8.3. Роль течій у формуванні структури біоценозів та функціонуванні водних екосистем

Течія — це поступальне переміщення мас води у водних об'єктах, яке зумовлене різними факторами: нахилом поверхні, обертанням Землі, неоднорідністю температури, вітром, хвилеутворенням води та іншими фізичними процесами та явищами. Течії розподіляють за положенням шару води, в якому вони знаходяться, на поверхневі, глибинні та придонні. Вони можуть бути постійними або періодичними, теплими або холодними.

Течії відіграють виключно важливу роль у функціонуванні водних екосистем, зокрема, у водообміні між окремими ділянками біотопів, перерозподілі тепла і кисню, розчинених і завислих речовин, переміщенні гідробіонтів, розбавленні забруднюючих речовин, що надходять із стічними водами. З ними пов'язане переформування берегів, замулення окремих ділянок річкового русла та чаші водойм.

У залежності від переважання певного типу течій у водному об'єкті формується структура біоценозів. Розрізняють біоценози річкові, які складаються з реофільних видів водяних організмів, та озерні — лімнофільні.

Реофільні гідробіонти — це переважно водяні тва'рини, які пристосувались до життя у проточних водах. Вони можуть протидіяти швидким потокам води завдяки добре розвинутим органам прикріплення, зариванню в донні ґрунти або ховаючись у спеціально побудованих схованках — «хатках», які будують самі. Такими організмами є губки, моховатки, личинки деяких комах, більшість видів молюсків, ракоподібних, риб. З вищих рослин найкраще розвиваються у проточних водах ті, у яких добре розвинуті кореневища, що дозволяють їм міцно закріплюватися в донному ґрунті.

Озерні біоценози з лімнофільним планктоном, бентосом і іхтіофауною формуються у стоячих водах. Гідробіонти, які входять до складу цих біоценозів, можуть парити у товщі води (лімнопланктон), активно пересуватись у ній (лімнонектон) або жити на дні (лімнобентос). Лімнофільні тварини, на відміну від реофільних, здебільшого менш вимогливі до концентрації розчиненого у воді кисню. Серед макрофітів стоячих водойм багато занурених, плаваючих та напівзанурених рослин.

Стокові течії, що виникають внаслідок нахилу водної поверхні, є постійними. Вони найшвидші в гірських річках і більш повільні — у рівнинних. Характерною особливістю стокових течій є однакова сила тиску водного потоку на різних його глибинах. Стримуючими факторами стокових течій може бути тертя води об поверхню донного ґрунту та протидія зустрічного вітру в поверхневих шарах води.

Особливістю стокових течій у штучно створених водосховищах гідроелектростанцій (зокрема в дніпровських) є залежність від режиму їх роботи. Найбільша швидкість стокових течій збігається з максимальним денним навантаженням на гідроелектростанції. Навпаки, у нічні години, коли потреба в електроенергії спадає, вода скидається і об'єм стокових течій зменшується.

Стокові течії в океані — градієнтні течії, оскільки причиною їх виникнення є горизонтальний градієнт гідростатичного тиску.

Вітрові течії виникають внаслідок переміщення верхнього шару води під впливом вітру, який може змінювати нахил водної поверхні та наганяти водні маси в тому напрямі, в якому він дме. Вітрове перемішування води має складний характер, і тому до вітрових зараховують дрейфові та компенсаційні течії, які виникають за дрейфовими у глибинних або придонних шарах води.

Дрейфові течії виникають у поверхневому шарі води і пов'язані . безпосередньо з її переміщенням у водних об'єктах під дією вітру. Швидкість дрейфових течій знижується зі збільшенням глибини водойм і в стратифікованих водоймах не виходить за межі епілімніона (шару води, де спостерігається гомотермія). У більшості континентальних водойм швидкість дрейфових течій не перевищує 5—10 см/с. Під час шторму вона може досягати 100 см/с. З урахуванням можливих вітрів, швидкість дрейфових течій для озерних ділянок Канівського, Дніпродзержинського і Запорізького водосховищ оцінюється в 7—10 см/с, а для Київського, Кременчуцького і Каховського — 10—17 см/с.

При вітровому переміщенні водних мас створюється перекіс водної поверхні внаслідок нагону води до навітряного берега. Такий перекіс обумовлює виникнення у придонних шарах компенсаційних течій, швидкість яких у 2—3 рази менша, ніж дрейфових.

Вітрові течії великих водосховищ мають деякі особливості, які пов'язані з морфометрією їх прибережних зон та наявністю великих площ мілководь. Стосовно до дніпровських водосховищ виділяються вздовжберегові вітрові, вздовжберегові хвилеприбійні та розривні течії. Завдяки таким течіям здійснюється основний водообмін між глибоководною акваторією водосховищ та його мілководдями, переважно зарослими вищою водяною рослинністю. Ці течії відіграють особливо важливу екологічну роль у забезпеченні реалізації потенційних можливостей заростей вищих водяних рослин у процесах самоочищення водойм.

Особливістю вітрових течій відкритих акваторій морів і океанів, де переважають великі глибини, є різнонаправленість течій поверхневих і більш глибоких шарів води. Внаслідок дії сил Коріоліса вітрові течії в північній півкулі відхиляються вправо, а у південній — вліво. Кут відхилення у поверхневих шарах води досягає 45°, а у більш глибоких він значно більший. Це призводить до того, що на певній глибині океану вітрова течія має зворотний напрямок. З подальшим заглибленням глибоководна течія поступово спрямовується в той же бік, що й поверхнева.

Внаслідок поєднання дії вітру і сил обертання Землі утво­рюються постійні океанічні течії, серед яких наймогутнішою є Гольфстрім.

Під впливом вітру на поверхні водойм і водотоків утворюються хвилі. При швидкості вітру до 0,7 м/с з'являються брижі (жмури) заввишки 3—4 мм і завдовжки 40—50 мм, або капілярні хвилі. При нарощуванні сили вітру вони переходять У гравітаційні. Розміри вітрових хвиль залежать від швидкості вітру, часу його дії та довжини розгону. Має значення і морфометрія водойм, конфігурація берегів, глибина та режим стокових та інших течій. На Київському водосховищі висота хвиль звичайно не перевищує 0,4—0,5 м, але можуть спостерігатись хвилі значно більших розмірів (до 3,45 м), як це було у 1969 р. На Канівському, Дніпродзержинському та Запорізькому водосховищах висота хвиль досягає 0,2—0,4 м, а найбільша вона — на Кременчуцькому водосховищі, де існують сприятливі умови Для хвилеутворення. Так, у нижній пригребельній частині водосховища зареєстровані хвилі висотою до 4 м. Особливо небезпечні шторми на водосховищах. На відміну від морських і океанічних хвилі водосховищ мають більшу крутизну і досить незначну довжину. Внаслідок цього вони небезпечніші ддя судноплавства. Крім того під час шторму внаслідок хвильових ударів об берег можуть гинути планктонні і бентосні водяні тварини.

Під дією сили тяжіння у водоймах може відбуватись вертикальне перемішування водних мас — одного більш важкого шару води з іншим. Таке явище пов'язане з різною щільністю водних шарів, яка залежить від температурного, сольового та вітрового факторів. При температурі 3,98 °С вода має найбільшу щільність і починає опускатись на дно, витісняючи тепліші маси води ближче до поверхні водойм. Таке явище отримало назву конвективне перемішування водних мас. Його інтенсивність пропорційна величині вертикального градієнта щільності води. Внаслідок конвективних процесів відбувається досить швидке перемішування холодних і більш теплих вод ранньою весною після танення льодового покриву в озерах, водосховищах та ставках, а також восени — при утворенні льодового покриву.

Однією з різновидностей конвективного перемішування поверхневих водних мас є мікроконвекція. Вона обумовлює вертикальне перемішування невеликих об'ємів води у самому верхньому шарі, товщина якого не перевищує кількох мікронів. Основою цього процесу є ущільнення поверхневого шару води в результаті зростання концентрації розчинених солей під впливом випаровування вологи. Він може призупинятись під час випадання дощів або зростання вологи у приводному шарі атмосфери.

Мікроконвекційне вертикальне перемішування води відіграє виключно важливу роль у функціонуванні організмів нейстону.

Течії можуть виникати у водоймах завдяки горизонтальному градієнтові щільності води. Такі течії отримали назву щільнісних, Вони виникають у великих глибоководних озерах, у які надходять річкові весняні повеневі води з високим вмістом завислих частинок. Причиною виникнення таких течій може бути також скидання у водойми висококонцентрованих стічних вод, питома вага яких вища, ніж природних вод, куди вони надходять. Конвективні явища є одним з основних елементів турбулентного перемішування водних мас, з якими пов'язані процеси самоочищення водних екосистем, перенесення поживних речовин до гідробіонтів та відведення екзометаболітів.

Особливим типом течій є припливні. Вони виникають внаслідок динамічних процесів у морях і океанах, обумовлених взаємодією сил тяжіння Землі, Сонця і Місяця.

Завдяки такій взаємодії виникають періодичні коливання рівня води, які поширюються з відкритого океану в затоки, естуарії та гирлові ділянки річок. При проходженні приплив­ної хвилі змінюється течія, солоність, температура води та інші гідрофізичні характеристики водних мас. Внаслідок припливних явищ в гирлових ділянках річок відбувається змішування річкових і морських вод та надходження осолонених вод в річки. Разом з такими водами проникають завислі частинки морського походження, що створює особливі умови для існування гідробіонтів. У припливно-відпливних зонах мешкають гідробіонти, які адаптувались до таких мінливих умов середовища. На час відпливу деякі з них можуть зариватись у донний ґрунт, інші (наприклад, молюски) — закривати стулки і в такому стані перебувати до закінчення безводного періоду відпливів.

Найбільші за величиною припливи (до 13 м) спостерігаються у прибережних зонах океанів. Океанічна вода під час припливів може поширюватись по р. Амазонці до 1 500 км, а по р. Янцзи — до 570 км.

У відкритому океані амплітуда припливів становить близько 30—40 см. Дещо менша вона у більшості морів. Так, у Чорному, Середземному і Балтійському морях вона становить всього кілька сантиметрів.

Для річок Чорноморського басейну та Приазов'я більш характерним є не припливно-відпливні, а згінно-нагінні явища, які обумовлюються вітром та коливаннями атмосферного тиску. Якщо вітер дме з моря, значні маси води переміщуються з Чорного моря у Дніпровсько-Бузький, Дністровський лимани та приморську частину дельти Дунаю. При сильному вітрі солоні морські води можуть проникати у пониззя Дніпра. Аналогічні явища можна спостерігати у пониззях річок Дону та Кубані під час вітрового нагону води з Азовського моря.

Навпаки, при напрямі вітру з суші спостерігається більш значне поширення прісних річкових вод у глиб моря та зменшення солоності морської води. Такі зміни гідрологічного і гідрохімічного режимів обумовлюють і видове різноманіття флори і фауни (морської, солонуватоводної, прісноводної) у естуарних екосистемах.