Откуда он берется

Как известно, пресная вода обладает наибольшей плотностью при температуре 4 градуса, а замерзает при нуле. Именно поэтому лед встает на поверхности, а вся толща воды подо льдом имеет температуру от 0 до 4 градусов, причем наиболее теплые и следовательно, тяжелые слои располагаются ближе ко дну (Рис. 1). Конечно, подобная картина - ее называют обратной стратификацией - наблюдается только в малопроточных или стоячих водоемах. Там где есть течение, происходит перемешивание воды, и температура по всей толще более-менее выравнивается. Весной, после распаления льда, солнце начинает нагревать верхние слои воды они становятся тяжелее и опускаются вниз. Это перемешивание продолжается до тех пор, пока вся толща воды не прогреется до 4 градусов. С дальнейшим нагреванием плотность воды уже не растет, а уменьшается, и более теплые поверхностные слои больше не погружаются вниз а остаются сверху. Наступает состояние прямой стратификации, когда по мере погружения в глубину термометр будет показывать все более низкую температуру.

Вопрос в том, равномерно ли падает температура с глубиной, или это происходит скачкообразно. Попробуем смоделировать процессы которые происходят весной в водной толще. Для этого возьмем достаточно глубокий сосуд с водой, подождем, пока вода в нем станет комнатной температуры, и начнем нагревать ее поверхность, например с помощью обычной лампочки (Рис. 2а). Получая тепло от лампочки, верхние слои воды будут за счет диффузии отдавать часть этого тепла вниз, более холодным слоям, а те, в свою очередь, еще ниже, и в итоге установится прямая стратификация: температура воды будет равномерно падать от поверхности ко дну сосуда. Есть, правда, другие факторы, помимо плотности воды, которые также могут вмешиваться в процесс (испарение воды с поверхности, теплопроводность стенок сосуда и т.д.), но поскольку наш эксперимент мысленный, то они нам и не помешают. Описанный сосуд с лампой вполне можно было бы сравнить природным водоемом поверхность которого нагревается солнцем, если бы не одно отличие. Большинство настоящих водоемов в той или иной степени испытывает на себе воздействие ветров, которые перемешивают поверхностные слои воды, и это перемешивание имеет очень важные последствия. Добавим в нашу модель вентилятор и посмотрим, что же произойдет с водой в сосуде, если на нее начнет дуть ветер. Под воздействием ветрового волнения верхние слои воды начнут перемешиваться (Рис. 2б), и температура в пределах этих слоев выровняется. Но ниже этой зоны перемешивания, в той части сосуда, куда не достигает воздействие ветра, картина останется прежней: температура там будет равномерно падать по направлению ко дну. Таким образом, с помощью электролампочки и вентилятора мы создали в нашем экспериментальном сосуде три слоя воды которые резко различаются между собой по температурным параметрам.
Верхний, самый теплый слой, с примерно одинаковой по всей его толщине температурой.
Нижний, наиболее глубокий и холодный слой, в котором температура равномерно падает в направлении ко дну.
Тонкий пограничный слой, расположенный между первым и вторым, в пределах которого температура резко изменяется от теплой наверху к холодной внизу. Вот этот пограничный слой, внутри которого происходит скачок температуры, и есть не что иное, как термоклин, или, как еще его часто называют, слой температурного скачка. Слой воды над термоклином принято называть эпилимнионом, слой ниже термоклина - гиполимнионом, а сам термоклин иногда называют металимнионом. Все эти термины имеют греческие корни и буквально, хотя и не слишком благозвучно, их можно перевести как «верхнеозерье», «нижне-озерье» и «среднеозерье» Итак, как следует из наших мысленных опытов, для возникновения в водоеме термоклина необходимы два главных условия солнечное тепло и ветер. Если ветра нет, или если водоем имеет высокие берега, хорошо защищающие его поверхность, то перемешивания верхних слоев воды происходить не будет, и ее температура будет равномерно, без всяких скачков, падать в направлении ко дну - ситуация, которую отражена на Рис. 2а. Здесь, однако, нужно сделать небольшое, но важное уточнение: на самом деле некоторое перемешивание верхнего слоя воды может происходить и без всякого ветра - в результате его остывания ночью или при смене теплой погоды на холодную Действительно, когда вода на поверхности охлаждается, плотность ее возрастает, и она начинает опускаться вниз, до тех пор пока не достигнет слоев с такой же как у нее температурой (и плотностью). Одновременно подлежащие, пока еще более теплые слои «выдавливаются» наверх, чтобы затем тоже отдать свое тепло ночному воздуху и в свою очередь опуститься ниже. С возвращением тепла все повторяется только в обратном порядке.

Таким образом чередование дня и ночи или жаркой и прохладной погоды также вызывает перемешивание верхних горизонтов водной толщи, но на значительную глубину этот процесс не распространяется и роль его по сравнению с ветровым перемешиванием невелика. Однако солнце и перемешивание верхнего слоя воды - условия хоть и необходимые для появления термоклина, но недостаточные. Решающее значение в этом смысле играет еще и глубина водоема. Как нетрудно понять, глядя, например, на Рисунок 2б, она должна быть больше, чем глубина, на которую проникает ветровое перемешивание. В противном случае для слоя термоклина попросту не остается места.

Превращения термоклина

В водоемах средней полосы термоклин возникает, как правило, в начале июня. Глубина его «залегания», то есть мощность эпилимниона, сначала небольшая. Например, в озере Глубоком под Москвой она составляет 1,5-2 метра, в Плещеевом озере -2-4 метра. Однако по мере прогревания эпилимниона в течение лета термоклин постепенно опускается глубже. Так, в Глубоком к сентябрю он погружается на глубину 7-8 метров, в Плещеевом озере - на 10-12 метров, а в Онежском озере к концу лета верхняя граница термоклина может проходить на глубине 30-50 метров. Толщина самого термоклина составляет в среднем 3-4 метра. Перепад температур на верхней и нижней его границах может доходить до 10 градусов и даже больше.

Хотя наличие ветров необходимо для возникновения термоклина, но этот же фактор может его и разрушать. Например, на Рыбинском водохранилище из-за частых сильных ветров и огромных открытых пространств перемешивание воды проникает на значительные глубины и обычно разрушает термоклин на тех участках, где он успел образоваться. Если ветер не слишком сильный или дует недолго, то его воздействие проявляется в том, что зона термоклина опускается ниже. Хорошей иллюстрацией «жизни» термоклина могут служить измерения, проводившиеся гидрологами на Рыбинском водохранилище в 1956 году. Весна тогда была поздней, и полное перемешивание воды установилось в центральной части водохранилища только 1-2 июня при температуре 6-9 градусов. С 3 июня начался интенсивный прогрев верхних слоев, и 4 июня на глубине 1-1,5 м появился термоклин, который к 7 июня опустился уже на глубину 3-4 м. С 10 июня начался сильный, свыше 4 баллов, ветер, который вызвал интенсивное перемешивание воды, что способствовало опусканию термоклина еще глубже - до 7-8 метров. К 13 июня вся толща воды на участках водохранилища глубиной до 8 м имела одинаковую температуру около 15-19 градусов, и никакого температурного скачка там не наблюдалось. Однако на участках с глубинами от 10 м вода оставалась не теплее 10 градусов, и там присутствовал хорошо выраженный термоклин, верхняя граница которого проходила на глубине 8-9 м.

Другими словами, температурное расслоение воды в водоеме - система очень подвижная. Ее параметры - мощность слоев и перепады температуры внутри и между ними - могут быстро меняться под воздействием погодных факторов и даже просто в результате суточных колебаний температуры воздуха.

Термоклин и рыбы

Обладателям приличных эхолотов, показывающих на дисплее зону термоклина, хорошо известно, что рыба в большинстве случаев обнаруживается только выше температурного скачка. Что же ей мешает опуститься под него, в зону гиполимниона? В популярной литературе часто пишут, что скорость изменения температуры воды внутри термоклина составляет около 1 градуса на каждый метр глубины. Это, однако, неверно. На самом деле перепад температуры может быть гораздо более значительным - не предел даже 10 градусов на метр. Понятно, что для рыбы пересечение зо- ны с таким скачком температуры - дело крайне не комфортное. Неслучайно аквариумисты, пересаживая рыб из аквариума в аквариум, так тщательно следят за тем чтобы температура в них была одинаковая С другой стороны, хотя сам по себе перепад температуры несомненно служит для рыб определенной преградой, но и переоценивать его значение тоже не следует. Например, ряпушка в озере Плещеево совершает вертикальные миграции с глубины в эпилимнион и обратно, благополучно проходя за несколько минут зону перепада температуры с 7-9 до 15-16 градусов. Снеток в Рыбинском водохранилище преодолевает температурный скачок и вовсе от 4-8 до 16-20 градусов. Подобные примеры известны и у других видов рыб. Так что температура - не самое неудобное для рыб свойство термоклина. Гораздо существеннее кислородный режим, который устанавливается в эпи- и гиполимнионах и в самом термоклине.

Вода в водоемах насыщается кислородом, во-первых, за счет его поступления через поверхность из атмосферы и, во-вторых в результате фотосинтеза водных растений, одним из продуктов которого кислород как раз и является. Понятно, что оба эти источника действуют почти исключительно в пределах эпилимниона, тогда как на глубинах ниже термоклина кислороду взяться практически неоткуда - для фотосинтеза темно, а обмен с эпилимнионом очень незначителен. Тот же кислород, который попал на глубину в период весеннего перемешивания воды, тратится на дыхание донных и придонных животных, а также на процессы окисления и гниения отмерших водорослей и прочей донной органики, которые с прогревом воды идут все активнее. Все это приводит к тому, что в водоемах с устойчивым термоклином в гиполимнионе и в самом термоклине возникает крайне неблагоприятный для рыб кислородный режим. Именно это и является главной причиной, из-за которой большинство рыб избегает находится ниже границы эпилимниона. И здесь самое время упомянуть еще об одном важном свойстве термоклина. Если посмотреть на линию термоклина, так как ее показывают хорошие модели эхолотов, то можно заметить, что на ее форму совершенно не влияют какие-либо неровности дна. Это обстоятельство имеет для рыб очень большое значение. Как мы видели, дефицит кислорода, возникающий летом ниже термоклина, вынуждает рыб держаться выше его границы, то есть в толще воды. Для многих видов, таких как судак, крупный окунь, щука, лещ и некоторые другие, - это не самое комфортное положение. Поэтому если на дне водоема имеются возвышения, которые поднимаются над уровнем термоклина, то они начинают работать как своего рода концентраторы рыбы. Именно по этой причине ловля на «пупках» или на приподнятых выше термоклина «столах» и бывает столь успешной.

Вместе с тем, говоря о дефиците кислорода в глубоких слоях воды ниже эпилимниона, нужно иметь в виду, что возникает он не сразу после установления температурной стратификации, а с некоторым запаздыванием. В озере Плещеево, например, это происходит в середине или даже в конце июня, хотя термоклин возникает иногда уже в конце мая. На какое-то время кислорода, «набранного» во время весеннего перемешивания, в гиполимнионе еще хватает, но потом на глубинах свыше 12 м содержание кислорода может упасть почти до нуля, что сразу сказывается на распределении в толще воды рыб и зоопланктона. В частности ряпушка уже не опускается ниже термоклина и горизонт ее обитания вплоть до осени ограничивается слоем 4-12 м Но существуют также водоемы - обычно это холодные и глубокие озера, - в которых термоклин присутствует, а дефицита кислорода в гиполимнионе вообще не наблюдается. Кстати, еще лет 80 назад таким озером было и Плещеево, и ряпушку там круглое лето добывали с глубин 15-18 метров. Условия рыбалки в таких озерах несколько другие, так как рыбы там активно пересекают термоклин в течение всего лета. Для чего - другой вопрос, о котором лучше поговорить как-нибудь отдельно.

В целом же можно сказать, что если рыбалка происходит в летнее время на водоеме без течения, то температурное расслоение воды - это один из тех факторов, которые обязательно надо учитывать, определяясь с тактикой ловли. И это может служить весомым аргументом за то, чтобы всегда иметь при себе эхолот с термоиндикацией, или на худой конец специальный подводный термометр.