Хотя химический состав озера важен для всех организмов, о чем свидетельствуют, например, специализированные виды растений и животных, обитающие в соленых озерах, именно растения, осуществляющие фотосинтез, сильнее всего влияют на химизм озерных вод. В процессе фотосинтеза солнечная энергия используется для превращения углекислоты и воды в углеводороды и кислород. При этом помимо диоксида углерода и воды в фотосинтезе участвуют еще 18–20 химических элементов, и уменьшение содержания любого из них ниже оптимальной потребности существенно замедляет процесс фотосинтеза. Эта т.н. гипотеза лимитирующей роли питательных элементов, выдвинутая в середине 19 в. Юстусом Либихом, до сих пор используется при характеристике водных экосистем. В пресных водоемах большинство питательных элементов присутствует в количествах, превышающих потребность в них, однако два из них – азот и фосфор – относительно редки. Именно эти элементы, порознь или совместно, лимитируют процесс фотосинтеза, или первичную продукцию. Более того, поскольку некоторые синезеленые водоросли способны связывать атмосферный азот, превращая его в аммоний и используя в процессе фотосинтеза, а фосфор не имеет такого источника, то последний становится наиболее важным лимитирующим элементом. В результате многие существенные характеристики озер, как, например, суммарный прирост первичной продукции или обилие водорослей, находятся в прямой зависимости от содержания фосфора в озерах. Поэтому озера классифицируют по этому показателю. Выделяются олиготрофные озера (с низким содержанием питательных веществ), мезотрофные (со средним содержанием) и эвтрофные озера (с высоким содержанием питательных веществ).

Эпилимнион почти всегда насыщен растворенным кислородом, образующимся здесь в процессе фотосинтеза, а также захваченным из пограничного слоя атмосферы при циркуляции воды. В то же время все прочие элементы, необходимые для фотосинтеза и роста, извлекаются из воды водорослями, и химизм вод эпилимниона подвергается соответствующим изменениям. Одновременно эпилимнион производит много органического детрита, состоящего из отмерших фрагментов водорослей, опускающегося в гиполимнион. Там растворенный кислород затрачивается на дыхание и разложение, и многие неорганические вещества возвращаются в воду. Таким образом, в стратифицированном озере первоначально однородная водная масса подразделяется на два четко различающихся слоя: верхний, более теплый, с дефицитом доступных питательных элементов, и нижний, более холодный, с более высокой концентрацией питательных элементов. В условиях умеренного климата это разделение имеет место и зимой и летом, хотя зимой оно менее выражено, поскольку подо льдом из-за меньшего доступа света значительно снижается уровень первичной продукции вод. В нестратифицированных озерах сезонные изменения происходят во всей водной толще.

Во многих озерах, богатых питательными элементами, фотосинтез протекает настолько интенсивно, что растворенный кислород оказывается полностью израсходованным непосредственно у поверхности донных отложений. В этом случае наблюдаются еще более значительные изменения химического состава воды. На поверхности раздела донных осадков и воды содержащие кислород нерастворимые соединения железа теряют кислород и становятся растворимыми, в результате чего большое количество железа, марганца, фосфора и азота поступает в воду. Этот процесс называется внутренней эвтрофикацией, так как в некоторых озерах в результате ветрового перемешивания или влияния внутренних сейш высвободившиеся из осадков питательные элементы попадают в верхний слой воды, повышая таким образом трофический уровень озера. В районах умеренного климата в период весеннего и осеннего перемешивания вод поверхностный слой осадков вновь поглощает кислород, все различия в химическом составе воды по глубине исчезают, и водная масса вновь становится химически однородной.

Озерные отложения, которые играют важную роль в химизме озер, большей частью образуются в самих озерах. Обычно они состоят из полуразложившихся остатков водорослей, зоопланктона и более крупных организмов и в озерах, сформировавшихся примерно 10 тыс. лет назад, могут достигать большой мощности (ок. 20 м). Изучение колонок озерных отложений показывает, что концентрация бактерий в них очень велика, особенно на контакте донных осадков и воды. Такая же закономерность прослеживается и в концентрации разных химических веществ, например фосфора и аммония. Поскольку озерные отложения обычно холодные и бедны кислородом, в них прекрасно сохраняются свидетельства состояния озера в прошлом, что находит отражение либо в составе и количестве специфических пигментов водорослей, либо в составе поддающихся определению остатков наиболее устойчивых к разложению частей организмов.

Для определения возраста отдельных слоев озерных отложений были разработаны различные методы. Среди них – методы, основанные на использовании естественных радиоактивных изотопов свинца ²¹⁰Pb и углерода ¹⁴С; корреляция маркирующих горизонтов в осадках, например пеплов, с историческими данными об извержениях близлежащих вулканов. Изучение отложений позволяет воссоздать детальную картину смены обстановок в данном озере. Кроме того, поскольку озерные осадки накапливают информацию о природных обстановках всего водосборного бассейна, в них запечатлены и климатические изменения прошлого. Например, изучение состава пыльцы растений в колонке озерных отложений позволяет установить, какие наземные растения были распространены на определенных этапах геологической истории, а учет современных экологических требований этих видов растений – определить, какими были в то время температуры и влажность.

назад   дальше