Образование термоклина

Тот, кто ловил рыбу на живца, возможно, сталкивался с его быстрой гибелью при опускании живца в глубину, хотя внешне явных причин для такого исхода, как правило, не было. Чаще это проявляется в глубоководных озёрах, нижних участках водохранилищ, которые по своим характеристикам ближе всего к озёрам. Причина такого явления – принудительное опускание живца в слой воды, в котором её температура резко снижается с глубиной и который называется «термоклином». Он формируется вследствие ряда особенностей воды, не свойственных ни одной какой-либо другой жидкости.

Прежде чем объяснить сезонную картину этого процесса, рассмотрим одну из уникальных аномальных особенностей воды.

Ещё из школьного курса физики нам известно, что все вещества при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются. Вода тоже сжимается при охлаждении. Но это происходит до тех пор, пока её температура не достигнет +4^°С. При дальнейшем понижении температуры вода начинает расширяться. То есть самой плотной и тяжёлой вода пресноводных водоёмов становится примерно при +4^°С, когда 1 см³ имеет массу 1 г. Поэтому зимой, остыв до +4^°С, она опускается на дно водоёма и в течение всей зимы не замерзает. Благодаря этой аномалии животный мир пресных водоёмов в зимнюю пору не погибает.

При температуре меньше 4^°С плотность воды начинает уменьшаться, то есть она начинает расширяться до момента превращения воды в лёд. Объём превратившейся в лёд воды больше на 9% её объёма до замерзания. Плотность льда составляет 0,924 г/см³. Поэтому лёд всегда легче незамёрзшей воды и всплывает. Если бы плотность льда была больше плотности воды, то водоёмы промерзали бы сроки возникновения стратификации до дна, и все существа, живущие в воде, погибали бы.

Такое распределение температуры воды по вертикали в зимний период, когда у поверхности она около 0^°С, а у дна – выше, называется обратной температурной стратификацией (стратификация от лат. stratum – слой, …фикация – от лат. facio – делаю).

С увеличением продолжительности светового дня вода даже при ледовом панцире очень медленно прогревается. После таяния прибрежные воды прогреваются быстрее, чем в центре водоёма, и при достижении температуры воды +4^°С возникает очень важное для крупного водоёма явление – так называемый весенний термический фронт. Со временем мелководья начинают прогреваться значительно быстрее, чем центр водоёма, температура воды постепенно превышает 4^°С. На поверхности при нагревании воды она становится всё легче, и, следовательно, стратификация – всё более устойчивой. В глубоководной части водоёма происходит вертикальное перемешивание воды, тогда как на мелководье самые тяжёлые воды опускаются ко дну. Возникает термическая структура – фронт. У берега уже существуют воды достаточно тёплые с ярко выраженной слоистостью, в то же время в центре водоёма температура воды ниже 4^°С. Фронтальная структура возникает по периметру всего озера, таким образом, прибрежная часть водоёма – тёплая и стратифицированная, и её воды окружают холодную водную массу. Центр водоёма представляет собой как бы колодец с холодной водой (рис. 1).

Продвижение весенней фронтальной зоны от берегов в глубоководную часть водоёма определяет сроки возникновения стратификации или расслоения в различных районах водоёма. Окончательное смыкание фронтальных вод в центральной глубоководной части водоёма определяет наступление термической стратификации по всему водоёму (рис. 2).

В середине лета крупные водоёмы практически полностью стратифицированы. Тёплые воды повсеместно остаются у поверхности. На глубинах от 7 м вода имеет температуру 5-8^°С, что связано с действием ветра, приводящим к перемешиванию и выравниванию температуры в поверхностном слое и невозможности распространения тёплой воды вглубь (из-за более высокой плотности холодной воды).

Между тёплыми поверхностными и холодными глубинными водами образуется слой температурного скачка, так называемый «термоклин». Перепад температуры воды в термоклине может достигать 10^°С. Слой температурного скачка относительно тонкий – его толщина составляет от нескольких сантиметров до нескольких метров в различных участках водоёмов. Таким образом, слой температурного скачка формируется летом и достигает своего наибольшего развития осенью.

Изложенное сезонное вертикальное распределение температуры воды характерно для озёр и водохранилищ (особенно их приплотинных участков) с глубинами более 7 м. В её глубоких озёрах и водохранилищах устойчивое температурное расслоение не наблюдается. Это обусловлено тем, что под воздействием изменений погоды и ветра происходит перемешивание водной массы, а в водохранилищах, кроме этого, оно происходит из-за существующего режима сброса воды через плотины.

Температурный режим в озёрах и водохранилищах существенно влияет на содержание в воде кислорода, определяющего возможность обитания в них живых организмов. Количество кислорода зависит от его поступления из атмосферы и выделения в процессе фотосинтеза, а также от уровня потребления различными организмами в процессе дыхания. Как правило, наиболее насыщен кислородом верхний слой воды, который контактирует с атмосферой и где располагается зона фотосинтеза. С глубиной количество кислорода постепенно уменьшается из-за уменьшения интенсивности глубинных течений и наличия термоклина, также препятствующего вертикальному перемешиванию воды. Кроме того, в термоклине возникает недостаток кислорода, так как повышенная плотность воды создаёт благоприятные условия для развития значительного количества разных организмов, использующих его для дыхания, а также из-за незначительного его поступления извне.

Большинство наших пресноводных рыб могут жить в широком температурном диапазоне, при этом они плохо переносят или же вообще не переносят резкие температурные колебания. Поэтому при летней стратификации воды рыба, как правило, располагается выше термоклина. А при ловле рыбы на живца (например, с использованием кружков, донок и других снастей) живцов нельзя опускать к слою температурного скачка, так как они там немедленно погибнут из-за температурного шока. Рыбы чётко реагируют на изменение температуры воды даже на 1^°С, а некоторые – и того меньше, и погибают, если разница в температурах слоёв воды превышает три и более градуса.

К гибели рыбы приведёт и недостаток в такой воде кислорода. У щуки, плотвы, язя, густеры, леща, окуня, судака, ерша и некоторых других физиологические процессы протекают нормально при содержании кислорода в воде до 4 см³/л. Самыми выносливыми являются карп, линь, карась, способные переносить условия с понижением содержания кислорода до 0,5 см³/л.

Подытоживая сказанное, можно посоветовать рыболовам воспользоваться только что выловленным живцом и ловить на него, особенно в озёрах и озеровидных участках водохранилищ, в верхнем слое воды – значительно выше слоя температурного скачка, или термоклина.