Оглавление

    ВВЕДЕНИЕ 2

    Раздел I 3

    ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕРМИЧЕСКОЙ СТРАТИФИКАЦИИ, КАК ЯВЛЕНИЯ 3

    Раздел II 9

    АНАЛИЗ ДАННЫХ 9

    Раздел III 10

    ЭКОЛОГИЧКСКАЯ РОЛЬ ТЕМПЕРАТЫРЫ И ЕЕ СТРАТИФИКАЦИЯ. 10

    ЗАКЛЮЧЕНИЕ 12

    СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 13 

 

    ВВЕДЕНИЕ

 

    Цель: Оценка распространенности температуры по вертикали в сезонном ходе в Ладожском озере.

    Задачи: 1) Рассмотреть особенности термического режима водоемов умеренного климата;

    2) Выявление особенностей по глубине,  в зависимости от сезонов года;

    3) Оценка изменения термических  режимов, как экологического фактора. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Раздел I

    ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕРМИЧЕСКОЙ СТРАТИФИКАЦИИ, КАК ЯВЛЕНИЯ

     Температурный режим. Вода нагревается в пять раз медленнее, чем почва. И в столько же раз медленнее она и остывает. Из-за этого температура при нагревании и охлаждении резко не изменяется. Поэтому обитателям водоемов, не угрожает ни значительный перегрев, ни переохлаждение. Вспомним, что вода на Земле может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом (лед, снег, град), жидком и газообразном (пар). Важно: независимо от состояния, вода — непревзойденное средство для передачи тепла. Это не только создало условия, пригодные для жизни, но и саму жизнь.

     Часть тепловой энергии, поступающей на поверхность  воды, отражается, часть расходуется  на испарение. Испарение воды с поверхности  водоемов, при котором затрачивается  около 2263х8Дж/г, препятствует перегреванию нижних слоев, а образование льда, при котором выделяется теплота  плавления (333,48 Дж/г), замедляет их охлаждение.

     Чтобы превратить 1 г воды в пар, необходимо потратить 539 калорий тепла. Конденсирующийся, пар возвращает эти 539 калорий в  окружающую среду. Следовательно, каждая капля воды на Земле, обогреваемая лучами солнца, превращается в своеобразный аккумулятор тепла. Такими аккумуляторами являются реки, озера, водохранилища, моря, океаны.

    Обратим внимание еще на некоторые особенности  воды. Так, замерзая, вода расширяется  на 9% по отношению к предыдущему  объему. Кубический сантиметр льда весит — 0,924 г, то есть он легче незамерзшей воды. Если бы это свойство отсутствовало у льда, то вода в водоемах промерзала бы до самого дна и все, что живет в нем, погибло бы.

    Кроме того, все вещества при нагревании расширяются, при охлаждении сжимаются. Вода тоже сжимается от холода. Но это  происходит до тех пор, пока столбик  термометра не покажет +4 градуса. После  этого она снова начинает расширяться, хоть температура воды и снижается: самая плотная и самая тяжелая  вода — при +4°С, когда 1 кубический сантиметр ее имеет массу 1 г. Поэтому зимой, остыв до +4 градусов, она опускается на дно водоема и не замерзает. Эта странная особенность воды спасает жизнь всем пресноводным животным, которые зимуют в реках, озерах, прудах.

    Температура воды устойчивее, чем воздуха, что  объясняется ее большей теплоемкостью. Поэтому даже значительное нагревание или потеря тепла, наблюдаемые летом  и зимой, не вызывают резких изменений  температуры воды. В связи с  этим годовые колебания температуры  в континентальных водоемах обычно не превышают 30-35°С. Температурная стойкость воды предопределена и относительно незначительным перемешиванием холодных и теплых слоев воды, которые характеризуются разной плотностью. Низкая теплопроводность воды ограничивает распространение температурных изменений в водоемах со стоячей водой, что вызывает появление температурных слоев, то есть температурной стратификации. Этому способствует уже отмеченное свойство воды уменьшать свою плотность с понижением температуры с + 4 до 0 градусов.

    Более четкое вертикальное распределение  температуры воды заметно в озерах и прудах, где отсутствует или  незначительное течение. Здесь в  летнем расслоении воды различают верхний  слой воды называемый  - эпилимнион, температура которого испытывает резкие сезонные колебания. Ниже него размещается средний слой – металимнион, который называется слоем температурного скачка, или термоклинном, в пределах которого температура воды уменьшается до + 8 градусов. Еще ниже находится нижний слой(придонный)  - гиполимнион, охватывающий глубинную массу, где температура мало изменяется на протяжении года. Слой температурного скачка относительно тонкий — от нескольких сантиметров до нескольких метров. Благодаря тому, что его вода характеризуется значительной плотностью, он препятствует перемешиванию водной толщи и препятствует проникновению кислорода в нижний слой.

    

    Зимней  порой наблюдается другой тип  сезонного распределения температуры — обратное расслоение водной толщи, когда самыми теплыми являются придонные слои, которые имеют температуру +3-4 градуса. А, вот поверхностные слои, напротив, охлаждены до 0 — +1° С. Так образуются две зоны расслоения воды по плотности, вертикальный обмен между которыми нарушается и в водоеме наступает период застоя.

    Весной  после таяния льда холодная поверхностная  вода нагревается до +4 °С, становится самой плотной и поэтому проникает в глубину, а на ее место поднимается более теплая вода снизу. В результате такого круговорота в водоемах возникает весенняя однородность температуры, когда после исчезновения ледяного покрова на короткое время вся толща воды имеет температуру +4 °С.

    В результате следующего повышения температуры  поверхностные воды теряют плотность, остаются на поверхности воды, постепенно нагреваются еще сильнее, в результате чего температурное расслоение воды становится еще более выразительным. Наступает летний период застоя, который  заканчивается осенним охлаждением  поверхностных вод. Они становятся плотнее, в результате чего опускаются на дно. Процесс перемешивания длится до тех пор, пока не наступит новая  однородность температуры. Она наступает  после того, как поверхностные  воды начнут охлаждаться ниже +4 °С, и они, как менее плотные, перестанут опускаться на дно. Так образуется осенняя однородность температуры, когда охлаждение постепенно распространяется в глубину водоема, в результате чего на короткое время вся толща воды достигает +4 °С. После этого наступает осенний круговорот, и в водоеме наступает температурное расслоение — зимний период застоя.

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      
 

    Изложенные  сезонные вертикальные распределения  температуры воды характерны для  озер и водохранилищ с глубинами  свыше 7 м. В более мелких водоемах стойкого температурного расслоения не наблюдается. Это объясняется тем, что их водная толща находится  под воздействием изменений погоды и действия ветров. При их воздействии происходит перемешивание водной массы, а в водохранилищах, кроме этого, еще добавляется и сброс воды через дамбы.

     В морской среде также существует термическая стратификация определяемая глубиной. В океанах выделяют следующие  слои Поверхностный — воды подвержены действию ветра, и по аналогии с атмосферой этот слой называют тропосферой или морской термосферой. Суточные колебания температуры воды наблюдаются здесь примерно до 50-метровой глубины, а сезонные отмечаются и глубже. Толщина термосферы достигает 400 м. Промежуточный — представляет собой постоянный термоклин. Температура в нем в разных морях и океанах опускается до 1—3°С. Простирается примерно до глубины 1500 м. Глубоководный — характеризуется одинаковой температурой около 1—3°С, за исключением полярных районов, где температура близка к 0°С.

     В целом же следует отметить, что  амплитуда годовых колебании  температуры в верхних слоях  океана не более 10—15°С в континентальных водах 30—35°С.

     Глубокие  слои воды отличаются постоянством температуры. В экваториальных водах среднегодовая  температура поверхностных слоев  составляет 26—27°С, в полярных — около 0°С и ниже. Исключением являются термальные источники, где температура поверхностного слоя достигает 85—93°С. 

 

    Раздел II

    АНАЛИЗ  ДАННЫХ

 

     В данной работе мы анализируем распределение температуры по глубине озера в различные сезоны года. Рассмотрим поведение температуры в летний период, согласно исходным данным. Здесь до глубины 5 м наблюдается верхний слой — эпилимнион, температура которого испытывает резкие сезонные колебания. До глубины 14 м четко прослеживается металимнион, в котором происходит резкий скачок температур и придонный — гиполимнион с 14 м, температура в котором изменяется слабо, это видно по графику.

    Зимой, в придонном слое более теплая вода, так как непосредственно  подо льдом температура поверхностных  вод меньше +4°C и они в силу физико-химических свойств воды становятся более легкими, чем вода с температурой выше +4°С. Так в зимний период на Ладожском озере наблюдается эпилимнион до глубины 14 м, металимнион с 14 м до 17 м и гиполимнион с глубины 17 м. Зимой нет значительных колебаний температуры, она повысилась с глубиной лишь на 2,8 °С.

    Осенне-весеннее перемешивание водных слоев играет важную экологическую роль, так как  придонные и глубинные водные слои, обладающие повышенным содержанием  биогенных веществ, получают возможность  подняться в поверхностный освещенный горизонт и быть усвоенными микроскопическими  водорослями в процессе фотосинтеза, тем самым обеспечивается значительная выработка первичного органического  вещества, составляющая основу жизнедеятельности  любой экосистемы. В то же время  опускание поверхностных насыщенных кислородом водных слоев вглубь обеспечивает аэрацию глубоководных горизонтов, что положительно сказывается на жизни донной фауны, составляющей основу кормовой базы для многих рыб. В осенне-весенний период температура воды практически не изменяется с глубиной, так как происходит полное перемешивание, что мы можем заметить на графике.

    Раздел III

ЭКОЛОГИЧКСКАЯ РОЛЬ ТЕМПЕРАТЫРЫ  И ЕЕ СТРАТИФИКАЦИЯ.

    В жизни водных организмов, в том  числе и рыб, температура воды имеет важное значение: является безусловным условием жизни и определяет важнейшие физические свойства. Это — универсальный экологический фактор. Поэтому температура воды влияет на распределение водных обитателей и на скорость жизненных процессов, которые количественно связаны с температурой. Процессы питания, обмена веществ, развития и роста, размножения, миграции, и другие проявления жизнедеятельности у рыб в большей мере, чем у теплокровных организмов, зависят от уровня и изменения температуры воды.

    Температурный режим в озерах и водохранилищах существенно влияет на возможность  существования в них организмов. Количество кислорода зависит от его усвоения из атмосферы и выделения  в процессе фотосинтеза водными  растениями, а также от уровня потребления  разными организмами в процессе дыхания. Как правило, самый насыщенный кислородом — верхний слой воды, контактирующий с атмосферой, и где размещается зона фотосинтеза. С глубиной водоема его количество постепенно уменьшается из-за застойности воды в результате затухания глубинных течений и наличия термоклина, который также препятствует вертикальному перемешиванию воды. В нем, кроме того, появляется недостаток кислорода, поскольку повышенная плотность воды создает благоприятные условия для развития значительного количества разных организмов, которые используют его для дыхания. Следовательно, из-за отсутствия доступа кислорода извне в слое температурного скачка возникает его недостаток.

    Большинство наших пресноводных рыб могут  жить в пределах значительных температурных  колебаний, физиологические процессы в которых происходят при температуре  воды 10-25 °С. Их физиологические функции  не ухудшаются при содержании кислорода  до 4 куб. см/л воды. К таким рыбам принадлежит большинство из группы озерно-речных рыб: щука, плотва, язь, лещ, окунь, судак, ерш. Поэтому они никогда не будут встречаться в глубоководных участках озер и водохранилищ. Из наших рыб самым выносливым является карп, линь, карась, вьюн. Они способны выдерживать снижение содержания кислорода в воде до 0,5 куб. см/л.

 

    ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

     В данной работе я проанализировала распределение температуры по глубине озера в различные сезоны года. Я рассмотрела поведение температуры в летний, зимний период, а так же осенне-весеннее перемешивание водных слоев и дала соответствующие характеристики. Температурный режим водоемов более устойчив, по сравнению с изменения температуры на поверхности суши, что связано с физическими свойствами воды и прежде всего с ее высокой удельной теплоемкостью. В озерах и прудах умеренных широт термический режим определяется хорошо известным физическим явлением — вода обладает максимальной плотностью при 4°С. Вода в них, четко делится на три слоя: верхний — эпилимнион, температура которого испытывает резкие сезонные колебания; переходный, слой температурного скачка, — металимнион, где отмечается резкий перепад температур; глубоководный (придонный) — гиполимнион доходящий до самого дна, где температура в течение года изменяется незначительно. Температура – важнейший экологический фактор. Именно от температуры находятся в прямой зависимости интенсивность обмена веществ водных и наземных организмов, скорость их питания, роста и созревания.