Каждый из указанных вариантов НИС будущего имеет свои преимущества и недостатки. Ясно одно, что на ближайшие 15–20 лет НИС останется основным средством изучения Мирового океана. А выбор типа и конструкции судна будет определяться требованиями повышения эффективности использования научного комплекса, размещенного на нем, и обеспечения наилучших условий для систематической замены научного и обеспечивающего оборудования на более совершенное в ходе плановых модернизаций судна.

Глава VII

Загадки рек, водохранилищ и озер

Знаем ли мы законы жизни рек, водохранилищ и озер?

Велика наша Родина и обильна реками, водохранилищами и озерами. Трудно переоценить роль, которую реки и озера играли и продолжают играть в нашей жизни. Они являются исключительно важным источником водоснабжения, интенсивно используются в качестве транспортных магистралей. На наших реках возведены гидроэлектростанции, которые вырабатывают почти 15 % от суммарной выработки электроэнергии в СССР.

Особое значение имеет использование речного стока для орошаемого земледелия, обеспечивающего устойчивый, независимый от погоды высокий уровень сельскохозяйственного производства. Реки, озера нашей родины – это хранилища пищевых и кормовых ресурсов, это великолепные места отдыха трудящихся.

Повышение роли и значения внутренних водоемов для развития народного хозяйства СССР вызвало расширение исследовательских работ, связанных с изучением их формирования, изменения, рационального использования и определения влияния народнохозяйственной деятельности на состояние водных масс и окружающих берегов. Последний аспект все более становится определяющим в деятельности фундаментальной и прикладной науки.

Ведь только проведение фундаментальных исследований, направленных на всестороннее изучение рек, озер и водохранилищ, законов их развития и взаимодействия с атмосферой и окружающими участками земной поверхности, позволит значительно расширить возможности научного прогноза их состояния в обозримом будущем, а также наметить оптимальную программу управления ими.

Правильный учет влияния хозяйственной деятельности человека на состояние рек, озер и водохранилищ даст возможность нейтрализовать это влияние, исключить негативное воздействие, а значит, обеспечить сохранение чистоты и полноводности этих замечательных творений природы (и человека, если иметь в виду искусственные водохранилища).

Особенно сложна и мало изучена природа водохранилищ. Их все больше и больше на Земле, и ежегодно вступает в эксплуатацию несколько сот новых водоемов-водохранилищ. Наибольшее количество крупных водохранилищ имеется в США и СССР. В США, где число водохранилищ объемом каждое более 100 млн. м³в 3 раза больше, чем в СССР, в ближайшие 30–40 лет предполагается утроить их суммарный полезный объем. И даже в Японии, где очень мала площадь годных к использованию земель, создано и создается большое число водохранилищ.

Что же такое водохранилище – искусственное озеро или нечто другое? Здесь необходимо глубоко разобраться. В масштабах времени, измеряемого годами или непродолжительной жизнью человека, озера кажутся постоянными компонентами ландшафта. Однако в геологических масштабах времени озера преходящи. Они рождаются обычно в катастрофах, достигают зрелости и тихо и незаметно умирают. А каковы законы жизни водохранилищ, способно ли водохранилище «жить» по законам природы?

Доктор биологических наук H. H. Смирнов считает, что это как раз и не удается. Режимы этих искусственных водоемов (физический, включая колебания уровня воды, химический) далеки от естественных. Ученый напоминает, что экологические закономерности, характерные для такого природного водоема, как озеро, формируются длительное время и под влиянием естественных факторов. А в водохранилищах все обстоит иначе. Водохранилище представляет собой неустойчивую, несбалансированную экологическую систему даже после того, как первичное формирование его уже закончено. Это обстоятельство является причиной и возникающих здесь катастрофических вспышек численности тех или иных видов. В созданном водоеме с самого начала идут уже другие биологические процессы по сравнению с теми, которые происходили в районе затопления и в самой реке. И на первом этапе формирования населения водохранилища, если они и напоминают озерные процессы, то весьма отдаленно. Прежде всего потому, что первичное формирование биоты в какой-то мере оказывается катастрофичным: резкая смена флоры и фауны, формирование берегов, освоение питательных веществ – все это не способствует установлению балансов природных.

Ясно одно: водохранилища – это природно-технические системы, живущие по своим, только им присущим законам. Эти законы отражают противоречивость природы водохранилищ. С одной стороны, это созданные человеком объекты. С другой стороны, водохранилища испытывают сильнейшее воздействие природных и в первую очередь гидрометеорологических факторов.

Поэтому им свойственна своя, особая, система внутриводоемных процессов – гидрологических, гидрофизикохимических и гидробиологических, отличных от тех, которые наблюдаются в озерах и реках. Доктор географических наук А. Б. Авакян и кандидат географических наук В. П. Салтанкин считают, что, управляя водохранилищами, человек в результате может вызвать развитие таких процессов, явлений и эффектов в природной подсистеме, которыми он пока не в состоянии управлять, либо преодоление которых требует значительных усилий, затрат трудовых и материальных ресурсов. Поэтому полностью управляемыми объектами (подобно станку, агрегату, механизму) водохранилище можно считать с известным приближением. Непосредственно и полностью человек управляет лишь запасами воды, но уже частично и косвенно – экосистемой и геосистемой водохранилища.

Ведущими факторами, определяющими в первую очередь особенности внутриводоемных процессов в водохранилищах, является водообмен и уровенный режим водоема. Именно эти факторы и определяют отличие условий развития внутриводоемных процессов в водохранилищах от таковых в озерах и реках. Ведь уровень воды в водохранилищах может сильно изменяться, особенно в горных водохранилищах, в зависимости от режима работы гидроэлектростанций. В водохранилищах могут возникать зоны направленного движения воды к плотине и зоны водоворотных циркуляции, где частицы воды перемещаются по замкнутым траекториям. Именно эта сложная гидродинамическая структура и определяет то, что процессы преобразования и перемещения вещества и энергии в водных массах водохранилищ принципиально отличаются от последних в озерах и реках.

Важной особенностью водохранилищ, которые играют роль огромных естественных отстойников, является присущий им накопительный эффект в отношении взвесей в воде. Это имеет как положительные последствия (осветление воды, снижение ее цветности, уменьшение содержания вредных бактерий), так и отрицательные. К последним относят возможность взрывного развития синезеленых водорослей при избыточном поступлении в водоем биогенных веществ, заболачивание акватории, накопление в осадках вредных примесей и др.

Для водохранилищ характерна особая изменчивость состояния водоема. Это объясняется тем, что их берега обычно становятся районом стремительного развития хозяйственных объектов, оказывающих все большее воздействие на природную среду. Отмечается также большая изменчивость гидрометеорологических процессов над крупными водохранилищами, что связано с интенсивным теплообменом между водной поверхностью и атмосферой. Динамичность водохранилищ проявляется во всех их характеристиках, но, пожалуй, наиболее ярко – в процессах формирования берегов, изменении показателей качества воды, структуре и продуктивности водных и наземных (в береговой зоне) экосистем. В специальной литературе иногда употребляется термин «эволюция водохранилищ», причем если эволюция озер происходит в течение многих десятков и сотен лет, то в водохранилищах существенные изменения основных процессов и явлений происходят по крайней мере на порядок быстрее. И еще, что также важно, если в озерах изменения обычно носят постепенный, направленный, правильный характер, водохранилища развиваются циклически и скачкообразно при изменении ведущих динамических факторов.