ДВА ОЗЕРА – ДВЕ СУДЬБЫ (повествование о Байкале и Танганьике)

к 90-летию кафедры гидробиологии МГУ

В этой статье речь пойдет о Байкале и Танганьике. Одно находится в Азии, в Восточной Сибири, другое – в Юго-Восточной части Африканского континента. Это два самых древних и крупных пресноводных озер. Они чем-то похожи друг на друга (если об озерах так можно сказать)  и могут конкурировать между собой по многим морфологическим показателям: размерам, объему воды, длине береговой линии, глубине и иным показателям. Они отличаются друг от друга только в одном. Байкальские воды (от поверхности и до самого дна) можно использовать в питьевых целях, тогда как воды Танганьики – только частично. Но об этом немного позже.

Оба озера имеют тектоническое происхождение и очень древний возраст. К примеру, возраст Байкала составляет где-то  25–35 млн. лет (южная часть озера еще более древняя). Возраст Танганьики – около 17 млн. лет. Располагается оно в глубочайшей тектонической впадине Африки, на высоте 773 метра над уровнем моря,  а Байкал – 457 м (рис.).

Эти два озера самые длинные на планете,  имеют гигантскую вытянутую серпообразную форму, простирающуюся с севера на юг. Байкал протянулся с северо-востока на юго-запад  в виде гигантского полумесяца, а Танганьика – с севера на юг (при желании в его форме также можно увидеть полумесяц). Длина Байкала – 636 км (ширина от 24 до 79 км), длина Танганьики – 676 км (средняя ширина – около 50 км).

Глубина Байкала составляет 1642 м (средняя 744 м), у Танганьики немного меньше – 1470 м (средняя 570 м). Объем воды Байкала около 24 тысячи км³, африканского собрата – около 19 тысяч км³. Длина береговой линии Байкала  – 2000 км, а у африканского озера – 1800 км.

У них даже близкие показатели по впадающим и вытекающим рекам. В Байкал впадают три крупные реки – Селенга, Верхняя Ангара и Баргузин, а вытекает – только одна – Ангара.  В Танганьику впадают крупные Рузиза и Малагараси и еще несколько более мелких рек, а выносит воды – одна Лукуга (в западной части озера). Лукуга впадает в Заир и далее в Атлантический океан. Ангара байкальскими водами питает Енисей, а тот – Северный Ледовитый океан. Прозрачность байкальских вод около 40 м, а вод Тангиньики – 30 метров. Так что эти два озера по многим своим морфологическим показателям достаточно близки друг к другу.

Древность двух озер и длительный период изоляции способствовали развитию  в них  большого количества эндемичных организмов.

В Байкале водится более 2600 видов и разновидностей животных и более 1000 видов растительных организмов. Около 40% растений и около 85% видов животных, обитающих в открытом Байкале, являются эндемиками, т.е. встречаются только в Байкале. Живые организмы в озере Байкал распространены от поверхности до максимальных глубин. Один из эндемиков, рачок эпишура, на долю которого приходится до 80% биомассы зоопланктона, является основным кормовым объектом для рыб. Кроме того, этот рачок является активным фильтратором, – потребляя микроскопические водоросли и иную взвесь, он активно очищает воду озера.

Байкальские черви – олигохеты, 85% из которых – эндемики, составляют 70-90% биомассы зообентоса, играют важную роль в процессах самоочищения озера. Они участвуют в минерализации органического вещества грунтов. Такое обилие донных организмов объясняется высоким содержанием кислорода во всей толще озера,  в том числе и на дне.

В озере насчитывается 58 видов рыб, из которых 27 нигде, кроме Байкала, не встречаются. Наиболее известные из них – омуль, сиг, хариус, таймень, осетр, голомянка.

В Байкале обитают два вида голомянок – большая и малая голомянки. Первая имеет размеры – до 25 см (самки) и 12 см (самцы). Малая голомянка значительно меньше. Голомянки являются живородящими рыбами (производят до 2000 мальков), обитают на больших глубинах (около 500 м). Это прозрачная рыба, ее тело на 35% состоит из жира, является кормовым объектом многих видов рыб и нерпы. Жир используется в медицинских целях и в качестве масла для ламп.

В Байкале встречается уникальное, типично морское млекопитающее – байкальская нерпа. Предполагается, что она попала туда из Ледовитого океана в ледниковый период по Енисею и Ангаре. В настоящее время в озере насчитывается несколько десятков тысяч нерп.

Флора и фауна Танганьики отличаются большим разнообразием. Тропический климат и теплая вода (25^оС) способствуют развитию многих видов животных, в том числе и экзотических. Здесь водятся крокодилы и гиппопотамы, большое количество водоплавающих птиц, ракообразных, моллюсков, в также – красивых аквариумных рыб. В Танганьике из 250 разновидностей обитающих в озере рыб, около 170 являются эндемиками, в том числе и рыбы из семейства Cichlidae (цихлид). Одни из них вылавливаются для пищевых целей, другие – для декоративных.

В глубоководном африканском озере Танганьика, так же как и в Байкале, насчитывается много эндемичных организмов. Из 1248 обитающих там видов, половина являются эндемичными. Это связано с древним возрастом озера. Кроме того, Танганьика на протяжении долгого времени была бессточным водоемом, поэтому ее животный мир развивался в изоляции от соседних водных объектов.

Рыбные запасы Танганьики являются главным фактором экономического благополучия  жителей этого региона. Однако экологическая ситуация вокруг озера из года в год становится все более напряженной. В воды Танганьики постоянно сбрасываются промышленные, сельскохозяйственные и бытовые отходы. Другой проблемой, угрожающей экосистеме Танганьики, в последнее время стала интродукция чужеродных видов растений. Из них наибольшую опасность представляет водяной гиацинт (лат. Eichhornia crassipes). Разрастаясь с большой скоростью, это растение покрывает поверхность озера плотным ковром, что препятствует доступу солнечного света в толщу воды, а также нарушает естественный кислородный режим водоема. Это приводит к гибели некоторых обитающих в озере аборигенных организмов, и создает препятствия для судоходства.

Мы уже отмечали, Танганьика, несмотря на морфологическое сходство с Байкалом, отличается от него своими водами. Это связано с тем, что жизнь в Танганьике, несмотря на огромную глубину, сосредоточена только в поверхностном слое, до глубины 200 метров. Только этот слой воды пригоден для обитания рыб, ракообразных, червей, гиппопотамов, водорослей и иных организмов. Нижележащие воды безжизненны из-за наличия сероводорода, губительного для всего живого (кроме, конечно, бактерий). Соответственно, такие воды непригодны для питья. Основная причина – высокая температура поверхностных вод озера.

Аналогичное явление наблюдается и в Черном море. Там тоже, на глубинах более 150-200 метров жизнь отсутствует из-за наличия сероводорода. Но в Черном море причина другая, связана с низкой соленостью поверхностных вод.

Давайте попытаемся разобраться в причинах этого явления. Известно, плотность воды зависит от нескольких основных факторов: температуры, солености и давления. Чем выше температура воды, тем вода легче, но максимальной плотности она достигает при температуре 4^оС. «Ледяная» вода легкая, затем при повышении температуры, ее плотность увеличивается. При 4^оС она достигает своего максимума. Далее по мере повышения температуры воды, ее плотность понижается.

С повышением солености плотность воды также увеличивается. В Черном море за счет мощного речного стока (Дунай, Днепр, Днестр и др.) поверхностные воды имеют соленость около 17-18 промилле (количество солей в литре воды; обозначается значком ‰), а глубже 200 метров – 22-24‰. Опресненные, более легкие воды лежат на более плотных, тяжелых водах. Черное море замкнутое, и перемешивание в нем осуществляется слабо. В результате, ниже 150-200 м воды насыщены сероводородом, и жизнь в них отсутствует (за исключением разве что, бактерий). В Черное море могучие реки в течение многих веков, а может быть и тысячелетий, приносили и приносят воды, богатые органическим веществом и минеральными солями. Это способствует развитию морских водорослей и других организмов. Как всякие живые существа, они отмирают и оседают на дно, разлагаются бактериями в анаэробных условиях с образованием сероводорода.

Чтобы было более понятно, приведем в качестве примера изготовление коктейля «кровавая Мэри». В бокал наливают томатный сок, затем, осторожно – водку. Алкогольный напиток, как более легкий, «лежит» на поверхности более тяжелого томатного сока, не смешиваясь с ним. Если его не трогать, в таком состоянии он будет находиться достаточно долго.

В верхнем слое Танганьики температура воды колеблется от 24 до 30 градусов (в среднем 25°C), с глубиной температура понижается до 6-8 градусов. Верхние теплые (а, соответственно, легкие) слои воды лежат, как на перине, на более холодных, практически не перемешиваясь с ними (а если перемешиваются, то очень слабо). Кроме того, глубинные воды более плотные за счет давления и представляют собой подобие «монолита», что тоже вносит свою лепту в уменьшение перемешивания вод. Из-за этого образуется анаэробный слой воды, первопричиной которого являются температурные условия.

Все, что находится в верхнем слое озера, рано или поздно оседает на дно, обогащая его органическим веществом. На дне оказываются микроскопические водоросли, зоопланктон, водные растения, рыбы, крокодилы и прочие, а также различные загрязнения, о которых говорилось выше. Все это разлагается в анаэробных условиях с образованием сероводорода.

Так что озеро Танганьика хотя и огромное, но использовать его воды в полном объеме достаточно сложно.

Теперь давайте вернемся к Байкалу. Его воды богаты кислородом, от поверхностных слоев до самых глубинных. Даже поровые воды донных осадков на глубине одного километра содержат до 10 мг кислорода в литре. Это во многом связано с тем, что вода Байкала очень холодная. Температура поверхностных слоев даже летом не превышает 8-9°C, и только в отдельных мелководных заливах достигает 15°C. Температура глубинных слоев – всегда остается в пределах 4°C.

Вода в озере настолько прозрачна, что отдельные камни и различные предметы видны на глубине 40 м (см. рис.). Это обычно бывает весной. Летом и осенью развиваются растительные и животные организмы, из-за чего прозрачность воды снижается. В период ледостава (с начала января до начала мая) Байкал замерзает практически целиком. Период судоходства для судов обычно открыт всего четыре месяца, с июня по сентябрь.

Байкальская вода чрезвычайно прозрачна

К концу зимы толщина льда на Байкале достигает 1 м, в заливах – до 1,5-2 метров. При сильном морозе образуются трещины, которые разрывают лед на отдельные поля. Длина таких трещин – десятки километров, а ширина – несколько метров. Такие разрывы сопровождаются громовым треском, напоминающим раскаты грома. Благодаря трещинам во льду рыбы и нерпа получают доступ к кислороду. Байкальский лед, кроме того, очень прозрачен, и сквозь него проникают солнечные лучи, поэтому в воде бурно развиваются микроскопические водоросли, выделяющие кислород.

Будучи на Байкале зимой, мне пришлось самому убедиться в этом. Лег на лед, толщина которого была не менее 70 см, прикрыл рукой глаза, чтобы свет не мешал смотреть, увидел, как на меня с другой стороны льда смотрели рыбы. Почти, как в домашнем аквариуме. Прозрачность льда часто приводит новичка в замешательство. Из-за высокой прозрачности кажется, что лед тонкий и по нему опасно ходить, не то, что ехать на машине. На самом деле толщина такого льда достигает одного метра и выдерживает вес грузового автомобиля.

Лед Байкала (видны небольшие трещины)

Озеро Байкал обладает уникальным гидрологическим режимом. Водообмен происходит во всей водной толще. Поверхностные воды опускаются вдоль почти вертикальных склонов впадины и достигают дна. В срединной части озера происходит подъем вод со дна к поверхности. Время водообмена всего озера – 8–11 лет. По этой причине вся водная толща насыщена кислородом. На первый взгляд может показаться, что это осуществляется очень медленно, но если учитывать совокупность всех факторов, то этого времени вполне достаточно для формирования благоприятного кислородного режима.

Кроме того, вертикальный и горизонтальный водообмен, разнонаправленность течений на разных глубинах, наличие донных течений обеспечивают интенсивное перемешивание вод в пределах котловины и создают однородность водной толщи.

Еще одна уникальная особенность Байкала обусловлена развитием фитопланктона. В водоемах средней полосы России и других стран в конце зимы подо льдом часто наблюдается недостаток кислорода, что порой приводит к гибели рыб и других организмов. Весеннее развитие водорослей обычно начинается при температуре воды около 5^оС, а массовое их развитие – спустя еще 1,5–2 месяца (т.е. после того, как вода полностью перемешалась). Еще раз отмечу, перемешивание вод осуществляется при температуре 4^оС. Богатая кислородом тяжелая вода опускается на дно водоема и выдавливает на поверхность менее плотные воды. За счет такого перемешивания и происходит обогащение кислородом всей толщи вод.

В Байкале максимальное развитие фитопланктона, в отличие от других водоемов, происходит непосредственно подо льдом при температуре воды около 1^оС. В это время за счет фотосинтеза концентрация кислорода в 100-метровой толще воды значительно повышается, становится даже выше, чем в период открытой воды. Толща льда не дает ему «улететь» в атмосферу. Когда температура воды повышается до 4^оС и начинается естественное перемешивание вод, весь этот кислород, в конечном счете, оказывается в глубинных слоях озера. Наличие большого количества кислорода в воде дает возможность организмам (и в первую очередь бактериям) полностью разрушать загрязняющие вещества.

В байкальских водах очень мало растворённых и взвешенных минеральных веществ, ничтожно мало органических примесей, и много кислорода. Поэтому на их окисление природе не приходится тратить большие количества кислорода.

Байкальские воды холодные, в них нельзя купаться, в отличие от теплых водТанганьики, но благодаря этому Байкал является резервуаром питьевых вод на многие тысячелетия.

При реализации проекта использованы средства государственной поддержки, выделенные в качестве гранта в соответствии c распоряжением Президента Российской Федерации от 29.03.2013 № 115-рп») и на основании конкурса, проведенного Обществом «Знание» России.

А.П.Садчиков,
Московское общество испытателей природы
https://www.moip.msu.ru
aquaecotox@yandex.ru

Фото и некоторые цифровые материалы из: https://ru.wikipedia.org/wiki/%C1%E0%E9%EA%E0%EB

.
.
.