К самым крупным островам Ладожского озера относятся (Попов, 1961) Риеккалансари (55,3 км2), Мантинсари (39,4 км2), Кильпола (32,1 км2), Тулолансари (30,3 км2) и Валаам (27,8 км2). Из недавнего геологического прошлого Ладожского озераБалтийский щит был сушей начиная с протерозоя, а Русская платформа вблизи Ладоги — с конца палеозоя до конца последнего оледенения в четвертичное время. Четвертичный период в бассейне Ладожского озера исключительно богат событиями. На заре этого периода район был покрыт панцирем льдов, спускавшихся со стороны Новой Земли и шельфа Баренцева моря. Затем ледниковый покров отступил на север и растаял. Через некоторое время началась новая ледниковая эпоха. По наиболее достоверным современным данным, на территории Северо-Запада СССР были четыре ледниковые эпохи, прерывавшиеся тремя межледниковьями, в течение которых ледяные покровы исчезали, сохраняясь, быть может, только на высоких нагорьях в центрах оледенения (вроде современных ледников горных стран). Самое первое оледенение называется окским; за ним следовала так называемая лихвинская межледниковая эпоха. Второе оледенение, охватившее в Европе наибольшую площадь (свыше 5 млн. км2), русские географы называют днепровским. Оно распространялось из Скандинавии и с Новой Земли. Из тех же центров, после одинцовского межледниковья, растекались льды и третьего, московского оледенения. Наконец, после продолжительной микулинской межледниковой эпохи было валдайское оледенение, имевшее своим центром Скандинавский полуостров. Это оледенение — наименьшее: даже в фазу максимального развития (бологовскую) фестончато-лопастной край ледникового покрова не выдвигался к югу за линию, проходившую немного севернее Орши — Смоленска — Ржева — южнее Вышнего Волочка и вдоль северо-западного побережья Рыбинского водохранилища. В каждую из ледниковых эпох бассейн Ладожского озера покрывался материковыми льдами толщиной во много сотен метров. Новейшая четвертичная история Ладожского озера и Балтийского моря связана со стадиями отступания валдайского ледникового покрова. В невскую фазу (около 12 тысяч лет назад) край ледника располагался несколько южнее Финского залива, Ладожской и Онежской котловин, и перечисленные бассейны не были свободны от льда. Они освободились только через 1— 2 тысячи лет, ко времени наступления фазы сальпауселькя, когда край ледника остановился на линии конечно-моренной гряды Сальпауселькя, которая расположена в южной Финляндии и переходит в Карелию, вытягиваясь здесь западнее Сегозера. Впадины и котловины, из которых ушли материковые льды, стали заполняться водой и превращаться в моря или озера. Последнее зависело от того, получали ли они сообщение с океаном или оказывались изолированными от него. А это в свою очередь обусловливалось многими обстоятельствами: изменениями климата, тектоническими движениями участков земной коры, вызванными внутренними процессами в этой коре, а также изостатическими движениями суши и эвстатическими колебаниями уровня Мирового океана. Причина изостатических колебаний лежит в увеличении или уменьшении нагрузки на тот или иной более или менее обширный участок земной коры. Когда в центральных частях Скандинавского полуострова в эпоху максимального оледенения толщина льда достигла 2000 —3000 м, земная кора здесь должна была осесть под громадной тяжестью и несколько погрузиться в пластичное подкоровое вещество. Очевидно, что вследствие таяния ледникового покрова облегченная земная кора стремится восстановить нарушенное некогда равновесие. Северные берега Ладожского озера до сих пор медленно поднимаются. Эвстатические колебания уровня Мирового океана связаны с чередованием ледниковых и межледниковых эпох, т. е. в конечном счете с похолоданием и потеплением климата. В ледниковые периоды, когда твердые атмосферные осадки накапливаются на суше, уровень океана должен понизиться, так как осадки образуются главным образом за счет испарившейся с поверхности океана воды. В межледниковое время ледники тают, заимствованная ими когда-то у океана влага возвращается в океан, и уровень последнего повышается. Характер водоемов, сменявших друг друга на протяжении последних 11—10 тыс. лет в Балтийской впадине и ее окрестностях, зависел в первую очередь от движений суши на западе, в районе южной и средней Швеции и датских проливов: связь с Атлантикой здесь то возникала (осолонение водоемов), то исчезала (опреснение водоемов). Подробная история последнего европейского ледникового покрова изложена в коллективном труде географов СССР, Польши и ГДР, изданном под редакцией Н. Чеботаревой в 1965 г. (см.: «Последний европейский ледниковый покров»). Мы ограничимся перечнем событий, непосредственно затрагивавших район Ладожского озера, освещая их только в самых общих чертах. События эти кратко суммированы в табл. 2. Когда закончилось формирование первой гряды Сальпауселькя, на рубеже аллереда и позднего дриаса, образовалось Балтийское ледниковое озеро, подпруженное на севере краем отступившего ледника, а с юга и востока обрамленное тундрой и лесотундрой. Оно занимало всю южную половину Балтики с Финским заливом и не имело сообщения ни с Атлантическим океаном, ни с Белым морем. После его регрессии возникло Иольдиевое море, которое широко соединялось на западе с Атлантикой. Смена Балтийского ледникового озера Иольдиевым морем произошла примерно 10200 лет назад. Оно занимало главным образом центральную часть Балтийской котловины. В начале бореальной фазы Балтика оказалась связанной с океаном через пролив по низменности Нерке в средней Швеции, что вызвало трансгрессию атлантических вод и возникновение моря Рабдонемв. Нарушение связи с Атлантикой повело к превращению этого моря в пресноводное Анциловое озеро, максимальная фаза которого просуществовала всего 300—400 лет. Около 8500 лет назад оно оказалось спущенным через район датских проливов. В теплую атлантическую фазу окончательно отмерли ледники Скандинавского нагорья. Их талые воды повысили уровень океана, через датские проливы в Балтийскую котловину хлынула морская вода, образовалось Литориновое море. Литориновая трансгрессия продолжалась более 2500 лет, и ее максимум был 6500 лет назад. Постепенно сокращаясь, Литориновое море в конце концов превратилось в современное Балтийское море. Каждый из описанных выше позднеледниковых и послеледниковых [1] бассейнов оставил свои характерные отложения, а следы пребывания Литоринового моря и некоторых его более поздних фаз сохранились еще также и в виде террас, абразионных уступов, береговых валов и дюн. Исследования Комплексной ладожской экспедиции проливают некоторый новый свет на судьбы Ладожского озера за последние 10000 лет (Абрамова и Давыдова, 1966; Абрамова, Давыдова и Квасов, 1967). Грунтовые колонки (длиной до 77 см), извлеченные со дна Ладожского озера и содержащие в себе остатки диатомовых, а также споры и пыльцу древесных пород и трав, свидетельствуют прежде всего о том, что Ладожское озеро начиная с позднего дриаса было пресным, "холодноводным" и глубоким водоемом: во всех его отложениях за — этот период обнаружена только пресноводная диатомовая флора, следовательно, вопреки прежним представлениям, морские воды в этот период в котловину Ладоги не проникали. Таблица 2. История и хронология Балтики
В эпоху Балтийского ледникового озера уровень последнего был несколько ниже современного уровня Мирового океана, но и северная часть Карельского перешейка была гораздо ниже, чем теперь. В этой северной части и лежал пролив, соединяющий Ладогу с Балтийским озером. В эпоху Иольдиевого моря Ладога была самостоятельным озером, так как порог стока в северной части Карельского перешейка (район Хейни-Иоки) находился тогда выше уровня Иольдиевого моря. Такое же положение сохранилось и во времена Анцилового озера, хотя не исключено, что при максимуме анциловой трансгрессии ее уровень был примерно равен уровню Ладоги. В атлантическое время Ладожское озеро оставалось самостоятельным бассейном, и воды Литоринового моря в него доступа не имели. Но условия стока из Ладожского озера со временем изменились. В начале послеледниковья, как уже говорилось, сток шел через северную часть Карельского перешейка. Однако впоследствии таяние ледника стимулировало изостатические движения земной коры, и север Карельского перешейка начал подниматься, поднимались и северные берега Ладожского озера, имевшего тогда очертания, сильно отличавшиеся от нынешних. Южные же берега оставались тектонически стабильными. Общее повышение района Хейни-Иоки и северного побережья Ладоги с начала подъема и до наших дней оценивается в 70 м. В результате поднятия северных берегов озеро как бы переливалось на юг, возникла трансгрессия в южной его части; особенно быстро поднимался здесь уровень в пребореальное и бореальное время. И когда уровень трансгрессии сравнялся с высотой водораздела между Мгой, впадавшей тогда в Ладожское озеро, и Тосной, которая впадала в Финский залив, ладожская вода перелилась через водораздел — образовалась Нева, по которой сток спустил постепенно уровень озера до современного. Ладожская трансгрессия началась около 8000 лет назад и закончилась около 3000 лет назад, а Нева образовалась примерно 2000 лет назад. В холодное и влажное субарктическое время вокруг Ладожского озера росли смешанные сосново-березовые леса; в пребореальное — березовые с подлесом из ивы и лещины; в бореальное — березово-сосновые с незначительной примесью ивы и некоторых пород смешанного дубового леса; в теплом атлантическом периоде господствовали березовые леса с примесью дуба, вяза, липы и лещины; в суббореальное время преобладали сосновые и еловые леса, а в субатлантическое — сосновые. Поскольку Ладожское озеро не входило в состав ни Иольдиевого, ни Литоринового морей, остается неясным вопрос, когда и как попали в Ладогу живущие в ней и поныне реликтовые ладожский тюлень, четырехрогий бычок и несколько видов ракообразных. Фауна эта в наше время населяет северные ледовитые моря, но западнее Скандинавского полуострова не распространяется. Надо, стало быть, думать, что она попала в Ладожское озеро не путем миграции вокруг Скандинавии в Балтику, а непосредственно из Арктики. Но тогда должна была быть когда-то прямая связь между Белым и Балтийским морями. По предположению ряда палеогеографов, такая связь (через Карельский перешеек, Ладожскую котловину и юго-восток Финляндии) существовала в период, предшествующий возникновению Балтийского ледникового озера (в эпоху так называемого Карельского моря). Есть и другие предположения, но здесь не место их рассматривать. Современные приладожские ландшафтыЕсли говорить о зональном подразделении территории, то северное и восточное побережья Ладожского озера относятся к подзоне средней тайги, а южное и западное — к подзоне южной тайги. Для средней тайги характерны ельники-черничники без подлеска, с сомкнутым древостоем и сплошным покровом блестящих зеленых мхов; надземная биомасса в них составляет 1300 ц/га, годовой прирост ее — 30 ц/га. В подзоне южной тайги тоже господствуют темно-хвойные породы, но есть подлесок, в нем иногда встречаются липа, клен, ильм, появляется травяной ярус с участием дубравных трав, а моховой покров развит слабее, чем в средней тайге. Наиболее характерный тип леса —ельники-кисличники. Надземная масса достигает 2200 ц/га, а годовой прирост —50 ц/га. Обширные размеры Ладожского бассейна, сказывающиеся на климате и характере растительности, положение его на стыке или вблизи стыка двух крупнейших тектонических структур (кристаллического щита и платформы), сложная история развития не могли не наложить свою печать на формирование ландшафтов. Вокруг Ладожского озера выделяется несколько географических ландшафтов (Исаченко и др., 1965). Особенно живописны ландшафты Северного Приладожья. Коренные породы здесь представлены древнейшими изверженными и метаморфическими комплексами. Для рельефа, выработанного в этих породах тектоническими и экзогенными процессами, характерно чередование скалистых сельговых гряд и межсельговых понижений, вытянутых с северо-запада на юго-восток или с севера на юг. Сельги обычно короткие (несколько сот метров) и узкие (десятки метров), высотой 10—40 м; склоны у них крутые, а вершины довольно плоские. Моренные отложения на сельгах сильно размыты и уцелели чаще всего на более пологих нижних частях склонов в виде скоплений песков, супесей, гравия, щебня и валунов. Вершины сельг покрыты лишайниками, на склонах растет сосна, а у подножия — более богатые леса: сосновые и березово-сосновые, иногда ельники. Почвы относятся к различным вариантам подзолистых. Понижения между сельгами заполнены четвертичными озерными и озерно-аллювиальными отложениями — глинами, суглинками, супесями, тонкозернистыми песками. Нередко межсельговые ложбины заполнены озерами или по ним текут реки. Речная сеть здесь вообще густая, но слабо разработанная. Реки изобилуют порогами, стремнинами, а некоторые из них, в сущности, представляют собой цепь озер, связанных короткими протоками. Поверхность межсельговых ложбин местами террасирована. Более сухие места заняты еловыми и сосново-березово-сероольховыми лесами, более влажные — заболоченными березняками, прирусловые части ложбин — зарослями серой ольхи, а центральные — небольшими болотами, преимущественно низинными, осоковыми, появившимися в результате зарастания озер. Если мысленно затопить водой значительную часть территории североприладожского ландшафта, мы получим картину, очень ярко выраженную в шхерном районе Ладожского озера. Шхерный район, который начинается в 7 км севернее Приозерска и тянется по побережью Ладоги полосой от 6 до 25 км ширины до Питкярантского залива, — это и есть распространение североприладожских ландшафтов на акваторию озера. В нем сотни больших и малых островов — скалистых, с высокими, до 60—70 м, иногда отвесными берегами, то покрытых лесом, то почти голых или со скудной растительностью. Берег материка сильно изрезан (на этот район приходится половина длины береговой линии озера) узкими, далеко (иногда на 12—16 км) вдающимися в сушу заливами типа фьордов, которые разделены узкими полуостровами, выступающими в озеро. Острова заплетены в сложную сетку проливов, в которых немало скал и подводных камней, хотя многие из проливов обладают при этом глубоким фарватером. Совсем иной облик у Нижневуоксинского ландшафта на западном берегу озера между широтами Приозерска и Соснова. Плоская поверхность Вуоксинской низины образована водоемом, который существовал у края ледника, когда тот находился вблизи конечноморенной гряды Сальпауселькя. Абсолютная высота низменности нигде не превышает 20—50 м. Здесь широко распространены озерно-ледниковые отложения, ленточные глины, пески; местами на поверхность выступает морена; кое-где обнажаются невысокие выходы кристаллических пород. Но повсеместно под свитой четвертичных отложений залегают породы кембрийского возраста. К основным формам рельефа относятся водоразделы с пологими склонами, сложенные песчаными отложениями приледниковых озер и Балтийского ледникового озера, и древнеозерные террасированные впадины, выстланные с поверхности песками, супесями, суглинками, кое-где ленточными глинами. Впадины частью заторфованы, частью заняты довольно большими и сильно зарастающими озерами. Встречаются озы и камы. Все элементы рельефа имеют отчетливое северо-западное простирание. В этом ландшафте много лесов и болот. На водоразделах растут сухие сосняки на слабоподзолистых почвах на камах — сосняки лишайниковые, с вереском толокнянкой и т. п. Моренные увалы одеты ельниками с примесью дубравных трав; почвы тут среднеподэо-листые. Во впадинах верхние террасы заняты сосняками или сосново-березовыми лесами; средние, испытывающие временное переувлажнение, — сосново-мелколиственными лесами; нижние плоские постоянно увлажненные террасы — елово-мелколиственным лесом. На месте прежних озер нередки болота — гипново-осоковые, осоково-пушицевые. На узких приладожских террасах — еловые леса с кленом в подлеске и с обилием дубравных элементов в травяном покрове. К югу от широты Соснова по западному побережью, а затем по южному на восток примерно до устья р. Сясь располагается ландшафт Южного Приладожья. Кристаллический фундамент находится тут на глубине 300—400 м, поверх него — толща кембрийских пород, погребенная под мощным плащем четвертичных отложений. Основные формы рельефа — плоские песчаные озерные и озерно-ледниковые террасы высотой 10, 13, 17, 25 и 30 м. Преобладают два главных типа урочищ: заболоченные междуречья на песках, с сосняками и мелколиственным лесом, и болота. Реки слабо врезанные, почти лишенные пойм. Небольшие речки, вытекающие из болот, летом сильно мелеют и даже пересыхают. Имеются небольшие остаточные озера. На побережьях Ладоги — древние невысокие береговые валы с пологими склонами, одетыми сухим бором, а между ними — широкие заболоченные и заторфованные ложбины. Вдоль самого берега — заросли ив, серой ольхи, мелколесье на заболоченных почвах, низинные осоковые болота, болотистые луга с осокой и хвощем. Нередки цепи дюн, частью подвижных, частью закрепленных сосняками. В прибрежных мелководьях — заросли тростника и камыша. Характер берегов хорошо отражает главные черты ландшафта; они низкие, пологие, с плавными очертаниями. На западном мало изрезанном низменном берегу размывом морены образованы нагромождения валунов, особенно значительные на мысах Морьин Нос, Осиновец и Сосновец. Эти каменистые гряды и россыпи уходят от берега и под урез воды. Самое низменное побережье, с абсолютными высотами всего 4—7 м,— южное. В него вдаются три губы: бухта Петрокрепость, Волховская и Свирская (последняя уже в другом ландшафте). Их сопровождают неширокие песчаные пляжи, береговые валы с большим участием валунов; скопления валунов на мелях вблизи берегов образуют подводные валунные гряды, или «луды». Нижнесвирский ландшафт охватывает низовья Свири и продолжается далее на север в пределы Карелии. Существенным его элементом является Свирская впадина, перегороженная в среднем течении р. Свири Олонецкой моренной грядой — виновницей существования порогов на реке. Рельеф повсеместно весьма однообразный: низкая, высотой не более 50 м, террасированная равнина, которая в устьях Свири и ее притоков Паши и Ояти переходит в еще более низкую заболоченную дельту. На побережьях озера изредка попадаются песчаные дюны и древние береговые валы из песка и гальки, занятые сухими сосновыми борами. В этом ландшафте много болот, главным образом верховых (сфагновых). На песчаных дренированных равнинах растут сосновые и елово-сосновые леса, почвы слабоподзолистые; на избыточно увлажненных местах елово-сосновые леса, почвы подзолисто-глеевые. В целом же это район типичной средней тайги; в особо благоприятных условиях здесь можно обнаружить отдельные экземпляры дуба, орешника и липы. Коренные породы, служащие литологическим фундаментом ландшафта, состоят из нижнекембрийских песчаников и глин. Поверх них — толстый (до 120 м) покров четвертичных отложений, верхние части которого образованы мореной валдайского оледенения, а также озерными и озерно-ледниковыми осадками. Климат формируется в результате сложного взаимодействия многих природных факторов, но главную роль играют приходо-расход лучистой энергии и циркуляция атмосферы, осуществляющая перенос тепла и влаги. Так как климат есть многолетний режим погоды, то нельзя говорить о климате объектов, существующих кратковременно и, стало быть, не имеющих многолетнего режима, подчиненного годовому ходу. Оттого для получения надежных характеристик таких слагаемых климата, как давление и температура воздуха, количество атмосферных осадков и т. п., стараются использовать возможно длинные ряды наблюдений. Считается, что по наблюдениям за 25—30 лет уже можно судить о «норме» климата; разработаны специальные приемы для приведения более коротких рядов к длинным. Столетний или более длительный период — идеал всякого климатолога. Однако при географическом подходе к явлениям, происходящим в географическом ландшафте, подобные идеалы подлежат уточнению. К одной из очень важных общих географических закономерностей Земли относятся различные ритмические изменения в ландшафтах, в том числе и ритмические колебания климата — чередование более теплых и сухих периодов с более прохладными и влажными. В частности, хорошо выражены циклические изменения климата со средней продолжительностью цикла 20—50 лет (так называемые внутривековые, по А. В. Шнитникову). Очевидно, что средние показатели климата, полученные из очень длинного ряда наблюдений (например, за 100 лет), не могут отразить реальную ритмику, так как внутренние различия за выбранный большой промежуток времени будут статистически сглажены. Чтобы эти различия выявить, надо понимать под «нормой» не среднее значение за возможно большее число лет, а среднее значение из анализа двух смежных циклов изменчивости климата с учетом направленности развития изучаемого явления в пределах этих двух циклов. Географическая лимнология опирается на всесторонний учет именно географических закономерностей. Это ее главный принцип. Поэтому и в основу описания климата Ладожского озера положены климатические особенности последнего завершенного цикла внутривековой изменчивости в бассейне озера (1932—1958 гг.). Они и рассматривались как норма (Веселова и Кириллова, 1966). Для характеристики климата Ладожского озера использованы данные 8 береговых станций (Сортавала, Приозерск, Осиновец, Петрокрепость, Новая Ладога, Свирица, Олонец и Видлица) и 3 станций в открытой части озера (Валаам, Кареджи, Сухо). Помимо солнечной радиации, климат Ладоги и Приладожья формируют морские атлантические воздушные массы, континентальные воздушные массы средних (умеренных) широт, частые вторжения арктического воздуха. Имеет, конечно, значение и влияние огромной водной массы самого Ладожского озера. В периоде 1932—1958 гг. можно выделить такие подпериоды: 1) 1932—1939 гг.: преобладание восточного переноса во все месяцы года, особенно летом; зимой проявлялся и западный перенос. Это наиболее теплый и влажный промежуток за все 27 лет; средняя температура воздуха была на 0,8° выше нормы. 2) 1940—1948 гг.: аномальное развитие процессов центрального переноса воздушных масс в сочетании с восточным переносом в зимние и летние месяцы; температура и влажность воздуха летом близки к норме, но зимы необычно холодные; январская температура на 2,4° ниже многолетнего значения, а средняя годовая за весь срок была на 0,7° ниже средней многолетней. 3) 1949—1958 гг.: сочетание восточного и центрального переноса (с элементами западного переноса в осенне-зимние месяцы); температура и влажность воздуха близки к норме. Ниже даются нормальные средние величины для периода 1932—1958 гг. По средним годовым температурам воздуха самым холодным оказалось восточное побережье (2,6° — Видлица, 2,9° — Олонец), самым теплым—южное (3,8° — Новая Ладога). Холоднее всего бывает в феврале, когда средняя температура на разных станциях колеблется от —8,4° (Валаам) до —10,1° (Олонец); это связано, конечно, с влиянием Ладожского озера. Лишь в некоторые годы самым холодным месяцем бывает январь. Летние же температуры распределяются во времени по континентальному типу; теплее всего в июле (от 16,4° на Валааме до 17,4° в Новой Ладоге), и лишь в отдельные годы — в августе. Амплитуда температуры между самым теплым и самым холодным месяцем в году на озерных станциях 24,8—25,9, на континентальных 25,5—27,0° (амплитуда 27° характерна для Олонца—наиболее континентального пункта на Ладоге). Самые высокие максимумы температуры достигают 32,4° (Свирица, август 1932 г.), при самых больших морозах термометр показывает —54,1° (Олонец, январь 1940 г.). Число дней с морозом в году на всех станциях более или менее одинаковое: от 153 до 171. Первые морозы на южном побережье бывают в начале октября, а на станции Сухо еще позже — в начале ноября. На западном и восточном побережьях они начинаются уже в конце сентября. Что касается последних морозов, то уже в первой или второй декаде мая они прекращаются повсеместно. Средняя абсолютная влажность воздуха в году 7,3—7,9 мб. Наименьшая она в феврале (на разных станциях от 2,8 до 3,1 мб), наибольшая — в июле (14,2—15,9 мб). Относительная влажность в течение года высокая (80—84%). Так как озеро весной холоднее суши, и воздух, идущий с озера на сушу, удаляется от состояния насыщения, то средний минимум относительной влажности приходится на май (68—82%), а не на самый теплый месяц — июль. Максимум же (87—88%) проявляется нормально, т. е. в декабре. Наибольшая относительная влажность — в южной части Ладожского озера. Среднее годовое значение общей облачности в районе озера около 7 баллов. Наиболее хмурое время года — зима, особенно ноябрь (8,4—8,6 баллов); менее всего облака затягивают небо (6 баллов) в июле, хотя с марта по сентябрь облачность тоже сравнительно невелика. Вероятность числа дней с ясным небом (О—2 балла) в году, реализующаяся с мая по август, составляет 24%, с полуясным (3—5 баллов) — 13% с пасмурным (6—10 баллов) — 63%. Пасмурным небо бывает обычно с октября по февраль. Атмосферное давление над озером меняется незначительно. Зимой разность давления над северной и южной частями озера около 1—1,5 мб, летом—менее 1 мб. Но в отдельные моменты эта разность на линии Валаам — Сухо может превышать 9 мб. В течение года над Ладогой чаще всего дуют юго-западные, южные и юго-восточные ветры. Но в сезонном распределении ветров по станциям есть свои особенности. Так, на станциях в открытом озере весь год господствуют юго-западные и южные ветры, но весной наряду с ними нередки северные и северо-западные. На северных побережьях (от Приозерска до Видлицы) осенью и зимой власть принадлежит юго-западным, южным и юго-восточным воздушным течениям; весной же и летом повторяемость северных и южных ветров почти одинаковая. На южном побережье осенью и зимой преобладают ветры тех же направлений, что и на северном; с мая по август велика роль ветров северных румбов. Средняя месячная скорость ветра преобладающего направления 6—9 м/сек. на озерных станциях и 4—8 м/сек. на береговых. В центральных частях озера ветер, как правило, сильнее, чем в северных и южных. Наиболее тихо над озером в июле—августе, наиболее беспокойно в ноябре. В южных и центральных районах Ладоги бывает до 30—60 дней в году с ветрами, скорость которых превышает 15 м/сек.; эти сильные ветры возникают чаще всего зимой. Самые большие скорости ветра за период 1947—1958 гг. достигали 34 м/сек. в районе Валаама и 24—28 м/сек. в районе южных озерных станций. Это случалось как в осенне-зимнее, так и в летнее время. Как известно, над большими водоемами атмосферных осадков выпадает меньше, чем на их берегах. Причина в том, что над водой ослаблена интенсивность восходящих токов воздуха, так как воздух над водой меньше прогревается; кроме того, над водоемами возникают иногда температурные инверсии. Определение количества атмосферных осадков над большими озерами (как и над океанами) затруднено тем, что посреди озера метеорологических станций немного, а береговые в этом отношении не очень показательны. Поэтому определению количества атмосферных осадков над Ладожским озером было посвящено специальное и весьма тщательное исследование, выполненное Е. А. Поповым (1966). Он впервые подсчитал отдельно жидкие и отдельно твердые осадки. На Ладожском озере и его берегах осадки выпадают часто: число дней с осадками в году достигает 200. Осенью и зимой (ноябрь—февраль) осадки бывают чаще, весной и летом (апрель—июнь) реже. В конце ноября или в первой половине декабря образуется устойчивый снежный покров. Он лежит до первой-второй декады апреля, т. е. 133—157 дней в году. Наибольшей высоты (толщины) покров достигает в феврале—марте. За зиму на озере насчитывается до 60—70 дней с метелями. Весной и осенью нередки туманы. Средняя многолетняя сумма жидких осадков на Ладожском озере оказалась 380 мм в год, твердых— 226 мм, а всего 606 мм, что на 20% превышает подсчеты прежних авторов. В центральной части Ладожского озера выпадает при этом 500 мм, на южном и юго-восточном берегах 632—637 мм, на северном и восточном 540—565 мм и на западном 572 мм. Степень увлажнения территории определяется не только количеством атмосферных осадков, ибо они составляют лишь приходную статью увлажнения. Расходной статьей удобно считать (особенно в отношении озерного водоема) испаряемость, т. е. потенциальное испарение, или практически испарение с водной поверхности. Н. Н. Иванов (1948, стр. 180— 181) по предложенной им формуле подсчитал, что в пунктах, ближайших к Ладожскому озеру, испаряемость составляет от 400 до 425 мм в год. Это во всех случаях меньше количества атмосферных осадков (500—637 мм), и, стало быть, степень увлажнения района озера достаточно высокая: он получает больше атмосферной влаги, чем может испариться в типичной для него климатической обстановке. Цвет и прозрачность воды Ладожского озераРазличие между цветом водоема и действительным цветом воды в нем общеизвестны. Цвет водоема зависит от отражения неба, берегов, дна (если озеро неглубокое) и ряда других меняющихся условий, при которых мы видим поверхность озера. В солнечный день озеро выглядит иначе, чем в пасмурный, в тихую погоду — иначе, чем когда по нему бегут морщины волн. Истинный же цвет воды определяется цветом тех лучей, которые, будучи отраженными от молекул воды и от разных взвесей в ней, более всего рассеиваются и выходят обратно в атмосферу. Цвет, стало быть, в первую очередь зависит от прозрачности воды. При отсутствии взвесей в воде лучше всего рассеиваются короткие лучи, и вода приобретает нормальный для нее (в большой толще) синий цвет. С увеличением мутности возрастает роль рассеивания лучей желтой и красной частей спектра, вода получает желтые и желто-бурые оттенки. Цвет воды принято устанавливать по шкале Фореля — Уле, полученной путем смешения жидкостей разных цветов. Цвета шкалы подобраны таким образом, что образуют гамму постепенных переходов от чисто голубого (№ I) через зеленовато-голубые и зеленовато-желтые оттенки к бурым и коричневым (№ XXI). Очевидно, шкала эта условна. В практике гидрохимического анализа употребляется еще термин «цветность», означающий степень окрашенности природных пресных вод растворенными в них органическими веществами гумусового происхождения. Цветность определяют колориметрически: сравнивают окраску профильтрованной воды с окраской специально подобранных растворов минеральных солей (с так называемой платиново-кобальтовой или имитирующей ее шкалой). Степень окраски выражается в градусах: ноль означает, что вода не имеет желтоватого или коричневатого оттенка. Очевидно, что и эта шкала условна. Кроме того, выяснено, что оттенки окрашенности природных вод отличаются от оттенков условной шкалы (Петров, 1964). Недочеты принятых до сих пор методов определения цвета воды побудили Комплексную ладожскую экспедицию искать более объективные способы, которые позволили бы давать точную характеристику цвета. Большой объем исследований в этом направлении выполнен Б. М. Петровым (1967). Оказалось, что цвет воды нужно устанавливать при помощи двух координат. Одна из них — длина той волны спектра, которую максимально пропускает вода (А), другая — степень «разбавления» этого чистого спектрального цвета примесью белого (Р). Величина Р (в процентах), называемая чистотой тона, показывает, сколько нужно добавить белого цвета к первой координате, чтобы получился действительный оттенок изучаемой природной воды. Цвет воды Ладожского озера характеризуется в среднем координатами К=572 ммк, Р=70%. По акватории и по глубине цвет воды меняется очень мало (А от 569 до 573 ммк, Р от 67 до 72%), поэтому можно сказать, что вся вода в озере, окрашена в желто-бурые тона (средняя длина волны желтого цвета 590 ммк). Что касается содержания в воде темноокрашенных органических веществ, которые в основном и придают воде желто-бурые оттенки, то цветность воды в открытой части Ладоги надо считать довольно устойчивой, от 29 до 42°. В прибрежных районах она доходит до 40—50°, а вблизи устьев рек повышается до 100° и более, вреднее значение цветности воды озера, выведенное Э. Э. Шерман за четыре года наблюдений из почти 200 определений, равняется 36,2°. Прозрачность воды измеряется обычно той глубиной (в метрах), на которой в воде перестает быть видимым белый диск диаметром 30 см (диск Секки); речь, стало быть, идет о глубине видимости. Этим путем И. В. Молчанов в свое время установил, что в Ладожском озере в течение года бывает два максимума прозрачности воды: в конце лета, когда реки несут меньше всего мути, а планктон еще не начал отмирать, и зимой подо льдом, что связано с минимумом речного стока и отсутствием взмученности воды под действием ветра. Прозрачность у западного побережья 2—2,5 м, у восточного побережья 1—2 м, в приустьевых участках 0,3—0,9 м, а к центру озера увеличивается до 4,5 м. Наименьшая прозрачность наблюдалась в Волховской губе (0,5—1 м), а наибольшая — к западу от Валаамских островов (летом 8—9, зимой свыше 10 м) [2]. Описанный способ определения прозрачности привлекает своей крайней простотой. Но он же и настораживает своими несовершенствами, так как в известной мере зависит от остроты зрения наблюдателя и, кроме того, в сущности, суммирует оптические свойства разных и при том только поверхностных слоев воды. Поэтому гораздо лучше отражает действительность другой показатель: коэффициент пропускания, или коэффициент прозрачности, т. е. отношение величины светового потока, прошедшего в воде без изменения направления путь в 1 м, к величине светового потока, вошедшего в воду. Его можно определять по всей глубине как для белого света, так и для отдельных цветов спектра (путем применения соответствующих фильтров). По ряду свойств, в том числе и по гидрооптическим показателям, воды Ладожского озера слагаются из двух типов вод: речных, поступающих из бассейна озера, и собственно озерных, которые образовались уже в результате трансформации речных вод. А в собственно озерных водах надлежит различать (Петров, 1967) поверхностные воды (верхний слой толщиной 20 м), глубинные, простирающиеся от подошвы поверхностного слоя до горизонта, отстоящего от дна озера на 15—20 м, и. придонные (придонный 15—20-метровый слой). В северной и средней частях озера хорошо выражены все три слоя, но в южной части слой глубинных вод «выпадает», и поверхностные водные массы смыкаются с придонными. Вследствие взаимодействия с атмосферой, речными водами и под влиянием биологических процессов поверхностные воды испытывают особенно заметные изменения прозрачности [3]. Она меняется в течение года от 0,18 до 0,50, особенно у побережий и в южной части озера. Наиболее прозрачны поверхностные воды у о. Мантинсари. Максимум прозрачности наблюдается весной (март — апрель), минимум — в начале осени (август — сентябрь). Прозрачность глубинных вод по сравнению с другими наибольшая, а изменения прозрачности в течение года — наименьшие (от 0,40 до 0,60). Прозрачность придонных вод уменьшается сверху вниз, т. е. в сторону дна. В толще этих вод из-за их большой вязкости осаждение мелких взвесей замедляется, и, стало быть, мутность воды по мере приближения ко дну увеличивается, Вследствие того что воды Ладожского озера и воды впадающих в него притоков весьма различны по гидрооптическим показателям, гидрооптический метод позволяет с большой точностью проследить распространение речных вод в озере. Воды Вуоксы распространяются вдоль западного берега и далее к середине озера на 35—40 км. Воды Волхова распределяются по поверхности Волховской губы, но при некоторых условиях ветрового режима их обнаруживают в открытом озере и в 40—45 км от устья Волхова. Воды Сяси прослеживаются на 8—10 км вдоль восточного берега Волховской губы. Гидрооптические показатели оказались гораздо более чувствительными индикаторами изменений, происходящих в водных массах, чем температура и гидрохимические особенности. Вода по-разному поглощает разные лучи. Из невидимой части спектра инфракрасные и ультрафиолетовые практически полностью перехватываются верхним метровым слоем. Глубже проникают только видимые лучи (свет). Весьма интересно определение того слоя воды, в котором осуществляется наиболее полное поглощение лучистой энергии Солнца и ее превращение в тепловую и фотохимическую. Нижнюю границу слоя проводят там, где относительная интенсивность проникающей радиации составляет 1% приходящей. Специальные исследования по этому вопросу провел К. А. Мокиевский (1968), Опираясь на 900 серий наблюдений, он установил, что средняя толщина слоя, названного им теплоактивным, в Ладожском озере 4 м. В центре озера она 4,5—5 м, на востоке и юге 2,5—3 м, что легко объяснить приносом в восточную и южную части озера мутных и сильно гумифицированных речных вод. Таким образом, основное количество вошедшей в воду солнечной радиации используется в верхнем 3—4-метровом слое. Из различных факторов, влияющих на проникновение радиации в воду, главную роль играет высота солнца над горизонтом. Оттого осенью проникновение радиации наименьшее, летом — наибольшее. На глубину 10—12 м доходит лишь 0,05% приходящей на поверхность суммарной радиации. Радиационный режим Ладожского озераСолнечная радиация — единственный источник тепла для верхнего слоя с широким использованием всех других материалов, были произведены подсчеты суммарной радиации, определены величины альбедо, поглощенной поверхностью озера радиации, эффективного излучения, и на основе всех этих данных составлен средний радиационный баланс поверхности озера для периода 1957—1962 гг. (Смирнова, 1968). Средние величины суммарной радиации, приходящей на поверхность озера, даны в табл. 3. Таблица 3. Суммарная радиация, приходящая на поверхность Ладожского озера
Наибольший приток радиации отмечается с мая по июль, наименьший — в декабре и январе. Колебания суммарной радиации в пределах расчетного периода (1957—1962 гг.) составили от 74 до 82 ккал/см2 в год. В притоке суммарной радиации, как и в особенностях других слагаемых радиационного режима, существуют и некоторые региональные вариации, очень подробно выявленные Н. П. Смирновой. За недостатком места мы их здесь не касаемся. По площади озера весьма заметны сезонные различия в альбедо водной поверхности. Летом оно изменяется от 8 до 9%, осенью—от 10 до 11%, весной—от 26 до 29% и зимой — от 32 до 56%. Зимой, конечно, отражает не только водная поверхность, но также лед и снежный покров на льду, чем и объясняются резко возрастающие зимние показатели альбедо. Количество тепла, поглощенного поверхностью озера (поглощенная радиация), разность между тепловым излучением с поверхности озера и встречным тепловым излучением атмосферы (эффективное излучение, определяющее основные потери тепла из водоема) и радиационный баланс Ладожского озера представлены в табл. 4. Таблица 4. Поглощенная радиация, эффективное излучение и радиационный баланс Ладожского озера (по Н. П. Смирновой, 1968) в ккал/см2 в месяц
Радиационный баланс дважды в году переходит через нуль: на рубеже февраля и марта и на рубеже сентября и октября. С октября по февраль он отрицательный, с марта по сентябрь положительный. Очень существенной разницы в годовом радиационном балансе отдельных районов озера нет: на севере центральной части озера он равен 35,1 ккал/см2, на юге той же части 38,7, на западе озера 38,2, на востоке 37,8 и в южном районе 43,3 ккал/см2. Некоторые общие особенности термического режима озерОчевидно, что во всяком водоеме плотные слои воды всегда располагаются ниже, а более легкие — выше: плотность воды с глубиной увеличивается. Плотность воды зависит от ее температуры и солености. Когда теплое и соленое Атлантическое течение входит в Северный Ледовитый океан, то его воды, как более теплые, должны были бы остаться на поверхности, а как более соленые — погрузиться под поверхность. В этом конкретном случае роль солености перевешивает, и атлантические воды опускаются на глубину. Пресные воды минерализованы настолько мало, что их соленостью можно пренебречь. И плотность пресной воды определяется только ее температурой. Пресная вода приобретает наибольшую плотность при температуре, близкой к 4°. Стало быть, если поверхностный слой воды, имеющий температуру около 0°, подвергается нагреванию, он становится плотнее и опускается вниз, вытесняя кверху более легкие слои. Вследствие такой конвекции возникает состояние, при котором температура воды растет с глубиной. Это состояние носит название обратной стратификации, или обратной тепловой слоистости воды. Если нагревается поверхностный слой, имеющий температуру 4°, он будет делаться легче и останется наверху. Нагревание воды может распространяться вглубь только турбулентным путем, т. е. при перемешивании воды ветром. В этом случае устанавливается состояние, при котором температура с глубиной убывает, — это прямая термическая стратификация. Обратная стратификация существует до тех пор, пока вся толща воды от поверхности до дна не нагреется до 4°. Прямая стратификация существует до тех пор, пока вся толща воды от поверхности до дна не охладится до 4°. Состояние, при котором температура по вертикали не меняется и равна температуре наибольшей плотности воды, называется гомотермией. В озерах гомотермия бывает весной и осенью. Прямая стратификация характерна для лета, обратная — для зимы. Другая особенность термического режима озер — образование на известной глубине в условиях термической стратификации слоя скачка, или металимниона, т. е. слоя резкого перепада температуры, высоких ее градиентов — значительно более высоких, чем в слое воды над ним (в эпилимнионе) и под ним (в гиполимнионе). Возникновение металимниона обычно связано с нагреванием воды выше 4°. В этом случае поверхностный слой, как это мы только что отметили, становится легче ниже лежащих слоев, т. е. погружаться не может, и эффективное согревание более глубоких горизонтов осуществляется при помощи перемешивания воды ветром. Перемешивание это с глубиной все более затрудняется, потому что в том же направлении возрастает плотность воды. Оттого между верхней нагреваемой и нижней холодной толщей образуется резкий температурный раздел, где на очень коротком расстоянии по вертикали температура изменяется подчас на несколько градусов (иногда до 10° на 1 м). Наконец, третья особенность термического режима заключается в появлении и исчезновении термического бара. Явление термического бара было обнаружено Ф. Форелем на Женевском озере. Форель обратил внимание, что в начале зимы в прибрежной зоне озера устанавливается обратная стратификация, температура воды на поверхности ниже 4° и местами около 0°, так что у самого берега образуется лед, тогда как на некотором удалении от берега в открытой части озера температура поверхности воды выше 4°, и там налицо прямая стратификация. Тот раздел между теплой и холодной водой, где они соприкасаются и где вода от поверхности до дна имеет температуру 4°, Форель назвал термическим баром. Удивительно странной оказалась судьба этого замечательного открытия: оно было практически забыто. О термическом баре до сих пор не говорится ни в новейших учебных руководствах по озероведению (Зайков, 1955; Богословский и Муравейский, 1955; Богословский, 1960), ни даже в капитальной сводке Хатчинсона (Hutchinson, 1957). Честь вторичного открытия термического бара и, что самое главное, широкая разработка этой проблемы и освещение ее огромного значения при объяснении многих процессов в жизни озер принадлежит А. И. Тихомирову (1959, 1962, 1963, 1964, 1968). Заинтересовавшись статьей Тихомирова, переведенной на английский язык, американский ученый Роджерс вскоре исследовал и описал термический бар на озере Онтарио (Rodgers, 1966). Таким образом, вклад, внесенный советским ученым в исследование общих гидрологических закономерностей озер, уже приносит свои плоды. Причина возникновения термического бара состоит в том, что различно нагретые воды прибрежных участков и открытого озера (с температурами выше и ниже температуры наибольшей плотности) в зоне контакта смешиваются и образуют толщу с температурой наибольшей плотности от поверхности до дна. Термический бар создает в озере две различные области, которые Тихомиров удачно назвал теплоактивной и теплоинертной. На Ладожском озере бар образуется ежегодно не только осенью, но и весной. При весеннем баре в теплоактивной области формируется прямая термическая стратификация, при осеннем — обратная. А в области теплоинертной (наименованной так потому, что в ней температура в период нагревания растет медленно, а в период охлаждения столь же медленно уменьшается) весной существует обратная стратификация, а осенью — прямая. Поскольку в термическом баре плотность воды наибольшая, то поверхность воды должна находиться здесь чуть ниже, чем в теплоактивной и теплоинертной областях. Это значит, что в поверхностном слое этих областей вода будет двигаться в сторону бара, затем опускаться вниз вдоль стенки бара и оттекать в придонном слое от подножия стенки в сторону от бара, т. е. в теплоактивной области — к берегу, в теплоинертной — в открытое озеро. Эти два ниспадающих по обе стороны от бара потока, которые Тихомиров (1962) сравнивает с непрерывно движущейся шторой, образованной вертикальной циркуляцией, существуют до тех пор, пока вся толща воды в озере не достигнет температуры наибольшей плотности. Однажды возникнув, термический бар держится очень устойчиво, пока ему не придет время исчезнуть при гомотермии. Ветер, даже сильный, его не разрушает. Термический бар можно не только обнаружить путем измерения температуры воды — его можно видеть! Благодаря хорошо развитой конвергенции в поверхностных слоях, сопровождающейся вертикальной циркуляцией, мелкие плавающие предметы, масло, пена образуют полосу на воде, указывая на положение фронта термического бара. Особенно четко эта полоса видна с самолета. Фронт термического бара, окаймляющий чашу озера сперва вдоль берегов и неподалеку от них, со временем смещается в сторону открытой части озера. Так, весной вдоль южного побережья Ладоги бар возникает над глубинами 30—35 м, к концу июня он находится над глубинами 70 м, а в середине июля исчезает. Осенью вдоль южного берега бар появляется в начале ноября над глубинами 7—10 м; он отгораживает прибрежную часть от остального озера, у берегов появляется лед, тогда как почти во всей открытой части озера сохраняется температура 6—7°. Теплоактивная область всегда находится над мелководьем, теплоинертная — всегда над большими глубинами. Пока существует термический бар, эти области изолированы друг от друга, и весной и осенью Ладожское озеро превращается в сущности в два разных озера, из которых одно внутреннее, теплоинертное, как бы вставлено в рамку другого — внешнего, теплоактивного. В каждом из этих «озер» свое вертикальное распределение температуры (противоположная стратификация), своя циркуляция воды, между ними в горизонтальном направлении очень большие температурные контрасты. Изоляция сказывается также и в различиях цвета, прозрачности, химизма воды и, стало быть, отражается на условиях жизни и распределения организмов, в особенности планктона. Легко видеть, что термический бар — это, как и металимнион, тоже «слой скачка», только расположенный не в горизонтальной, а в вертикальной плоскости. Температурный режим Ладожского озераТемпературный режим озера — один из важнейших энергетических факторов, контролирующих все протекающие в озере процессы. За время полевых работ Комплексная ладожская экспедиция измерила температуру воды на 2800 термических станциях. На основе этих многочисленных измерений собраны сведения о температурном режиме Ладожского озера и рассчитаны средние месячные температуры поверхности воды и всей водной массы озера за период 1957—1962 гг. Для случаев, когда непосредственных измерений оказывалось недостаточно, А. И. Тихомиров (1966) разработал новые методы расчета, учитывающие особенности температурного режима: метод ежесуточного приращения эквивалентной температуры, метод тенденций и метод графиков связи температуры поверхности воды. В результате им были получены данные, суммированные в табл. 5. Из-за большого объема водной массы Ладожского озера велика и его тепловая инерция; как видно из табл. 5, оно медленно нагревается и медленно остывает. Мы должны сделать также вывод, что Ладожское озеро холодное. Средняя температура водной массы в озере вдвое ниже температуры поверхности. Разумеется, осредненная картина, изображенная в таблице, не дает еще полного представления о динамике явления. Температурный режим озера весьма сложный, и целесообразно вкратце обрисовать его главные фазы. Годовой термический цикл озера слагается из четырех периодов: весеннего и летнего нагревания и осеннего и зимнего охлаждения (Тихомиров, 1964, 1966, 1968). Таблица 5. Средние месячные и годовые температуры поверхности воды и водной массы Ладожского озера (Тихомиров, 1966, 1968)
Период весеннего нагревания начинается с момента, когда приток тепла за сутки устойчиво преобладает над потерями тепла. Это приходится в среднем на середину марта; запас тепла в Ладоге в это время минимальный. В раннюю фазу весеннего периода температура воды у поверхности близка к 0°, а с глубиной возрастает, достигая у дна 2—2,7°, т. е. существует обратная термическая стратификация. Чем больше озеро очищается ото льда, тем сильнее ветровое перемешивание водных масс: идет выравнивание температуры воды по глубине и по акватории. Когда лед исчезает, в центральной части озера наступает гомотермия. Вода в прибрежных районах нагревается быстрее, чем в открытом озере. Поэтому на мелководьях в конце апреля — начале мая она имеет уже температуру 4° и выше, что вызывает здесь перемену обратной стратификации на прямую, а в пелагической области в то же время отмечается слабая обратная стратификация. На границе водных масс, обладающих противоположной стратификацией, образуется весенний термический бар, знаменующий своим появлением вторую фазу весеннего нагревания и разделяющий озеро на теплоактивную и теплоинертную области. По мере нагревания воды весной фронт термического бара перемещается на большие глубины. К 1 июня он лежит на изобате 30—35 м; температура поверхности воды в теплоактивной области 6—10°, в теплоинертной 2—2,5°. В теплоактивной области к этому времени формируется слой скачка, который затем делается все резче выраженным. К 1 июля термобар оказывается в пределах изобат 70—85 м; на теплоинертную область остается лишь 18—20% площади озера, и вода здесь приобретает температуру 3,4— 3,8°. В конце периода весеннего нагревания вся толща воды в озере прогревается до температуры наибольшей плотности, вследствие чего термический бар исчезает. Наступает период летнего нагревания. Начало летнего нагревания, или гидрологического лета, совпадает обычно с серединой июля. Летом температура поверхности воды доходит иногда до 24°, но в придонных слоях она близка к 4°. Таким образом, на глубинах в озере создается своеобразный купол воды с температурой наибольшей плотности. Но именно потому, что в нем вода плотнее, чем в обрамляющей его массе, он со временем «распластывается»: в придонных слоях вода оттекает к побережьям, а «крыша» купола опускается. Последнее способствует выравниванию температуры верхнего слоя воды на всем озере. Под воздействием ветра растет мощность эпилимниона и металимниона. Летом господствует прямая термическая стратификация. В последних числах августа или в начале сентября начинается осеннее охлаждение озера. В центральной части озера процесс остывания постепенно приближает водную массу к гомотермии (следовательно, к исчезновению купола плотной воды). Так как охлаждение в прибрежных районах протекает быстрее, чем в удалении от берега, в конце октября — начале ноября вдоль южного побережья зарождается на Ладоге осенний термический бар, «Стенка» наибольшей плотности, по одну сторону которой (в литорали) существует обратная стратификация, а по другую — прямая, затем постепенно смещается в сторону больших глубин. В прибрежных районах, изолированных баром, появляются забереги. Осенний бар в конце декабря исчезает, во всем озере устанавливается гомотермия. Период зимнего охлаждения начинается со второй-третьей декады декабря и продолжается до 15 марта. Зимой для озера характерна повсеместная обратная стратификация и, разумеется, наличие ледяного покрова. Комплексная ладожская экспедиция участвовала в отдельных ледовых авиаразведках озера совместно с Северо-Западным управлением Гидрометслужбы СССР. Но наиболее полные данные по этому вопросу собраны Северо-Западным управлением и обобщены за 14 лет (1943—1956) в интересной и содержательной работе П. Л. Медреса (1957). Ладожское озеро полностью одевается в ледяную броню не каждую зиму. В среднем один раз в 4—5 лет глубоководные его области, а иногда и центральная часть остаются открытыми. Озеро вообще замерзает с трудом: на замерзание ему нужно около 2,5 месяцев. Ледостав, начинающийся около 1 декабря, сперва захватывает прибрежные части, наиболее спокойные мелководные заливы, а затем концентрически продвигается все дальше и дальше от берегов к середине озера и завершается здесь 15—20 февраля. Позже всех замерзает акватория к юго-западу от Валаамских островов. К 1 декабря льдом закрыт всего 1 % площади озера, к 15 января — 54%, к 31 января — 91%, к 15—20 февраля — 100%. Толщина ледяного покрова увеличивается до 15 марта, после чего медленно уменьшается. Средняя толщина ладожского льда в марте 50— 60 см, наибольшая 70—90 см, но в особенно суровые зимы, например 1941/42 г., когда действовала на озере «Дорога жизни», толщина льда доходила до 110 см. В центральной части озера, где лед образуется позже всего, он зеркально-гладкий, мало заснеженный, тогда как в остальных местах озера более старый лед застлан пеленой снега. На границе этих разновозрастных льдов бугрятся подчас торосы высотой до 6 м, а вдоль цепочки их темнеют разводья. Наблюдались и торосы высотой до 15—25 м (у маяка Сухо и близ Кареджинской косы). Разрушаться ледяной покров на озере начинает после 15 марта. Вскрытие происходит в порядке, обратном порядку замерзания: раньше всего (между 1 и 10 апреля) на юго-западе от Валаамского архипелага, к 20 апреля на всей центральной акватории (на 53% площади озера). Вскрытие озера заканчивается между 5 и 10 мая, очищение от льда—во второй декаде мая. Основная масса ладожского льда тает в самой Ладоге. Лишь очень незначительная его часть — от 1 до 5%—попадает в Неву. Ладожский лед обычно проходит мимо Ленинграда в течение 7—8 дней; это бывает в среднем в последнюю неделю апреля. Из Ладоги в Неву лед поступает при восточных и северо-восточных ветрах. Запасы тепла в Ладожском озере и тепловой балансНа основании данных о температуре воды А. И. Тихомирову (1968) удалось подсчитать средние запасы тепла в Ладожском озере на первое число каждого месяца за период 1957—1962 гг. Запасы вычислены отдельно для каждого года. В табл. 6 несколько измененной мною по форме по сравнению с более детальными таблицами Тихомирова, приведены наибольшие и наименьшие средние величины, наблюдавшиеся за соответствующие месяцы в отдельные годы расчетного периода. Таблица 6. Теплозапасы Ладожского озера на 1-е число каждого месяца
В нарисованной картине нет ничего неожиданного; тепловой фонд озера с декабря по апрель включительно уменьшается стремительно, почти в геометрической прогрессии, с мая по июнь растет довольно быстро, с августа по октябрь держится примерно на одном уровне. Наличие наибольших запасов не летом, а в конце лета и осенью — следствие тепловой инерции огромной водной массы. Принципиально новы и важны в таблице количественные показатели. А. И. Тихомиров подсчитал также и изменение запасов тепла в озере (табл. 7). К сожалению, для составления теплового баланса за весь год материалов еще недостаточно, поэтому Таблица 7. Изменение запасов тепла в Ладожском озере в кал/см2 в минуту
Ладожской экспедиции пришлось ограничиться вычислением баланса только для периода открытой воды, т. е. для промежутка времени от полного исчезновения льда до его появления. Это тоже очень ценно, так как тепловой баланс Ладожского озера до сих пор еще никем не освещался. Оказалось, что для подсчета теплового баланса можно удовлетвориться формулой В + LE ± Р + Qm = W, где В — радиационный баланс, LE — тепло, затраченное на испарение или выделившееся при конденсации водяного пара, Р — турбулентный теплообмен между поверхностью озера и атмосферой, Q — приток и сток тепла с водой рек и W — тепло, уравновешивающее поступление и расход тепла, т. е. изменение запасов тепла в водной массе. Величина W приведена в табл. 7, сведения о радиационном балансе — в табл. 4, Тепло, приносимое и уносимое реками, определено М. Ф. Веселовой (1968), затраты тепла на испарение и турбулентный теплообмен вычислены в работе А. Ф. Изотовой (1968). За год Ладожское озеро теряет на испарение от 15,6 ккал/см2 (западный район) до 23,8 ккал/см2 (южный район). Величина турбулентного теплообмена озера в целом за год всегда положительна, т. е. с поверхности озера преобладает отдача тепла; таким путем озеро за год теряет в среднем более 9 ккал/см2, особенно много осенью и зимой. В этом состоит его согревающее действие на прилежащую сушу. Весной, наоборот, озеро получает тепло из атмосферы. То же происходит и летом, за исключением южного и восточного районов, где преобладает отток тепла в атмосферу. Тепловой баланс озера составлен Н. П. Смирновой (1968а). Результаты суммированы в табл. 8. Таблица 8. Средние значения теплового баланса Ладожского озера за навигационный период в 1957—1962 гг. в ккал/см2 в месяц
В приходной части теплового баланса на больший удельный вес имеет поглощенная радиация (67,7%), в расходной — эффективное излучение (22,9%) и затраты тепла на испарение (22,8%). Приток тепла с водой рек очень мал (0,2%), равно как и сток его через Неву (1,4%). Значение турбулентного теплообмена в приходе (4,8%) меньше, чем в расходе (10,6%). Уровень воды в Ладожском озере и его колебанияМноголетний средний годовой уровень Ладоги, исчисленный для периода 1932—1958 гг., равен 457±9 см (Кузнецов, 1966). Вследствие того что, в отличие от поверхности, дно озера лежит ниже уровня моря, котловину Ладожского озера надо считать криптодепрессией. Колебания уровня в течение года зависят от притока рек и от стока Невы. Так как уровни притоков озера колеблются в разное время и так как площадь озера огромна, то колебания, обусловленные указанными причинами, отличаются плавным ходом. Уровень постепенно повышается с января по июнь, после чего постепенно понижается, т. е. в течение года вырисовываются всего две фазы (рис. 8). При повышении или понижении уровня на 1 см объем водной массы озера изменяется на 0,175 км3. В 1932—1958 гг. наиболее высокий средний годовой уровень (1958 г.) был 556 см и самый низкий (1940 г.) 364 см (Кузнецов, 1966). Помимо ежегодных колебаний уровня Ладожского озера, обнаружены и ритмические колебания с циклом по 29—30 лет (брикнеровы циклы), в которых многоводные фазы закономерно сменяются маловодными. Как показали исследования А. В. Шнитникова (1966), озеро за последнее столетие пережило такие фазы:
Многоводные, или трансгрессивные, фазы характеризуются подъемом уровня озер, увеличением стока рек, более прохладным климатом; условия зарастания водоемов ухудшаются. Фаза маловодная, или регрессивная, отличается более сухим и теплым климатом; понижение уровня озер благоприятствует их зарастанию. Комплексная ладожская экспедиция захватила своими исследованиями окончание яркой трансгрессивной фазы и начало регрессивной. Из многоводных фаз наиболее заметной была фаза 1899—1905 гг.; всего за 7 лет приток воды в озеро составил 4,78 м сверх нормы. Из маловодных фаз особенно резкая была в 1937—1952 гг.: за это время озеро недополучило против нормы слой воды почти 10 м (Шнитников, 1966). Вместе с тем надо подчеркнуть, что с конца XIX столетия смена многоводных и маловодных фаз происходит в Ладожском бассейне на фоне прогрессирующего снижения общей увлажненности бассейна, что хорошо видно и на. Кроме регулярных колебаний уровня в течение года, вызванных соотношением прихода и расхода воды в котловине озера, возникают колебания и по другим причинам, в частности, под действием ветра. Сгонно-нагонным явлениям посвящено особое исследование Т. И. Малининой (1966). Величина сгонно-нагонных колебаний уровня зависит и от силы ветра и от продолжительности его действия, а ветровой режим над озером весьма изменчив. Ветры, скорость которых не превышает 5 м/сек. (а таких в году около 40%), не вызывают ни нагона воды, когда они дуют на берег, ни сгона, когда они дуют с берега. Ветров скоростью 10—15 м/сек. в году не более 3%, а ветры сильнее 15 м/сек. бывают не каждый месяц, и их повторяемость в году всего примерно 1%. Денивеляции уровня преобладают в осенне-зимнее время. В северной части озера, где они не крупнее 5—10 см, практическое значение их невелико. Максимальные по величине и наиболее частые колебания уровня свойственны южному мелководному району озера. Здесь наблюдаются сгоны и нагоны более 20—30 см, в отдельных случаях 40 см. Случаются нагоны воды и до 90 см, сопровождаемые затоплением берегов. И все же подавляющее большинство денивеляций (если отсчитывать их от уровня, предшествующего сгону или нагону) не превышает 10 см. Денивеляций на озере держатся короткое время, и короче всего — наиболее сильные из них. К особому виду колебаний уровня озера относятся сейши. Прекрасный общий обзор теории этого явления и методов его изучения и расчета сделал Л. К. Давыдов (в кн. Арсеньева и др., 1963). Напомним, что сейши, или стоячие волны, — это быстрые колебания, близкие к периодическим, при которых уровень воды в одной части озера поднимается, а в другой, противоположной, опускается. При этом колеблется вся водная масса озера до самого дна, она как бы качается наподобие маятника, стремясь вернуть себе равновесие, из которого выведена внешним воздействием. Водная поверхность колеблется при этом вокруг одной или нескольких линий, пересекающих эту поверхность и называемых узловыми линиями. Очевидно, что амплитуда сейши, т. е. наибольшее отклонение уровня водной поверхности от его положения в состоянии покоя, на узловых линиях равна нулю. Максимальные амплитуды получили название пучностей. Если вся масса в озере делится на две части и каждая из частей приходит в колебательное движение, образуется двухузловая сейша с одной полной пучностью и двумя полупучно-стями на концах: вода в средней части озера поднимается, а у берегов опускается. Сейши могут быть и многоузловыми. Современная теория сейш рассматривает их как свободные колебания водной массы в результате приложения к ней какой-либо мгновенной силы. Основная причина возникновения сейш — изменение атмосферного давления над озером. Сейшеобразные колебания зарождаются и при сгонно-нагонных явлениях, создающих различие уровней на противоположных концах озера. До работ Комплексной ладожской экспедиции о сейшах на Ладожском озере почти ничего не было известно. Разность атмосферного давления между Сортавалой и Новой Ладогой иногда превышает 5—6 мб, что служит причиной довольно сильных ветров вдоль длинной оси озера. Кроме того, циклоны, пересекающие озеро поперек, создают и разность давления на восточном и западном его берегах иногда до 10 мб и более. Таким образом, условия для возникновения сейш налицо. КЛЭ изучала сейши при помощи самописцев уровня, показания которых использованы также и для контроля теоретических расчетов по формулам. Основной одноузловой сейшей Ладожского озера является сейша с периодом 5 часов 40 минут (Малинина, 1964, 19666), которая возникает вдоль самой длинной оси озера, протянувшейся с северо-запада на юго-восток на 219 км. Она хорошо видна при сравнении лимниграмм, полученных в Питкяранте и Кобоне, особенно для случаев, когда ветры дуют вдоль озера. Узел сейши располагается в 112 км от северного конца озера, а ее амплитуда не превышает 300 мм и довольно быстро уменьшается. Двухузловая продольная сейша Ладоги имеет период 2 часа 11 минут. На озере выражены и сейши с периодом 90 и 60 минут (это, вероятно, трехузловая и четырехузловая), в бухтах и заливах—с периодом 16—18 и 10—11 минут. Сейша с периодом 16—18 минут наблюдается и в открытом озере; можно предполагать, что сейши с короткими периодами — это многоузловые сейши. Вообще на озере наблюдались сейши с девятью различными периодами. Амплитуды сейш относительно невелики — от 3—5 до 28 см. Но сейши, видимо, влияют в какой-то степени на перемешивание воды и, стало быть, на перераспределение температуры и содержание растворенного кислорода в летний период (Малинина, 19666). Течения, возникающие при сейшах, особенно заметны в прибрежных районах. Течения Ладожского озераВ океанографической практике для изучения течений широко применяется динамический метод, опирающийся на анализ распределения температуры и солености воды по акватории. В 1957 г. он был использован и на озере Гурон. Его применили также и для изучения течений Ладожского озера (Охлопкова, 1966)[4]. Кроме того, течения на Ладоге измерялись и непосредственно с помощью морских вертушек. С этой целью в 1959—1962 гг. сделано 250 якорных станций в разных районах озера. Вертушечные наблюдения послужили и для проверки теоретических расчетов, причем совпадение расчетных и измеренных величин получилось хорошее. Картина течений Ладожского озера довольно сложная: при впадении рек в озеро возникают стоковые течения, действие ветра на поверхность воды вызывает ветровые течения, наконец, неравномерное прогревание воды в разных районах, порождающее неравномерное распределение ее плотности, служит причиной плотностных течений. Соотношение и действие всех этих причин меняется и по сезонам. В открытой части Ладожского озера основными течениями являются плотностные. В отдельные периоды и в отдельных районах они могут частично нарушаться ветрами значительной силы (более 7 м/сек.). Но так как ветровой режим над центральной частью озера не носит установившегося характера, то ветровые течения здесь неустойчивы и лишь накладываются на основной фон, создаваемый плотностными течениями. Весной преобладает движение воды против часовой стрелки, т. е. циклональное. В северной половине озера у восточных и западных берегов скорость течений наибольшая, так как разность температур воды у берегов и в центре озера значительна. В прибрежной зоне скорость течений доходит до 14—20 см/сек., в остальной части озера составляет А—5 см/сек. Особенно слабы течения (1—3 см/сек.) в южном районе озера, где изменение температуры в горизонтальном направлении более плавное. Особенно неравномерно распределение температуры воды в озере летом (июль—август). Оттого плотностные течения выражены ярко. На севере и в центре господствует циклональная схема движения вод, на юге — антициклональная (по часовой стрелке). Наибольшей скорости (до 32 см/сек.) течения достигают у западных и восточных берегов; средняя по озеру скорость 2—5 см/сек, и крайне низкая — опять-таки в южной части. Схема поверхностных плотностных течений озера летом показана. Осень — время охлаждения воды и выравнивания ее температуры в горизонтальном направлении. Схема течений та же, что весной и летом (циклональная); максимальная скорость — тоже вдоль берегов. Средняя скорость течений по озеру в сентябре и октябре 2—3 см/сек, вдоль берегов — 22—24 см/сек. Таким образом, с мая по октябрь почти все озеро охвачено циклональной циркуляцией, прижатой к западным и восточным берегам, где наблюдаются максимальные скорости течения. Но в ноябре—декабре при ветрах более 7 м/сек. на всем озере берут верх ветровые течения. С глубиной скорость течений, естественно, уменьшается. Летом на глубине 50 м в центральной части озера течение уже отсутствует, а в другие сезоны его скорость на этой изобате 0,5—2 см/сек. Выше речь шла о течениях в открытой Ладоге. В шхерном районе основные течения — ветровые сгонно-нагонные. Они здесь двухслойные: при нагонах воды поверху идет течение в залив, а на известной глубине — из залива; при сгонах — наоборот: поверху идет течение из залива, на глубине—в залив (Охлопкова, 1961). В южной части озера господствуют стоковые и ветровые течения. Течения в Свирской губе изменяются в зависимости от силы, направления и продолжительности ветра. Они возникают почти сразу вслед за появлением ветра, и скорость их колеблется в широких пределах: от 5 до 30 см/сек. Поверхностные течения совпадают с направлением ветра, но с глубины 10 м меняются на обратные (компенсационное течение). Воды самой Свири при штиле движутся вдоль северо-восточного берега губы, подчиняясь силе, Кориолиса; то же наблюдается и при южных и юго-восточных ветрах. Северные и северо-западные ветры гонят воды в Свирскую губу. В Волховской губе при штиле, а также при южных и юго-западных ветрах образуется течение, прижатое к восточному берегу залива. По мнению А. И. Тихомирова, циклональная циркуляция вод в Ладожском озере создается не только плотностными течениями, но и стоковыми, возникающими под действием вод Волхова, Свири, Вуоксы и др. Аналогичная идея была в свое время (1877 г.) высказана и А. П. Андреевым. Водный баланс Ладожского озераОриентировочные подсчеты водного баланса Ладожского озера выполнены были в свое время И. В. Молчановым и Р. А. Нежиховским. Новые материалы, собранные Комплексной ладожской экспедицией, позволяют уточнить водный баланс. Имеют значение при этом не только новые материалы, но и новые принципы выбора расчетного периода. Прежние авторы стремились к одному; использовать как можно более длинный ряд наблюдений. Но теперь известно, что составляющие водного баланса испытывают циклические изменения, невнимание к которым отдаляет итоги подсчетов от изображения реальных явлений. Поэтому при составлении водного баланса Т. И. Малинина (1966) взяла за основу последний цикл изменений режима Ладоги (1932—1958 гг.). Дополнительно был подсчитан также баланс и за годы работ КЛЭ (1957—1962 гг.). Основными компонентами приходной части водного баланса являются; атмосферные осадки, принос воды реками, приток за счет поступления подземных вод. Годовое количество осадков определено Е. А. Поповым (1966). Они дают слой 606 мм. Реки, главным образом Свирь, Вуокса и Волхов, приносят в среднем 66,4 км3 в год, или слой 3754 мм. Наибольший приток (89,6 км3) был в 1958 г., наименьший (37,8 км3)—в 1940 г. Больше всего воды в озеро поступает весной (35,5% годового объема), меньше всего—летом (16,3%), осенью и зимой по 23—25% (Иванова и Кириллова, 1966). Причина такого распределения лежит в особенностях питания рек ладожского бассейна и в искусственной зарегулированности стока главных речных артерий, снабжающих озеро водой. По просьбе КЛЭ группа сотрудников кафедры гидрогеологии МГУ и сотрудник Государственного гидрологического института исследовали подземный сток в бассейне Ладожского озера (Зекцер и др., 1966). Подземный сток непосредственно в Ладогу оказался в среднем 1,296 км3. Величина эта, отнесенная к площади зеркала Ладожского озера, эквивалентна слою воды 73 мм. Основными компонентами расходной части водного баланса являются испарение с поверхности озера и сток р. Невы. О величине испарения в литературе приводились резко различающиеся данные: от 176 до 500— 600 мм/год. А. Ф. Изотова (1966), изучив материалы береговых станций, обобщив экспедиционные наблюдения, проведя анализ гидрометеорологических элементов и сравнив данные, полученные по различным формулам расчета, пришла к выводу, что с озера за год испаряется в среднем слой в 344—352 мм, в отдельные годы величина испарения колеблется от 270 до 400 мм. Сток р. Невы исчислен 3. М. Ивановой и В. А. Кирилловой (1966). Он составляет в среднем за год 73,7 км3, или слой, равный 4171 мм.[5] За расчетный период максимальный сток был в 1958 г. (100,4 км3), минимальный — в 1940 г. (42,4 км3). Надо заметить, что отдача воды из Ладоги через Неву отличается изумительной равномерностью; весной из озера уходит 28,4% годового стока, летом 20%, осенью 27% и зимой 24%. При сопоставлении названных выше слагаемых водного баланса Т. И. Малинина (1966) обнаружила невязку: расход оказался больше прихода на 82 мм. Невязка вполне допустимая, так как она менее 2% приходной части. Но куда ее отнести? Внимательно изучив этот вопрос, автор отнес ее на статью «приток речных вод» (ибо неточности в исчислении этой статьи наиболее вероятны) и увеличил ее на соответствующую величину. Окончательные результаты приведены в табл. 9. Таблица 9. Средний многолетний водный баланс Ладожского озера за период 1932—1958 гг.
В расчетном периоде были годы многоводные и маловодные. В многоводные годы (1932, 1936, 1957, 1958) общий объем водного баланса на 24% превышал норму. Речной приток увеличивался на 23%, речной сток—на 20%, атмосферные осадки на 11%, испарение примерно на 3%. Увеличение приходной части баланса повышало уровень воды в озере за год в среднем на 27 см. В маловодные годы (1939, 1940, 1941, 1948) речной приток уменьшался по сравнению с нормой на 35%, сток — на 30%. Общий объем водного баланса за маловодные годы на 23 % меньше среднего многолетнего. В такие годы, естественно, уровень озера понижается. Изменения уровня происходят плавно и постепенно. Очень высокий уровень наступает лишь после 2—3 многоводных лет подряд, очень низкий — после нескольких маловодных лет. Для повышения уровня озера на 1 м надо, чтобы приход был больше расхода на 18 км3. По водному балансу Б, Б. Богословский (1960) подразделяет озера на две группы стоковые и испаряющие. В озерах первой группы сток превышает испарение, в озерах второй группы испарение с поверхности озера больше стока В каждой группе может быть три типа озер: приточные (в приходной части баланса приток в озеро доминирует над атмосферными осадками), дождевые (в приходной части господствуют атмосферные осадки); нейтральные (приход от притока и атмосферных осадков одинаковый). По этой классификации Ладогу необходимо отнести к стоково-приточным озерам. Сопоставив объем водной массы озера (908 км3) и величину годового стока Невы (73,6 км3), легко убедиться, что водообменность Ладожского озера слабая: водная масса озера полностью обновляется один раз за 12 лет. Общие химические особенности ладожской водыОзерные воды содержат в себе различные вещества в виде истинных (молекулярных) растворов, коллоидов и взвесей. Минеральные вещества, образующие истинные растворы, формируют так называемый ионный состав воды. Органические вещества могут быть тоже в виде истинных растворов, коллоидов или взвесей. Частично коллоидными растворами или взвесями бывают и биогенные элементы; их вообще ничтожно мало, но они играют важную роль в биологических процессах (соединения азота, фосфора, кремния, железа). Наконец, в воде есть и растворенные газы, как поступившие из атмосферы, так и образованные в самом озере (кислород, азот, двуокись углерода и др.). Химические особенности ладожской воды в сильной степени зависят от того, какие вещества приносят в озеро спадающие в него реки. Мы знаем, что речные воды сбегаются а Ладогу из двух весьма различных регионов. В северном (Балтийский щит) преобладают кислые горные породы, хотя есть и отдельные выходы основных и ультраосновных. Породы карбонатные (кристаллические известняки) распространены слабо, четвертичные отложения маломощны и их грубый минералогический (стало быть, и химический) состав не очень отличается от состава коренных пород. Южный регион сложен палеозойскими толщами, среди которых немало карбонатных, а покров рыхлых четвертичных осадков значительный. Климат Ладожского бассейна влажный, поэтому почвы и грунты хорошо промыты. По указанным причинам общая минерализация притоков Ладоги в северной части бассейна только 25—35 мг/л, а в южной достигает 250—350 мг/л. У всех притоков состав воды гидрокарбонатно-кальциевый. Из-за обилия болот и лесов в пределах бассейна воды притоков обогащены гумусовыми веществами, отличаются высокой цветностью, несут в растворе железо, но весьма бедны минеральным фосфором; растворенные соединения азота и фосфора — главным образом органические (Соловьева, 1967). Вследствие того что основная роль в формировании химического состава воды озера принадлежит речному стоку [6] и вследствие того что минерализация речных вод Ладожского бассейна исключительно мала, вода Ладожского озера содержит ничтожное количество солей: от 48 до 61 мг/л в разных районах, а в среднем для всего озера 56 мг/л (Расплетина и др., 1967). Из крупных пресных озер СССР только у Онежского общая минерализация воды ниже (35 мг/л). В Телецком озере она 70 мг/л, в Байкале 97 мг/л. Вода Ладожского озера относится к кальциевой группе гидрокарбонатного класса, что соответствует географическому положению озера в зоне лесов. По данным Г. Ф. Расплетиной (Расплетина и др., 1967), средний состав воды Ладожского озера показан в табл. 10. Таблица 10. Средний состав воды Ладожского озера
Расчет этот надо считать точным, так как он опирается на 2600 химических анализов и так как воды озера удивительно однородны: изменения их химического состава малы и по акватории и на разных глубинах, вплоть до самых больших. Причина однородности в том, что из озера ежегодно вытекает не более 1/12 объема водной массы; кроме того, вода в озере непрестанно перемешиваетcя сезонными вертикальными циркуляциями и течениями, как постоянными (плотностными), так и периодически возникающими (ветровыми). Таким образом, вода Ладожскою озера в гидрохимическом отношении весьма инертна. И все же, несмотря на низкую общую минерализацию, общее количество солей в воде озера достигает 51,21 млн. т. Вследствие малого содержания солей кальция и магния ладожская вода мягкая, т. е. пригодна для бытовых и промышленных целой. Режим растворенных газов и биогенных веществТак как Ладога — озеро пресное, то определяющая роль в его гидрохимическом режиме (кроме режима кислорода) принадлежит биохимическим процессам, и основные изменения испытывают главным образом газы и биогенные элементы. Общеизвестно значение кислорода для жизни организмов. В озерную воду кислород поступает из атмосферы, а в самой воде вырабатывается еще и растениями при фотосинтезе. И в том и в другом случае он попадает только в верхние слои воды. Расходуется же кислород путем отдачи в атмосферу, на дыхание организмов и на реакции окисления при разложении органических остатков. Окислительные процессы охватывают всю толщу воды и донные отложения. Однако кислорода на них тратится сравнительно мало, так как имеющиеся в воде органические соединения довольно устойчивы против разложения биохимическим путем, а в донных осадках содержание гумуса невелико. Поэтому запас кислорода в ладожской воде всегда значительный: в открытой части озера содержится от 14,8 до 9,2 мг/л, или от 91 до 118% (Расплетина, 1967). Поскольку растворимость кислорода в воде зависит от температуры, именно колебания температуры преимущественно и регулируют его режим. Зимой, в период ледостава, когда вода особенно холодна, кислорода в ней больше всего (14—14,8мг/л). С началом весеннего нагревания (май) содержание кислорода несколько уменьшается (13—14 мг/л). При весенней гомотермии содержание его во всей водной толще выравнивается. Летом вода, нагреваясь, отдает кислород в атмосферу: количество его в эпилимнионе падает до 10—11 мг/л, но в гиполимнионе остается высоким (12,5— 13,0 мг/л). Такое распределение по вертикали сохраняется все лето, до начала осенней гомотермии. Вместе с тем летом, помимо температуры, вступает в действие и другой фактор кислородного режима: массовое развитие летних форм фитопланктона (мельчайших водорослей), вследствие чего производство кислорода усиливается (фотосинтез), и верхние слои бывают им пересыщены (105—115%). Однако концентрация кислорода в эпилимнионе все же уменьшается, так как повышение температуры (ведущее к потере кислорода) дает более заметный эффект, чем работа фитопланктона (обогащение воды кислородом). В августе, когда летний фитопланктон отмирает, расход кислорода возрастает в металимнионе (здесь кислород в минимуме), а в поверхностном и придонном горизонтах содержание этого газа более высокое. Осенью охлаждение воды и вспышка осеннего фитопланктона действуют в сторону обогащения воды кислородом. При осенней гомотермии кислорода в воде около 12—13 мг/л. В целом режим кислорода в Ладожском озере благоприятствует существованию и развитию организмов. Д. 3. Ульянова (см. Расплетина и др., 1967) обратила внимание на то, что фактическое содержание углекислоты (СО2) в воде озера в 2—3 раза больше, чем могло бы образоваться путем растворения этого газа из воздуха при соответствующих температурах. Стало быть, основной источник углекислоты — не атмосфера, а биохимические процессы, происходящие в самом водоеме. Впрочем, содержание растворенной углекислоты в воде невелико: от 0,6 до 3,5 мг/л; с глубиной оно возрастает. В поверхностном слое меньше всего углекислоты летом. Весьма интересны в научном и практическом отношении распределение и режим биогенных веществ в озере. Общие особенности таковы: 1) на распределение биогенных элементов заметно воздействует распространение речных вод по озеру, так как притоки во много раз богаче биогенными веществами, чем озеро; 2) южные и восточные части озера снабжены биогенными веществами лучше, чем другие его районы; они поэтому и биологически наиболее продуктивны; 3) до начала гидрологического лета биогенными элементами обогащаются лишь прибрежные участки, так как термический бар мешает речным водам проникать в открытое озеро. Летом же, с исчезновением бара, сглаживается и резкая неоднородность в распределении биогенных элементов по акватории. Режим фосфатов, нитратов, кремния и железа подробно рассмотрен Э. Э. Шерман (см. Расплетина и др., 1967). Реки приносят в озеро мало минеральных соединений фосфора, оттого и в озерной воде его немного, что, естественно, ограничивает развитие фитопланктона. Содержание фосфора приходится выражать в миллиграммах на кубический метр (а не на литр, как для других веществ!). В северной и северо-западной частях озера в теплые и маловодные годы фосфор в воде вообще не отмечается, а в другие годы не превышает 5 мг/м3. На юге и юго-востоке содержится от 1 до 15 мг/м3 фосфора, а в Волховской губе — от 7 до 25 мг/м3. Главный поставщик фосфатов — р. Волхов. В поверхностном слое отмечается два минимума содержания фосфатов; летний и осенний. Каждый из них обусловлен вспышкой развития фитопланктона. Главные поставщики азота нитратов — Волхов, Свирь, отчасти р. Бурная. Максимальная концентрация нитратов во всей толще воды наблюдается в конце периодов весенней и осенней циркуляции, с развитием планктона снижается количество нитратов в воде.Содержание азота нитратов колеблется в озере от 0,02 до 0,24 мг/л. В целом азотом фитопланктон обеспечен лучше, чем фосфором. Неизменными потребителями кремния являются диатомовые водоросли, которым он нужен для построения их наружного кремневого скелета (створок) В ладожской воде содержится от 0,5 до 1 мг/л кремния и этого количества вполне достаточно для оптимального развития диатомовых. Пространственная неоднородность и сезонная изменчивость концентрации кремния зависят от объема речного стока, т. е. от гидрометеорологических условий года, и от колебаний численности фитопланктона, в котором диатомеи преобладают. Гумусовые кислоты могут образовать с железом растворимые соединения, устойчивые к окислению и коагуляции (свертыванию), чем и объясняется высокая миграционная способность железа в обстановке Ладожского бассейна. В озеро ежегодно поступает 30 000 т железа. Когда речные воды смешиваются с озерными, большая часть железа выпадает в осадок, поэтому концентрация железа в воде сравнительно невелика закисного (которое преобладает в поверхностных слоях) — от 0,01 до 0,07 мг/л, окисного — от 0 до 0,14 мг/л. Окисное железо в минимуме зимой, в максимуме — летом. Ход закисного железа летом противоположен ходу окисного. Химический баланс Ладожского озераПриходная часть химического баланса слагается из ионного стока рек, впадающих в Ладожское озеро, и поступления ионов в озеро с грунтовыми водами и атмосферными осадками. Расход ионов осуществляется со стоком р. Невы По данным Н. Ф. Соловьевой (1976а), средний многолетний химический баланс основного состава воды в Ладожском озере представлен в табл. 11. Невязка баланса оказалась очень небольшой: расход всего на 1,5% меньше прихода. Поэтому есть основания считать химический баланс ионов основного состава воды уравновешенным: накопления этих ионов в озере не происходит. Что касается органического углерода и биогенных элементов, то их баланс (Соловьева, 1967а) дается пока в первом приближении (табл. 12). Таблица 11. Химический баланс Ладожского озера (в тысячах тонн)
Таблица 12. Речной приток и сток органического углерода и биогенных элементов (в тысячах тонн)
Органического вещества (органического углерода) приносится в озеро больше, чем уносится, но то, которое остается в озере, почти полностью здесь минерализуется. Следовательно, его роль в накоплении донных отложений невелика. Добавим, что органическое вещество планктона тоже почти полностью разлагается. Кремний осаждается в озере — это находится в связи с жизнедеятельностью диатомовых. Ежегодно выпадает в осадок около 60 тыс. т кремния. Железо тоже накапливается в озере: за год около 22 тыс. т. Выпадает в осадок и часть фосфора (приблизительно 400 т ежегодно). Сток азота нитратов больше, чем приток. Превышение выноса из озера над приносом реками можно объяснить только тем, что соединения нитратного азота дополнительно образуются в самом озере. Это связано с процессами нитрификации, при которых скорость фиксации азота больше, чем скорость его денитрификации. Донные отложения Ладожского озераПути формирования озерных грунтов многообразны; подмыв волнами берегов и склоновый сток непосредственно в озеро (в прибрежной зоне образуют довольно узкие полосы осадков); осаждение пыли, навеянной ветром; падение на дно остатков отмерших организмов; отложение взвешенных частиц, доставленных реками. Крупные частицы ложатся на дно у берегов, более тонкие далеко разносятся течениями. В неподвижной пресной воде частица диаметром 1 см (гравий) падает со скоростью 1 м/сек., частица же диаметром 0,001 мм (ил) опускается на 1 м примерно за восемь суток. Исчерпывающую сводку о донных отложениях Ладожского озера составил Н. И. Семенович (1966), на труд которого я в дальнейшем и опираюсь. Геологическое строение бассейна Ладожского озера и обилие в этом бассейне озер, в которых многие реки, вытекающие из них, еще до впадения в Ладогу отлагают свои взвешенные частицы, объясняют малый твердый сток ладожских рек — в среднем менее 20 г/м3. Зона непосредственного сноса в озеро охватывает водосборы главных рек лишь ниже их выхода из озер; таким образом, она не превышает 70 тыс. км2, т. е. 27% площади всего большого бассейна Ладоги. Реки ежегодно приносят в Ладожское озеро 1140 тыс. т взвешенных веществ, что составляет 65 г на каждый 1 м2 дна, или слой 0,06 мм в год. Этот вывод Н. И. Семеновича очень важен, так как некоторые прежние авторы оценивали толщину слоя, отлагавшегося в среднем за год на дне озера, равной 6,18 мм, т. е. в сто раз больше действительной. В Ладожском озере темп седиментации, по-видимому, снижался от позднеледникового времени к современности. Основная масса донных отложений сформировалась, когда ледник был еще в пределах бассейна древних водоемов, существовавших на месте нынешней Ладоги. Донные отложения представлены такими их типами: глыбы, валуны, галька и гравий, песок, крупноалевритовый ил, мелкоалевритовый ил, глинистый ил. Глыбы, или обрушенные в воду каменные блоки, распространены у подножий скалистых утесов в северной части озера. Валуны, отпрепарированные из размытой морены, тянутся узкими полосами вдоль уреза воды на побережьях. Но в области южного мелководья они усеивают дно озера и вдалеке от берега, образуя каменистые гряды и мели. Валунам как бы сопутствуют галька и гравий. Судя по анализам Б. Г. Венуса, состав гравийно-галечного материала довольно разнообразный, но доминируют в нем граниты (в том числе раппакиви) и кварцитовые песчаники; на третьем месте стоят биотитовые сланцы. Породы эти принесены сюда ледником из северного Приладожья и отчасти с Онего-Ладожского перешейка. Все южное мелководье и полосы вдоль западных и восточных берегов там, где берега эти сложены четвертичными отложениями, заняты песками. Песчаные отложения на дне окрашены в серые и желтовато-серые тона. Переход от мелководной области озера к глубоководной отмечен крупноалевритовыми и мелкоалевритовыми илами, а глубоководная область центрального и северного районов выстлана глинистыми илами. Илы Ладожского озера обычно полужидкие и мягкие. Но в отдельных местах, как это видно на карте, на дне озера обнажаются плотные глины. Окраска илов чаще всего желто-бурая и коричневая. Ряд образцов глинистых илов и глин был подвергнут специальному анализу, чтобы определить слагающие их глинные минералы. Оказалось, что среди последних преобладают гидрослюды, представляющие собой одну из стадий выветривания слюд, характеризующуюся низким содержанием калия и высоким содержанием воды. Такой состав глинных минералов образуется в умеренно холодном влажном климате. Доставлены эти минералы в озеро ледником вместе с ледниковым материалом, включавшим в себя и древнюю кору выветривания. Распределение донных отложений в Ладожском озере свидетельствует о зависимости его от рельефа дна: на мелководьях — пески, в глубоководных местах — глинистые отложения, на переходных участках — алевриты. В илах Ладожского озера обнаружены коллоидально-слоистые текстуры. Ряд авторов принимает такие текстуры за годовую слоистость, что, конечно, может привести к ошибкам и при исчислении возраста толщи ила, и при оценке скорости седиментации. Н. И. Семенович выяснил, что эти текстуры чаще всего не отражают годовые ритмы, а созданы процессами диагенеза в толщах осадков. Вместе с тем в глинах Ладожского озера обнаружены и микрослоистые текстуры ленточного типа, обусловленные сезонной ритмикой седиментации. Особенности состава и наслоения донных отложений по вертикали изучены на 112 грунтовых колонках, взятых довольно равномерно со всей площади дна озера. Средняя длина колонок 40—50 см, самая длинная была 77 см. Исследование колонок позволило расчленить осадки по возрасту и выяснить физико-географические условия в различные периоды развития Ладожского озера. Об этом уже говорилось. Валовой химический состав донных отложений Ладожского озера дан в табл. 13. Таблица 13 позволяет подметить следующие закономерности: 1) содержание гигроскопической воды и органического вещества (определяемого на основе потерь при прокаливании образца) увеличивается по мере того, как осадки становятся все более тонкозернистыми; 2) валового кремния в грубозернистых осадках больше, чем в тонкозернистых, потому что в первых преобладает обломочный кварц; 3) концентрация других элементов возрастает вместе с увеличением тонкозернистости осадков; 4) во всех случаях SiO2>Al2O3>Fe2O3, а валового фосфора больше, чем валовой серы (P2O5> SO3). Заслуживают особого внимания такие элементы донных отложений, как легкоподвижный кремний, железо, марганец, фосфор, потому что они играют большую роль в осадочном рудообразовании и в биологической продуктивности озер. Некоторая часть кремния (SiO2), входящего в донные отложения, особенно в глинистых илах, возникла биогенным путем в створках диатомовых водорослей. Так как диатомеи малы и разносятся водой далеко, их остатки сосредоточены преимущественно в глубоководных районах, где создаются застойные условия. Вследствие того, однако, что продукция диатомовых в Ладожском озере не очень велика, содержание биогенного кремния в грунтах тоже умеренное (от 1,5 до 8,3% всего SiO2). Железо-марганцевые соединения в донных отложениях нередки. Осадки озера вообще во многих местах ожелезнены. На поверхности валунов, гальки, гравия обнаруживается слой черного лака (соединения железа и марганца) толщиной подчас до 0,5 мм. В поверхностном слое осадков встречаются черные или желто-бурые рудные корочки толщиной от 1 до 8 мм (железа в них больше, чем марганца). У побережий Валаама есть титано-магнетитовые пески — продукт разрушения оливиновых диабазов, и в донных отложениях к югу от архипелага содержание железа доходит до 10%.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Для илистой литорали характерны заросли тростника с примесью то осок, то стрелолиста, то рдеста, то других водных растений, а также сообщества стрелолиста или горца с другими водными растениями. В целом на Ладожском озере высшая водная растительность образует 81 ассоциацию, причем ассоциаций, общих для всех трех геоботанических районов, только пять: чистые заросли тростника, тростник с другими водными растениями, тростянка с другими водными растениями, горец с другими водными растениями и чистые заросли рдеста пронзеннолистного. Общая площадь, занятая макрофитами, составляет 10212 га. т. е. менее 0,5% площади озера. Ежегодно макрофиты Ладожского озера производят 514 тыс. ц. воздушно-сухого вещества, т. е. около 3 г на 1 м2 площади озера. Эти запасы органического вещества человеком не используются. Данные о площадях и ежегодной продукции зарослей макрофитов по отдельным геоботаническим районам сведены в табл. 14. Животный мир озерного днаПочти на 2500 станциях собрала Комплексная ладожская экспедициия материал о животном мире озерного дна на разных глубинах. Основной труд по сбору и обобщению этого материала выпал на долю Г. А. Стальмаковой (1968). На дне Ладожского озера обитает 385 видов беспозвоночных, стало быть, фауна эта довольно разнообразная. Больше всего видов в литорали (около 290). Гораздо меньше — в глубоководной части (около 80). В составе бентофауны преобладают личинки насекомых (52% всех видов бентофауны), на втором месте стоят черви (17%), на третьем — гидракарины, или водяные клещи (14%), на четвертом — моллюски (9,3%), пятое место принадлежит ракообразным (4,5 %); прочие группы животных — 4,3%. Среди личинок насекомых господствует группа хирономид, т. е. личинок комаров-звонцов. Личинка имеет вид червячка длиной от 1 мм до 2 см, плавает, змеевидно извиваясь, ползает при помощи ложных ножек Питается растительными и животными остатками в иле. Созрев, личинка окукливается. Когда настает время вылупляться, куколка всплывает, покровы ее лопаются, и вылетает насекомое. Своеобразны личинки ручейников. Сами ручейники летают мало, обычно сидят среди прибрежных растений, питаются соком цветков. Но личинки их ведут водный образ жизни, построив надежные убежища — разнообразные по форме чехлики, сделанные из скрепленных паутинными нитями (выделение железок) кусочков листьев, мха, травинок и даже мелких раковинок и песчинок. Личинка при передвижении волочит за собой свой домик Питается растительными веществами, но некоторые виды — хищники. Другие личинки, характерные для зообентоса Ладоги, принадлежат стрекозам, веснянкам и поденкам. Стрекозы откладывают яйца в воду или в ткани водных растений. Из этих яиц и вылупляются личинки очень оригинального облика, обладающие для ловли живой добычи (личинок поденок, водяных осликов, мелких водяных клопов и т. д.) так называемой маской, т. е. видоизмененной нижней губой, сидящей на длинном рычаге — рукоятке; у рычага имеется шарнирный сустав, благодаря чему весь аппарат на время бездействия складывается и прикрывает, как маска, нижнюю сторону головы; в действии маска стремительно выбрасывается к добыче, схватывает ее, а затем подтягивает ко рту. Поденки, или эфемериды,— небольшие насекомые с удлиненным телом, нежными крыльями и 2—3 хвостовыми нитями. Каждый, вероятно, наблюдал их танец над водой. Названы поденками потому, что живут всего 2—3 дня; оттого они ничем и не питаются, и у них нет развитого рта. Отложив яйца, самки очень быстро погибают. Личинки поденок (у одних видов — травоядные, у других — хищники) разнообразны; одни роются в иле, другие прочно прикреплены к поверхности камней, третьи плавают, иные ползают по дну или растениям. Из червей в состав зообентоса Ладожского озера входят: 1) ресничные черви (турбеллярии), тело которых покрыто тончайшими ресничками, помогающими им плавать или ползать; питаются мелкими водными животными; 2) нематоды (круглые черви); З) пиявки; плавают, волнообразно изгибая тело, или шагают, присасываясь попеременно то передними, то задними присосками (как гусеница пяденицы); питаются моллюсками, червями, личинками насекомых; 4) олигохеты, или малощетинковые черви. У гидракарин, или водяных клещей, мешковидное нечленистое округлое тело и четыре пары шестичленистых ножек. Могут и плавать, и ползать. Почти все они хищники (их главные жертвы—циклопы и дафнии). Отличаются яркой, иногда красной, окраской тела. Моллюсков в Ладожском озере немного, как в видовом, так и в количественном отношении. Вследствие того что вода Ладоги бедна кальцием, раковины их тонкие и хрупкие. Преобладают среди моллюсков всем хорошо знакомые прудовики (лимнеа, гальба, радикс), физа, горошинка и др. Из ракообразные на дне в Ладожском озере живут представители остракод (ракушковых рачков), кладоцер (ветвистоусых рачков), копепод (веслоногих), изопод (равноногих), схиэопод (расщепленноногих) и амфипод (бокоплавов). Есть несколько реликтовых видов морских рачков; все они не только отлично приспособились к современным условиям жизни в пресноводной Ладоге, но и составляют очень характерную часть ладожского бентоса, весьма важную в кормовом отношении. Один из них — мизида — считается даже перспективным в отношении акклиматизации в других малокормных водоемах, так как обладает высокой экологической пластичностью; он может существенно обогатить кормовую базу многих промысловых рыб (Деньгина и Стальмакова, 1968). В Ладожском озере мизида широко распространена во всей толще воды, кроме верхнего 5-метрового слоя, и по всему дну, кроме мелководий, если их глубина не более 5 м, вплоть до самых больших глубин. При общем анализе донного населения Ладожского озера обращают на себя внимание три обстоятельства: довольно большое число реофильных видов, т. е. таких, которые обычно живут не в озерах, а в ручьях и реках; основная часть зообентоса состоит из пресноводных видов, широко представленных и в других озерах северного полушария; на дне Ладожского озера обитают несколько реликтов ледникового времени (например, Pallasea quadrispina и др.) и несколько реликтовых ракообразных морского происхождения (Pontoporeia affinis, Gammaracanthus loricatus, мизида Mysis oculata и др.), но, как уже отмечалось, все они вполне приспособились к современным условиям жизни. Рассматривая животное население озерного дна, остановимся сперва на характерных местообитаниях в пределах литорали, с ее большим разнообразием грунтов, насыщенностью воды кислородом от поверхности до дна, динамичностью водных масс и заметными колебаниями температуры воды как в течение суток (в самом верхнем слое), так и по временам года. На скалистой литорали, которая образует кайму вдоль крутых скалистых берегов, постоянный прибой обогащает воду не только кислородом, но и взвесями детрита. Подножия утесов обрастают нитчатыми и диатомовыми водорослями. Животных, обитающих среди скал, немного, но все они снабжены специальными приспособлениями, чтобы удержаться в набегающей волне,— крючками на ножках, присосками, прицепками. Приспособлениями к жизни в неспокойной водной стихии служит также плоская обтекаемая форма тела и прикрепленные к скалам домики-убежища. Постоянными жителями подводных скал являются некоторые моллюски (например, прудовик гальба), личинки поденок и ручейников. Если скалы сильно обросли водорослями, состав фауны пополняется новыми видами, в том числе пиявками, гидракаринами и др. Очень сложный биотоп — каменистая литораль. Она совмещает в себе одной как бы три типа местообитаний: прибойный каменистый — на поверхности камней, обращенной к прибою; затишный каменистый — на обратной стороне; заиленный каменистый — в промежутках между камнями, где отлагается ил и скопляется детрит. Население каменистой литорали богаче, чем на скалах, но распределено оно неравномерно; больше всего между камнями и на стороне камней, не испытывающей действия волн. Иногда эта обратная сторона облеплена ручейниками, моллюсками, поденками, пиявками, буро-коричневыми наростами колоний мшанок. Под камнями прячутся рачки: грязно-серый плоский водяной ослик и бокоплав — озерный гаммарус [9]. Водяной ослик питается отмершими остатками растений (детритом), и его покровительственная окраска — единственная защита от хищников; впрочем, будучи схваченным, он оставляет врагу свои конечности, впоследствии у него отрастают новые. «Удобства», предоставляемые для жизни песчаной литоралью, зависят от степени подвижности песка. На песках, непрерывно перемещаемых прибоем, нет животного населения. Чем более уплотнен песок, тем богаче фауна, среди представителей которой выделяются олигохеты, моллюски (беззубка, шаровка, разные виды горошинки), рачки (понтопорейя), водяные клещи. Самое благоприятное для зообентоса местообитание — это заросли высшей водной растительности. Фауна зарослей поражает относительным обилием и разнообразием. Если в открытой Ладоге число видов 80, средняя численность организмов 200 экземпляров на1 м2 дна, средний вес организмов 2 г на 1 м2, то в зарослях макрофитов соответственно 200 видов, 2200 экземпляров, 12 г. Это и не удивительно. В зарослях защита от прибоя надежная, много питательных органических веществ. Животные живут в толще воды, на растениях, в иле между корнями. В видовом составе господствуют хирономиды (53 вида), гидракарины (44 вида), моллюски (27 видов), ручейники (20 видов), олигохеты (17 видов). По два-три вида встречаются и из других групп бентоса. Число видов так велико, что перечислять их в очерке, предназначенном не для специалистов гидробиологов, вряд ли есть смысл. Наиболее богаты фауной заросли элодеи (или водяной чумы) и рдестов. В зарослях тростника, камыша и хвоща животный мир гораздо беднее. Представление о разнообразии жизни в прибрежных зарослях читатель может получить на любом пресном зарастающем озере. Среди поднимающихся над водой стеблей камыша, тростника и хвоща носятся стрекозы, гоняясь за мелкими насекомыми, неподвижно сидят ручейники и поденки, вьются большие рои длинноногих комаров-дергунов. Это все не водные животные, но часть своей жизни (личиночную стадию) им приходится проводить в воде. На поверхности воды по пленке поверхностного натяжения скользят тонконогие длинные клопы-водомерки, вертятся блестящие мелкие жуки-вертячки. Ползают по поверхности, волоча свою коническую раковину, брюхоногие моллюски-прудовики, подплывают к поверхности снизу, чтобы глотнуть воздуха, жуки-водолюбы и плавунцы. Здесь же на поверхности происходит превращение куколок разных комаров, поденок во взрослых насекомых, плавают яйца комаров и т. п. На листьях кувшинки, ряски, кубышки, земноводной гречихи с нижней стороны живут мелкие полупрозрачные гидры, иногда мшанки, здесь же разгуливают моллюски-прудовики, катушки, лужанки, чашечки, физы, битинии, живут мелкие рачки, тонкие олигохеты, мелкие ресничные черви. Под водой в черешках листьев и в стеблях поселились хирономиды, олигохеты. Те же стебли служат опорой для сидячих коловраток, гидр, губок и мшанок. По стеблям передвигаются разные моллюски, личинки ручейников и поденок. Цепляясь за растения, подстерегают добычу пиявки. Наконец, на дне между растительными остатками ползают крупные двустворчатые беззубки, почти круглые и тоже двустворчатые живородящие шаровки, личинки ручейников, бегает водяной ослик. Несколько отдельно от прочих прибрежных биотопов Ладожского озера стоит литораль, окружающая острова и более или менее изолированная от литорали материка. У некоторых островов, расположенных неподалеку от «большой земли», фауна оказалась примерно такой же, как и в аналогичных биотопах литорали озерного побережья. Только песчаные участки заселены обильнее, так как пески здесь менее отсортированы и богаче илистыми частицами. Большим своеобразием отличается литораль Валаамского архипелага. Со стороны озера берега островов высокие, скалистые, а внутри архипелага между островами раскинулись широкие протоки, местами густо заросшие высшей водной растительностью, с замедленным водообменом, частично загрязненные бытовыми стоками (от скотного двора, бани, прачечной и т. п.). Бентос в протоках богаче, на 70% состоит из хирономид, в нем очень мало поденок, ручейников и гидракарин, обычных для открытой Ладоги. Нет здесь и столь характерных для других частей Ладожского озера реликтовых ракообразных. По заключению Г. А. Стальмаковой (1968), если зообентос Ладожского озера характеризует это озеро вообще как олиготроф-ное, т. е. малокормное, бедное биогенными элементами, то состав бентоса в протоках Валаамского архипелага близок к видовому составу бентоса эвтрофных (т. е. богатых кормами) озер. Область, переходная от литорали к профундали, получила название сублиторали. Шире всего она у песчаного южного мелководья Ладожского озера, более узкая — вдоль западного и восточного берегов и совсем незначительная — вдоль высоких скалистых берегов северной части водоема. Дно сублиторали выстлано довольно однообразными илисто-песчаными и песчано-илистыми грунтами. Действию прибоя оно не подвержено. Температурный и кислородный режимы примерно такие же, как и в литорали, но в сублиторали происходит оседание взвешенных частиц, и содержание органического вещества в донных отложениях повышается. В сублитораль спускаются некоторые прибрежные организмы. Некоторые заходят сюда из профундали. Специфических животных в сублиторали почти нет, если не считать трех видов хирономид (один из рода стиктохирономус и два из рода ортокладиус). В глубоководной части Ладожского озера условия жизни на дне еще однообразнее, чем в сублиторали. Преобладают серые или коричневые илы со слоем бурого наилка на них толщиной до 5—7 см и с незначительным содержанием (2—5%) органического вещества. Температура воды в придонном слое круглый год низкая—от 2,7 до 5,5°, т. е. ее колебания в течение года не превышают 2—3°. Насыщение воды кислородом постоянно высокое. Видовой состав бентофауны, обитающей на больших глубинах, очень однообразный: всего 12 видов. В отличие от литорали, где среди донного животного населения на первом месте стоят личинки насекомых, в профундали главными обитателями являются реликтовые ракообразные, особенно гаммариды (их мы уже перечисляли), и олигохеты, немногие хирономиды и один вид моллюска горошинки (Pisidium conventus). Особенно бедна фауна на глубинах более 50—60 м; здесь живут немногие организмы, способные переносить постоянно низкие температуры. Подсчет биомассы зообентоса показал, что в среднем на 1 м2 дна Ладожского озера приходится 243 экземпляра животных общим весом в 2,05 г. Но степень богатства жизнью в разных биотопах различная, что наглядно видного табл. 15. Таблица 15. Биомасса зообентоса в разных биотопах Ладожского озера (Стальмакова, 1968)
Преобладание в литорали личинок насекомых (главным образом ручейников и хирономид) имеет и свою отрицательную сторону; летом, когда происходит массовый вылет насекомых, естественно, биомасса и численность бентоса литорали сильно сокращаются. Все обитатели профундали, кроме хирономид, — первично-водные животные, они никогда не покидают водоема, поэтому сезонные колебания состава бентофауны здесь более сглажены, чем в литорали, что, кстати, создает устойчивую кормовую базу для рыб Ладожского озера. Рыбы Ладожского озераКомплексная ладожская экспедиция не занималась ихтиологическими исследованиями: было бы нецелесообразно повторять здесь работы, проводимые в этом плане крупнейшими специалистами ГосНИОРХа. Однако без материалов о рыбах в монографии о Ладожском озере оказался бы заметный пробел. Заполнить его любезно согласился И. С. Титенков (1968), обобщивший результаты собственных многолетних исследований и обширные литературные данные. Сейчас в Ладожском озере и впадающих в него реках водится 58 видов и разновидностей рыб. Большинство видов обитает в озере постоянно, и только некоторые из них, например балтийский осетр, балтийский лосось, невская минога, морской угорь, временами заходят в Ладогу из Балтики и Финского залива. В прошлом в Ладожском озере встречалась стерлядь, теперь ее нет. За последние годы в озере появились и новые рыбы — сазан и пелядь. Сазан проник из озера Ильмень, куда его выпускали в 1952—1953 гг., а пелядь — из озер Карельского перешейка, где ее разводят с 1958 г. Из наиболее ценных промысловых рыб в Ладожском озере водятся лосось, форель, палия, сиги, ряпушка, рипус, судак и лещ. К менее ценным относятся ерш, окунь, плотва, щука, густера, уклея, синец, корюшка и др.; Местный озерный лосось — исключительно ценная рыба. Вес ее достигает 10 кг. С мая по сентябрь она идет на нерест в реки, больше всего в Свирь, Бурную, Видлицу и Тулему. Молодь лосося проводит 2—3 года в реках, а потом скатывается в озеро. Лучшие места лова лососевых находятся в северной части озера. Однако лов с 1960 г. запрещен, так как стадо лосося восстанавливается очень медленно. Причина медленного возобновления — резкое ухудшение условий нереста; реки засорены лесосплавом, Вуокса загрязнена, на Бурной большой урон наносят браконьеры, Свирь перегорожена плотинами гидроэлектростанций. В северной глубоководной части Ладоги держится и палия, зимой на глубине до 75—80 м, летом — на 20—40 м. Питается ряпушкой и корюшкой. Половая зрелость у самок наступает в возрасте 5—6 лет. Осенью (октябрь—ноябрь) выходит для размножения на каменистые отмели островов. Вес палии в период нереста от 0,8 до 6,5 кг. Из-за ничтожных уловов промысел палии почти прекращен. Сиги в Ладожском озере представлены 7 разными формами. Четыре из них — озерные (лудога, озерный ладожский, валаамский и черный) и три — озерно-речные (волховский, свирский и вуоксинский). Сейчас вылавливают главным образом лудогу, которая нерестится в октябре — ноябре на галечно-каменистых грунтах и мечет в среднем по 9000 икринок. Озерно-речных сигов прежде добывали немало, но теперь они утратили свое промысловое значение. Волховский сиг — одна из наиболее ценных рыб во внутренних водоемах СССР, славящийся вкусовыми и пищевыми качествами, теперь на грани исчезновения. Он нерестился в р. Мсте. Плотина Волховской ГЭС стала для него тяжелым препятствием, а рыбоход, созданный при плотине, себя не оправдал. Не помог пока и срочно построенный здесь рыбоводный завод, — вероятно, из-за неправильной организации этого дела. Вместе с тем кормовые условия для сигов в Ладожском озере благоприятны, так что при надлежащем внимании к рыбному хозяйству озера восстановление стада сигов (в том числе и волховского) вполне возможно. Ряпушка и рипус отличаются друг от друга размерами. Мелкая форма называется ряпушкой и распространена в озере повсеместно. Крупная форма именуется рипусом, и водится она главным образом в южной части озера, здесь же и нерестится осенью. Половую зрелость рипус обретает в возрасте 3 лет, самки мечут от 5 до 60 тысяч икринок. Вес рипуса достигает 650 г. Судак — один из главных объектов промысла на Ладоге. Живет он в озере повсюду, но особенно охотно в южной мелководной части. Здесь же, на юге, и наибольшие его промысловые скопления. Нерест происходит весной после вскрытия озера от льда, нагул—летом и осенью. Отдельные экземпляры судака весят 8 кг. Лещ, несмотря на хорошие пищевые и вкусовые качества, не имеет большого значения в ладожском рыболовстве. Обитает преимущественно в южном районе озера и в его южных заливах. Нерестится в мае—июне. На размножение леща сильное влияние оказывают колебания уровня озера. Высокая урожайность леща была, например, в 1957— 1959 гг., когда уровень озера стоял высоко. В 1960— 1961 гг. уровень Ладоги понизился более чем на 1,5 м, обсохли и частично были разрушены льдом прибрежные нерестилища и урожайность леща резко упала. В рыболовном хозяйстве дело не ограничивается добычей только самых лучших пород рыб, так как массовый лов менее ценных может дать не меньший экономический эффект, чем добыча малого количества более ценных. И первое место в уловах на Ладожском озере занимает скромная корюшка (Архипцева, 1968). В своем питании она проявляет своеобразное «гурманство»: ее главная пища — планктонные рачки, причем в основном реликтовые (палласеа, мизида, гаммараканты). Будучи хищником, она не брезгает и мелкими рыбками (длиной до одной трети длины тела самой корюшки). На нерест корюшка весной, в апреле—мае, идет в реки и речки, чаще всего в Волхов, мечет в среднем до 30 тысяч икринок, а после икрометания возвращается в озеро. Распространена по озеру повсеместно, но в южной части живет ее более крупная форма, а в северной — более мелкая, похожая на снеток. Щуку, предпочитающую для своей жизни заросли водной растительности в мелководных местах, вылавливают в небольшом количестве, и ее добычу без ущерба для запасов можно было бы удвоить. Ладожское озеро как природный комплексЧитатель, внимательно следивший за изложением материала, легко мог подметить связи, существующие между Ладожским озером и его бассейном и между различными процессами, протекающими в самом озере. Однако я считаю полезным еще раз подчеркнуть эти связи хотя бы в самой общей форме. Две части Ладожского бассейна — северная и южная — отличаются не только по составу коренных пород, но и по толщине чехла рыхлых отложений (на севере чехол тонкий, на юге — мощный). Рыхлые породы образуются из плотных под действием процессов выветривания. Один из результатов такого изменения породы — сильное увеличение ее общей свободной поверхности, что облегчает процессы ее растворения. Стало быть, в реках южной части Ладожского бассейна должно быть больше растворенных веществ, чем в реках северной. Это в действительности и наблюдается, так как минерализация вод южных притоков (впрочем, не чрезмерная) примерно вдесятеро больше минерализации вод северных притоков. Тонкий покров четвертичных отложений на севере служит также объяснением и малой мутности здешних рек. А так как эти реки, прежде чем дойти до Ладоги, оставляют свои взвеси в озерах, через которые многим из них суждено проходить, то в Ладогу поступают воды не только слабо минерализованные, но и сильно осветленные. В этом одна из причин медленной седиментации осадков на дне Ладожского озера. В южной половине бассейна не только минерализация, но и твердый сток рек значительнее. К этому добавляются и различия в химическом составе, так как коренные карбонатные породы на юге занимают большие площади, чем на севере. С широким распространением моренных отложений в южных ландшафтах связаны и скопления валунов на побережьях и на дне озера, образовавшиеся вследствие размыва моренных толщ. Бассейн Ладожского озера богат лесами и болотами. Поэтому вода притоков характеризуется значительной примесью гумусовых веществ (высокой цветностью), содержит в растворе железо и бедна минеральным фосфором. Вода притоков гидрокарбонатно-кальциевая, вода Ладожского озера — тоже. В этом отношении и озеро и его притоки отражают уже влияние не отдельных географических ландшафтов, а целой ландшафтной зоны (таежной). Основные особенности тектоники и рельефа северной и южной частей Ладожского бассейна сказываются и на строении озерной котловины. Главные тектонические линии ориентированы меридионально или с северо-запада на юго-восток. В том же направлении вытянуто все озеро, его фьорды, гидрографическая сеть, острова и полуострова в северной части. Характерное чередование сельг и межсельговых понижений на суше как бы повторяется в богатом островами и проливами шхерном районе: на дне северной части озера чередуются повышения и глубоководные впадины. На юге же в соответствии с обрамляющими озеро низинными ландшафтами и озерное дно ровнее, и глубины гораздо меньше. Облик и состав донных отложений в высокой степени определяется тем, какие минеральные и органические вещества принесут в озеро реки. В озере с его слабым (по сравнению с реками) движением воды доставленный материал сортируется: крупнозернистые частицы образуют полосы литоральных осадков, тонкозернистые осаждаются в удаленных от берега местах. Карта грунтов Ладожского озера хорошо иллюстрирует это правило. Осадки автохтонные, т. е. возникшие в самом озере вследствие размыва волнами берегов или выпадения на дно озера остатков обитающих в нем организмов, занимают весьма подчиненное место. Органических илов в озере нет вообще. Органическое вещество донных отложений опять-таки в основном образуется за счет принесенного реками, потому что последнее по своей природе с трудом поддается разложению. Другая же часть органического вещества (планктон, бентос и др.) в озере полностью минерализуется и в осадок не входит. В большом количестве отлагается на дне озера принесенный притоками (и отчасти созданный диатомеями) кремнезем; при смешении озерных вод с речными выпадает в осадок железо; накопляется в озере и марганец. Климатические особенности озера зависят от климата обширной примыкающей к озеру территории. В его внутривековых колебаниях намечается четкая ритмика в виде брикнеровых циклов с чередованием многоводных и маловодных фаз. Так как озеро вытянуто по широте на целых два градуса, естественно, что его южная часть несколько теплее северной. Не менее естественно, что его восточные берега холоднее и континентальнее западных, так как они на градус долготы дальше от Балтики. Однако налицо и согревающее влияние водной массы самого озера: наиболее холодный месяц не январь, а февраль. Другое влияние озера: над ним меньше атмосферных осадков, чем над сушей. Атмосферных осадков выпадает на поверхность озера больше, чем может с нее испариться воды. То же наблюдается и в приладожских ландшафтах. Следовательно, климат достаточно влажный. На суше это обеспечивает хорошую промываемость почв и грунтов, что приводит к господству подзолистого типа почвообразования, и обилие болотных массивов в областях распространения водоупорных пород. Смена времен года идет вслед за ходом радиационного баланса, который положителен с марта по сентябрь и отрицателен с октября по февраль. Вследствие того что вода нагревается и остывает медленнее, чем суша, у гидрологических сезонов несколько иная продолжительность и несколько иные сроки начала и конца, чем у обычных сезонов на суше. В этом, кстати, обнаруживает себя закон, согласно которому любое внешнее воздействие на предмет обязательно преломляется через его внутренние качественные свойства. Ладога подчиняется климату таежной зоны, но вносит в него свои поправки. Гидрологическая весна на Ладожском озере длится с середины марта до середины июля, лето—до начала сентября, осень — до середины декабря, зима — с середины декабря до середины марта. Иными словами, только зима здесь имеет обычную среднюю продолжительность, лето же вдвое короче по сравнению с его длительностью на суше, а весна и осень заметно растянуты. Температура воды в озере ниже всего в марте (0,1°) и выше всего в августе (+16°), что соответствует минимуму и максимуму запасов тепла в водной массе. Некоторые свойства ладожской воды, например ее прозрачность и цвет, существенно контролируются внешними воздействиями. Рискнем прибегнуть к тавтологии и скажем: прозрачность зависит от мутности, обусловленной действием речных вод, ветра и биологическими процессами (главным образом, развитием и отмиранием планктона). Оттого по степени прозрачности озерные воды и разделяются на поверхностную, глубинную и придонную массы, общий же цвет воды желто-бурый. Внешние воздействия играют роль и в других случаях: ветер командует сгонно-нагонными явлениями и дрейфовыми течениями, отчасти сейшами, речной сток возбуждает стоковые течения и колебания уровня воды в озере, связанные с ее приходо-расходом. Исключительно велико значение в жизни озера физических свойств самой воды. Ее реакция на процессы нагревания и охлаждения служит причиной таких своеобразных явлений, как термическая стратификация, термический бар, почти полное поглощение лучистой энергии верхним четырехметровым слоем, образование ледяного покрова и т. п. Озеро не просто воспринимает извне то или иное количество тепла — оно распределяет его по своим правилам как в горизонтальном направлении, так и по глубине. Разность температур по акватории, сопровождаемая различием плотностей, приводит в открытой Ладоге к возникновению системы плотностных течений, особенно ярко выраженных летом. Течения эти движутся вокруг более холодных вод центральной части озера. Они выравнивают температурные контрасты в озере, содействуют более равномерному распределению биогенных элементов и в соответствии с этим более равномерному распределению планктона, а также других организмов, существование которых зависит от планктона. Когда возникает термический бар, контрасты по акватории озера усиливаются, потому что образуются теплоактивная и теплоинертная области, в каждой из которых изолированно друг от друга создается свое распределение температур, своя циркуляция, свои темпы развития планктона и т. п. Если термический бар прижат к берегу, он заставляет и загрязненные (сточные) воды распространяться вдоль берегов, непосредственно вблизи населенных пунктов; стало быть, сточные воды наибольший вред приносят весной и осенью. Каждый организм требует для нормальной жизни оптимальных или близких к оптимальным условий. Растворенным кислородом, азотом, железом, кремнием обитатели Ладоги все время обеспечены в количестве, не лимитирующем их развитие. Поэтому сезонные колебания планктона являются функцией наиболее изменчивого фактора — температуры. Оттого биологические сезоны, характеризуемые массовыми вспышками или обеднением планктона, хорошо согласуются с гидрологическими временами года. При этом вступает, конечно, в действие и пищевой фактор: обилие фитопланктона, порожденное теплом и светом, привлекает организмы, питающиеся мельчайшими водорослями; скопление растительноядных привлекает потребителей мелкого зоопланктона и зообентоса, а эти последние служат добычей хищников. Наиболее насыщена жизнью литораль, так как она более обогащена биогенными элементами, но отдельные ее типы предоставляют организмам разные условия существования, что зависит от степени прозрачности воды, ее динамичности (перемешивания, волнения), характера грунтов и т. п. Беднее всего литорали скалисто-глыбовая, галечная, крупнопесчаная, особенно если они подвержены действию прибоя. Литораль с тонкозернистыми грунтами лучше. Наиболее же богаты организмами густые заросли высшей водной растительности: здесь и грунты благоприятные, и пища в относительном изобилии. Исследователи Ладожского озера независимо друг от Друга, каждый для своих специальных целей, предпринимали разделение озера на районы. Границы этих районов полностью не совпадают, так как в основу их выделения положены разные признаки. Но какой бы признак ни брали, обычно обособляют каждый раз такие части озера, как северная, западная, южная, восточная и центральная. Стало быть, эти районы объективно намечаются не только по отдельным признакам, но и по всему их комплексу — лишнее свидетельство того, что совокупность отдельных природных компонентов образует целостную взаимосвязанную систему. О подобной связи — на этот раз между озером и его водосбором — говорит и тот факт, что и прибрежные ладожские ландшафты, в сущности, представлены четырьмя основными вариантами: северное побережье, западное, южное и восточное. Из-под их влияния ускользает только центральная, самая удаленная от берегов, часть озера. [1] Рубежом между позднеледниковым и послеледниковым временем, т. е. началом голоцена, считается возникновение пребореального Иольдиевого моря.
[2] По наблюдениям КЛЭ (правда, не охватывающим зимний период), глубина видимости в Ладожском озере не превышает 7—8 м. [3] Здесь и далее имеется в виду коэффициент прозрачности для белого света. [4] Так как озеро пресное, степень минерализации его воды во внимание не принималась. [5] Эта цифра примерно на 5 км3 меньше приведенной в сводной работе Л. К. Давыдова (1955). [6] Каждый год в озеро поcтупает 2,93 млн. т растворенных солей, из них 97% приносят реки. | |||||||||||||||||||||||