А.Цессарский. Термоклин. Влияние температуры воды на рыбу

Как термоклин может повлиять на клев рыбы и на рыбалку в целом? Почему ловить рыбу на водоемах без течения летом нужно с учетом температурного расслоения воды...

Главная страница ✦ Эхолоты ✦ Что такое термоклин Термоклины как магнит притягивают рыбу в определенное время года, и именно эхолот поможет нам там найти рыбу. Температура в озере редко одинакова от поверхности до дна. Обычно присутствует теплый уровень воды и холодный уровень. То место где эти слои встречаются, называется термоклин. Глубина и толщина термоклина может измениться с сезоном или временем дня. В некоторых случаях с глубиной температура может понижаться больше чем на 10 градусов всего за полметра глубины. Таким образом, можно запросто зависнуть так, что ваш торс будет находиться в комфортных условиях, а ваши ноги будет сводить от холода. Такое расслоение, или, как еще говорят, стратификация водной толщи, возникает не во всех водоемах. Необходимое условие – отсутствие перемешивания водной массы и достаточная глубина. Соответственно, стратификация наблюдается в водоемах более-менее глубоких, хотя бы метра три-четыре, в которых нет или почти нет течения и которые не подвержены воздействию ветров. Ветровое волнение перемешивает водную толщу и «убивает» таким образом термоклин. Например, на Рыбинском водохранилище термоклин хотя и возникает, но постоянно разрушается именно из-за частых и сильных ветров. (Рис 1) Температурное расслоение воды является одним из главных факторов, который определяет условия существования рыб и других водных животных в летний период. И дело здесь не только в температуре. Не всегда, но как правило, слои воды, расположенные ниже термоклина, содержат мало растворенного кислорода и, наоборот, много сероводорода, СО2 и других токсичных для рыб газов, образующихся в результате разложения придонной органики. Это и является главной преградой, не позволяющей большинству рыб использовать в летнее время всю толщу водоема. В крупных водохранилищах щука, например, хотя и встречается под термоклином, но она там не активна и, скорее всего, либо переваривает пищу, либо просто «проводит время» между выходами на охоту. Для судака, который всегда тяготеет к субстрату, ко дну, а если и встречается в толще воды, то по необходимости, в основном охотничьей, термоклин еще большая проблема. Именно расслоение воды вынуждает судака концентрироваться летом на различных пупках и косах, которые возвышаются над уровнем термоклина. Важнейшее для подводных обитателей – и для дальнейшего изложения – свойство пресной воды состоит в том, что наибольшей плотностью она обладает при температуре 4 градуса по Цельсию. То есть вода температурой 4 градуса самая тяжелая, и в водоеме она будет занимать самые глубокие нижние слои. Все, что теплее или холоднее, будет располагаться выше. Осенью вода начинает остывать. Начинается этот процесс с поверхности, которая к этому моменту прогрелась за летние месяцы. Остывая, вода делается более плотной и опускается вниз, выталкивая наверх подлежащие слои (Рис 2). По мере дальнейшего остывания этот процесс захватывает все более глубокие слои и, наконец, когда температура на поверхности становится такой же, как в наиболее глубоких слоях водоема, происходит полное перемешивание водной массы. Бедные кислородом, но «богатые» сероводородом и CO2 придонные слои выталкиваются наверх, а вместе с ними поднимаются и продукты разложения придонной органики. Именно по этой причине в период «осеннего переворота» вода ни с того ни с сего может стать мутной, а на водоеме иногда ощущается отчетливое зловоние. Для рыб


это непростое время. Если холодает резко, то перемешивание происходит настолько быстро, что рыбы не успевают уйти в более благоприятные условия и погибают. Именно «осенний переворот» является причиной массовых осенних заморов, известных на многих малопроточных и богатых органикой водоемах. Но даже если замора не случилось, рыба покидает места летних стоянок и разбредается по всему водоему, выискивая участки, где условия газового режима более благоприятны. Это могут быть устья притоков, участки с донными ключами или мелководные заливы, которые не затронуло перемешивание воды. Кстати, именно поэтому осенью можно попасть на короткий период, когда под берегом, на мелководье, ловится трофейная щука и другая крупная рыба. Начало осеннего переворота можно определить, если измерять температуру воды хотя бы на поверхности. Для средней полосы переломной является температура в 10–12 градусов. Если вода остыла до этих значений – будьте готовы к тому, что привычную тактику поиска и ловли рыбы придется менять. Перемешивание воды продолжается в водоеме до тех пор, пока поверхностные слои не остынут до 4 градусов. К этому моменту наступает состояние гомотермии – когда по всей толще вода имеет одинаковую температуру и плотность (Рис 3). После этого снова начинается процесс расслоения водной массы, но расслоения иного, нежели летом. Окончательно оно сформируется уже зимой, после ледостава.

Суть термина

По сути, термоклин – средний слой воды с переменной температурой, разница на верхней и нижней границе которого может достигать десяти градусов. Образуется он из-за воздействия трех природных факторов:

  • солнечного нагрева;
  • ветра;
  • смены дня и ночи.

Формируется термоклин в середине лета в стоячих водоемах, где отсутствует важный фактор, влияющий на жизнь рыб – течение. Таким образом, разговор можно вести о таких локациях:

  • пруд;
  • озеро;
  • карьер;
  • водохранилище;
  • речной тиховодный залив;
  • старица речного русла.

Термоклин в жидком грунте

Морская техника в современном мире выполняет множество задач — от подводного патрулирования до доставки важных грузов в места бедствия. Ее работа основывается на множестве физических законов, часть из которых человечество сумело успешно использовать при проектировании и эксплуатации кораблей различных классов. Некоторые же пока не удается не только использовать, но и понять. «Лента.ру» выбрала наиболее интересные физические явления, с которыми сталкиваются моряки.

Читайте также:  База отдыха «Ермак» – стоимость номеров и особенности рыбалки

С появлением мощных силовых установок, позволяющих кораблям развивать скорость в несколько десятков узлов, моряки столкнулись с эффектом, при котором через некоторое время разрушалась поверхность гребных винтов, ухудшая их характеристики. С этим же явлением сталкиваются моряки и сегодня. Речь идет о кавитации, физическом явлении, при котором в воде позади лопастей и на их задней кромке образуются мельчайшие пузырьки, заполненные паром. Это происходит из-за резкого снижения давления воды позади лопастей винта. Вскоре после образования пузырьки схлопываются. Возникает ударная волна. От каждого пузырька в отдельности она совсем маленькая, однако, помноженная на количество этих пузырьков при длительной эксплуатации она приводит к разрушению конструкции винтов.

Процесс кавитации в воде

Фото: afnt.com.ua

1/2

Помимо разрушения конструкции, кавитация вредна и сильным шумом, который при эксплуатации подводных лодок может выдавать их местонахождение противнику. Однако инженеры научились использовать кавитацию и во благо. В частности, именно на принципе кавитации работает реактивная торпеда «Шквал». В носовой ее части устанавливается специальное устройство ─ кавитатор. При движении в воде это устройство формирует вокруг торпеды газовую каверну, благодаря которой снижается сопротивление воды и, как следствие, увеличивается скорость боеприпаса — твердотопливный ракетный двигатель «Шквала» может разгонять торпеду до 200 узлов (около 370 километров в час).

Рядом с кавитацией стоит явление гидравлического удара — собственно, в большей степени именно из-за него происходит повреждение движущихся металлических конструкций. Гидравлический удар представляет собой резкий скачок давления в жидкости, причиной которого является быстрое изменение скорости ее течения. Такое же явление возникает при взрыве боевой части торпеды в воде, из-за чего воздействие боеприпаса на цель усиливается. Гидравлический удар изредка встречается и на подводных лодках при дифферентовке, когда при перекачке балластной воды из цистерны в цистерну оператор допускает ошибку и перекрывает неправильный клапан. Гидроудар называли одной из причин аварии на Саяно-Шушенской ГЭС 17 августа 2009 года.

Повреждения немецкой подводной лодки U-250

Фото: uboat.net

Основной причиной полученных повреждений стал гидравлический удар от взрыва глубинной бомбы над палубой корабля.

1/2

Знакомо флоту и понятие «волн-убийц», которые также известны как «блуждающие волны» или «белые волны». Они представляют собой большие одиночные волны высотой до 30 метров. В отличие от других крупных волн, например, цунами, предсказать появление волн-убийц невозможно. Они возникают буквально ниоткуда и способны потопить корабль за считанные минуты. Причины возникновения таких волн пока не установлены. По одной из гипотез, «белые волны» возникают из-за разницы в электрических потенциалах разных слоев воды: верхний слой, насыщаясь кислородом, набирает положительный потенциал, а глубинный ─ отрицательный. При «разрядке», как во время грозы, начинается движение больших масс воды.

Танкер «Рамапо»

Читайте также:  Ловля окуня на жерлицы зимой – флажки и поставушки

Фото: ВМС США

7 февраля 1933 года танкер «Рамапо» типа «Патока» ВМС США в ходе плавания в северо-западной части Тихого океана столкнулся с самой большой волной-убийцей из когда-либо зарегистрированных. Высота волны составила 34 метра. Корабль получил серьезные повреждения, однако остался на плаву и позднее был отремонтирован. В 1946 году «Рамапо» вывели из состава ВМС США.

1/2

В подводном флоте хорошо известно другое явление, получившее название термоклина. Оно проявляется в виде резкого снижения или повышения температуры слоя воды. Такие слои, имеющие резкие температурные отличия, возникают из-за плохого перемешивания воды. Термоклин может возникать при увеличении стока теплых вод в море или при таянии ледников. Слои с резко отличной температурой обычно располагаются в море на глубине не более 200 метров и существуют относительно недолго, но бывает и глубоководный термоклин. Он начинается на глубинах более двух тысяч метров и способен существовать достаточно долго. Подводники научились использовать термоклин для скрытия позиции субмарин: отличающийся по температуре слой воды способен отражать звуки, поступающие извне, и экранировать шумящую подлодку, которая находится внутри него.

Глубинные и температурные характеристики термоклина

Изображение: automne-catsat.cls.fr

1/2

Непосредственно с термоклином связано и явление пикноклина, в среде подводников именуемого «жидким грунтом». Это явление представляет собой резкий скачок плотности воды на глубине. Увеличение плотности слоя воды объясняется либо значительным отличием его температурных характеристик от окружающей воды (то есть термоклином), либо его повышенной соленостью. Подводники иногда используют «жидкий грунт» для фиксации подводной лодки на определенной глубине ─ это называется «покладкой на жидкий грунт». При этом процессе корабль удифферентовывают с остаточной плавучестью практически до нуля, а затем погружаются или всплывают с небольшим дифферентом. Прекращение или замедление погружения или всплытия говорит о попадании в пикноклин. Затем в уравнительную цистерну принимают небольшое количество воды, и лодка оказывается надежно лежащей на «жидком грунте».

Пикноклин (красный) на графике давлений в разных слоях морской воды

Изображение: icess.ucsb.edu

Процесс образования

Рассмотрим процесс образования термоклина подробнее.

Внимание! Самая высокая плотность у воды наблюдается при температуре в 4 градуса по Цельсию.

Когда весеннее солнце растопит лед, в водоеме начинается активное перемешивание слоев. Верхняя вода становится тяжелее и опускается ближе ко дну, нижняя – поднимается. Это явление, его еще называют обратной стратификацией, проистекает до того момента, когда температура достигнет четырех градусов и выровняется по всей толще.

Читайте также:  Ловля малька. Как насаживать малька и хранить.

При дальнейшем повышении температуры естественного перемешивания не происходит из-за того, что плотность воды перестает расти, а естественным образом уменьшается. Наступает так называемая прямая стратификация, когда чем глубже, тем холоднее.

Теперь рассмотрим влияние ветра. Под его воздействием в верхнем слое вода перемешивается и выравнивается по температуре. В то же время на придонный горизонт его воздействие нулевое, там остается так же холодно.

Между слоями остается тонкая полоска воды с переменной температурой, постоянно уменьшающейся с глубиной. Именно этот горизонт ученые и называют термоклином.

Таким образом, в летнем водоеме мы наблюдаем такую картину:

  • Сначала идет верхний, самый теплый слой, с примерно выровненной по толщине температурой.
  • Затем расположен тонкий пограничный слой – термоклин, в пределах которого температура резко изменяется от теплой наверху к холодной внизу.
  • Нижний, наиболее глубокий и холодный слой, в котором температура равномерно падает с увеличением глубины.


Примерное распределение воды с разными температурами при термоклине

Верхний слой ученые называют эпилимнионом, термоклин – металимнионом, нижний – гиполимнионом. В переводе с греческого языка эти термины означают:

  • верхнеозерье;
  • среднеозерье;
  • нижнеозерье.

Важно! В водоемах, на которых влияние ветра минимально: крутые берега, густая растительность, – термоклин практически никогда не образуется.

Также отсутствует термоклин и в неглубоких прудах и заливах, где ветровое перемешивание воздействует на всю толщу воды и температурное расслоение не наблюдается.

⛵ Рождение термоклина

Во время теплого времени года через поверхность воды проникает увеличенное количество солнечного света. Он преобразуется в тепловую энергию, и верхний слой воды начинает медленно нагреваться. Как только температура воды достигает температуры окружающего воздуха, она начинает расширяться. Такое расширение приводит к тому, что плотность воды падает. Соответственно падает и ее вес. Солнце не может прогреть более глубокие слои воды до той же температуры, до которой нагревается вода у поверхности. Эта более холодная, более плотная вода фактически тяжелее, чем поверхностные слои. Эта разница в весе и приводит к формированию термоклина. Не смешиваясь, теплые водные массы поднимаются вверх над более плотными холодными слоями, образуя границы резких перепадов температуры. Можно сказать, что теплая вода плавает на поверхности холодной воды, словно разлитое подсолнечное масло. Как правило, термоклины возникают в водоемах со спокойной водой, таких как карьеры, пруды и озера. Они могут возникать и в океане, но обычно в таких случаях из-за сложных течений и других факторов с глубиной температура падает более устойчиво и не так резко. В глубоких озерах может иметься два или больше термоклина. Это важно, потому что многие хищные разновидности рыбы любят находиться чуть выше или чуть ниже термоклина. Вероятно, что малек чаще находится выше термоклина, в то время как крупная хищная рыба, охотящаяся на него, стоит чуть ниже термоклина. К счастью это различие в температурах может быть замечено на экране эхолота. Чем больший температурный дифференциал, тем более плотный термоклин виден на экране. Холодная вода плотнее теплой, и этой разницы в плотностях зачастую достаточно для отражения падающего ультразвукового импульса. Погрузившиеся на дно мусор и обломки конструкций, а также водоросли могут пересекать термоклины, повышая тем самым вероятность того, что дно под термоклиной можно будет увидеть на экране эхолота. Годами я вглядывался в слабенькое эхо, отраженное от термоклина, пытаясь разглядеть дно под ней, и видел лишь горизонтальную полоску мерцающих пикселей. Один раз на озере мне встретился мощный термоклин, который мой эхолот воспринял как самое настоящее дно. Иногда на экране эхолота вся рыба видна на той же самой глубине, где должен был виден термоклин. По неизвестным причинам, — а это может быть особый уровень освещенности, концентрации ионов водорода, кислорода, или особая интенсивность космического излучения, — в некоторые дни эхолот может видеть водную толщу на невероятную глубину и тогда никакие советы Вам не смогут помешать. Плотность воды меняется с изменением температуры, а в озере вода охлаждается по направлению от поверхности к нижним слоям воды. При температуре 4 градуса, вода обладает наибольшей плотностью, и, когда температура верхних слоев воды достигает этой температуры, плотные слои опускаются на дно. В начале зимы поверхность воды начинает охлаждаться, и температура 4 (град. С) распространяется от дна по направлению к поверхности, распространяясь на все большие слои воды. После того как вода в озере примет температуру 4 (град. С), последующее охлаждение верхней массы воды приводит к появлению менее плотных, но более холодных слоев. После того как поверхность воды охлаждается до 0 (град. С), начинает формироваться слой льда. Поскольку лед является плохим проводником тепла, его присутствие снижает скорость, с которой происходит охлаждение нижележащих слоев воды. По этой причине озера в умеренной зоне редко промерзают от поверхности до самого дна. термоклин резко разграничивает водные слои, преодолевать которые рыбе не так легко. Разные виды рыб выбирают разные уровни воды, где им находится, на теплых верхних этажах или внизу в прохладе речного подвала. Термоклин также не постоянно присутствует в толще воды. Там где сильное течение, где нет большой глубины, где слои воды постоянно перемешиваются, там термоклин отсутствует и поэтому он не является единственным фактором влияющим в жаркую летнюю пору на поведение и активность рыбы.

Развитие термоклина

Образование термоклина в водоемах средней полосы начинается примерно в конце мая. Сначала его верхняя граница находится на глубине в 1,5-2 метра. Многие при купании замечали, что в определенном горизонте вода явно становится холоднее.

С течением лета на большей части водоемов происходит опускание термоклина на значительную глубину. Так, к примеру, в Онежском озере к концу лета верхняя его граница иногда находится на глубинах в 30-50 метров.

С другой стороны, там, где летом дуют серьезные ветра и имеются огромные площади поверхности, как на Рыбинском водохранилище, термоклин иногда разрушается на глубинах до десяти метров. Лишь глубже этого значения обстановка остается нормальной.


Шторм на Рыбинском водохранилище способен перемешать слои на большую глубину.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что термоклин очень подвижен, и определить его расположение «на глазок» невозможно. Нужно производить постоянные измерения водяным термометром или использовать эхолот с термоиндикацией.

Влияние исследованных процессов на климат и нашу планету

Все физико-химические процессы на нашей планете взаимосвязаны и исследуемые мною явления не являются исключением.

По предварительным данным, опубликованным Всемирной метеорологической организацией (ВМО) — 2020 год был одним из самых теплых, с момента начала замеров температуры на нашей планете.

Столь исключительно высокие температурные показатели являются следствием выброса парниковых газов (водяного пара, углекислого газа, метана и озона) в атмосферу, которые являются следствием человеческой деятельности, будь то автомобильные выхлопы, вырубка лесов, сжигание угля на электростанциях, а также лесные пожары…

Значительная часть тепла, вырабатываемого в результате выбросов парниковых газов, уходит в моря и океаны.

Это стало причиной повышения температуры в верхних слоях течений и ускоренного таяния ледников Гренландии, Антарктиды и Антарктики, что в свою очередь повысило уровень Мирового океана, его пресность и кислотность.

Изменения в климате и Мировом океане затронули и исследуемые мною процессы, так в из-за опреснения, происходит изменение в формировании галоклинов , температуры – в формировании термоклинов, кислотности в формировании пикно и хемоклинов.

Нарушение баланса в исследуемых мною процессах приводит к изменению климатической и экологической модели Земли в частности – замедлению движения течений, изменению животного и растительного мира рек, морей и океанов..

Заключение

Цели и задачи поставленные мною в начале проекта — достигнуты.

Исследуя Кли́ны я открыла для себя новые знания в области физики, химии, биологии, экологии и обязательно поделюсь ими со своими одноклассниками и окружающими , которым, согласно проведённого мною опроса, тема проекта очень интересна.

Читайте также:  Карась в апреле – ловля на поплавочную удочку, фидер и донки

В заключении я хотела бы отметить, что все процессы на Земле взаимосвязаны и явления исследованные мною в проекте, являются частью сложной системы климатического, биологического, физико-химического баланса нашей планеты.

Так, ускоренное таяние ледников как в Арктике, Антарктике так и в горах , вследствие глобального потепления, приводит к подъёму уровня Мирового океана, что к 2050 году может привести к полномузатоплению Мальдивских и Бермудских островов,а также вызвать подтопление России, США и других островных, прибрежных государств.

В свою очередь опреснение и повышение температуры Мирового океана приводит к тому, что все течения меняют структуры Галоклинов, Термоклинов. Пикноклинов, Хемоклинов, что уже сейчас приводит к замедлению Северо-Атлантического течения, течения Гольфстрим, изменению биологического, физико-химического состава океанов, морей, рек и соответственно климата на нашей планете.

Давайте беречь нашу Планету Вместе!

Библиографический список

  1. Интернет-ресурсы.
  2. А. Гиляров. Меняющиеся представления об устройстве океанического конвейера // «Элементы.ру», 19.08.2010
  3. Екатерина Иванова, Елена Иванова «Глобальная термохалинная палеоциркуляция» Издательство: Научный мир , 2006г.
  4. Изменение климата: последствия, смягчение, адаптация: учебно-методический комплекс / [М. Ю. Бобрик и др.] ; УО «Витебский государственный ун-т им. П. М. Машерова». — Витебск : ВГУ им. П. М. Машерова, 2020 (Минск : Поликрафт

Если страница Вам понравилась, поделитесь ссылкой с друзьями:

Работа эхолота

Термоклин на эхолоте, имеющем температурный датчик, очень хорошо просматривается. При этом его граница может отображаться несколько расплывчато. Это не удивительно, ведь процесс перемешивания воды не прекращается.

Причем к ветровому воздействию добавилось и влияние гребного винта двигателя, производимое во время перемещения по акватории. Чем больше рыболовных и прогулочных судов на водоеме, тем активнее смешивается вода в эпилимнионе, тем ниже опускается граница термоклина.


Отображение термоклина на экране эхолота.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: