Озеро Байкал содержит почти четверть поверхностных пресных вод Земли и является самым интересным с научной точки зрения озером на нашей планете.
Ключевые выводы
- В то время как большинство озер формируются из рек, плотин или стока таяния снега, озеро Байкал образовалось в результате чисто геологического процесса.
- В нем содержится больше воды, чем во всех Великих озерах вместе взятых, и во многих отношениях это величайшее озеро на всей планете.
- Не только это, но и недавно он стал домом для крупнейшей нейтринной обсерватории в северном полушарии Земли. Вот что каждый должен знать об этом удивительном чуде природы.
Хотя практически все население Земли живет на суше, поверхность нашей планеты на 71% покрыта водой. Из этой воды почти вся она находится в океанах, и только 2,5% ее в виде пресной, а не соленой воды. Большая часть пресной воды Земли находится в ледниках, ледяных шапках, вечной мерзлоте, а также в воде и льду под поверхностью. Большая часть остального, как и следовало ожидать, находится в больших резервуарах с жидкой водой на нашей суше: озерах Земли.
В целом пресноводные озера составляют всего 0,007% от общего количества воды на Земле, но составляют подавляющее большинство жидкой пресной воды на нашей поверхности. Большинство озер Земли относительно молоды, им менее 18 000 лет, они образовались в конце последнего ледникового периода. Только 20 озер во всем мире являются древними: им более 1 миллиона лет. Озеро Байкал - это не только старейшее озеро Земли, возраст которого составляет 25-30 миллионов лет, но и самое большое озеро с наибольшим потенциалом для открытия новых открытий на переднем крае физики астрофизики. За этим стоит увлекательная наука.
Подавляющая часть воды на Земле соленая, а большая часть нашей пресной воды либо заморожена, либо находится в земле. Тем не менее, пресная свободная поверхностная вода в основном существует в озерах, причем на одно озеро приходится более 20% нашей пресной поверхностной воды. Water in Crisis, 1993)
Озера Земли являются основным местом, где содержится жидкая поверхностная пресная вода, но большинство из них образовались в результате отступления ледников. Большая часть пресной воды Земли замерзла в виде ледников и ледяных шапок, и это становится гораздо более суровым во время ледниковых периодов: когда полярные шапки становятся большими и простираются до гораздо более экваториальных широт, чем их нынешнее местоположение.
Когда ледниковый период закончится,
- большая часть замерзшей воды тает,
- ведущие к ледникам, вырезающим пути и вызывающим эрозию,
- с таянием ледников (и последующими осадками и сезонными изменениями), что приводит к образованию озер (и рек),
- и последующие схемы дренажа, ведущие к дополнительному образованию озера.
Например, все Великие озера, самые известные пресноводные объекты в Северной Америке, образовались в результате таяния ледников, возможно, неоднократно, и все они впадают в Атлантический океан через 3700 км- длинная река Святого Лаврентия.
Солнечная радиация (вверху, оранжевый), ледниковые/межледниковые циклы (в центре, черный) и атмосферный CO2 (внизу, синий) как функция нашей недавней истории. Обратите внимание, что области, выделенные желтым цветом, - это межледниковые периоды, между которыми расположены более крупные «ледниковые периоды».
Земля переживает ледниковые периоды относительно часто, а межледниковые периоды разделяют их во временных масштабах чуть больше, чем каждые 100 000 лет. Почти все озера, которые в настоящее время находятся на поверхности Земли, были созданы во время этих недавних переходов ледникового/межледникового периодов. Если в результате этих процессов образовалось озеро, оно, вероятно, не просуществует очень долго. Большинство озер в долгосрочной перспективе будут заполнены отложениями, отложившимися из впадающих рек.
Но есть несколько очень заметных исключений. Не в каждое озеро впадает река или ручей, и не каждое озеро образовалось в результате ледниковых/межледниковых циклов и переходов. Вместо того, чтобы жить тысячи лет и иметь максимальную глубину всего в несколько сотен метров (до 1300 футов), в мире есть несколько озер, которые являются древними и очень глубокими: миллионы лет и более мили (1 600 м) глубины.
Когда расходящаяся граница плиты начинает расширяться, может начать формироваться особенность, известная как рифтовая долина. Первоначально образуются две параллельные скалы, но позже они заполняются отложениями и другим материалом. В редких случаях это может привести к образованию глубокого озера, которое может существовать миллионы лет.
Древних озер, обнаруженных на Земле, немного, но у всех есть кое-что общее: все они находятся в активных рифтовых зонах в результате тектоники плит. Везде, где две плиты земной коры расходятся друг от друга - например, на границе расходящихся плит - может начать формироваться рифтовая долина. Со временем силы эрозии углубят эту рифтовую долину, создав огромную и глубокую яму.
То, что начинается как пропасть с двумя крутыми, почти параллельными сторонами, в конце концов расширяется и заполняется отложениями со стен разлома или, если условия подходящие, пресной водой. Из всех обнаруженных на Земле древних озер возрастом более 1 миллиона лет огромные 75% образовались именно в результате этого процесса, за исключениями, возникшими в результате таких событий, как падение метеоритов и вулканическая активность.
Озеро Байкал, вид из космоса со спутника НАСА OrbView-2. Озеро Байкал является седьмым по величине озером в мире по площади поверхности, но содержит больше пресной воды, чем любое другое озеро, с довольно большим отрывом.
Глядя на него сверху, российское озеро Байкал кажется впечатляющим, но не впечатляющим. Расположенное в южной Сибири, оно составляет едва ли половину поверхности озера Мичиган и занимает седьмое место среди озер мира с площадью немногим более 31 000 квадратных километров (12 000 квадратных миль).
Однако регионы по обе стороны от озера Байкал находятся на очень больших высотах, причем во многих местах высота над уровнем моря превышает 2000 метров (почти 7000 футов). Оно расположено точно на границе расходящейся плиты, так значительно разошедшейся с течением времени, что озеро имеет ширину до 79 километров (49 миль) и имеет три отдельных бассейна.
Самое глубокое из них - центральная котловина - достигает глубины 1 642 метра (5 387 футов), что делает его самым глубоким озером в мире.
Сравнение количества воды, содержащейся в озере Байкал, с водой, содержащейся в системе Великих озер.
Сколько воды вмещает озеро Байкал?
Если вы возьмете всю пресную поверхностную воду в мире и сложите ее, вы получите достаточно, чтобы заполнить куб со стороной примерно 35 км (22 мили). Сюда входят все озера, реки, ручьи, болота, болота, живые существа и даже вода в атмосфере Земли.
Озеро Байкал, в котором содержится больше пресной воды, чем в любом другом озере на Земле, отвечает за колоссальные 22% ее объема: более 23 000 кубических километров (5 600 кубических миль). В нем вдвое больше воды, чем в озере Верхнем, в пять раз больше, чем в озере Мичиган, и больше, чем во всех Великих озерах Северной Америки вместе взятых.
Топография окрестностей озера Байкал. В то время как в него впадает более 300 рек, а окружающие горы могут превышать 2000 метров в высоту, само озеро уходит на глубину значительно ниже уровня моря. Это самая глубокая континентальная рифтовая долина на Земле.
Насколько уникален Байкал?
Дно озера более чем на целый километр ниже уровня моря, но породившая его рифтовая долина уходит намного глубже. Согласно исследованию Университета Аляски в Фэрбенксе, со временем в рифтовую долину выпало еще около 7 000 метров (23 000 футов) отложений, в результате чего дно рифта достигло невероятных размеров от 8 до 11 километров. (5-7 миль) под поверхностью. Это делает геологический разлом, в котором находится озеро Байкал, самым глубоким континентальным разломом на планете Земля.
Какими бы впечатляющими ни были эти факты, важно мыслить геологически: этот континентальный разлом и молод, и активен. С каждым годом трещина расширяется примерно на 2,0 сантиметра (0,8 дюйма). В Байкал впадает более 300 рек, но только одна - Ангара - вытекает из него.
Особенно чистые воды Байкала обнажают большое мелководье у берега, но это обманчиво. Озеро Байкал, в его самом глубоком, является самым глубоким озером в мире, и с приблизительно 7 километрами наносов, заполняющих дно озера, самым глубоким континентальным разломом на Земле.
Насколько чистый Байкал?
Каждое второе большое высокогорное озеро на Земле за свою геологическую историю было покрыто ледяными щитами с предыдущих ледниковых периодов. Когда ледниковые периоды заканчиваются, континентальные ледяные щиты надвигаются на них, размывая озера.
Но только не Байкал. Уникально среди этих озер то, что в его отложениях нет никаких признаков того, что эти ледяные щиты движутся по ним. Вместо этого отложения керна, полученные при глубоком бурении (самое глубокое дно озера было впервые достигнуто в 1990-х годах), показывают, как менялся климат на протяжении почти 7 миллионов лет недавней истории. Необычные кристаллические твердые вещества, известные как газогидраты, обнаружены в озере Байкал, что делает его единственным в мире замкнутым пресноводным озером, в котором они содержатся.
Фотография обнаженных гидратов метана в отложениях озера (а) и фрагмент гидрата метана, удерживаемый рукой манипулятора. (б) Показанный участок расположен в среднем районе озера Байкал, в районе Санкт-Петербургского грязевого вулкана на глубине 1350 м., 2018 г.)
Сколько лет Байкалу?
Основываясь только на геологии озера, но подтвержденной исследованиями воды и отложений, возраст озера Байкал оценивается между 25 и 30 миллионами лет. На Земле очень редко можно найти озеро, которое существует более 10 миллионов лет (только пять из них являются кандидатами), а доказательства старости озера Байкал неопровержимы.
Другие очень старые озера включают озеро Иссык-Куль и озеро Маракайбо, оба из которых являются озерами с морской, а не пресной водой, и их возраст неизвестен. Озеро Зайсан в Казахстане - единственное озеро, которое может быть старше, так как существенные доказательства датируют его поздним меловым периодом, более 65 миллионов лет назад. Однако точный возраст этого озера остается спорным; Озеро Байкал остается самым старым озером на Земле без большой неопределенности в его возрасте.
Объемный детектор Baikal-Gigaton может конкурировать с нейтринной обсерваторией IceCube, расположенной на Южном полюсе Земли. В настоящее время аналога в Северном полушарии нет, и это может привести к поистине невероятной фундаментальной науке.
Какой у него научный потенциал?
Чем глубже вы погружаетесь под воду, тем больше вы защищены от атмосферных и космических сигналов, включая космические лучи и другие источники рассеянных частиц. Это создает среду, близкую к нетронутой, для обнаружения самых призрачных из известных частиц: нейтрино, если у вас есть очень чистая вода. Озеро Байкал, являющееся самым глубоким пресноводным озером в мире, предлагает огромный потенциал для использования в качестве беспрецедентного детектора нейтрино и, возможно, даже может конкурировать с самым большим текущим детектором на Земле: IceCube, расположенным на Южном полюсе.
В марте 2021 года объемный детектор Baikal-Gigaton был погружен в глубины озера Байкал, где он находится на глубине от 2500 до 4300 футов. С 288 оптическими модулями он использует уникальные свойства Lakes:
- глубина,
- пресноводная природа,
- уникальная прозрачность воды,
- и значительный ледовый покров в течение многих месяцев в году,
позволяет проводить нейтринные исследования, недоступные из большинства других мест на Земле.
В дополнение к физическим приложениям, присущим этой уникальной среде, чрезвычайно богатое биоразнообразие встречается исключительно здесь и больше нигде в нашем мире.
Байкальская нерпа - одно из более чем 2000 известных животных, которые являются эндемичными (уникальными) для озера Байкал в Сибири, Россия. Это один из трех видов тюленей, обитающих только в пресноводных озерах на планете Земля.
Озеро Байкал является не только самым большим, самым глубоким и старейшим озером в мире, но и содержит около 2000 уникальных известных видов животных, которые не встречаются больше нигде на Земле. Несмотря на то, что он находится под охраной ЮНЕСКО как объект Всемирного наследия, средняя температура поверхности озера Байкал повысилась на 1.5°С за последние 50 лет. Наряду с химическим загрязнением озера Байкал, эта уникальная экосистема, остававшаяся нетронутой миллионы лет, сейчас меняется быстрее, чем когда-либо прежде.
И все же, возможно, самое замечательное в озере Байкал - это то, что оно дает нам представление о том, как Земля развивается с течением времени. Здесь действуют те же геологические процессы, которые привели к распаду древнего суперконтинента Пангеи и образованию земных океанов. Возможно, через сотни миллионов лет рифтовая долина, в которой сейчас находится озеро Байкал, станет соляным телом, связанным с нашими океанами. По многим параметрам это величайшее озеро на всей нашей планете.