Один из фундаментальных абио­тических факторов, который на­ряду с морфометрией (т. е. разме­ром и формой) создает пределы для биологических явлений, — это соленость. На рис. 9 показа­но, как соленость изменяется от примерно 2—4 %о в Ботническом заливе до 4—6 %о в собственно Балтике и до значений порядка 20—30 %о в Каттегате и Скагер­раке. Обратите внимание также на согласованный наклон изоли­ний на рис. 9: глубинная вода в любом месте всегда солонее воды на поверхности. Это явление ана­лизируется на рис. 10.

На рис. 10 изображены распреде­ления солености, температуры воды и концентрации кислорода по глубине. Используем эти вер­тикальные профили, чтобы опре­делить некоторые очень важные понятия. Сначала рассмотрим профиль солености: из рисунка видно, что до глубины примерно 70 м она составляет около 7—8 %о, а на глубине примерно 70—90 м довольно быстро возрастает. Этот участок профиля солености с крутым наклоном называется гало-клином. Ниже галоклина находится более соленая и плотная вода (10—12 %о). Из представленного на рисунке профиля температуры видно, что в сентябре вода на глубинах примерно до 20 м значительно теплее (11—12 °С), чем в январе (примерно 2 °С). В сентябре в слое между горизонтами 20 м и примерно 70 м наблюдается очень резкий градиент температуры. Слой этот называется термоклином; воду над термоклином часто называют поверхностной водой, а ниже термоклина — глубинной водой или придонной водой. Из всего сказанного следует, что в конце лета теплая менее соленая вода располагается поверх более холодной воды примерно с такой же соленостью, а ближе ко дну находится более соленая и несколько более теплая придонная вода. Зимой холодная вода распространяется до поверхности и температура постепенно повышается примерно от 2 °С на поверхности до 4 °С у дна.

Эти два пограничных слоя — термоклин и галоклин — действуют как „дно" или „поверхность скольжения" для переноса вод и загрязнений, влекомых водой.

2.6. Дефицит кислорода губит треску

На рис. 10 представлен также профиль концентрации кислорода (мл/л). Поверхностная вода обычно хорошо насыщена кислородом (7—9 мл/л). Значения для января часто оказываются выше, чем для сентября, из-за высокой продукции органического вещества в летние месяцы. Когда водоросли и планктон отмирают, они потребляются бактериями, и в ходе этого разложения/минерализации мертвого органического вещества расходуется кислород. Поэтому в сентябре значения [О₂] оказываются ниже. Примерно с глубины 60—70 м наблюдается очень резкий градиент [О₂], при-чем на глубине около 140 м кислород исчезает полностью. Это так называемый редоксклин. Ниже редоксклина при микробиологических и химических процессах образуется сероводород (H2S — соединение, имеющее запах тухлых яиц).

В начале 1980-х годов популяция трески в Балтике значительно уменьшилась. Почему это произошло? Безусловно, это связано со многими факторами в сложной системе взаимодействий, но одним из них являются кислородные условия.

Самка трески откладывает много икринок. В соленых водах Каттегата икра остается во взвешенном состоянии в поверхностной, обогащенной кислородом воде. В солоноватых поверхностных водах Балтики соленость и, следовательно, плотность воды недостаточны, чтобы икра оставалась на плаву. Она погружается в соленую придонную воду до тех пор, пока погружение не будет остановлено более плотной водой. Если придонная вода богата кислородом, это будет год хорошего нереста для трески, но если содержание кислорода низкое, то икринки погибнут.

После 1977 г. затоки соленой воды уже не могли улучшить ситуацию с кислородом в глубоких районах собственно Балтийского моря на более или менее долгий период. Продукция органического вещества, водорослей, планктона, бактерий, животных была столь велика, что добавка кислорода, который по-прежнему поступает из Каттегата, быстро расходуется на разложение этого непрерывно увеличивающегося „биологического дождя", сыплющегося в глубоких районах.

2.7. О процессах, вызывающих водообмен и перемешивание воды

Поступления биогенов и токсичных веществ из точечных источников невозможно пересчитать в концентрации, не зная длительности задержания воды. Если нельзя предсказать концентрации, то практически невозможно предсказать и экологические эффекты. Таким образом, необходимо познакомиться с некоторыми основными концепциями, касающимися круговорота воды.

Водообмен на любом данном участке побережья меняется во времени и в пространстве. Он может вызываться многими процессами, тоже меняющимися во времени и в пространстве. Значимость различных процессов зависит от топографических особенностей побережья, которые со временем не меняются, но весьма различны у разных побережий. Водообмен определяет пределы существования всей биоты. В прибрежных водах, в которых длительность задержания воды меняется от нескольких часов до нескольких лет, предпосылки для жизни совершенно различны.

На водообмен влияют многие факторы, и в частности следующие.

• Пресный сток (Q м3/с) — это количество воды, поступающей из притоков в единицу времени. В небольших заливах с крупными притоками Q-фактор может быть самым важным фактором длительности задержания вод.

• Приливы. Когда приливные изменения уровня становятся больше 40 см, они превращаются в важный фактор длительности задержания вод. Однако в Балтике воздействие приливов очень незначительно. В проливе Эресунд амплитуда прилива составляет лишь около 3 см.

• Колебания уровня моря всегда порождают поток воды. Эти колебания можно измерить с помощью простых устройств. Они изменяются по сезонам года и оказывают значительное влияние на длительность задержания поверхностных и глубинных вод, особенно на глубоководных от-крытых побережьях. Таким образом, средняя глубина — полезный прибрежный параметр.

• Флуктуации пограничного слоя. Флуктуации в пограничных слоях термоклина и галоклина могут быть очень важны для длительности задержания поверхностных и глубинных вод, особенно на глубоководных открытых побережьях.

• Местные ветры могут вызывать водообмен во всех прибрежных районах, особенно на небольших мелководных участках.

• Тепловые эффекты. Нагревание и охлаждение воды, например, в теплые дни и ночи, могут порождать колебания уровня моря, которые вызывают водообмен. Это особенно справедливо по отношению к мелководным побережьям, поскольку колебания уровня моря в таких районах более тесно связаны с изменениями температуры воздуха, чем в открытых водах.

• Прибрежные течения — это значительные, часто географически локализованные вдольбереговые движения морской воды. Они могут влиять на время задержания воды, особенно вблизи полностью топографически открытых берегов.

В теории можно различить процессы движения и процессы перемешивания. Но на практике это зачастую невозможно. Перемешивание поверхностной воды вызывает изменение в граничных условиях, что порождает водообмен и т. д.

В Балтике доминирующим фактором расслоения является температура, а в Каттегате и Скагерраке — соленость. Значительный приток пресной воды в Балтику решающим образом определяет глубину галоклина. Обычно в Балтике галоклин располагается на глубине примерно 50—70 м. Поверхностная вода в Балтике довольно однородна и соленость ее мала. В Каттегате и Скагерраке довольно устойчивый галоклин находится на глубине порядка 10—20 м.

Длительность задержания воды (Т) для некоторого участка побережья определяется как время, которое потребовалось бы для заполнения водой объема (V) при условии, что приток воды из рек равен Q и результирующий приток воды из моря равен R, т. е. Т - V/(Q + К). Это определение не учитывает тот факт, что реальный водообмен обычно изменяется во времени, по площади и по вертикали, например выше и ниже термоклина.