Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Озера разделены на три отдельных участка:
Ⅰ. Эпилимнионе
Ⅱ. Металимниона
Ⅲ. В гиполимнионе
Чешуйки используются , чтобы связать каждый раздел стратификации до соответствующих глубин и температур. Стрелка используется, чтобы показать движение ветра над поверхностью воды, которое инициирует круговорот в эпилимнионе и гиполимнионе.
Озерные зоны
   Прибрежная зона
   Лимнетическая зона
   Профундальная зона
   Бентическая зона
Стратификация озера
   Эпилимнион
   Металимнион
   Гиполимнион
   Дестратификация
Типы озер
   Голомиктическое озеро
   Мономиктическое озеро
   Димиктическое озеро
   Полимиктическое озеро
   Меромиктическое озеро
   Амиктическое озеро
Смотрите также

Стратификация озер - это тенденция озер образовывать отдельные и отчетливые термические слои в теплую погоду. Обычно стратифицированные озера имеют три отдельных слоя: эпилимнион, состоящий из верхнего теплого слоя, термоклин (или металимнион ): средний слой, глубина которого может меняться в течение дня, и более холодный гиполимнион, простирающийся до дна озера.

Определение [ править ]

Термическая стратификация озер относится к изменению температуры на разных глубинах озера и происходит из-за изменения плотности воды в зависимости от температуры. [1] Холодная вода более плотная, чем теплая, и эпилимнион обычно состоит из воды, которая не такая плотная, как вода в гиполимнионе. [2] Однако температура максимальной плотности пресной воды составляет 4 ° C. В регионах с умеренным климатом, где вода в озере нагревается и охлаждается в зависимости от времени года, происходит циклический цикл опрокидывания, который повторяется из года в год, когда холодная плотная вода в верхней части озера опускается. Например, в димиктических озерахвода в озере переходит весной и осенью. В более глубоких водах этот процесс происходит медленнее, и в результате может образоваться термобарик . [1] Если расслоение воды продолжается в течение длительного времени, озеро меромиктическое .

В мелководных озерах расслоение на эпилимнион, металимнион и гиполимнион часто не происходит, поскольку ветер или похолодание вызывают регулярное перемешивание в течение года. Эти озера называют полимиктовыми . Не существует фиксированной глубины, разделяющей полимиктовые и стратифицирующие озера, поскольку помимо глубины на нее также влияют мутность, площадь поверхности озера и климат. [3]

Режим перемешивания озер (например, полимиктический, димиктический, меромиктический) [4] описывает годовые модели стратификации озера, которые происходят в течение большей части лет. Однако краткосрочные события также могут повлиять на стратификацию озера. Волны жары могут вызывать периоды стратификации в смешанных мелководных озерах [5], в то время как смешанные явления, такие как штормы или большой сток реки, могут нарушать стратификацию. [6]

Накопление растворенного углекислого газа в трех меромиктических озерах в Африке ( озеро Ньос и озеро Монун в Камеруне и озеро Киву в Руанде ) потенциально опасно, потому что, если в одном из этих озер начнется известковое извержение , очень большое количество углекислого газа может быстро покинуть озеро и вытеснить кислород, необходимый для жизни людей и животных в окрестностях.

Де-стратификация [ править ]

В умеренных широтах многие озера, стратифицированные в летние месяцы, дестратифицируются в более прохладную и ветреную погоду, при этом существенным фактором в этом процессе является перемешивание поверхности под действием ветра. Это часто называют «осенним оборотом». При смешивании гиполимниума со смешанным водоемом озера происходит рециркуляция питательных веществ, в частности соединений фосфора, которые попадают в гиполимнион в теплую погоду. Это также создает риск кислородного проседания, поскольку давно установившийся гиполимнион может быть бескислородным или иметь очень низкое содержание кислорода.

Режимы перемешивания в озере могут изменяться в ответ на повышение температуры воздуха. Некоторые димиктические озера могут превратиться в мономиктические озера, а некоторые мономиктические озера могут стать меромиктическими в результате повышения температуры. [7]

Многие типы оборудования для аэрации использовались для термической дестратификации озер, особенно озер с низким содержанием кислорода или нежелательным цветением водорослей. [8] Фактически, менеджеры по природным ресурсам и окружающей среде часто сталкиваются с проблемами, вызванными термической стратификацией озер и прудов. [2] [9] [10] Вымирание рыбы напрямую связано с температурными градиентами, застоем и ледяным покровом. [11] Чрезмерный рост планктона может ограничить рекреационное использование озер и коммерческое использование озерной воды. Сильная термальная стратификация в озере также может отрицательно сказаться на качестве питьевой воды. [2] Для рыболовстваПо мнению менеджеров, на пространственное распределение рыбы в озере часто негативно влияет термическая стратификация, а в некоторых случаях это может косвенно вызывать массовую гибель рыбы, важной для рекреации. [11] Одним из широко используемых инструментов для снижения серьезности этих проблем управления озерами является устранение или уменьшение термической стратификации посредством аэрации . [9] Аэрация имела некоторый успех, хотя редко оказывалась панацеей. [10]

Антропогенные воздействия [ править ]

В каждом озере установлен режим перемешивания, на который влияют морфометрия озера и условия окружающей среды. Однако было показано, что антропогенное влияние в виде изменения землепользования, потепления и изменения погодных условий влияет на время и интенсивность стратификации озер по всему миру. [12] [13] Эти изменения могут еще больше изменить состав сообщества рыб, зоопланктона и фитопланктона, а также создать градиенты, которые изменяют доступность растворенного кислорода и питательных веществ. [14] [15]

Изменения в землепользовании человека влияют на стратификацию озера и, следовательно, на состояние воды разными способами. Расширение городов привело к строительству дорог и домов в непосредственной близости от ранее изолированных озер, что в конечном итоге привело к увеличению стока и загрязнению. Добавление твердых частиц в озерные тела может снизить прозрачность воды, что приведет к более сильной термической стратификации и общему снижению средней температуры водяного столба, что в конечном итоге может повлиять на возникновение ледяного покрова. [16] На качество воды также может влиять сток соли с дорог и тротуаров, который часто создает слой солей донного раствора, препятствующий вертикальному перемешиванию поверхностных вод. [15]Кроме того, солевой слой может препятствовать попаданию растворенного кислорода в донные отложения, уменьшая рециркуляцию фосфора и влияя на микробные сообщества. [15]

В глобальном масштабе повышение температуры и изменение погодных условий также могут влиять на стратификацию озер. Повышение температуры воздуха оказывает на озера такое же воздействие, как и физический сдвиг в географическом положении, особенно чувствительны тропические зоны. [13] [12] Интенсивность и масштабы воздействия зависит от местоположения и озера морфометрии, но в некоторых случаях может быть настолько велика, чтобы требовать реклассификации от мономиктические к dimictic (бывший Большого Медвежьего озера). [13] В глобальном масштабе стратификация озер кажется более стабильной с более глубокими и крутыми термоклинами и средней температурой озера как основным фактором, определяющим реакцию стратификации на изменение температуры. [12]Кроме того, скорость потепления поверхности намного выше, чем скорость потепления дна, что опять же указывает на более сильную термическую стратификацию озер. [12]

Изменения в структуре стратификации также могут изменить состав сообществ озерных экосистем. В мелководных озерах повышение температуры может изменить сообщество диатомовых водорослей, в то время как в глубоких озерах это изменение отражается на таксонах глубокого слоя хлорофилла. [14] Изменения в моделях смешивания и повышение доступности питательных веществ также могут повлиять на видовой состав и численность зоопланктона, в то время как снижение доступности питательных веществ может нанести ущерб бентическим сообществам и среде обитания рыб. [14] [15]

См. Также [ править ]

  • Водные науки
  • Стратификация (вода)
  • Гипоксия
  • Пресноводные экосистемы
  • Толщина воды
  • Аэрация озера

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b «Стратификация по плотности» . Вода в сети. 7 октября 2015 года.
  2. ^ a b c «Факты об обороте озера Ланье» . Департамент природных ресурсов Джорджии .
  3. ^ Кириллин, Г .; Шатвелл, Т. (октябрь 2016 г.). «Обобщенная шкала сезонной термической стратификации в озерах» . Обзоры наук о Земле . 161 : 179–190. DOI : 10.1016 / j.earscirev.2016.08.008 .
  4. ↑ Льюис-младший, Уильям М. (октябрь 1983 г.). «Пересмотренная классификация озер на основе смешивания». Канадский журнал рыболовства и водных наук . 40 (10): 1779–1787. DOI : 10.1139 / f83-207 .
  5. ^ Вильгельм, Сюзанна; Адриан, РИТА (4 октября 2007 г.). «Влияние летнего потепления на термические характеристики полимиктового озера и последствия для кислорода, питательных веществ и фитопланктона». Пресноводная биология . 53 (2): 226–37. DOI : 10.1111 / j.1365-2427.2007.01887.x .
  6. ^ де Эйто, Эльвира; Дженнингс, Элеонора; Райдер, Элизабет; Спарбер, Карин; Диллейн, Мэри; Далтон, Кэтрин; Пул, Рассел (2 января 2018 г.). «Реакция экосистемы гуминового озера на экстремальные осадки: физические, химические и биологические последствия» . Внутренние воды . 6 (4): 483–498. DOI : 10.1080 / IW-6.4.875 .
  7. ^ Вулвей, Р. Истин; Торговец, Кристофер Дж. (18 марта 2019 г.). «Мировое изменение режимов перемешивания озер в ответ на изменение климата» (PDF) . Природа Геонауки . 12 (4): 271–276. Bibcode : 2019NatGe..12..271W . DOI : 10.1038 / s41561-019-0322-х . S2CID 134203871 .  
  8. ^ Кук, Г. Деннис; Уэлч, Юджин Б .; Петерсон, Спенсер; Николс, Стэнли А., ред. (2005). Восстановление и управление озерами и водохранилищами (Третье изд.). Бока-Ратон: CRC Press. п. 616. ISBN 9781566706254.
  9. ^ a b Лэки, Роберт Т. (февраль 1972 г.). «Методика устранения термической стратификации в озерах». Журнал Американской ассоциации водных ресурсов . 8 (1): 46–49. Bibcode : 1972JAWRA ... 8 ... 46L . DOI : 10.1111 / j.1752-1688.1972.tb05092.x .
  10. ^ a b Лэки, Роберт Т. (июнь 1972 г.). «Отклик физико-химических параметров на устранение термической стратификации в пласте». Журнал Американской ассоциации водных ресурсов . 8 (3): 589–599. Bibcode : 1972JAWRA ... 8..589L . DOI : 10.1111 / j.1752-1688.1972.tb05181.x .
  11. ^ a b Лэки, Роберт Т .; Холмс, Дональд В. (июль 1972 г.). «Оценка двух методов аэрации для предотвращения Winterkill». Прогрессивный рыбовод . 34 (3): 175–178. DOI : 10,1577 / 1548-8640 (1972) 34 [175]: EOTMOA 2.0.CO; 2 .
  12. ^ a b c d Kraemer, Бенджамин М .; Анневиль, Орлан; Чандра, Судип; Дикс, Маргарет; Куусисто, Эско; Ливингстон, Дэвид М .; Риммер, Алон; Шладов, С. Джеффри; Силов, Евгений; Sitoki, Lewis M .; Таматама, Рашид (2015-06-28). «Морфометрия и средняя температура влияют на реакцию стратификации озера на изменение климата: ОТВЕТЫ СТРАТИФИКАЦИИ ОЗЕРА НА КЛИМАТ» . Письма о геофизических исследованиях . 42 (12): 4981–4988. DOI : 10.1002 / 2015GL064097 .
  13. ^ a b c Мейер, Габриэла К .; Маслиев Илья; Сомлёди, Ласло (1996), «Влияние изменения климата на чувствительность стратификации озер: глобальная перспектива», Управление водными ресурсами в условиях климатических / гидрологических неопределенностей , Springer, Нидерланды, стр. 225–270, doi : 10.1007 / 978- 94-009-0207-7_9 , ISBN 978-94-010-6577-1
  14. ^ a b c Эдлунд, Марк; Альмендингер, Джеймс; Фанг, Син; Хоббс, Джой; VanderMeulen, Дэвид; Ки, Ребекка; Энгстрем, Дэниел (2017-09-07). «Влияние изменения климата на термическую структуру озера и биотический отклик в северных озерах дикой природы» . Вода . 9 (9): 678. DOI : 10,3390 / w9090678 . ISSN 2073-4441 . 
  15. ^ a b c d Новотный Эрик В .; Стефан Хайнц Г. (2012-12-01). «Воздействие дорожной соли на стратификацию озера и качество воды». Журнал гидротехники . 138 (12): 1069–1080. DOI : 10.1061 / (ASCE) HY.1943-7900.0000590 .
  16. ^ Heiskanen, Jouni J .; Маммарелла, Иван; Охала, Энн; Степаненко Виктор; Эрккиля, Кукка-Маария; Миеттинен, Хели; Сандстрём, Хайди; Эугстер, Вернер; Леппяранта, Матти; Ярвинен, Хейкки; Весала, Тимо (2015). «Влияние прозрачности воды на стратификацию озера и теплообмен между озером и атмосферой». Журнал геофизических исследований: атмосферы . 120 (15): 7412–7428. DOI : 10.1002 / 2014JD022938 . ISSN 2169-8996 . 

Aquatic Science Гипоксия Пресноводные экосистемы толще воды