Когда, где и как образуется лед в северных реках?
Образование льда важно для северных рек с долгими зимами, так как по-разному влияет на растения и животных. Однако знания о вариациях процессов ледообразования были недостаточными. Бывшая аспирантка Умеоского университета Ловиса Линд создала модель образования льда, которая может быть полезна природоохранникам, техникам и исследователям в Северном полушарии.
«В предыдущих моделях образования льда ключевую роль играли осадки и неоднородность русла, но это не в полной мере применимо к малым рекам севера. Здесь важны еще больше факторов», — говорит Ловиса Линд.
Факторы, влияющие на ледообразование
Осенью вода теряет тепло из-за холодного воздуха, что приводит к образованию льда. В малой и мелкой реке охлаждение воды происходит быстрее, чем в большой и глубокой, при прочих равных условиях. Это создает разные возможности для образования льда.
«Мы изучили 25 участков на 19 малых реках в лесных ландшафтах Вестерботтена и обнаружили, что как климат, так и почвы важны для того, когда и как образуется лед», — говорит Ловиса Линд.
Типы ледообразования
В спокойных участках (плесах): Ледообразование часто начинается у краев русла. С развитием зимы ледяной покров растет, пока в итоге не покрывает весь канал. Во внутренних регионах, где реки текут на больших высотах, такому льду способствуют бревна и крупные валуны в воде, низкая температура воды, много холодных дней и низкий приток грунтовых вод. Важность местоположения зависит от того, что температура падает, а уклон увеличивается с высотой, а субстрат — крупный. Реки у побережья часто подвергаются оттепелям в середине зимы и поэтому имеют более неустойчивое образование льда.
В порожистых участках (перекатах): Быстрое и турбулентное течение приводит к перемешиванию воды и быстрому охлаждению. Затем образуются мелкие ледяные частицы, называемые шугой. Такой лед легко прилипает к объектам. Часто шуга может нарастать, образуя толстые ледяные покровы на дне реки — донный лед. Если пороги расположены ниже по течению от вытока из озера, ледообразование задерживается или не происходит, потому что озерная вода оказывает согревающий эффект. Это означает, что крутые пороги, расположенные далеко от вытока озера, имеют большую склонность к образованию донного льда.
«Таким образом, расстояние между участком порогов и вытоком озера может указывать на то, насколько подходит территория для освоения и восстановления», — говорит Ловиса Линд.
Последствия ледообразования
Иногда донный лед становится настолько толстым, что река перекрывается и выходит из берегов в середине зимы. Тогда уровень воды может стать выше, чем во время весеннего половодья, и образуется еще больше льда, когда запруженная вода замерзает. Вдоль некоторых малых рек прибрежные зоны были заполнены льдом на расстоянии до семи метров от русла.
Когда ледяная дамба в конце концов прорывается и запруженная вода высвобождается, уровень воды быстро падает, и лед в реке может оставаться висеть вдоль берегов. Когда такой лед теряет опору, он часто ломает прибрежную растительность.
«Воздействие на растительность и берега рек очевидно на участках с зимними паводками. В целом, такое образование льда важно для биоразнообразия прибрежных зон. В то же время большие скопления донного льда могут навредить рыбе в реках», — говорит Ловиса Линд.
Практическое применение
На основе новых данных исследователи сформировали модель, которая описывает вероятность различных типов образования льда в малых реках хвойных лесных регионов. Модель дает рекомендации о том, как можно управлять реками и как может развиваться растительность при восстановлении водотоков.