Экосистема озера

Источником энергии для озера служит солнечный свет. При прохождении света через воду некоторая его часть поглощается планктоном и используется в процессе фотосинтеза; остальной свет поглощает вода, так что с увеличением глубины освещенность уменьшается. В глубоких озерах существует некий компенсационный уровень, т.е. глубина, на которую проникает столько света, что зеленые растения едва могут поддерживать свое существование: фотосинтез у таких растений (образование сложных органических веществ и кислорода) в точности уравновешивает их дыхание (расход пищи и кислорода).



Рисунок 1: Структура озёрной экосистемы. Показаны
некоторые организмы, обитающие в различных частях озера.

Глубина, на которой находится компенсационный уровень, зависит от прозрачности воды. Выше этой глубины растения выделяют больше кислорода, чем потребляют, так что избыточный кислород могут использовать другие организмы; ниже этой глубины фотосинтез не может обеспечить дыхание, поэтому организмам доступен лишь кислород, поступающий с водой из более поверхностных слоев озера.

Укореняющиеся водные растения, такие, как водяные лилии и камыши, растут на мелководных участках озера. Среди этих растений находят себе убежище и пищу рыбы, головастики, насекомые и другие членистоногие, моллюски и черви. На открытой поверхности озера обитают свободно плавающие растения, которым необходим свет, и животные, которым необходимо обилие кислорода, - многие рыбы и мелкие членистоногие (рисунок 1).

На большей глубине, где меньше кислорода и недостаточно света для протекания фотосинтеза, главным источником энергии служат мертвые растения и животные, опускающиеся сверху. Организмы-редуценты, рыбы и беспозвоночные, способные переносить низкое содержание кислорода, питаются этими остатками, а также поедают друг друга.

Сильное влияние на жизнь озера оказывает температура. Вода характеризуется одной уникальной особенностью: при 4°С она обладает наибольшей плотностью. Поэтому слои воды, имеющие температуру 4°С, опускаются ниже слоев, имеющих более высокую или более низкую температуру. В результате этого зимой вода с температурой ниже 4°С поднимается вверх и, охлаждаясь до 0°С, замерзает, покрывая озеро слоем льда.



Рисунок 2: Температура воды в разное время года на
разной глубине в озере, находящемся в умеренной зоне.

Этот слой служит изоляцией, предохраняя лежащую под ним воду от полного замерзания, так что обитатели озера выживают под слоем льда в воде, которая в течение всей зимы сохраняет температуру от 0 до 4°С (рисунок 2). Весной солнце растапливает лед и нагревает поверхностные слои воды, которые с приближением их температуры к 4°С погружаются вниз, заставляя лежащую под ними более холодную воду подниматься вверх. Этому весеннему перемешиванию способствуют ветер и волны. Такое перемешивание имеет важное значение, потому что вода, поднимающаяся вверх, приносит с собой питательные вещества, содержащиеся в донных отложениях, и обитающие у поверхности фотосинтезирующие организмы могут использовать их. В свою очередь вода, перемещающаяся из поверхностных слоев озера в придонные, приносит кислород редуцентам и другим обитателям дна озера.



Рисунок 3: Процесс исчезновения олиготрофного озера.
А. Олиготрофное озеро.
Б. По мере увеличения притока в озеро питательных веществ и осадочных материалов его продуктивность возрастает и оно становится эвтрофным.
В. В дальнейшем озеро превращается в болото, и покрывается растительностью.
Г. В конце концов это место превращается в сушу. Обычно эта последовательность событий занимает несколько тысяч лет даже для таких мелководных озер, как озеро Эри. Глубина некоторых олиготрофных озер, например озера Тахо, так велика, что для них процесс этот растянулся бы на неограниченно долгое время, если бы эвтрофикация не ускорялась загрязнением.

Если плавая летом в озере с приятной и теплой водой мы опустим ноги вниз, то ощутим, что вода там гораздо холоднее. Это происходит потому, что нагретый солнцем поверхностный слой воды остается на месте, не смешиваясь с лежащей под ним более плотной и холодной водой, температура которой в глубоком озере остается на уровне 4°С. Граница между теплой и холодной водой называется термоклиной и летом она постепенно опускается все ниже и ниже. Осенью термоклина начинает вновь подниматься, по мере того как верхний слой воды охлаждается, что в конце концов приводит к осеннему перемешиванию. Рыбаки, занимающиеся ловлей форели, знают, что весна и осень-это то время, когда можно добыть форель в поднимающейся вверх холодной воде. Форели нужна вода, богатая кислородом, а поскольку в холодной воде растворяется больше кислорода, чем в теплой, форель проводит лето на большей глубине, где вода холоднее.

По продуктивности озера можно разделить на две группы. Эвтрофные ("многокормные") озера - относительно мелководные, богаты элементами питания и бедны кислородом. В отличие от них олиготрофные ("малокормные") озера обычно более глубокие, с более крутыми берегами и менее богаты элементами питания; вода в них прозрачная и до самого дна может содержать много кислорода. При нормальном течении событий озеро медленно наполняется осадочным материалом и мертвым органическим веществом и постепенно эвтрофицируется. В конце концов оно превращается в верховое или низинное болото, а затем и в сушу (рисунок 3). В случае глубокого олиготрофного озера этот процесс может тянуться миллионы лет.

Одним из последствий загрязнения среды, вызванного человеком, является ускорение процесса эвтрофикации. На первый взгляд повышение продуктивности может показаться желательным, однако, как мы увидим ниже, это не так. Олиготрофные озера с чистой водой и рыбой гораздо более привлекательны и полезны человеку, чем эвтрофные озера, заросшие водорослями и сорняками и населенные карпом и мелкими представителями карповых.

Влияние загрязнения озера на его экосистему
1. Добавление в озеро элементов питания

В природные экосистемы весь фосфор изначально поступает из горных пород, а поскольку многие экосистемы расположены на породах, содержащих мало фосфора, их продуктивность ограничивается недостатком этого элемента.

Люди непрерывно вносят в озера фосфор вместе со сточными водами, детергентами или удобрениями, стекающими с обрабатываемых земель. Это повышает продуктивность озера и ускоряет его эвтрофикацию, изменяя характер озера.

Самый явный симптом эвтрофикации - помутнение воды, создаваемое усиленным размножением планктона. Другой признак-уменьшение численности таких рыб, как форель, любящих чистую воду, богатую кислородом. Загрязняемое элементами питания озеро проходит через несколько стадий, прежде чем достигнет хорошо знакомого всем состояния с вонючей тиной на дне и берегами, усеянными погибшей рыбой. Вначале загрязнение элементами питания способствует "цветению", или необычайно сильным взрывам численности популяции, водорослей. Некоторые водоросли выделяют токсины, отравляющие рыбу и делающие воду непригодной для питья. При отмирании водорослей бактерии разлагают их ткани и используют большую часть кислорода. В иле, лишенном кислорода, разложение мертвых растений некоторыми бактериями сопровождается выделением сероводорода (газа с запахом тухлых яиц). В "здоровом" озере обитающие на дне фотосинтезирующие бактерии используют этот сероводород по мере его образования. Однако при большом содержании в озере удобрений или сточных вод у его поверхности появляется так много водорослей и бактерий, что до дна доходит очень мало света и фотосинтезирующие серные бактерии растут плохо. Они не могут использовать весь образующийся сероводород, придающий загрязненному озеру его специфический запах.

Процесс эвтрофикации нельзя устранить, но его можно замедлить и временно повернуть в обратную сторону. Если прекратить сбрасывание в озеро сточных вод, то водоросли, питающиеся за счет этих вод, погибнут и опустятся на дно, причем замещения их происходить не будет. Вода станет более прозрачной, обогатится кислородом и популяции рыб восстановятся.

2. Тепловое загрязнение

Такое загрязнение возникает в результате внесения в воду дополнительного тепла, например в тех случаях, когда электростанция использует озерную воду для охлаждения турбин. Поскольку при более высокой температуре рост растений ускоряется, при тепловом загрязнении продуктивность озера возрастает и, так же как и при загрязнении биогенными элементами, эвтрофикация ускоряется. Помимо этого повышение температуры воды может задержать и даже подавить размножение, развитие или рост некоторых рыб и беспозвоночных; при достаточно высокой температуре организмы просто гибнут. Неестественное подогревание воды может также увеличить промежуток между весенним и осенним перемешиваниями, нарушая нормальные сроки пополнения запасов элементов питания у поверхности воды и запасов кислорода вблизи дна.

По материалам книги "Введение в биологию", П.Кемп, К.Армс.