Сразу оговорюсь — меня интересует термоклин, исключительно как явление в пресноводных водоёмах, наших широт. Океанический термоклин — не для меня.
Напомню:
термоклин (слой температурного скачка) — это слой воды, в котором градиент температуры резко отличается от градиентов выше- и нижележащих слоёв. Возникает при наличии не перемешивающихся слоёв воды с разной температурой.
Приведенное, выше, определение , это единственное, не вызывающее сомнений утверждение, о сути такого явления как термоклин.
Всё остальное, что имеется в свободном доступе, относительно термоклина пресноводных водоёмов — в большей части, выдумки и неудачные интерпретации реально имеющих место фактов.
Что, меня, не устраивает в существующих объяснениях, причин, по которым возникает термоклин, в пресных водоёмах, наших широт?
Вполне естественно, что наши знания о жизни водоёмов, крайне не полные. Но ведь есть вещи, на которые невозможно не обратить внимание, потому как они не вписываются в картинку, описывающую явление термоклина, которая имеется на данный момент. Эти вещи, не логичны и не соответствуют тем объективным знаниям, которые, существуют на данный момент. Но, эти несоответствия, упрямо игнорируются. На них, никто не обращает внимание.
Давайте, присмотримся, повнимательней, к имеющимся объяснениям возникновения термоклина в водоёме и попробуем разобраться, что с ними не так.
Главная идея, всех объяснений возникновения термоклина — это нагрев поверхности водоёма солнышком, отсутствие перемешивания воды и возникновение чёткой границы между холодным и тёплым слоями воды в виду их различной плотности.
Выглядит, это, приблизительно так.
И, что, здесь понятно?
Гиполимнион… эпилимнион… «умные» графики зависимости температуры воды и растворённого кислорода, от глубины водоёма… Просто, набор условно умных слов…
Давайте, попробуем проанализировать, всё, с самого начала и для упрощения задачи, оговорим некоторые допущения в отношении входящих данных.
Принимаем рельеф дна, образующего водоём, условно, парабол образным.
Глубина водоёма — 10+ метров.
Истоки и стоки — отсутствуют.
На поверхностное волнение и ветровое перемешивание водоёма, не обращаем внимания, как на фактор, не имеющий решающего влияния на явление термоклина.
Рассматриваем летний период. Он, мне, ближе))).
1.
Теперь, о том, ЧЕМ нагревается вода в водоёме.
В интернете, никаких вариантов, кроме : «солнышко встало — воду нагрело», не существует.
Между тем, думаю, следует уточнить, что ИК часть солнечного спектра, ответственная за нагревание всего, на что падает солнечный свет, составляет, около 50% и проникает в воду, на глубину, всего, около 3-5 см. Т.е. Солнце нагревает, исключительно, тоненький, поверхностный слой воды.
Кроме, того, совершенно очевидно, что большая часть тепла, попадает в воду, будучи переданной от атмосферы. Тёплый, атмосферный, воздух, контактирующий с поверхностью воды, безусловно, передаёт ей тепло посредством теплопроводности.
В придачу, следует заметить, что в водоёме, проходит множество химических реакций, сопровождающихся и выделением и поглощением тепла, однако, повлиять на общий тепловой баланс водоёма, они, не способны в виду своего малого объёма и интенсивности.
2.
Посмотрим КАКнагревается водоём.
При поступлении тепла в водоём, через поверхность, распространение тепла, в глубь водоёма, конвекцией, совершенно очевидно, полностью исключено.
Тепло от верхних слоёв водоёма, к нижним, передаётся исключительно в силу теплопроводности.
3.
При описанных, выше условиях, передача тепла от верхних слоёв воды до придонных, с прогревом всего объёма водоёма, является, исключительно, делом времени.
Однако, явление термоклина, является стабильной системой. Ниже определённого уровня, теплота, идущая от поверхности, не передаётся. Граница тёплой и холодной воды, подвижна, но не пропадает совсем.
Объяснение, этому, на мой взгляд, в том, что, процессы теплопередачи, происходят не только на разделе «вода — воздух» , но и на разделе «вода — земля ».
Все водоёмы, по сути, представляю собой, углубления в земле.
Всем известно, что температура земли, меняется, при углублении.
Зависимость температуры земли от глубины, по месяцам, можно посмотреть на графике.
О чём говорит представленный график?
На глубинах (в земле) от 8м до 10+ метров, температура, относительно постоянна и в зависимости от времени года, меняется от 9 до 11 градусов.
В глубине земли, также, наблюдается явление термоклина.
Термоклин, образуется на глубинах ( в земле) 5м в июне, 6 м в июле и 7-8 м в августе. Конечно, приблизительно.
Ни о каких 4 градусах, так любимых всеми рисовальщиками схемы термоклина, при которых, вода, имеет наибольшую плотность, речи не идёт.
4.
4 градуса - сакральная цифра, для рисовальщиков схемы образования термоклина в водоёме.
При этой температуре, вода имеет максимальную плотность, что по мнению, многих, и является условием расслоения тёплой и холодной воды.
Каждый, заблуждается в меру своих возможностей…
В летний период, в водоёме, просто не от куда взяться воде, с температурой, менее 10 градусов. Сверху приток тепла от 15 — 25 градусов. На дне — 10 градусов.
Да и роль разности плотностей холодной и тёплой воды, для образования термоклина, в значительной мере, преувеличена ( для водоёма).
Посмотрев на зависимость плотности воды от её температуры, можно заметить, что разница плотности воды, при 4 градусах и 20 градусах, составляет, всего 0,00177 г/мл .
Приведенные, выше, данные по плотности, конечно, касаются чистой воды.
Природные водоёмы, не являются хранилищами чистой воды.
Вода в природных водоёмах, в разной степени, минерализирована.
Минерализация воды, существенно, влияет на её плотность.
Обычно минерализация речных вод находится в интервале от десятков мг/л до единиц г/л, но в некоторых случаях она может достигать 11,2 г/л.
Минерализация речных вод на территории г. Перми, например, изменяется от 264 до 5 437 мг/л, что соответствует от 0,264 до 5,437 г/л. Т.е., плотность воды, в водоёмах Перми, в силу различной минерализации, меняется от 1,001, до 1,0025 г/см куб.
«Если и тёплая - поверхностная и холодная - придонная вода, имеют одинаковую минерализацию, это ни как не отразится на распределении температуры в водоёме.» - заметит внимательный читатель.
Но в том то и дело, что водные растворы, как и взвеси, имеют свойство отстаиваться. Молекулы веществ, растворённых в воде и имеющих бОльшую молекулярную массу чем масса молекулы воды, очень быстро мигрируют под воздействием гравитации.
На дне водоёмов, скапливается вода с максимальной минерализацией!
Именно её, высоко минерализованный, плотный, слой, не допускает смешивания с тёплой водой, слоя, находящегося выше термоклина.
Получаются, замечательные ножницы — повышение температуры, работает на уменьшение плотности слоя воды выше термоклина, а повышение минерализации, работает на повышение плотности воды придонного слоя.
Очень гармоничные ножнички, обеспечивающие условия для отсутствия перемешивания слоёв воды с различной температурой, в термоклине.
5.
Совершенно очевидно, что параметры термоклина, зависят не только от размера водоёма (объёма теплоносителя), времени года и географического положения водоёма.
Приток тепла попадающего в поверхностные слои воды, меняется в течении суток.
Из доступной информации: в 2018г.,в центральных районах РФ, перепад температуры между днём и ночью, составлял 10 — 15 градусов.
В таких условиях, с заходом солнца, градиент температуры, меняет направление и поверхностные слои воды, начинают бодро отдавать тепло, атмосфере.
Охлаждение поверхностных слоёв воды, в свою очередь, вызывает активное конвективное перемешивание поверхностного слоя, вплоть до уровня термоклина. И идёт, это «брожение», до утра…
Думаю, выше описанная картина, такого явления как термоклин, вполне соответствует, имеющимся на сегодняшний день знаниям.
Вполне возможно, какие то аспекты упущены, но картина в целом, выглядит реалистично.
Остаётся вопрос — как термоклин, влияет на обитателей водоёма?
О связи термоклина с другими, происходящими в водоёме процессами и влиянием, его, на его обитателей — в следующий раз.