земли, окружающая материки и острова и обладающая общностью солевого состава. Составляет большую часть гидросферы (94%) и занимает около 70,8% земной поверхности.   По физико-географическим особенностям, находящим своё выражение в гидрологическом режиме, в Мировом океане выделяются отдельные океаны, моря, заливы, бухты и проливы.

Мировой океан, средняя глубина которого составляет около 4 км, содержит 1350 млн. км³ воды. На циркуляцию воды в океане влияют ветры, вращение Земли и барьеры суши.По сравнению с сушей океан медленнее нагревается летом и медленнее остывает зимой, сглаживая колебания температуры на прилежащей суше. Атмосфера получает от океана значительную часть поступающего к ней тепла и почти весь водяной пар. Пар поднимается, конденсируется, образуя облака, которые переносятся ветрами и поддерживают жизнь на планете, проливаясь в виде дождя или снега.Вода в океане соленая. Соленый вкус придают содержащиеся в ней 3,5% растворенных минеральных веществ - главным образом соединения натрия и хлора - основные ингредиенты столовой соли. Следующим по количеству является магний, за ним следует сера; присутствуют также все обычные металлы. Из неметаллических компонентов особенно важны кальций и кремний, так как именно они участвуют в строении скелетов и раковин многих морских животных. Благодаря тому что вода в океане постоянно перемешивается волнами и течениями, ее состав почти одинаков во всех океанах.

Плотность морской воды (при температуре 20° С и солености около 3,5%) примерно 1,03, т.е. несколько выше, чем плотность пресной воды (1,0). Плотность воды в океане меняется с глубиной из-за давления вышележащих слоев, а также в зависимости от температуры и солености.

Поскольку морская вода имеет низкую вязкость и высокое поверхностное натяжение, она оказывает относительно слабое сопротивление движению корабля или пловца и быстро стекает с различных поверхностей. Преобладающая синяя окраска морской воды связана с рассеянием солнечных лучей взвешенными в воде мелкими частицами.

Электропроводность морской воды примерно в 4000 раз выше, чем электропроводность пресной воды. Высокое содержание солей препятствует ее использованию для орошения и полива сельскохозяйственных культур. Для питья она также непригодна.

В океане обитает около 10 тысяч видов растений. В фитопланктоне преобладают диатомовые водоросли, перидинеи и кокколитофориды из жгутиковых. Донные растения (фитобентос) включают главным образом диатомовые, зелёные, бурые и красные водоросли, а также неск. видов травянистых цветковых растений (например, зостера).

Животный мир океана ещё более разнообразен. В океане обитают представители почти всех классов современных свободноживущих животных, а многие классы известны только из океана. Океаническая фауна включает более 160 тыс. видов: около 15 тыс. простейших (главным образом радиолярии, фораминиферы, инфузории), 5 тыс. губок, около 9 тыс. кишечнополостных, более 7 тыс. различных червей, 80 тыс. моллюсков, более 20 тыс. ракообразных, 6 тыс. иглокожих и менее многочисленные представителей ряда др. групп беспозвоночных (мшанок, брахиопод, погонофор, оболочниковых и некоторых др.), около 16 тыс. рыб. Из позвоночных животных в океане, кроме рыб, обитают некоторые черепахи и змеи (около 50 видов) и более 100 видов млекопитающих, главным образом китообразных и ластоногих. Постоянно связана с океаном жизнь некоторых птиц (пингвинов, альбатросов, чаек и др. — около 240 видов).

Наибольшее видовое разнообразие животных характерно для тропических районов. Донная фауна особенно разнообразна на мелководных коралловых рифах. По мере увеличения глубины разнообразие жизни в океане убывает. На самых больших глубинах (более 9000—10000 м) обитают лишь бактерии и несколько десятков видов беспозвоночных животных.

Континентальные водоемы

Естественными водоемами считаются реки, озера и болота. Искусственными водоемами каналы, водохранилища и пруды. Большая часть континентальных водоемов пресноводна. Пресные водоемы обеднены фауной и флорой по сравнению с морями и океанами, поэтому только 13 классов растений и 19 классов животных обитают в пресноводных континентальных водоемах. Из растений в континентальных водоемах больше всего бактерий, синезеленых, диатомовых в зеленых водорослей. Часто встречаются цветковые растения. Животные представлены простейшими, коловратками, червями, моллюсками, раками, насекомыми и рыбами. Разберем каждый из видов континентальных водоемов. Начнем описание с рек.

Река - это крупный естественный водоток, по которому избыток воды, попадающий на сушу в виде дождя или снега, возвращается в океан. Реки являются составной частью гидрологического цикла (круговорота воды в природе), в котором вода постоянно перераспределяется на суше и в атмосфере.

В реке различают следующие части: прибрежную - рипаль, срединную - медиаль и участок с наибольший течением - стержень. От истока к устью река делится на верхнее, нижнее в среднее течение. При впадении в море русло может несколько рал разойтись на рукава и образовать дельту. Иногда образуется обширный участок, напоминающий узкий морской залив - эстаурия. Движение воды в реке, подъем уровня во время дождей в таяния снегов, различные климатические условия и различные минеральные породы дна реки приводят к тому, что условия для жизни в реках далеко не стабильны. К тому же минерализация вода сильно меняется в течение года и заметно снижается во время паводков.Из водорослей в реках больше всего диатомовых, зеленых и синезеленых. Среди животных в реках преобладают коловратки, ветвистоусые и веслоногие рачки, личинки хирономид и моллюски. Среди плавающих животных можно встретить рыб, амфибий, пресмыкающих и млекопитающих.

Реки дренируют лишь около 60% площади всей суши.

Зарождение водотока и его развитие. Избыток дождевой или талой снеговой воды возникает на суше после насыщения ею почвы или залегающих на поверхности горных пород. Реки начинаются с крошечных бороздок, по которым отводится эта избыточная влага. Они могут также вытекать из озер или болот. Борозды и промоины разрастаются, образуя овраги, затем возникают небольшие долины ручьев, которые помимо поверхностного стока питаются грунтовыми водами из родников. В пределах всего водосборного бассейна более мелкие водотоки (притоки) вливаются в более крупные. Вся сеть водотоков в целом, состоящая из притоков разного порядка и главной реки, называется речной системой. Территория, дренируемая данной речной системой, называется водосборным бассейном.

На этой стадии энергия потока в основном расходуется на врезание (глубинную эрозию) по направлению к базису эрозии (глобальным базисом эрозии является уровень океана). На стадии зрелости речных долин, когда речная сеть уже сложилась, начинается блуждание более крупных водотоков, почти достигших базиса эрозии, по днищам их долин. На стадии старости долин поймы рек становятся очень широкими, возвышенности приобретают пологие склоны, а течение рек становится медленным, спокойным.

Озеро - природный водоем с замедленным водообменом. Озера:

• располагаются в углублениях суши (котловинах);

• заполнены в пределах озерной чаши (озерного ложа) разнородными водными массами; и

• не имеют одностороннего уклона.

Для озер характерно отсутствие непосредственной связи с Мировым океаном.

Озера служат естественными хранилищами воды, рыболовными угодьями, минерализованные озера дают химическое сырье. Различные типы озер различаются по происхождению озерной котловины, водному режиму, минерализации и химическому составу озерных вод, температурному режиму, органическому миру и другим признакам

Озера представляют собой углубления в форме котловин, заполненных водой. Они могут быть образованы как в земной коре, так и во льдах. Существует множество процессов, которые могут привести к образованию озера. В зависимости от своего происхождения озера подразделяются на: тектонические, карстовые, эоловые, ледниковые и термокарстные. В некоторых случаях от моря отшнуровываются озеровидные водоемы - лиманы. Лиман может образоваться и другим способом, если реку, впадающую в море, запрудит песчаная коса, намытая прибоем. Котловину озера делят на мелководную литораль, или прибрежное мелководье, сублитораль или свал, и дно, идущее под большим уклоном. Сублитораль эта та область, куда заходит растительность. Вся остальная часть дна называется профундалью. Профундаль можно найти только у очень глубоких озер. Однако существуют не только пресные и солоноватые озера, есть еще соленые и пересоленные. Пресноводные озера по биологической населенности разделяются на эвтрофные, мезотрофные, олиготрофные и дистрофные (трофор - пища).

Количество бактерий в озерах колеблется от 1 до 3 млн. на 1 мл воды. Из водорослей больше всего одноклеточных: диатомовые, зеленые и синезеленые. Зимой, весной и осенью в озерах развиваются в основном диатомовые водоросли, зато летом наибольшего развития достигают зеленые водоросли. В толще воды озер можно встретить коловраток, ветвистоусых и веслоногих рачков.На дне озера живет много личинок насекомых: поденки, хирономиды, ручейники в веснянки. Помимо их можно встретить моллюсков, гидр, губок, пиявок и других червей. В озерах обитает большое количество видов рыб, а в таких озерах как Байкал и Ладожское встречается несколько видов тюленей.

Озера служат регуляторами речного стока, обеспечивают защиту территорий от затопления во время половодий и паводков, используются для целей водного транспорта, рыбного хозяйства, туризма, водоснабжения населения, промышленности и сельского хозяйства. В результате интенсивной хозяйственной деятельности многие крупные и малые озера оказались загрязненными.

Чтобы называться озерной, котловина, образованная одним из описанных выше способов, безусловно, должна хотя бы эпизодически заполняться водой, которая может попадать в озеро различными путями. Во многие крупные озера в гумидных регионах значительная часть воды может поступать непосредственно от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность озер. Самые пресные воды характерны для озер, питающихся исключительно атмосферными осадками. Тем не менее соленость озер зависит также от того, каким образом вода покидает озеро. Содержание минеральных солей в проточных озерах обычно близко их концентрации в питающем потоке. Озера, в котловинах которых происходит фильтрация воды как в озеро, так и из него, обычно пресные. Однако некоторые озера имеют приток воды, но не имеют стока, и вода лишь испаряется с их поверхности, в результате чего в водоемах повышается концентрация растворимых солей.

Существенным аспектом водного баланса озер являются темпы водообмена. Эта характеристика определяется либо временем полной смены воды в озере (в годах), который выражается через отношение объема озера к годовому стоку воды из него, либо через обратную величину, называемую коэффициентом водообмена водоема. Время полной смены воды может быть очень коротким - одна неделя и менее, что соответствует коэффициенту водообмена 50 раз в год - у водохранилищ, расположенных на реках выше плотин, но может быть и длительным - до 500 лет, с годовым коэффициентом водообмена 0,002 (как у оз. Верхнего). Водоемы с более коротким циклом полной смены воды (и, соответственно, с высокими коэффициентами водообмена) быстрее очищаются от загрязняющих веществ и в целом имеют более низкие их концентрации.

Вода является превосходным растворителем, и поэтому в озерных водах содержится много растворенных веществ. Примечательно, однако, что подавляющая масса этих веществ в большинстве озер представлена ограниченным числом соединений, а именно, положительно заряженными ионами (катионами) кальция, магния, натрия и калия и отрицательно заряженными ионами (анионами), состоящими из углерода и кислорода (бикарбонаты), серы и кислорода (сульфаты) и хлора (хлориды) (обе группы ионов перечислены в порядке убывания их содержания). Эти семь ионов составляют от 90 до 95% общего количества растворенных веществ в водах большинства озер, а их суммарная концентрация, обычно измеряющаяся в миллиграммах на литр (мг/л), характеризует соленость (минерализацию) воды. Другие вещества, например элементы питания растений (азот и фосфор) и металлы (железо и марганец), присутствуют в существенно меньших количествах, так что их концентрации измеряются в микрограммах на литр (мкг/л). В бессточных озерах испарение приводит к изменению состава солей. Озера называются хлоридными, сульфатными или карбонатными в зависимости от того, какие анионы накопились в них в наибольшем количестве под воздействием испарения или атмосферных осадков.

В некоторых озерах, особенно в мелководных или подверженных воздействию сильных ветров, вообще отсутствует заметная стратификация воды.

В результате озерные воды оказываются разделенными на два горизонта: верхний, менее плотный, теплый - эпилимнион, и нижний, более плотный, холодный - гиполимнион. Промежуточный слой, в котором происходит быстрое понижение температуры с глубиной, называется металимнионом, или термоклином. Такая стратификация определяется скорее плотностью воды, чем ее температурой.

В большинстве озер в зависимости от климатических особенностей региона стратификация устанавливается один или два раза в год или же вообще не устанавливается на более или менее заметный срок. Однако стратификация других озер сохраняется постоянно, обычно вследствие того, что плотность глубинных вод повышается не за счет температурных различий, а скорее из-за более высокой концентрации растворенных химических соединений. Такие озера, в отличие от периодически полностью перемешиваемых, называются частично перемешиваемыми, поскольку в нижнем слое перемешивание не происходит. Такой же слой может существовать в очень глубоких озерах, как, например, Танганьика, где сезонная динамика температур воздуха протекает столь быстро, что вода в озере не успевает полностью перемешаться.

Свойство озер накапливать тепло в течение лета и отдавать его зимой может оказывать существенное смягчающее воздействие на местный климат. Это особенно справедливо для крупных озер, таких как Великие. Например, оз. Мичиган ежегодно поглощает и затем отдает более 50 ккал тепла на 1 см² своей поверхности.

Болота отличаются от озер тем, что они неглубокие, частично или полностью покрыты растительностью и в них образуется торф. Первыми признаками болота можно считать образование торфа.

К искусственным водоемам относятся водохранилища, пруды, судоходные и оросительные каналы, а также многочисленные бассейны, отстойники и различные ирригационные сооружения.

Водохранилища создаются для использования гидроэнергии, для судоходных систем и для мелиоративных целей.

Пруды значительно меньше водохранилищ и служат для рыборазведения, полива и водоснабжения. Помимо этого есть биологические очистительные пруды, в которых идет очистка промышленных и бытовых сточных вод за счет существующей в этих прудах флоры и фауны. Пруды бывают плотинные, когда ставится плотина на реке или в овраге, помимо этого могут быть копанным. Питание прудов водой идет либо за счет атмосферных осадков, либо за счет ручьев, рек или же грунтовых вод. Вода прудов содержит множество бактерий, до нескольких десятков миллионов в 1 мл. В толще прудовой воды живут одноклеточные зеленые и диатомовые водоросли. Из животных в воде можно встретить инфузорий, коловраток низших рачков. Прибрежная зона прудов сходна с водохранилищами, но в ней больше червей трубочников, жуков и брюхоногих моллюсков. В пруды из рек могут попадать карась, сазан, карп и линь. Но чаще всего в прудах разводят карпов, орфу, ряпушу и форель. На рыбозаводах имеются специальные пруды для разведения молоди осетров, севрюги и других ценных рыб. Для рыбоводства можно с успехом использовать и биологические очистные пруды.

Подземные воды являются одним из источников питания рек. Большая их часть непосредственно связана с речным стоком н озерными котловинами. Объем естественных ресурсов подземных вод оценивается в 787,5 км³/год, статические запасы составляют 28 тыс. км³.

Суммарный отбор подземных вод составляет всего лишь 4,5% от потенциальных эксплуатационных ресурсов (около 230 км³/год), т.е., несмотря на достаточно большие запасы пресных подземных вод, их использование остается невысоким. Из общего объема эксплуатационных ресурсов около половины (113 км³/год) не связаны с речным стоком.

Загрязнение подземных вод в большинстве случаев носит локальный характер.

ИСТОЧНИК, естественный выход подземных вод на земную поверхность. Подземные воды находятся в полостях, порах и трещинах горных пород в верхней части земной коры. Верхняя граница водонасыщенной зоны называется зеркалом, или уровнем, подземных вод. Там, где водоносные горизонты пересекаются с земной поверхностью, возникают источники. Поскольку глубина грунтовых вод меняется в зависимости от сезона и количества выпадающих осадков, источники могут внезапно исчезать, быть просачивающимися, капельными или бить ключом.

Источники на склонах холмов. В районах с расчлененным рельефом часть воды, которая просачивается в грунт в верхней части холма, может снова выйти на поверхность ниже по склону в виде источника, расположенного выше уровня водотока. Расход воды источников на склонах холмов обычно невелик и изменчив.

Артезианские источники. Вода, поступающая в пористые проницаемые слои, перекрытые водонепроницаемыми породами, может под давлением фонтанировать в низко расположенных выходах, образуя артезианский источник

Карстовые источники. Содержащие углекислый газ просачивающиеся воды способны растворять известняки, поэтому во многих районах, сложенных известняками, распространены карстовые пещеры и каналы. В таких районах довольно часто встречаются подземные реки и очень крупные карстовые источники.

Горячие источники. Большинство горячих источников приурочено к вулканическим областям, в которых вода нагревается от горных пород, верхних слоев земной коры, расположенных вблизи вулканов, хотя, возможно, часть воды имеет магматическое происхождение.

Минеральные источники. Вода минеральных источников содержит значительное количество растворенных химических веществ. Теплые и горячие источники обычно имеют более высокую минерализацию, поскольку химические реакции протекают более интенсивно при повышенных температурах.

Ледники - скопления льда, которые медленно движутся по земной поверхности. В некоторых случаях движение льда прекращается, и образуется мертвый лед. Многие ледники продвигаются на некоторое расстояние в океаны или крупные озера, а затем образуют фронт отёла, где происходит откол айсбергов. Выделяют четыре основных типа ледников: материковые ледниковые покровы, ледниковые шапки, долинные ледники (альпийские) и предгорные ледники (ледники подножий).

Термин "ледниковая шапка" иногда употребляется для обозначения небольшого покровного ледника, но правильнее так называть относительно небольшую массу льда, покрывающую высокое плато или горный хребет, от которой в разных направлениях отходят долинные ледники.

Ледники существуют всюду, где темпы аккумуляции снега значительно превышают темпы абляции (таяния и испарения

Арктические ледники занимают площадь 54 тыс. км².

Гидрологическая роль ледников заключается в перераспределении стока атмосферных осадков внутри года и в сглаживании колебаний годовой водности рек.

Антропогенное эвтрофирование и загрязнение - это основные процессы, вызывающие деградацию рек, водохранилищ, озерных систем и ухудшение качества воды. Хотя главной причиной обоих процессов являются отходы хозяйственной деятельности, поступающие в водоемы с водосбора, каждый из процессов имеет свою специфику.

Когда содержание в воде фосфора, азота, калия превышает критический уровень, ускоряются жизненные процессы водных организмов. Как следствие, получают массовое развитие планктонные водоросли ("цветение" воды), вода приобретает неприятный запах и привкус, ее прозрачность снижается, увеличивается цветность, повышается содержание растворенных и взвешенных органических веществ.

На окисление огромного количества новообразованного органического вещества расходуется значительная часть растворенного в воде кислорода - возникает кислородный дефицит, что крайне отрицательно воздействует на ценные породы рыб и их кормовую базу - зообентос. Кроме того, дефицит кислорода приводит к тому, что из донных отложении в воду более активно выделяется ряд веществ, в том числе фосфор, а это, в свою очередь, интенсифицирует процесс эвтрофирования.

Сбрасываемые с мелиоративных систем дренажные воды, в основном неочищенные, вызывают "цветение" малых рек в летний период и ухудшают качество воды.

Загрязненность воды в источниках обусловлена высокой антропогенной нагрузкой на водосборы, отсутствием либо слабой инженерной обустроенностью водоохранных зон, сбросом сточных вод.

В условиях современных городов очищаются огромные объемы воды. Однако из-за постоянного дефицита реагентов происходит повсеместное нарушение технологии очистки.