Финляндию называют страной тысячи озер. А сколько озер в Эстонии?

По данным энциклопедии Эстонии Estonica 4,7 % территории Эстонии занимают озера и водохранилища. Количество озер площадью 1 Гектар (представьте себе квадрат со стороной 100 метров) – примерно 1200. Кстати, болотные топи тоже относят к озерам.

Самое большое внутренне озеро Эстонии – Выртсъярв (269,19 км²). А пятое по величине в Европе – Чудское озеро (2613 км²), Эстония делит с Россией. Длина озера составляет около 96 км, ширина — до 50 км. Интересно, что Чудское озеро – это лишь 73% озерного комплекса, в который входят ещё Тёплое (7%) и Псковское озера (20%), общая площадь которых вместе с Чудским составляет 3555 км². Площадь зеркала озер колеблется в зависимости от сезона и изменений уровня воды. Средняя глубина Чудского озера — 7,5 метра, наибольшая — 16,6 метра. Самое глубокое озеро Эстонии называется Рыуге-Сууръярв – имеет глубину 38 метров, а размер всего 585 м × 300 м. 42 озера Эстонии имеют площадь поверхности более чем 1000 на 1000 м, и лишь пара десятков из них глубже 20 метров.

Самая полноводная река Нарва (Нарова), проходит по границе Эстонии и России. Она берёт свое начало в Чудском озере и со скоростью 390-410 м³/с нёсет свои воды в Финский залив. Река Эмайыги течёт с юга на север и связывает два самых крупных озера Эстонии – Чудское и Выртсъярв. Средний расход воды в её устье около 70,1 м³/сек. Самая длинная река Эстонии – Выханду (162 км) – впадает в Тёплое озеро, которое соединяется с Чудским.

Существуют и рукотворные водоёмы. Когда-то их создавали для аграрных нужд и водяных мельниц, причем не только в сельской местности. На карте дачного района Ревеля от 1865 года (Reval I Vorstadt Quartal) видно большое количество прудов, которые, как говорят старожилы, пропали из городского ландшафта лишь в веке двадцатом. Die Stadt — это часть города Таллинна, которую мы называем “Старый город”. Слева от неё район Пыхья-Таллинн. Поскольку в этой части города было много деревянных строений, пруды могли быть использованы и для пожаротушения.

Искусственные водохранилища на реках Пирита, Ягала и Соодла используются для водоснабжения Таллинна и по сей день.

Вначале была озёрная океанография, затем её расширили до лимнологии

Оказывается, есть такая наука, которая занимается изучением физических, химических, биологических аспектов озёр и, в том числе, водохранилищ, и называется она лимнология. Название «лимнология» происходит от греческих слов, которые переводятся как «озеро» и «учение», иными словами – озероведение. Начало лимнологии положил швейцарский ученый Франсуа-Альфонс Форель (1841—1912). Он занимался исследованиями в области биологии, химии, циркуляции воды, донных отложений Женевского озера, и их взаимосвязей между собой, называя свое занятие «озерной океанографией». Им была предложен способ определения цвета водоемов, а также предложена шкала Форель-Уле для его определения. Лимнология изучает пигментацию воды, биологическое разнообразие обитающих там видов, изменение химического состава.

Связь лимнологии и других наук

Как часто бывает в науке разделение сфер исследования условно и имеет перекрёстные связи между собой. Например, гидробиологи изучают гидробионтов, т. е. организмы, приспособленные к обитанию в водной среде и большую часть своего жизненного цикла обитающих в воде, к которым относятся: рыб, планктон, водоросли, ракообразных, а также большинство земноводных, и даже комаров и стрекоз. Ихтиологи изучают рыб и факторы, влияющие на их размножение. Наличие пищи один из таких факторов, поэтому всегда рассматривают все звенья пищевой цепи, а начинается пищевая цепь с планктона – мелких организмов, свободно дрейфующего в толще воды. В свою очередь, одними из наиболее значимых факторов для развития планктона являются общая минерализация воды и водородный показатель pH. Изучение состава воды очень похоже на задачу с урока химии, неправда ли? Вопрос состава воды может быть связан с хозяйственной деятельностью человека, а это уже относится к вопросам экологии. На рост и жизнедеятельность фитопланктона (водорослей, цианобактерий) влияет количество солнечного света, проникающего в водоем, которое также может быть измерено как температурное распределение с глубиной, а это уже связь биологии и физики.

Можно ли изучать лимнологию в школе?

Цифровые лаборатории PASCO Scientific могут быть использованы исследовательской группой из университета на озере, так и учителем с учениками в школе. До перехода на дистанционное обучение уроки вне стен школы всячески поощерялись. Исследование может происходить как в классе по предварительно собраным пробам, так и нам месте забора проб, если организовать экспедицию с классом к ближайшему водоёму.

Отвечая на вопрос можно ли изучать лимнологию в школе? – да, конечно. На каких предметах? И на физике и на биологии, и на природоведенье, и географии, и химии найдется возможность провести параллель с исследованиями.

Измеряем температуру водоёма

Вернемся к задаче исследования изменения температуры с глубиной – чтобы измерить её, можно воспользоваться датчиком температуры воды PS-2151. Сенсор можно использовать не только в пресной воде, но и морской. Есть соотвтествующие переключение режимов, учитывающие плотность воды. Максимальная глубина снятия показаний с датчика ограничена длинной провода в 10,5 метров. По Bluetooth переходнику Airlink датчик температуры воды PS-2151 можно подключиться к смартфону Android, IOS, Chromebook.

В большинстве эстонских озер вода полностью смешивается два раза в год. Весеннее смешение обычно происходит в апреле-мае и осенью в октябре-ноябре, когда температура всей водной толщи составляет 4 ° C. В более глубоких озерах (например, в озере Вереви в Эльва где максимальная глубина 11 метров) вода не смешивается во время весеннего половодья, а смешивается только осенью, и это происходит не каждый год. Летом температура водной толщи может сильно варьироваться от слоя к слою. В больших неглубоких открытых ветрам озёрах (например, Чудском, Выртсъярве, Вагуле, Эрмусе) температура воды относительно равномерна. В неглубоких небольших озерах с тёмной окраской воды разница температур особенно заметна в летние месяцы. Температура поверхностного слоя может быть 20-25 ° C, но на глубине 3-4 м она начинает падать до 10 градусов на метр.

Как зафиксировать точки снятия проб

Чтобы сравнить измерения в разное время года, необходимо зафиксировать географические координаты и время взятия замеров. Это возможно сделать несколькими способами, сохраняя данные в одном файле в рамках комплексного измерения с разных датчиков. Осуществимо это с помощью программного обеспечения SPARKvue. Через Bluetooth можно подключить до 5 беспроводных датчиков одновременно.

SPARKvue – это приложение сбора и анализа данных. Вы можете установить и использовать его бесплатно из Google Play store, APP store, Chrome Store соответственно. Для того, чтобы его запустить, не требуется наличие сенсора. Установите и попробуйте!

Способ первый: чтобы зафиксировать координаты, можно подсоединить портативную погодную станцию GPS PS-3209, которая дополнительно позволит зафиксировать направление и скорость ветра, температуру воздуха, а также освещенность у поверхности воды. Из приложения SPARKvue можно сделать выгрузку данных на карту. На карте будут указаны координаты точек снятия проб и маршрут следования.

Способ второй больше подходит для исследователей на лодке. Например, датчик температуры воды PS-2151 находиться за бортом на малом ходу. Для фиксации координат и скорости движения лодки может быть использован GPS трекер PS-2175 ,  также подключенным через Bluetooth переходник Airlink к планшету с SPARKvue.

Способ третий: если в смарт устройстве имеется встроенный GPS, разрешите приложению SPARKvue его использовать и в программе выберите среди доступных сенсоров GPS.

Понять процессы циркуляции воды в водоёме помогает анализ общей скорости течения. В случае, если вам необходимо измерять скорость течения потока от 0 до 3,5 метров в секунду в поверхностном слое глубиной до 1,8 метра, то можно использовать  PS-2130, а если скорость потока быстрее 3,5 м/с , то до 9.98 м/с её можно измерить с помощью сенсора PS-2222 с трубкой Пито. С него также как и с других сенсоров серии PASPORT, можно осуществлять сбор данных через переходник Airlink в смарт устройство на расстоянии до 10 метров от самого сенсора.

Определение концентрации растворенного в воде кислорода

Как известно, рыбы дышат кислородом, растворённым в воде извлекая его через жабры. Недостаток кислорода приводит к гибели рыбы. Для определения концентрации растворенного в воде кислорода может быть использован сенсор PS-3224. В неглубоких озёрах риск недостачности кислорода высокий, из-за неравномерности его распределения. Нижние слои обеднены кислородом, а поверхностные перенасыщены. В результате микробиологических процессов в донных слоях некоторых водоемов могут содержаться сера и аммиак, что делает эти слои непригодными для жизни многоклеточных организмов.

Датчик цвета и прозрачности

Слой воды, в котором фитопланктон вырабатывает кислород, может сильно варьироваться в зависимости от прозрачности воды. Для определения цвета воды и её прозрачности/мутности теперь можно использовать не шкалу Форель-Уле, а цифровой датчик PS-3215. В течение года условия освещения в небольших озерах Эстонии довольно изменчивы. Летом прозрачность воды в половине озер составляет менее 1,5 м. Самая низкая прозрачность воды (6 см) была зафиксирована в 1977 году в сильно загрязненном озере Pappjärv. Самым прозрачным (видимость до 13,5 м) считается озеро Äntu Sinijärv. Цвет воды в Эстонских озерах в основном желто-зеленый или зелено-желтый с коричневатым оттенком. Есть озёра с красно-коричневой и темно-коричневой водой.

Гидрохимические характеристики

Как уже указывалось выше, на фитопланктон влияет водородный показатель pH или, как её ещё называют мера кислотности водных растворов. Показатель рН озёрной воды колеблется от 3,5 до 10. В основной массе рН в озёрах находиться в пределах 6,5 до 8,5 (от близкой к нейтральной до слабощелочной). Интересно, что чем цвет воды темнее, тем ниже уровень рН. Для измерения водородного показателя pH пригодиться сенсор PS-3204 – этот сенсор довольно универсальный. Путем смены зонда, pH сенсор за секунды может стать сенсором исследования концентрации ионов кальция PS-3518, ионов Калия PS-3520, концентрации ионов нитратов PS-3521, ионов хлоридов PS-3519 или ионов Аммония NH₄⁺ PS-3516.

Ионы Калия способны проводить электричество. Они несут положительный заряд. Электропроводность раствора можно измерить с помощью PS-3210. В болотных озёрах с коричневым оттенком воды наибольшее количество сульфат-ионов. Сульфаты и хлориды встречаются в солёных и сильно загрязненных озёрах. Концентрация катионов кальция также сильно повышена в солёных озерах. Количество азота сильно меняется в период роста растений и фитопланктона. Содержание фосфора не велико, но его отсутсвие или недостача сильно влияет на рост фитопланктона и растений.

В свою очередь, водородный показатель связан с концентрацией двуокиси углерода, которую можно измерить с помощью датчика CO₂ PS-3208 и, надетой на него, водонепроницаемой мембраной PS-3545. 

Играть любят все

Рассматривая исследования воды, можно ещё раз показать ученикам как измерения связаны с наблюдением и пониманием явлений природы. Не обязательно ездить далеко в экспедицию к самому большому или глубокому озеру. Можно начать с того, что проверить образцы водопроводной воды, забранной из-под крана в разных частях города, которую учащиеся могут принести из дома. Устройте игру «криминалистическое расследование»: пусть, каждый принесет с собой 50 mL воды, на образце укажет индекс почтового отделения, где живёт и сравните по химическому составу воды и кислотности есть ли совпадения. Один образец пусть будет без подписи. Задача установить за урок из какого места города неизвестный образец.

P.S.

Приурочено к всемирному дню водных ресурсов, который отмечается ежегодно 22 марта.