Hồ là những phần trũng của địa hình có nước tĩnh thường xuyên. Trên thế giới có khoảng 2,8 triệu hồ tự nhiên, trong đó có 145 hồ có diện tích mặt nước trên 100km2, chứa 95% tổng lượng nước các hồ. Hồ hiện chứa 0,313% thể tích nước ngọt lục địa, gấp khoảng 6 lần lượng nước có trong các hệ thống sông. Riêng Bai Can, hồ sâu nhất thế giới, đã chứa 23.000km3
nước, bằng gần 1/4 tổng lượng nước các hồ và bằng 1/10 lượng nước ngọt toàn cầu. Không phải tất cả các hồ trên thế giới đều chứa nước ngọt. Biển hồ Caxpiên là một hồ nước mặn, hồ Chết là hồ chứa loại nước mặn nhất thế giới.
Đặc trưng hình thái quan trọng nhất của hồ là diện tích mặt nước và dung tích hồ. Chúng
biến đổi theo sự thay đổi độ cao mặt nước hồ (hoặc độ sâu). Đối với những hồ có bờ đáy ổn
định, quan hệ giữa diện tích mặt nước và dung tích hồ với độ sâu tương đối ổn định và được
biểu diễn dưới dạng bảng hoặc đồ thị. Diện tích mặt hồ càng lớn, khả năng trao đổi chất và năng lượng với khí quyển càng lớn, trong đó đáng lưu ý là những q trình như bốc hơi, xâm nhập ơxy từ khí quyển, đốt nóng, sóng... Chiều dài đà gió càng lớn thì sóng do gió càng cao, tạo ra sự xáo trộn sâu hơn trong tầng mặt và tạo nước dồn sinh dịng chảy do gió. Tỷ lệ dung tích trên độ sâu hồ càng lớn thì chế độ nước trong hồ càng ổn định, đồng thời sự phân bố các
đặc trưng thuỷ lý, thuỷ hoá, thuỷ sinh và chế độ động lực càng kém đồng nhất.
Bảng 3.1.
Các hồ lớn trên thế giới
Hồ Diện tích (km2) Độ sâu lớn nhất (m) Hồ Diện tích (km2) Độ sâu lớn nhất (m)
Caxpiên Thượng Victoria Aran Hurôn 371.795 82.362 69.485 65.527 59.570 995 406 81 68 229 Misigân Tanganyika Gấu lớn Baican Nyatxa 58.016 32.893 31.792 30.510 29.604 282 1.417 413 1.620 678
Mực nước hồ là hàm của các yếu tố sau:
Đặc điểm chu kì nước nhiều năm.
Tương quan giữa lượng nước đến và nước đi.
Đặc điểm mặt nước hồ.
Chế độ động lực trong hồ. Hoạt động kiến tạo, địa chấn.
Dao động mực nước hồ chia thành ba loại:
Dao động tuyệt đối, có tính quy luật, là dao động có liên quan tới sự thay đổi trữ lượng
nước hồ do các tác nhân khí hậu, biên độ dao động lớn.
Dao động thế kỷ, liên quan tới hoạt động nâng lên hạ xuống của bề mặt Trái Đất, diễn ra chậm.
Dao động tương đối, bất thường, diễn biến nhanh, như sóng, nước dồn. Loại dao động
thứ ba này có đặc điểm quan trọng là có thể mang tính khu vực, làm cho mặt nước hồ không bằng phẳng và khơng nằm ngang.
Dịng chảy trong hồ có vai trị làm tăng xáo trộn trong khối nước, do đó nó là một nhân tố tích cực cho q trình tự làm sạch và đồng nhất các đặc trưng thuỷ lý, thuỷ hố theo khơng gian. Chế độ dịng chảy thường xuyên trong hồ có nhiều điểm phân biệt với chế độ dịng chảy trong sơng như:
Vận tốc khơng lớn.
Dịng chảy thường khó phân bố trên tồn mặt cắt ngang
Hướng dòng chảy phân tán, phụ thuộc phức tạp vào vị trí điểm nước vào ra hồ, lưu lượng nước, hình dạng hồ, gió, nhiệt độ... Đo đạc đầy đủ trên một số hồ lớn cho thấy hướng dịng
chảy trong hồ phân hố theo diện và độ sâu rất phức tạp.
Điều kiện hình thành dịng phân tầng trong hồ là:
Tỷ trọng của nước gia nhập so với nước hồ khác nhau đáng kể.
Hồ tiếp nhận nước có độ sâu lớn, độ dốc thuận, đáy và chiều rộng khơng có những thay
đổi đột biến.
Khi có các điều kiện trên, dịng nước nhập vào sẽ có khả năng chuyển động thành tầng riêng, khơng hồ nhập, hoặc hoà nhập từ từ vào khối nước hồ. Các dòng phân tầng trên mặt có khả năng hồ trộn nhanh hơn do xáo trộn. Dịng phân tầng đáy vừa khó hịa nhập do xáo trộn kém, vừa tăng nguy cơ gây ô nhiễm đáy hồ. Dịng chảy khơng thường xun trong hồ
bao gồm dịng trơi dạt do gió, dịng do chênh lệch áp suất khơng khí, dịng đối lưu nhiệt và dòng mật độ.
Đối lưu nhiệt trong miền biến đổi nhiệt độ >4oC chỉ diễn ra trên tầng mặt khi nhiệt độ
giảm do mất nhiệt từ trên mặt và trong miền biến đổi nhiệt độ <4oC chỉ xảy ra khi nhiệt độ tăng từ trên mặt do được cấp nhiệt.
Trong các hồ nước sâu, dòng chảy nhỏ, có thể diễn ra hiện tượng phân tầng nhiệt như sau:
Tầng sâu, Hypolimnion, nhiệt độ gần 4oC ổn định theo độ sâu và theo thời gian ngày,
mùa do xáo trộn kém.
Tầng mặt, Epilimnion (5 - 20m), nhiệt độ hầu như đồng đều theo độ sâu, do xáo trộn tốt bằng dịng do gió, đối lưu..., biến động nhiệt theo thời gian phụ thuộc vào điều kiện khí hậu.
Tầng giữa, Metalimnion, cịn gọi là tầng nêm nhiệt, dày khoảng (2 - 7m), có nhiệt độ
trung gian giữa hai tầng trên, do xáo trộn kém, với gradien nhiệt theo độ sâu là lớn nhất trong toàn khối nước.
Khi nhiệt độ nước lớn hơn 4oC, phân tầng được gọi là thuận nhiệt, còn khi nhiệt độ nhỏ hơn 4oC, phân tầng được gọi là nghịch nhiệt. Phân tầng nhiệt là yếu tố cản trở sự phát tán vật chất trong khối nước và đồng nhất hoá các giá trị đặc trưng thuỷ lý, thuỷ hố, dẫn đến cản trở q trình tự làm sạch của nước.
Một hệ sinh thái hồ hoàn chỉnh có đủ các thành phần sinh vật tự dưỡng, dị dưỡng và sinh vật phân huỷ thích nghi với trạng thái nước tương đối tĩnh. Vùng bờ thoải là nơi sống lý tưởng của các vành đai thực vật thuỷ sinh thích nghi với các độ sâu khác nhau. Tầng mặt có ánh sáng là nơi sinh sống của nhiều loại thực vật phù du, tạo môi trường thuận lợi cho động vật
phát triển. Hệ động vật có mặt các loài ăn thực vật, động vật tầng mặt, tầng đáy, do đó đa
dạng sinh học và năng suất sinh học đều cao.
Vùng bờ hồ có thực vật phát triển có xu thế nơng dần, bờ tiến vào vùng nước sâu rất nhanh, độ sâu khối nước và dung tích hồ giảm nhanh chóng, thậm chí tới mức biến hồ thành
đầm lầy. Trầm tích hồ có thể trở thành nguồn gây ơ nhiễm khối nước nếu xuất hiện những cơ
chế cho phép cuốn chúng trở lại khối nước, như đối lưu, xáo trộn... Khả năng này tăng theo sự giảm độ sâu hồ.
Cán cân nước hồ có đặc điểm là tỷ trọng dòng đến, dòng đi so với lượng nước trong hồ khơng lớn. Tiêu hao nước trong các hồ khơng có dòng chảy đi liên quan chủ yếu với ngấm, bốc hơi và các hoạt động nhân sinh. Khi bốc hơi là nguyên nhân chủ đạo gây tiêu hao nước hồ, thì sẽ xảy ra q trình tích luỹ muối khống gây mặn hoá hồ và suy thoái hệ sinh thái hồ.
Thành phần hoá học nước hồ phụ thuộc vào các yếu tố chính sau:
Đặc điểm dịng đến và đi.
Mức độ xáo trộn nước trong hồ.
Đặc điểm các q trình cơ lí, hố sinh trong hồ.
Dòng chất lơ lửng gia nhập vào hồ sẽ dễ dàng lắng đọng tạo trầm tích làm nơng đáy hồ, do tốc độ dòng chảy trong hồ nhỏ hơn rất nhiều so với trong sơng. Dịng chất tan, nếu có hàm lượng cao hơn trong nước hồ thì sẽ phân tán vào nước hồ, làm tăng độ khoáng hố nước hồ ngay cả khi dịng chảy ra bằng dịng chảy vào. Bốc hơi khơng đem theo các chất khoáng, do vậy tương quan giữa lượng bốc hơi và lượng dịng vào càng lớn, độ khống hố của hồ tăng càng nhanh. Chính vì vậy nước các hồ nằm trong vùng khơ hạn thường có độ khống hố cao. Mức độ xáo trộn nước hồ càng cao thì khả năng tự làm sạch của nước càng lớn và phân bố vật chất càng đồng đều, còn khi nước hồ càng tĩnh thì quá trình lắng đọng diễn ra càng thuận lợi.
Chế độ nước hồ càng tĩnh, khả năng lắng đọng trầm tích trong hồ càng lớn. Các hồ sâu, bờ đá và nghèo dinh dưỡng, Oligotrophic, sinh vật kém phát triển, trầm tích đáy chủ yếu là chất khống (chiếm đến 85 - 95% trọng lượng khơ). Trong các hồ nông, bờ đất và giàu dinh
dưỡng, sinh vật phát triển tốt, trầm tích đáy có thành phần hữu cơ cao (chiếm đến 50-80%
trọng lượng khô). Trong trầm tích một số hồ đặc biệt có thể có tích luỹ những loại chất có giá trị đạt tới mức độ khai thác, trong đó thường gặp nhất là than bùn, sắt, mangan.
Hồ thuộc loại đất ngập nước biệt lập có vai trị tự nhiên và nhân văn hết sức quan trọng. Hồ cung cấp nước trực tiếp cho nhu cầu của người và sinh vật, cung cấp khơng gian sống cho thuỷ sinh, điều tiết dịng chảy mặt, lưu thông với các thuỷ vực mặt và ngầm, điều hồ khí hậu. Trong những vùng kém ẩm, khả năng sinh thuỷ khơng đủ hình thành mạng lưới sơng ngịi, thì sự tồn tại của các hồ có vai trị quan trọng đối với toàn bộ hệ sinh thái khu vực nói chung và sự sống của con người nói riêng. Chúng tạo ra các ốc đảo nước ngọt có ý nghĩa sống cịn đối với động vật hoang dã và hệ thuỷ sinh địa phương, là nơi nghỉ chân của nhiều lồi chim di cư, góp phần tạo ra và duy trì đa dạng sinh học.
Các hồ lớn ít lưu thơng và có độ sâu lớn thường có hệ sinh thái đặc thù, với nhiều lồi
đặc hữu có giá trị rất cao cả về kinh tế và đa dạng sinh học. Hồ Bai Can sâu nhất thế giới
(1.620m). Hồ nước mặn Caxpiên rộng nhất thế giới, 371.000km2. Biển Chết ở bán đảo A Rập có độ muối 20%, cao gấp 7 lần nước biển thơng thường, là sản phẩm của q trình bốc hơi liên tục, biển hầu như khơng có sự sống. Hồ Niuoacơ trên đảo Ki Tin, Bắc cực có 5 tầng nước do thành phần nước phân hố, có nguồn gốc khác nhau, mặt hồ đóng băng gần như quanh
hai có chứa nhiều muối vi lượng, cư dân chủ yếu có các lồi động vật tiết túc, giáp xác như tơm, cua...; Tầng thứ ba nước lợ, có các lồi hải quỳ, sao biển, cá biển; Tầng thứ tư màu hồng, có nhiều tảo và vi khuẩn hấp thụ sunfuarơ; Tầng thứ năm ở đáy, có nhiều bùn thối đen và vi khuẩn yếm khí.
Tuy nhiên hồ cũng là một hệ thống tự nhiên nhạy cảm. Những tác động tự nhiên vào cán cân nước hồ như làm tăng giảm thành phần dòng đến hoặc đi của hồ, làm thay đổi cân bằng nước hồ và cân bằng dòng vật chất trong hồ đều có thể gây nên những hệ quả rất xấu, như suy thối, ơ nhiễm hồ, khủng hoảng hệ sinh thái hồ, cạn kiệt và biến mất hồ... Nhiều lồi đặc hữu trong các hồ có giá trị rất cao về mặt kinh tế hoặc sinh thái, có vai trị quan trọng tạo ra những giá trị cảnh quan sinh thái và du lịch trong hồ có thể bị tuyẹet diệt do bị khai thác quá mức hoặc do chất lượng nước hồ suy giảm.
Bảng 3.1.
Khủng hoảng biển Aran
Aran từng là biển hồ lớn thứ 4 trên lục địa, diện tích 66.000km2, chứa 1.064km3 nước, dịng chảy hàng năm từ sơng Amuaria và Sư Đaria gia nhập vào hồ là 56 km3, nhưng hồ cũng tiêu hao 60km3/năm vào bốc hơi, do
đó cán cân nước hồ tự nhiên đã luôn bị thiếu hụt. Năm 1975, trên lưu vực hai con sông đổ vào hồ, người ta đã
mở rộng sản xuất, làm cho diện tích bơng cần tưới tăng trên 10 triệu ha, lượng nước tưới được khai thác trực tiếp từ hai sông đổ vào hồ. Hệ quả là lượng nước nhập vào hồ giảm xuống, chỉ còn 7 - 11km3/năm. Do thiếu hụt nghiêm trọng cán cân nước đến so với bốc hơi, hồ Aran thu hẹp dần kích thước.
Đến nay diện tích hồ chỉ cịn 36 km2, chia thành hai hồ nhỏ, dung tích giảm 69%, độ muối tăng 3 lần, đạt
24%.
Phần lòng hồ nơng nhiều trầm tích bở rời và muối mặn bị khơ cạn, phơi ra trước nắng gió, là nguồn cung cấp từ 40 nghìn đến hàng triệu tấn bụi muối/năm, gây ô nhiễm nặng các vùng xung quanh.
Sử dụng hố chất trong nơng nghiệp gây ơ nhiễm nước. Hệ quả là đã gây ra bệnh tật cho gia súc, người và động vật hoang dại, năng suất cây trồng giảm tới 40%. Các loài hoang dã giảm từ 178 xuống cịn 38, các lồi đặc hữu biến mất. Q trình hoang mạc hố, mặn hố, ơ nhiễm nước vẫn đang tiếp diễn.