Воде необходима жизнь

Воде, без которой невозможна никакая жизнь, в свою очередь требуется жизнь. Безжизненная вода - смерть для всех нас. Поясним, что имеется в виду. В больших реках обычно выделяют три участка течения: верхнее, близкое к истоку, часто бурное, с каменисто-гравийным дном; быстрое среднее течение с песчаным дном и нижнее течение с медленным потоком воды, оставляющим илистые наносы. В Центральной Европе температура воды в верхнем течении обычно невысока - 7-12°. Летом на всем протяжении реки она поднимается до 20° и выше.

Живые организмы пресных вод относятся к самым разным систематическим группам животного и растительного царств: от микроскопически малых бактерий и водорослей до рыб и млекопитающих. Жизненные потребности этих организмов весьма различны, поэтому они не могут жить и размножаться в водоеме одного типа, в одних условиях. Многим нужна определенная температура или определенный состав воды, другим для жизни нужны конкретные организмы, предоставляющие им пищу или жилье. Многие водные организмы привязаны к водной среде только на некоторых стадиях своего жизненного цикла.

Как уже говорилось, все организмы делятся по способу питания на три группы: продуценты (создающие), консументы (поедающие) и редуценты, или деструкторы (разрушители).

К продуцентам относятся все одноклеточные и многоклеточные растения, обладающие зеленым пигментом - хлорофиллом, а также незеленые водоросли, имеющие коричневый, красный или сине-зеленый пигмент. Все эти организмы способны, используя солнечный свет, создавать из растворенных в воде минеральных веществ органические вещества - сахара, жиры и белки. Этот процесс, фотосинтез, протекает по следующему принципу:

Для процессов, идущих в водоемах, существенно, что фотосинтез происходит днем, потребляя двуокись углерода и производя кислород. Ночью протекает обратный процесс. Поэтому в богатых питательными веществами (эвтрофных) водоемах существуют суточные колебания количества кислорода.

Почти все консументы относятся к животному царству. Они покрывают свои потребности в пище и энергии за счет биологической продукции растений. Большинство консументов неполностью усваивает растительную продукцию, так как многие растительные вещества, например целлюлоза, не поддаются перевариванию пищеварительными соками животных. Эти полупереваренные остатки пищи становятся питательной средой для редуцентов и деструкторов - почти исключительно бактерий и грибов. Непереваренные остатки пищи, а также отмершие животные и растения снова разлагаются ими на основные элементы - углерод, азот и воду.

Количественное соотношение трех групп организмов изменяется в реках от истоков к устью. Близко к истокам, в холодных и, как правило, плохо освещенных ручьях биологическая продукция невелика. К тому же здесь обычно мало фосфора и азота. В таких бедных питательными элементами (олиготрофных) водах продуценты почти всегда перевешиваются консументами, которые сдерживают их размножение.

Вода бурных ручьев бывает сильно насыщена кислородом. Количество растворенного кислорода зависит здесь в основном от температуры и мало подвержено колебаниям. Например, при 10° вода может растворить в одном литре 11 мг О₂. Хотя сама вода (Н₂О) на 89% состоит из кислорода (в литре - 890 г), для дыхания пригодны только эти растворенные 11 мг - всего 0,001-0,002% от общего количества кислорода, содержащегося в воде! В литре воздуха кислорода, пригодного для дыхания, содержится в 20-30 раз больше, чем в литре даже насыщенной кислородом воды.

В среднем и нижнем течении река или ручей прогреваются, и растворимость кислорода в воде ухудшается: например, при 25° в литре воды может раствориться всего 8 мг кислорода. С другой стороны, при повышении температуры, например, с 10 до 25° процессы обмена веществ в организмах, а вместе с тем и потребность в кислороде увеличиваются в 2-4 раза. Таким образом, в нагретых водоемах экологическое равновесие сдвигается.

В стоячих водах - озерах и прудах - проявляются связанные с отсутствием движения воды физические закономерности, создающие особые экологические условия. В более глубоких озерах, например в Боденском, летом прогревается верхний слой воды толщиной в 10-30 м. Этот освещаемый солнцем теплый слой легче нижнего, холодного, имеющего температуру +4°, поэтому он держится наверху. Между этими двумя основными слоями находится промежуточный слой - так называемый слой температурного скачка, в котором происходит резкая смена температуры от теплого к холодному слою.

В теплое время года верхний и нижний слои почти не связаны друг с другом. Ветер перемешивает верхний слой воды, но эти движения (и вносимый ими в воду кислород) не доходят до глубинного слоя. Этот период стабильного расслоения водоема называют летним застоем. Наступающее осенью понижение температуры постепенно выравнивает разницу температур верхнего и нижнего слоев. Тогда вся водная масса озера приобретает одинаковую температуру в 4-5° и одинаковую плотность. Теперь осенние штормы могут перемешивать озеро до самого дна, насыщая воду кислородом. Когда зимой озеро замерзает, начинается период зимнего застоя. Весной, при теплой ветреной погоде, снова становится возможным полное перемешивание воды.

Во время летнего периода застоя кислород поступает только в верхний слой воды. В глубинном слое идет разложение отмерших и погрузившихся на дно организмов, на что затрачивается кислород из верхнего слоя. В озерах, бедных питательными веществами, запас кислорода всегда гораздо больше, чем его расход между периодами перемешивания. Напротив, в озерах, богатых питательными веществами, особенно поступающими из сточных вод, глубинный слой может временами полностью лишаться кислорода. В результате может гибнуть рыбья икра. Микроорганизмы могут минерализовать органические питательные вещества.

В прудах и мелководных озерах, как правило, четкого расслоения не бывает. Всю их водную толщу можно считать "верхним слоем".

Все озера ФРГ в геологическом отношении молоды; как правило, они возникли в последнем ледниковом периоде. Сначала озера были бедны питательными веществами (олиготрофны). Но с течением геологического времени каждое озеро "стареет". Питательные вещества понемногу поступают с ручьями и реками, впадающими в озеро, вымываются из донных отложений. Озера постепенно обогащаются питательными веществами, становятся эвтрофными, причем увеличивается число водных организмов, усиливаются и процессы распада.

В мелководных озерах эти процессы протекают сравнительно быстро, в глубоких - очень медленно. Так, в Боденском озере, несмотря на его 10-15-тысячелетний возраст, еще в конце 30-х годов нашего века не удавалось обнаружить растворенные соединения фосфора. Поэтому была невысокой и продукция растительных организмов. Но из-за влияния человека в последние годы концентрация фосфатов возросла, местами примерно до 100 мг/м³. Продуцирование органических веществ в озере увеличилось в 30 раз. Процесс старения Боденского озера резко ускорился. Оно находится сейчас в неустойчивой фазе, на переходе от олиготрофного к эвтрофному состоянию. Принимаются меры по охране озера.