Режим растворенных газов и биогенных веществ

Так 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 (14-14,8 мг/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 тонн 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.