Происхождение и классификация водоемов: природные бассейны, пруды и временные водотоки

Бассейны водоемов формируются как в результате естественных геологических процессов, так и под влиянием антропогенной деятельности. Естественные водоемы чаще всего возникают благодаря ледниковой активности, которая включает как эрозионные, так и аккумулятивные (осадконакопительные) механизмы. При таянии и отступании ледников с плоских участков коренных пород образуются впадины различной величины и глубины. Такие пруды получают питание непосредственно из атмосферных осадков или за счет поверхностного стока, не имея подземных источников.

Другими типами озер и прудов эрозионного происхождения являются цирки — бассейны в форме амфитеатра, вырезанные в верховьях ледниковых долин, а также патерностерские озера, представляющие собой цепочки последовательных водоемов на дне таких долин. Отложение ледниковых обломков также ведет к формированию разнообразных водоемов. Например, отступающие ледники оставляют обширные массивы донной морены; если эти отложения перекрывают водонепроницаемый грунт, возникают обширные водно-болотные угодья и очень мелкие озера с прудами.

Во многих регионах сохранились небольшие пруды, образовавшиеся при таянии ледяных масс, погребенных под мореной. Отложения на дне долин могут служить естественными плотинами, задерживающими талые воды и формирующими впадины. Помимо эрозионных и аккумулятивных процессов, ледники создают впадины за счет попеременного замораживания и оттаивания поверхности грунта, что вызывает термокарстовое проседание. Так возникают мелкие арктические и антарктические водоемы (Reid, 1961). При слиянии множества подобных впадин формируется термокарстовое озеро (Rex, 1961).

Растворимые пруды образуются в районах развития растворимых горных пород (известняков, гипсов, доломитов). Проникновение поверхностных вод, насыщенных углекислым газом с образованием слабой угольной кислоты, делает их особенно эффективными растворителями. Небольшие глубокие пруды могут возникать у подножия высохших водопадов в результате водопадной эрозии. Крупные мелководные водоемы формируются как старицы (в Австралии их называют биллабонгами) в широких долинах с извилистыми реками; неглубокие дельтовые пруды создаются за счет отложения наносов в устьевых зонах.

Инфильтрационные воды способны осаждать слой нерастворимых соединений железа в песчаных проницаемых почвах, над которым затем может существовать пруд. Многочисленные примеры таких водоемов описаны в графстве Суррей (Англия), а также в местности Солони во Франции (Боуэн, 1982). Известно, что при падении метеоритов возникают как крупные, так и мелкие кратерные впадины, однако подобные объекты редки и часто не распознаются как водоемы ударного происхождения.

При выкорчевывании деревьев сильными штормами обычно образуются небольшие неглубокие водоемы. На песчаных почвах они быстро дренируются, а на глинистых грунтах могут сохранять воду в течение нескольких месяцев (рис. 2.6).

Рисунок 2.6. Небольшие пересыхающие бассейны, образованные вырванными с корнем деревьями

Искусственные бассейны создаются в результате промышленной деятельности: добычи полезных ископаемых, разработки карьеров, рекультивации земель, а также в ходе древней сельскохозяйственной практики (особенно в регионах Старого Света). Примерами таких антропогенных водоемов служат: колодцы для водопоя скота, торфяные карьеры, рвы (не только вокруг замков — в XIII веке они были распространены как статусные элементы усадеб дворян и фермеров; Тейлор, 1972), пруды для разведения рыбы (см. главу 8), приманки (длинные обсаженные тростником мелководные протоки, служившие для заманивания диких уток в ловушки), глиняные пруды (неглубокие, XIX век, облицованные глиной для сбора дождевой воды и поверхностного стока), водопойные ручьи с системой отводов для распределения воды по полям, лесопильные ямы (практика, возникшая в XIV веке, когда один из двух распильщиков бревна находился в яме под ним), угольные ямы (древний метод получения древесного угля сжиганием древесины в заглубленных ямах) (Рэкхэм, 1986), а также временные отстойники для наносов при строительных работах.

В военное время как в древности, так и в наши дни возникали пруды, рвы, траншеи и воронки. Особенно показателен пример вьетнамской провинции Сьенг-Хуанг, где с 1964 по 1973 год производились непрерывные бомбардировки, создавшие уникальный изрытый ландшафт. Бомбы весом до 900 кг оставили тысячи воронок, многие из которых ныне заполнены водой. Часть этих воронок используется как рыборазводные пруды, хотя многие из них регулярно пересыхают.

Сколько существует прудов? Многие временные водоемы имеют малые размеры и не отображаются на большинстве топографических карт, что затрудняет оценку их общего количества. Рэкхем (Rackham, 1986) тщательно изучил мелкомасштабные артиллерийские карты и применил поправочный коэффициент для прудов диаметром менее 6 м (которые не были нанесены). Он оценил общее число прудов в Англии и Уэльсе примерно в 800 000 (общей площадью 5,4 км²) около 1880 года. По его мнению, в тот период суммарное количество естественных и искусственных водоемов достигло максимума, включая как постоянно, так и периодически наполняемые бассейны.

Частота встречаемости водоемов распределялась по территории неравномерно (рис. 2.7): минимальная плотность наблюдалась в горных районах (около 0,12 пруда на км²), а максимальная — в областях древнего земледелия и старовозрастных лесов (до 115 прудов на км²).

Рисунок 2.7. Карта Англии и Уэльса, показывающая распределение и приблизительную плотность всех типов водоемов (постоянных и временных) в 1920-х годах. Данные получены на основе мелкомасштабных геодезических карт с поправочным коэффициентом для прудов диаметром менее 6 м (перерисовано по Rackham 1986).

Очевидно, что в этом анализе не учтены многие мельчайшие временные водоемы, поэтому реальное количество водоемов в Англии и Уэльсе в XIX веке, вероятно, превышало один миллион. В более позднем исследовании Эверард с соавторами (Everard et al., 1999) подсчитали, что общее число всевозможных прудов в Англии и Уэльсе составляет от 650 000 до 750 000. Кроме того, данные выборочного обследования сельской местности 1996 года, где временные пруды впервые выделили в отдельный тип местообитаний, показали: почти 40% всех прудов равнинной Британии являются временными. Их общее количество превышает 82 000, а плотность составляет около 0,7 пруда на км² (Биггс и др., 1996; Уильямс и др., 2001).

Русла ручьев и рек. Большинство речных долин и ручьевых русел сформированы эрозией, поэтому процессы их возникновения гораздо менее разнообразны, чем в случае прудовых бассейнов. Однако в нижнем течении эти русла сильно видоизменяются под влиянием аккумулятивных процессов, создавая такие формы, как меандры, извилистые каналы и дельты. Часть этих образований связана с периодическим присутствием воды. Принято считать, что периодичность (пересыхание) более характерна для небольших верховьев и притоков, однако многие крупные реки также могут пересыхать.

Например, все 12 крупных рек северо-запада Намибии (некоторые из них имеют водосборные бассейны длиной более 400 км) большую часть года представляют собой сухие песчаные русла (Jacobson et al., 1995). Аналогичная картина наблюдается в большинстве засушливых регионов мира: на западных побережьях континентов Южного полушария (Австралия, Южная Америка, юг Африки), в пустынях юго-запада Америки, центральной Евразии и на Тибетском нагорье (Nanson et al., 2002).

Ирригационные каналы представляют собой искусственные временные водотоки; их распространенность варьируется в зависимости от региональных методов ведения сельского хозяйства, свойств почвы и климата. Другими примерами служат водосбросы и обходные каналы для миграции рыб, которые могут быть заполнены водой только в определенные сезоны года.

Сколько существует временных ручьев? На мелкомасштабных топографических картах временные ручьи иногда обозначаются пунктирными линиями в окружении символов, указывающих на заболоченность. В отличие от регулярных учетов постоянных водотоков, для временных водотоков выполнено крайне мало инвентаризаций. Тем не менее предварительный обзор (таблица 2.2) случайно отобранных топографических карт масштаба 1:50 000 со смешанным сельскохозяйственным и лесистым ландшафтом в южном и центральном Онтарио (Канада) показывает, что плотность прерывистых потоков колеблется от 43 до 582 на 540 км² (что соответствует 0,08–1,08 потока на км²).

Таблица 2.2. Частота встречаемости прерывистых потоков в южном и центральном Онтарио, Канада

В среднем 85,3% всех потоков первого порядка, показанных на этих картах, были отмечены как прерывистые в их истоках. В более лесистых районах эта доля снижалась до 21,8%. Регионы с иными геоморфологическими условиями и режимом выпадения осадков будут, естественно, отличаться от приведенных оценок, однако полученные цифры могут служить полезным обобщением для сходных территорий.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Д. Дадли Уильямс, Блауштейн Л. и С.С. Шварц, Кили Дж.Э. и П.Х. Зедлер, Аматали М.А., Боуэн Р.

Источник: Биология временных водоемов

Данные публикации будут полезны студентам, изучающим биологические и экологические науки, начинающим исследователям в области экологии пресноводных водоемов и зоологии беспозвоночных, а также специалистам по охране природы и всем, кто интересуется глобальной сравнительной экологией сообществ временных водных сред обитания.