Разновидности солёных озёр и их донные отложения

Солёные озёра, в которых минерализация воды более 25 г/кг, наиболее распространены в аридных природных зонах всех континентов (рис. 11.6). Они находятся обычно в бессточных котловинах. В озёрах с большой концентрацией солей происходит их кристаллизация и осаждение на дно. Раствор солей называют «рапа», а озёра — рапными.

Рис. 11.6. Регионы наибольшего распространения соленых озёр (/).

Особенно много солёных озёр в Азии. В Китае их общая площадь больше площади пресных озер. Несколько соленых озер есть в оазисах Антарктиды.

Наиболее крупное из них оз. Дип^[1] имеет площадь 0,6 км², глубину до 36 м и соленость 270−350%о. Летом температура его поверхности достигает 9 °C, а зимой оно не замерзает и охлаждается до минус 16 °C.

По структуре водного баланса солёные озёра относятся к водоёмам испарительно-приточного или испарительно-дождевого типов — ИП| и ИП₃ или ИД| и ИДз (см. табл. 3.2 на стр. 110).

Вследствие испарения в солёных озерах происходит концентрирование ионов, поступающих в них в составе атмосферных, поверхностных и подземных вод, повышение минерализации, трансформация солевого состава при кристаллизации и садке солей, накопление их в виде донных отложений. Среди соленых озёр преобладают мелководные водоёмы, поэтому перечисленные процессы очень изменчивы и зависят от синоптических, сезонных и многолетних климатических изменений водного и теплового баланса. В многоводные годы их площадь увеличивается, водная масса несколько распресняется, а в серии маловодных лет они уменьшаются, интенсифицируется садка солей. Некоторые из них высыхают, превращаясь в солончак до следующего многоводья.

Внутригодовой гидрологический режим мелководных соленых хлоридно-нагриевых озер особенно изменчив в сухих степях Центрального Казахстана (табл. 11.4). В конце марта в них начинается подъём уровня воды на 1,5−2 м, который заканчивается через 10−15 дней после схода снежного покрова. В наиболее крупное озеро Карагандинской области — Карасор — талая вода поступает по многим речкам и ручьям. Это непересыхающее озеро относится к водно-балансовому подтипу ИП|, наименее засолённое, но заполненное рапой, так как летом и зимой минерализация воды >50%о. Остальные озёра с гораздо меньшими водосборами (подтип ИДО и большей минерализацией питаются в половодье склоновым и ручейковым стоком.

Таблица 11.4.

Летняя минерализация и ионный состав воды в солёных озёрах

Казахстана

Примечание. По данным в кн.: Филонец, П. П., Омаров. Т. Р. Озёра Центрального и Южного Казахстана. — Алма-Ата: Наука, 1973. — 198 с.

Для озёр с зарослями воздушно-водных макрофитов, задерживающими метелевый перенос снега, талые воды снежного покрова акватории составляют в приходной части водного баланса 5−15 % и больше. Дождевые осадки на поверхность озер дают 10−40% объёма воды в годы разной водности. Спад уровня во вскрывшихся озёрах — быстрый из-за испарения и инфильтрации воды в грунты побережья.

Весной в непересыхающих озёрах происходит распрсснсние рапы. В период весенне-летнего нагревания из-за испарения глубина в озёрах снижается до нескольких дециметров и даже сантиметров, солёность рапы увеличивается и, в первую очередь, она пересыщается ионами Са²⁺ и СОз². Образующиеся кристаллики кальцита осаждаются на дно и поверхность макрофитов. Затем начинается садка легче растворимых сульфатных солей и, наконец, хлориднонатриевой соли, когда температура тонкого слоя воды к июлю достигает 25−30 °С и более. В осенне-зимний период охлаждения садка соли в бездождные недели усиливается и прерывается в дождливые. Температура рапы снижается до 0 °C к началу ноября, но замерзание озёр затягивается тем дольше, чем концентрированнее рапа. В озёрах с сильно насыщенной хлоридно-натриевой рапой лёд не образуется даже при Т = -30 °С (Богословский, 1960).

На поверхности донных отложений образуется за год тонкий рыхлой слой озёрной соли, которую называют новосадка. В следующий сезон распреснения часть сё растворяется в менее минерализованной воде. Оставшаяся часть не растворившейся новосадки прошлого года, постепенно уплотняется под новым слоем соли, превращается в старосадку. В течение 3−5 последующих лет она, всё более и более уплотняясь, становится корневой солыо плотным кристаллическим веществом, которое добывают при разработке соляных месторождений.

В зависимости от химического состава соли рапные (самосадочные) озёра бывают трех типов:

• • карбонатные, или содовые, в которых зимой происходит садка соды Ыа₂СОз ЮН₂0, а летом — минерала трона 1Ма₂СОз №НС0з-2Н₂0. Крупнейшие месторождения соды: оз. Накуру в Кении (рапа в нем с pH = 10), Большое содовое озеро в Неваде (США), в России — озера в Барабинской степи;
• • сульфатные, или горько-соленые, в них добывают мирабилит Na₂S0₄ 10Н₂О (залив Кара-Богаз-Гол) или эксолит MgS0₄ 7Н₂0 (Кулундинское озеро);
• • хлоридные — это наиболее распространённые озёрные месторождения галита NaCl — поваренной соли. Самые известные из них: в России — озёра Эльтон, на Украине в Крыму — оз. Сакское, в Австралии — оз. Эйр, в штате Юта (США) — Большое Соленое озеро. С 1960 г. это озеро разделено дамбой с водопропускными сооружениями на мелководный Северный плёс и вдвое больший и более глубокий Южный^[2] (рис. 11.7). В него впадают три притока, наибольший из них — р. Бэр стекает со Скалистых гор.

ное 10−11.10.1973 г. (по: Whelan, Petersen, 1975).

Рис. 11.7. Распределение температуры, °С, (а) и солености воды, %о, (б) на продольном разрезе оз. Большое СолеВну тригодовые колебания уровня в Южном плесе — около 0,75 м, слой испарения — 1,1 м, в зарегулированном Северном они, соответственно, равны 0,5 и 1,5 м. Из-за притока пресной воды Южный плёсмсромиктичсский с солёностью миксолимниона 140−150%о. Осенью он отличался от Северного наиболее теплой (20 °С) рапой в монимолимнионе (240−260%о). В Северном плёсе от поверхности до дна рапа однородна и выхоложена до 14 °C, имеет наибольшую солёность (339−343%о). У восточного берега этого плёса ведется добыча соли. Наряду с поваренной солыо из рапы (её основной состав см. в табл. 11.2) добывают бром, литий, бор и другие микроэлементы. Водои солеобмсн между плёсами регулируют так, чтобы разрешенная и гарантированная добыча массы соли соответствовала солепроизводительности Северного плёса, изменяющейся из-за синоптических колебаний гидрометеорологических условий в озере и на его водосборе.

Своеобразен гидрологический режим глубокого и бессточного солёного оз. Развал, образовавшегося в 1916 г. в карьере, из которого добывали каменную соль Илецкого соляного купола на Южном Урале близ города Соль-Илецк. Этот степной техногенный водоём находится примерно на той же широте, что и мелководные озёра на севере Карагандинской области (табл. 11.4), отличается от них сильнейшей сезонной изменчивостью термической стратификации (рис. 11.8).

Рис. 11.8. Температура в оз. Развал 1.02.1938 (У) и 25.07.1938 (2), по наблюдениям А. И. Дзснс-Литовского (1953)

Летом температура в поверхностном слое рапы в озере достигает 38 °C, тонкий слой температурного скачка — с градиентом 20 °С/м, обладающий исключительно большой устойчивостью, расположен на глубине 3−4 м. Под ним, в гиполимнионе, температура ниже 0 °C. В морозном феврале 1956 г. в поверхностном слое температура понизилась до -20,5 °С, а на глубине 17 м у дна — до минус 21,5 °С. Из-за малого размера акватории, большой плотности рапы и устойчивости слоя скачка летом в озере ветрового перемешивания не происходит, а отсутствие ледяного покрова даже в суровые зимы обеспечивает медленное погружение уплотняющейся у поверхности озера рапы к его дну. Поэтому 14-метровая толща профундали этого водоема представляет собой природную морозильную камеру.

Несколько больше диапазон внутригодовых колебаний температуры в рапном антарктическом озерце Дон-Жуан, находящемся в 10 км от оз. Ванда. Химический состав рапы соленостью >390%о на 96−99% состоит из СаС1₂ с примесью MgCb и NaCl (тот же состав, что и в монимолимнионе оз. Ванда). Считается, что рапа образуется смывом атмосферной влагой хлоридно-кальциевого налёта с окружающих скал. Летом рапа нагревается до +10 °С, зимой замерзает при Т = -54 °С. В большие морозы она либо замерзает, либо полностью кристаллизуется в минерал антарктицит СаСЬ 6Н₂0, 6-гранные кристаллы которого достигают длины¹ 10 см.

Из рапных озёр добывают, кроме поваренной соли, соды и мирабилита (сырьё для производства серной кислоты), калиевые, магниевые, йодные, бромные соли, используемые в химической и фармацевтической промышленности. «Озёрная зона минеральных озёр СССР представляет собой огромные и притом совершенно специфические богатства для химической промышленности», — утверждал академик А. Е. Ферсман^-.^[3][4]

Контрольнме вопросы:

• 1. Какие вещества определяют солевой состав озёр и водохранилищ?
• 2. В чём причина отличия термодинамического режима солёных озёр от пресных и солоноватых?
• 3. Почему невозможна обратная температурная стратификация в солёных озёрах?
• 4. Какие основные компоненты водносолевого баланса определяют среднюю за год минерализацию воды в водоёмах суши?
• 5. Какие два процесса замедляют повышение минерализации воды в бессточных озёрах, расположенных в аридных природных зонах?
• 6. В чём причина постепенного увеличения минерализации и снижения pH озёрных вод в гумидных регионах северной Европы?
• 7. Из-за каких процессов небольшие зональные озёра лесной, лесостепной и степной зон имеют различный химический состав воды?
• 8. Почему в долинных водохранилищах сильнее сезонные изменения минерализации воды, чем в озёрах?
• 9. Почему в водохранилищах, замыкающих крупные каскады на Русской равнине и в Сибири, вода наименее минерализована не в весеннее половодье, а в летнее-осеннюю межень?
• 10. Каковы процессы возникновения меромиктических озёр?
• 11. В чем различие термодинамического режима озер, относящихся к двум типам меромиксиса?
• 12. Из-за каких гидрологических, гидрохимических и гидробиологических особенностей водоёма его ил приобретает лечебные свойства и используется в медицине?
• 13. При какой структуре водного баланса возникают солёные озёра? Каковы сезонные особенности садки солей в рапных озёрах?
• 14. Какие озёрные соли добывают из соляных озёр?

• [1] Ferris J. М., Burton Н. R. The annul cycle of heat content and mechanical stability ofhypersaline Deep Lake, Vestfold Hills, Antarctica // Hydrobiologia, — 1988. — V.165. -P. 115−128.
• [2] Whelan J. A., Petersen С. A. Great Salt Lake, Utah: Chemical and Physical Variationsof Brine, Water-Year 1973 / UGMS Water-Resources Bulletin 20. — July. — 1975. — 29 p.
• [3] Cutfield S. К. Hydrological aspects of Lake Vanda, Wright Valley, Victoria Land, Antarctica // N. Z. Journal of Geology and Geophysics. — 1972. — Vol. 17. -№ 3. — P. 645−657.
• [4] Ферсман A. E. Геохимические проблемы Союза // Tp. Сов. по изуч. произвол, сил. -Сер. Полезн. ископ. — Вып. 2. — Л., 1931.