Предмет, задачи и методы исследования.

Исследованием комплекса физико-географических процессов, происходящих в озерах, занимается одна из наук о Земле гидрологического цикла - лимнология или озероведение. Основоположником научного озероведения является швейцарский ученый Ф.Форель, который в 1885 году предложил первую классификацию озер по термическому принципу и изложил основные принципы и задачи лимнологии на Лондонском Международном географическом конгрессе. Позже, в 1901 году, во введении к своему классическому труду «Руководство по озероведению (общая лимнология» он писал, что ... «всякое озеро может быть рассматриваемо, как известная географическая единица, само по себе и в отношении к окружающей его местности». Во введении «Лимнологии» Д. Хатчинсона Л.Л. Россолимо подчеркивает понимание Ф. Форелем лимнологии как «.общие, относящиеся к озерам вообще наблюдения, законы и теории», т.е. общая, или теоретическая лимнология.

Изучая разнообразные водоемы суши, С. Д. Муравейский пришел к мысли о необходимости комплексного их исследования для выявления всей совокупности протекающих в них процессов, включая и гидробиологические процессы. Тем самым была подчеркнута мысль о тесной связи лимнологии и гидробиологии. По Л.Л. Россолимо, лимнология - это наука о водоемах озерного типа, изучающая весь комплекс взаимосвязанных физических, химических и биологических процессов, который определяет своеобразие этих водоемов. Отсюда логически вытекает содержание объекта изучения лимнологии - отрицательные формы рельефа, заполненные водой и, в отличие от водотоков, не имеющие одностороннего стока, или озера.

Предметом изучения лимнологии является весь комплекс внутриводоемных, или лимнических процессов, протекающих в озере в тесной связи с водосбором.

Озероведение и лимнология тесно связаны с морфометрией. Основы морфометрии озер были разработаны Г.Ю. Верещагиным, С.Д. Муравейским. По мнению С.Д. Муравейского, морфометрия - это система количественных показателей, которая позволяет познать процессы, протекающие в водоемах и вызывающие изменения их подводного рельефа. Кроме морфометрии лимнология тесно связана с гидрохимией и гидробиологией.

Региональная лимнология занимается исследованием лимнических процессов в условиях конкретной территории, с учетом физико-географических условий и в тесной связи с водосбором, обусловленные длительным их развитием в голоцене. Как показывает практика исследований озер Беларуси, особенности их генезиса, гидрологического режима, процесса накопления донных отложений, эволюции лимносистем имеют специфические черты, характерные только для данной территории.

Методы исследований. Озера представляют собой сложные гидрологические и гидроэкологические экосистемы. Поэтому для их изучения применяется весь комплекс гидролгических методов исследований.

Стационарные исследования озер и водохранилищ ведутся на озерных станциях и гидрологических постах. Наиболее полной прграммой стационарных исследований отличается Нарочанская гидрометстанция. Специальные гидробиологические исследования ведутся на Нарочанской гидробиологической станции, Вилейском водохранилище. По специальной программе ведутся исследования Лукомского озера в связи с его использованием в качестве водоема-охладителя Новолукомльской ГРЭС и в связи с этим изменением его режима. Ряд гидрометрических постов в 70-е годы было создано в системе МУОСов. Полустационарные исследования, как правило, сопровождают стационарные исследования, проводятся сезонно по специальной программе в соответствии с поставленными практическими и научными задачами.

Экспедиционные исследования ведутся проводятся в связи с научными задачами ряда научных и проектных учреждений. Исследования проводятся эпизодически, или сезонно, в которых решаются конкретные научные задачи.

Комплексный лимологический метод изучения озер и водохранилищ сформировался в НИЛ озероведения при Белгосуниверситете и широко используется при паспортизации озер, изучении водохранилищ. Метод включает ряд приемов картирования озер, донных отложений и водной растительности, методик химического анализа донных отложений и озерных вод и др. современных методик.

В лабораторных условиях изучаются физические и химические свойства грунтов и воды, водной растительности. Валовый химический анализ донных отложений ведется на сложных приборах, таких как пламенный фотометр, атомный спектроанализатор, нефелометр, калориметр и др.

Для изучения физико-географических условий водосборов озер в голоцене в лимнорлогии используется комплекс палинологических методов: споровопыльцевой, диатомовый, остракодовый, палеокарпологический и др. Для определения абсолютного возраста отложений используется радиоуглеродный метод.

При изучении отдельных процессов широко внедряются в изучение озер и водохранилищ моделирование. Математическое моделирование, в частности, применено при создании математической модели озер Дривяты, Нарочь, Байкал (Умнов, Меншуткин). В меньшей степени используется натурное или физическое моделирование. При натурном моделировании проводятся эксперименты максимально приближенные к естественным условиям водоема. Например, использование меченого песка в прибрежной зона с целью изучения динамики течений и транспорта наносов в прибрежной зоне.

1.2. История развития лимнологии в Беларуси

Создателями озероведения в России заслуженно считаются Д. Н. Анучин, Л.С. Берг, А.И. Воейков. Большую роль в организации исследований озер сыграло Русское географическое общество, а первые водомерные посты на крупных озерах появились еще в 1724 г на Ладожском озере, 1830 г. на Каспии, на Селигере в 1847 г.. В начале 20 в. изучение озер в Советском Союзе продолжал Государственный Гидрологический Институт (ГГИ), гидрометслужба, был создан Водный кадастр СССР, Институт озероведения АН СССР в Ленинграде, Лимнологический институт в Лиственничное-на-Байкале, Институт внутренних вод в Борке на Рыбинском водохранилище.

Беларусь богата озерами, поэтому многие исследования на территории Восточно-Европейской равнины касались ее рек и озер.

Значительный вклад внесла экспедиция 1894 - 1900 гг. под руководством Д.Н.Анучина, посвященная изучению главных рек Европейской части России. Изучена гидрография ряда озер Витебской и Могилевской губернии. В книге "Живописная Россия" под редакцией П.П. Семенова приводится описание крупных озер: Нарочь, Мядель, Дривяты, а также в Полесье: Выгонощанское, Червоное, Луковское (1882г.). Интересные материалы по озерам Беларуси приводятся в работе: "Материалы для географии и статистики России, собранные офицерами Генерального штаба Минской губернии". Данные по 350 озерам, их значение для рыбного промысла, для сооружения Огинского и Березинского каналов (1864 г.).

Описания озер Витебской и Могилевской областей приводятся в работах А.С. Дембовецкого (1882) и в очерках В. Заржецкого, В.А. Лесневского, М. Ишкова (1903-1905), опубликованных в «Землеведении».

Последние годы своей жизни посвятил изучению гидрологического и гидробиологического режимов озер Беларуси (двух Свитязей, Загоранского, Черного, Любани и др.) известный исследователь Байкала, выходец из Беларуси и западных районов Украины Б.И. Дыбовский Незадолго до Октябрьской революции в 1914-1916 годах изучение озер в практических целях выполняла Витебская рыбохозяйственная экспедиция, а в 1928 году при Наркомземе БССР эту работу продолжала Научно-исследовательская станция рыбного хозяйства (с 1957 г. - Белорусский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства - БелНИИОРХ). В этот же период крупные исследования озер западных областей Беларуси выполнили Польские лимнологи Е. Кондрацкий на озерах западной Браславщины (1938г.) и С. Ленцевич в Полесье (1938 г.). Так, С. Ленцевич и другие авторы описывают геоморфологические особенности котловин озер, координаты и положение их над уровнем моря.

Первые наблюдения за гидрологическим режимом озер были начаты в 1926 году. Изучение озер Беларуси вновь было продолжено после второй мировой войны. Уже в 1949 г. вышел краткий справочник рек и водоемов БССР под редакцией А.И. Тюльпанова, собранный главным образом по картографическим материалам. В справочнике - озера Белорусской ССР, 1964 г. под редакцией Е.А. Боровик освещены главным образом биологические характеристики наиболее исследованных озер для того времени. В сводном томе "Ресурсы поверхностных вод. Белоруссия и верхнее

Поднепровье", изданном гидрометслужбой БССР в 1966 г. приводится цифра общего количества озер (10780), включающая крупные старицы и водоемы площадью менее 0,1 км².

В таблице приводится размещение озер по бассейнам рек, батиметрические схемы 192 озер, содержатся данные гидрологических наблюдений по 24 озерным станциям и постам. В настоящее время регулярные наблюдения проводятся на 14 озерах (табл. 1.1).

Многолетний мониторинг Нарочанских озер с 1948 г. выполняет лаборотория гидробиологии БГУ: Здесь выросли крупные ученые - гидробиологи. На ее материалах издана монография "Экологическая система Нарочанских озер", издается ежегодный «Бюллетень экологического состояния озер Нарочь, Мястро, Баторин». Детальное изучение и оценка ресурсов озерных сапропелей ведется с 1975 г. в Институте проблем использования природных ресурсов и экологии НАН Беларуси. Здесь составлен кадастр сапропелевых отложений наших озер, разработаны проекты добычи 70-ти месторождений сапропелей. Институт геохимии и геофизики НАБ совместно с географическим факультетом много лет занимается проблемами палеогеографии, эволюции озер в плейстоцене и голоцене. Основой этих исследований служит материал буровых скважин донных отложений, изученных геохимическим, спорово-пыльцевым, диатомовым методами и определением абсолютного возраста. Интересные и современные исследования выполняются в Институте зоологии НАН Беларуси. Они направлены на изучение видового состава, развития и функционирования гидробионтов, в частности, реликтовых ракообразных в глубоких озерах. Краткие сведения об озерах содержаться в Белорусской энциклопедии и "Голубой книге".

В конце 50-х годов начали разворачиваться лимнологические исследования на географическом факультете БГУ. В начале это выражалось в ежегодных дипломных работах. В 60-х годах исследования уже носили комплексный характер и объединяли большую группу студентов и преподавателей.

Лимнологическая школа и лимнологические исследования географического факультета получили широкую известность и в 1973 г. одновременно с образованием кафедры общего землеведения основана отраслевая научно-исследовательская лаборатория озероведения (ОНИЛОЗ), преобразованная в 1992 году в НИЛ озероведения. Сотрудниками лаборатории и кафедры опубликован ряд крупных научных монографий, и учебников, изданы справочники в 1983 и 2004 г. Последний содержит систематизированные сведения по 826 озерам республики: данные по гидрологии, морфометрии, гидрохимии, гидробиологии, составу и мощности донных отложений, характеру водосборов, их хозяйственному использованию.

1.3. Научные школы и направления

Развитие отечественной лимнологии тесно связано с историей ее формирования в России. Истоки развития лимнологии на Беларуси идут в глубину XIX столетия, когда сосланный в Сибирь выходец из Лиды Б.И. Дыбовский впервые в России провел комплексные исследования озера Байкал. Это был первый опыт подобного полевого исследования озера, за который в 1871 году Б.И. Дыбовский и его соавтор В.И. Годлевский были удостоены золотой медали Русского географического общества. Этот этап развития лимнологии отличался разрозненными исследованиями.

Послевоенный этап в развитии исследований озёр на Беларуси можно разделить на два периода: 1950 — 1970-е годы — период становления национальной белорусской лимнологии как самостоятельной науки, а с 1970 года и по настоящее время — современный период.

Становление лимнологии как самостоятельной науки в Беларуси отличалось постепенным переходом от чисто гидробиологических исследований к комплексному лимнологическому направлению, основателем и организатором которого стала одна из первых женщин — докторов наук на Беларуси профессор О.Ф. Якушко. Традиции гидробиологических исследований (Е.А Боровик, М.Е Макушок, А.А. Зенкевич, Г.Г. Винберг) продолжают в настоящее время ученые биологического факультета Белгосуниверситета.

Исследования озер в 70-е годы способствовали созданию первоначально учебной лаборатории озероведения, а затем отраслевой НИЛ озероведения Белорусского университета и формированию белорусской лимнологической школы. Новым импульсом к энтузиазму первых озероведов, к подготовке специалистов по изучению водоемов Беларуси послужил выход в свет первого учебного пособия и монографии по озерам О.Ф. Якушко

Период становления лимнологии на Беларуси отличался накоплением фактических натурных материалов по озёрам Беларуси, изучением региональных природных особенностей различных озёрных групп, разнотипных озёр, отработкой методики натурных исследований и завершился формированием белорусской лимнологической школы. Это дало возможность провести паспортизацию наиболее крупных озёр Беларуси и перейти к комплексному изучению искусственных водоемов. Водохранилища и пруды, находящиеся на территории нашей республики, географами до этого времени практически не изучались.

Значительную роль в активизации исследований водохранилищ и прудов сыграло создание отдела водохранилищ Центральном НИИ комплексного использования водных ресурсов, научное руководство которым осуществлялось профессором В.М. Широковым. Это позволило перенести акцент исследований с узких отраслевых водных проблем на комплексное исследование природы искусственных водоемов: формирования ложа, грунтовых комплексов, заиления и зарастания, биологического режима, эволюции природы в целом, природно-акваториального районирования, проблем взаимодействия с окружающей средой и др.

Закономерным следствием второго этапа в этих исследованиях в республике явилось издание ряда монографий по природным и искусственным водоемам и второго издания учебного пособия по озероведению. Фактически к концу 80-х годов сформировались самостоятельные направления в изучении водоемов замедленного водообмена: гидрология озёр (лимнология), гидрология водохранилищ и прудов, гидрология карьерных водоемов.

На наш взгляд, такое разделение способствовало более глубокому изучению природы и гидрологического режима различных типов водных объектов и накоплению обширного объема фондовых материалов по их гидрологии и гидробиологии, рациональному использованию и охране, рекультивации и восстановлению и т.д. Сформировалась школа палеогеографов Беларуси, которая вооружена серией палеогеографических методов реконструкции озёрных ландшафтов. Возникла необходимость комплексной географической оценки и обобщения накопленного материала и создания теории эволюции озёр и озёрно-речных систем.

Искусственные водоемы являются новыми водными объектами, развитие которых происходит на наших глазах. Теоретические разработки в области эволюции озёр до настоящего времени схематичны, без прочной научной основы. Современные представления о формировании природы водохранилищ восполняют недостающие звенья о первых этапах развития природных водных объектов. В то же время восстановление и реконструкция условий эволюции озёр дает основу для прогноза эволюции водохранилищ и других искусственных объектов. Такое взаимодополнение материалов по озёрам и водохранилищам будет способствовать созданию единой теории эволюции водоемов замедленного водообмена.

Решение проблемы теоретического обоснования путей развития природы водоемов замедленного водообмена (озёр, водохранилищ, прудов, карьерных водоемов), создание единой теории их эволюции дают фундаментальную основу для решения ряда теоретических и практических задач.

1.4. Место озер в природном комплексе.

Площадь озер республики изменяется от 0,01 до 80 км2. Основное количество (около 50 %) составляют озера площадью менее 0,1 км2. На долю озер площадью от 0,1 до 1,0 км2 приходится 41 % общей площади озер. Озера с площадью от 1,0 до 10 км2 составляют 9 %. Наиболее крупные озера с площадью более км2 составляют 0,6 %. Общая площадь всех озер Республики около 2000 км2, объем воды в них 5 км³.

Озерные водоемы Беларуси относятся к числу важнейших природных ресурсов и отражают как историю развития, так современное экологическое состояние территории. Помещенные ниже оценки выражают степень изученности озер и основаны на литературных и фондовых материалах, главным образом, НИЛ озероведения БГУ, включающие данные по водоемам Западной Двины, Немана, верховья Березины (днепровской), Ловати. По данным гидрометеослужбы Беларуси (1966), общее количество озер в бассейне Западной Двины составляет 2826, Немана - 1054. Общее же количество их по республике превышает 10 тысяч. Согласно существующей гидрологической градации озера республики относятся к числу малых и очень малых. Однако, водоемы с площадью более 0,1 км² условны отнесены к относительно крупным. Их число по республике составляет 1072. на бассейн Западной Двины и Немана приходится около 80 % из этого числа. Наиболее значительных с площадью 10 и более км2 насчитывается всего 22, двадцать из которых расположены в пределах Поозерья. Здесь же наиболее крупное озеро Нарочь (80 км2) и глубокое - озеро Долгое (53,3 м) .

В гидрографической сети озера играют огромную роль в качестве природных регуляторов речного стока и накопителей значительных объемов воды. В этом выражается их основная хозяйственная и гидрологическая ценность. В современных естественных условиях каждое озеро включает водную массу, заполняющую углубление земной поверхности - котловину, образующую природный аквальный комплекс (ПАК). Его формирование и эволюция зависит от особенностей водосбора: гидросети, рельефа, характера грунтов, облесенности, заболоченности, хозяйственной освоенности и процессов, происходящих в самом озере.

В отличие от водотоков, озера характеризуются замедленным водообменом и положительным балансом вещества и энергии. Именно эти черты обеспечивают накопительную способность их лимносистем, стабильность условий для развития живых организмов, аккумуляцию специфических органо-минеральных осадков. В своем жизненном цикле лимоносистемы характеризуются определенным круговоротом вещества и энергии, который выражается в утилизации солнечной энергии водными растениями и образованием первичной продукции органического вещества, главным образом фитопланктона в процессе фотосинтеза. Под влиянием редуцирующих бактерий в аэробной среде новообразованное органическое вещество проходит процесс деструкции (минерализации, разложения) на простые химические составляющие. Преобладание деструкции над продукцией выражает способность озера к самоочищению и характеризует низкую степень трофности, то есть содержания питательных веществ, что свойственно олиготрофным и мезотрофным водоемам. В ходе естественной эволюции соотношение продукционно- деструкционных процессов сдвигается в сторону повышения продукции и уменьшения способности самоочищения. Иначе говоря, озера приобретают черты эвтрофных или высокоэвтрофных водоемов.

В условиях умеренного климата Беларуси жизненный цикл озера заканчивается заполнением котловины осадками, зарастанием и превращением в низинное болото. В отличие от наземных природно-территориальных комплексов, такие аквальные системы характеризуются определенной степенью экологической инертности, что выражается, в частности, в сохранении в них ряда реликтовых организмов. Вместе с тем по отношению к спонтанным антропогенным воздействиям они проявляют высокую чувствительность.

Количество озёр Беларуси и объем водной массы по градациям площадей (О.Ф. Якушко,

Б.П. Власов и др., 1995).

Водные ресурсы озер Белорусского Поозерья слагаются из их общей площади и объема водной массы, составляющих до 2000 км2 и около 6 км³. Призма ежегодной сработки за счет межсезонной

амплитуды колебания уровня 0.4 м составляет 350,57 млн м. куб. Площадь изученных озер более 860 км², их объем около 4200 млн м.куб.

В административном отношении в Поозере входит 17 районов Витебской, Минской и Гродненской областей. В табл. 1.2 приводится количество изученных озер по административным районам наиболее озерного региона Беларуси - Белорусского Поозерья. Большая их часть образует естественные группы, или озерно-речные системы, связанные между собой речной артерией. Наиболее крупные озерно-речные системы: Нарочанская, Браславская, Ушачская, Сорочанская, Березинская, Мядельская и др. Некоторые крупные водоемы - Освейское, Нещердо, Лосвидо расположены обособленно. Белорусское Поозерье в природном отношении входит в состав Балтийских Поозерий, включающих территорию севера и северо-запада Европы в границах распространения последнего вюрмского (валдайского, поозерского) ледника. Отличительной особенностью этой территории является молодость ледникового рельефа, сочетание моренных гряд, холмов, бессточных впадин, заполненных озерными водами.

Основные лимнические характеристики озерного фонда

Водоемы размещаются главным образом в пределах моренных возвышенностей и равнин: Свенцянской, Браславской, Ушачско-Лепельской, Городокской, Витебской, где сформировался особый холмисто-моренно-озерный тип ландшафтов. В некоторых районах (Ушачский, Браславский) на долю озер приходится до 10 % территории. Отличительной особенностью служит здесь слабое развитие эрозионной сети при значительной озерности небольших рек. Последние отличаются слабо выработанными неглубокими долинами, объединяющими группы озер с помощью неглубоких протоков. В сравнении с речными долинами озерные котловины оказываются переуглубленными, что сокращает их проточность и возможность спуска. Примером в этом отношении может служить река Друйка, которая на своем протяжении (42 км.) объединяет более 20 водоемов Браславской озерно-речной системы. Река Дива, длиной всего 46 км, является основной артерией, дренирующей многочисленные озера Ушачской озерно-речной системы. В такой же роли выступает река Нарочанка, Мяделка, Сорочанка и др. Наиболее крупные реки - Зап. Двина, Неман, Вилия образуют глубокие долины в пределах озерно-ледниковых и зандровых низин и на своем пути лишены современных озер.

В целом для Белорусского Поозерья характерна высокая озерность территории (соотношение в процентах суммарной площади водных поверхностей водоемов к общей площади водосбора речного бассейна) около 3 % (рис. 1.2.). Наиболее высокая озерность (12,9 %, табл. 15) характерна для р. Друйки, на водосборе которой насчитывается свыше 60 озер. Значительной озерностью (6-9 %) отличаются реки 1-го порядка - Вята, Дрыса, Туровлянка, Черногостица. На более мелких реках 2-го и 3-го порядка наиболее высокая озерность характерна для рек Дрысвята (11%), Свольна (10 %), Нещерда (9,6 %), Нища (7,9 %), Лукомка (7,5 %), Дохмарка (6,4 %) . Такая же закономерность характерна и для рек Лучеса, Сарьянка, Волта, Ужица, Каспля, Витьба, и др. (рис. 1.3.).

Наиболее значительные озерные водоемы Беларуси чаще всего связаны с деятельностью последнего позерского ледника и концентрируются на севере республики, в Белорусском Поозерье (рис. 1.4.). В бассейне Западной Двины и Немана их насчитывается около 3500.

Белорусское Полесье - вторая область массового развития озер. В бассейнах Днепра и Западного Буга их немногим менее 7 тыс. В основном это речные старицы; более значительные водоемы занимают древние понижения поверхности и относятся к мелководным озерам - разливам. Встречаются в Полесье небольшие, но довольно глубокие озера карстового происхождения. В центральной части республики озер очень мало. Наиболее известные среди них Озера Кромань, Свитязь, озерно-речная система (группа Белое) к востоку от г. Гродно.

Все озера Беларуси расположены в пределах зоны смешанных лесов, общие ландшафтные и в особенности климатические условия которой определяют современный облик водоемов, их питание, направленность гидрохимических и биологических процессов. Вместе с тем озера способны сохранять множество черт реликтового характера, нетипичных для современных природных условий. Это свидетельствует о консервативности водоемов как природных комплексов. Озера Северной Беларуси, например, отличаются молодостью и отражают особенности ледниковой и позднеледниковой эпох, стабилизированные в строении котловин, распространении ледниково- озерных отложений, наличии реликтовых видов и форм животных и растительных организмов. В облике котловин и гидрохимическом режиме озер Брестского Полесья сохранились черты доантропогеновых морфоструктур и древних карстовых процессов.

Однако консервативность озерных природных комплексов сочетается с их экологической мобильностью. Как компоненты природного ландшафта озера отличаются способностью быстро и чутко реагировать на изменение внешней среды, они весьма ранимы в экологическом смысле. Любое нарушение уже сформировавшихся экологических условий в пределах водосбора (изменение климата, сокращение или увеличение площади под лесной растительностью, нарушение в направлении геоморфологических и почвообразовательных процессов) в течении относительно короткого промежутка времени неминуемо отразится на водном режиме озера, количестве поступающего минерального и органического вещества, условиях жизнедеятельности организмов, процессах седиментации и т. д. Эта роль озер как фиксаторов и индикаторов изменений природной среды делает их своеобразными летописцами того или иного геологического отрезка времени. Именно поэтому изучение стратиграфии донных отложений, их вещественного состава, остатков фауны и флоры позволяет реконструировать природную обстановку озерного бассейна за период накопления этих отложений. Вместе с тем мобильность озерной экосистемы создает возможность преобразовывать озера в ходе их хозяйственного освоения.

Благодаря замедленному водообмену и аккумулирующей способности озер в них формируется своеобразный полузамкнутый цикл круговорота вещества и энергии. Последнее делает озера прекрасными природными моделями при разработке системы управления мелиоративными преобразованиями природных объектов для практических целей.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: