7.1 Прозрачность воды

Оптические свойства воды в жизни водоемов играют огромную роль, поэтому цвет, цветность и прозрачность по белому диску Секки принимали в число основных признаков, характерных для определенных типов озер (Лепнева, 1950; Фортунатов, 1959; Баранов, 1962; Россолимо, 1964; Китаев, 1968, 1970, 1984, 2003; Андроникова, 1973; Thienemann, 1928; Naumann, 1932; Lonnerblad, 1931, Juday, Birge, 1933; Thunmark, 1937; Aberg, Rodhe, 1942; Berg, Petersen, 1956; Hatchinson, 1957; Jamefelt, 1959, 1963; Aim, 1960; Carlson, 1977; Leachetal., 1977; Vollenweider, Kerekes, 1980; Kudelskaetal., 1982; OECD, 1982 и т. д.).
Обычно прозрачность воды коррелятивно связана с биомассой и продукцией планктона. В ус¬ловиях разных природных зон умеренного пояса чем меньше прозрачность, тем лучше в среднем развит планктон, т. е. имеет место отрицательная корреляция. На это указывали исследователи еще в конце позапрошлого и начале прошлого века (Apstein, 1896; Naumann, 1932; Juday, Birge, 1933). Далее, изучение прозрачности вод позволяет оконтурировать распределение водных масс различно¬го генезиса и косвенно судить о распределении течений в водоемах замедленного водообмена (Бу¬торин, 1969; Богословский и др., 1972; Румянцев, 1972; Вологдин, 1981, Ayersetal., 1958). Кроме того, измерение прозрачности на разных глубинах позволяет судить о расслоении водной толщи и распределении водных масс не только по горизонтали, но и по вертикали (Козлянников, 1959, 1961, 1972; Фортунатов, 1959; Петров, 1962; Румянцев, 1972; Вологдин, 1981, Sauberer, Rottner, 1941). И, наконец, прозрачность воды является одним из важнейших факторов, определяющих подводную освещенность, изучение которой необходимо для выяснения световых условий фотосинтеза (Вин¬берг, 1934, 1960; Сорокин, 1958, 1963; Мокиевский и др., 1964; Пырина, 1967, 1979; Баранов и др., 1969; Баранов, 1970, 1979, 1980, 1981, Романенко, 1973; Бульон, 1978, 1979, 1983, 1985, 1993, 2004; Романов и др., 1988; Birge, Juday, 1929, 1930, 1931, 1934; Schomer, 1934; Schomer, Juday, 1935; Yoshimura, 1939; Manning, Juday, 1941 Gessner, 1946, 1955, 1958; Vollenweider, 1956, 1958; Rodhe, 1958, 1960, 1964).
Вода озер тундры, тайги и смешанных лесов Европы очень разнообразна по цвету (от синего до коричневого со всеми переходами) и по прозрачности, определенной белым диском. Ряд иссле¬дователей, особенно Скандинавских стран, установили величины прозрачности воды, характерные для разных типов озер. S. Thunmark(1937) определил для озер с коричневой водой прозрачность воды 1-2 м; желто-коричневой - 2-Л м; желтой - 3-6 м; желто-зеленой - 4-7 м; зеленой - 6-11 м. Несколько ранее G. Lonnerblad(1931а, Ь) указывал, что полигумозные озера имеют прозрачность менее 1 м; мезогумозные - 2-3 м; олигогумозные - более 4 м (табл. 7.2).
В своей капитальной работе по озерам Швеции В. Abergи WRodhe(1942) по прозрачности (цветности и перманганатной окисляемости) делят озера Швеции на три группы;
- малопрозрачные (полигумозные) озера с прозрачностью менее 3 м;
- среднепрозрачные (мезогумозные) переходные с прозрачностью 3-5 м;
- высокопрозрачные (олигогумозные) с прозрачностью более 5 м.

Таблица 7.2 Классификация озер по прозрачности воды разных авторов

Несколько иные границы прозрачности устанавливает для озер Финляндии Н. Jamefelt(1963) - у олигогумозных озер прозрачность в среднем составляет 4,2-6,8 м при абсолютном колебании 2,0-12,5 м. Мезогумозные озера имеют прозрачность в среднем 2 м (1,5-2,7 м) и поли- гумозные -1,1м при колебании 0,3-1,4 м.
G. Aim(1960) озера средней Швеции по прозрачности воды разбивает на четыре группы: полигумозные озера имеют прозрачность менее 2 м; полимезогумозные - 2-3 м; мезогумозные -
3- 5 м и олигогумозные - более 5 м. Для водоемов разной трофии предложено несколько шкал прозрачности воды (Dobson, 1977• Vollenweider, Kerekes, 1980; Kudelskaetal., 1982), а для харак¬теристики континентальных водоемов и водотоков В. Н. Жукинский с соавторами (1976) предла¬гают девятибалльную градацию оценки прозрачности (<0,1, 0,1-0,5; 0,5-1, 1-3; 3-5; 5-8; 8-10; 10-15 и более 15 м).
В 1976 г работа по программе ОЭРК была закончена, а в 1982 г. сведена в отчет и опублико¬вана (OECD, 1982). В качестве одного из показателей трофности водоемов взята величина прозрач¬ности (табл. 7.2).
На основании данных по прозрачности воды в летний период 856 озер Карелии, Финляндии и Швеции намечены (Китаев, 1970) следующие градации прозрачности:
1) очень малая прозрачность - менее 1 м,
2) малая прозрачность - 1-2 м,
3) средняя прозрачность - 2-Л м,
4) высокая прозрачность - 4-8 м,
5) очень высокая прозрачность - более 8 м.
Для установления классов прозрачности взята геометрическая прогрессия со знаменателем 2. Дальнейшее исследование озер разных природных зон Европы и Америки подтвердило правиль¬ность выделения классов прозрачности, произведенной на основании изучения 856 водоемов. Сред¬няя величина прозрачности воды 3159 озер Европы и Америки составляет 3,39 м. Если принять во внимание средние показатели прозрачности озер зоны тундры, тайги и смешанных ле¬сов только Европы, то она составит 2,84 м при колебании от 0,1 до 16,0 м. Обычно в разных природных зонах встречаются все классы прозрачности воды: от очень ма-лопрозрачных до очень высокопрозрачных, но удельный вес различных классов и средние показа¬тели прозрачности не одинаковые. Наибольшие средние показатели прозрачности (3,65 м) наблюда¬ются в озерах тундры, наименьшие (2,69 м) - в озерах зоны смешанных лесов (табл. 7.4). Удельный вес озер с очень малопрозрачной водой с 8,2% в зоне тундры увеличивается до 19,8% в зоне сме¬шанных лесов. Озера с прозрачностью воды 1-2 м и 2-4 м в разных природных зонах занимают примерно одинаковый удельный вес: 25,6-31,9% у озер с прозрачностью 1-2 м и 34,2-38,4% у озер с прозрачностью 2-4 м. Удельный вес озер высокопрозрачных и очень высокопрозрачных от зоны тайги к зоне смешанных лесов уменьшается (табл. 7.4).

Таблица 7.4 Прозрачность (по белому диску Секки) воды озер разных природных зон

Сопоставление величины прозрачности с площадью озер разных природных зон показывает, что во всех размерных классах площадей озер встречаются почти все классы прозрачности. Кроме того, среди озер площадью до 100 га имеется 165 водоемов (из выборки 1753) с прозрачностью во¬ды 4-8 м и 11 озер с прозрачностью воды более 8 м. В малых озерах обычно эпилимнион занимает слой небольшой толщины, свет проникает здесь глубже слоя эпилимниона. Водная растительность поэтому развивается в таких озерах в слое температурного скачка и гиполимниона, вовлекая биоге¬ны в круговорот ниже термоклина в период летней стагнации.
Серьезная попытка увязать величину первичной продукции с оптическими свойствами воды была предпринята крупным шведским лимнологом WRodhe (1964), который, опираясь на более ранние работы (Manning, Juday, 1941 Ryther, 1956; Vollenweider, 1956, 1958; Tailing, 1957, 1958, 1960 и др.), построил стандартные корреляции между оптической глубиной озер и величиной фото¬синтеза в процентах от максимального фотосинтеза. Самое интересное то, что стандартные кривые, построенные таким образом, совпадают для всех типов озер, морей и океанов, а, возможно, и для прудов и культиваторов водорослей. О том, что кривые фотосинтеза, построенные по этому прин¬ципу, но только вместо оптической глубины взята энергия радиации видимого света, должны почти совпадать, говорил Г Г Винберг (1960, рис. 59), сравнивая материалы Маннинга и Джеди по озе¬рам штата Висконсин с кривой фотосинтеза морского фитопланктона Райтера. К такому же выводу пришла и И. Л. Пырина (1967, 1979), сравнивая свои материалы по фотосинтезу с кривыми фото¬синтеза Маннинга, Джеди и Райтера.
Таким образом, кривые фотосинтеза фитопланктона находятся в закономерной зависимости от световых условий водоемов, и соотношения между кривыми фотосинтеза, выраженного в про¬центах от максимального фотосинтеза, и энергией света, проникающей в воду, для самых разнооб¬разных водоемов совпадают. Эта закономерность открывает широкие возможности для определе¬ния первичной продукции фитопланктона, исходя из определения световых условий и единичных наблюдений фотосинтеза кислородным или радиоуглеродным методом.