Лимнологический ( / л ɪ м п ɒ л ə dʒ я / ЮЩИЕ NOL -ə-Jee , от греческого λίμνη, Лимна , «озеро» и λόγος, логотипы , «знание») является изучение внутренних водных экосистем . [1] Изучение лимнологии включает аспекты биологических , химических , физических и геологических характеристик и функций внутренних вод (проточные и стоячие, пресные и соленые, природные и искусственные). Сюда входит изучение озер., водохранилища , пруды , реки , родники , ручьи , водно-болотные угодья и грунтовые воды . [2] Более поздняя суб-дисциплина лимнологии, названная ландшафтной лимнологией , изучает, управляет и стремится сохранить эти экосистемы с использованием ландшафтной перспективы, явно исследуя связи между водной экосистемой и ее водосборным бассейном . В последнее время необходимость понимать глобальные внутренние воды как часть системы Земля создала суб-дисциплину, называемую глобальной лимнологией. [3] Этот подход рассматривает процессы во внутренних водах в глобальном масштабе, такие как роль внутренних водных экосистем в глобальных биогеохимических циклах. [4] [5] [6] [7] [8]
Лимнология тесно связана с водной экологией и гидробиологией , изучающими водные организмы и их взаимодействие с абиотической (неживой) средой. Хотя лимнология в значительной степени пересекается с дисциплинами, специализирующимися на пресной воде (например, биология пресной воды ), она также включает изучение внутренних соленых озер.
История
Термин лимнология был придуман Франсуа-Альфонсом Форелем (1841–1912), который основал эту область исследованиями Женевского озера . Интерес к этой дисциплине быстро расширился, и в 1922 году Август Тиенеманн (немецкий зоолог) и Эйнар Науманн (шведский ботаник) стали соучредителями Международного общества лимнологов (SIL, от Societas Internationalis Limnologiae ). Первоначальное определение лимнологии, данное Форелем, « океанография озер», было расширено, чтобы охватить изучение всех внутренних вод [2], и повлияло на работу Бенедикта Дыбовски по озеру Байкал .
Среди выдающихся ранних американских лимнологов были Дж. Эвелин Хатчинсон и Эд Диви . [9] В университете Висконсин-Мэдисон , Эдвард А. Бирге , Chancey Джеди , Чарльз Р. Голдмана и Arthur D. Хаслера вклад в развитие Центра Лимнологии . [10] [11]
Общая лимнология
Физические свойства
Физические свойства водных экосистем определяются сочетанием тепла, течений, волн и других сезонных распределений условий окружающей среды. [12] морфометрия тела воды зависит от типа признака (например, озеро, река, ручей, заболоченное, устье т.д.) и структуры земли , окружающего тела воды. Например, озера классифицируются по их формированию, а зоны озер определяются по глубине воды. [13] Морфометрия речных и ручных систем определяется геологическими особенностями местности, а также общей скоростью движения воды. [12] Морфометрия ручья также зависит от топографии (особенно уклона), а также от характера осадков и других факторов, таких как растительность и освоение земель.
Другими типами водных систем, которые подпадают под изучение лимнологии, являются эстуарии . Эстуарии - это водоемы, классифицируемые по взаимодействию реки и океана или моря. [12] Водно-болотные угодья различаются по размеру, форме и структуре, однако наиболее распространенные типы, болота, трясины и болота, часто колеблются между мелководными, пресноводными и сухими в зависимости от времени года. [12]
Легкие взаимодействия
Световое зонирование - это концепция того, как количество солнечного света, проникающего в воду, влияет на структуру водоема. [12] Эти зоны определяют различные уровни продуктивности в водных экосистемах, таких как озеро. Например, глубина водного столба, в которую может проникать солнечный свет и где может расти большая часть растений, известна как световая или эвфотическая зона. Остальная часть водного столба, которая находится глубже и не получает достаточного количества солнечного света для роста растений, известна как афотическая зона . [12]
Термическая стратификация
Подобно световой зональности, термическая стратификация или термическая зональность - это способ группирования частей водного объекта в водной системе на основе температуры различных слоев озера. Чем менее мутна вода, тем больше света может проникнуть внутрь и, таким образом, тепло передается глубже в воду. [14] Нагрев экспоненциально снижается с увеличением глубины водяного столба, поэтому вода будет более теплой у поверхности, но постепенно холоднее по мере движения вниз. Существует три основных раздела, определяющих термическую стратификацию озера. Эпилимнионе находится ближе всего к поверхности воды и поглощают и дальнюю коротковолновую радиацию , чтобы нагреть поверхность воды. В более прохладные месяцы сдвиг ветра может способствовать охлаждению водной поверхности. Термоклин является областью , в толще воды , где температура воды быстро уменьшается. [14] Нижний слой - это гиполимнион , в котором, как правило, самая холодная вода, потому что его глубина не позволяет солнечному свету достигать его. [14] В озерах с умеренным климатом осеннее охлаждение поверхностных вод приводит к круговороту водяного столба, где термоклин нарушается, и температурный профиль озера становится более однородным. Относительное тепловое сопротивление является энергией , необходимой для смешивания этих слоев различных температур. [15]
Бюджет тепла озера
Годовой баланс тепла, также обозначенный как θ a , представляет собой общее количество тепла, необходимое для повышения температуры воды от минимальной зимней температуры до максимальной летней температуры. Это можно рассчитать путем интегрирования площади озера на каждом интервале глубин (A z ), умноженной на разницу между летней (θ sz ) и зимней (θ wz ) температурами илиA z (θ sz -θ wz ) [15]
Химические свойства
На химический состав воды в водных экосистемах влияют природные характеристики и процессы, включая осадки , нижележащую почву и коренные породы в водосборном бассейне , эрозию , испарение и отложения . [12] Все водоемы имеют определенный состав как органических, так и неорганических элементов и соединений. Биологические реакции также влияют на химические свойства воды. Помимо естественных процессов, деятельность человека сильно влияет на химический состав водных систем и качество их воды. [14]
Кислород и углекислый газ
Растворенный кислород и растворенный углекислый газ часто обсуждают вместе из-за их совместной роли в дыхании и фотосинтезе . Концентрация растворенного кислорода может изменяться в результате физических, химических и биологических процессов и реакций. Физические процессы, включая ветровое перемешивание, могут увеличивать концентрацию растворенного кислорода, особенно в поверхностных водах водных экосистем. Поскольку растворимость растворенного кислорода связана с температурой воды, изменения температуры влияют на концентрацию растворенного кислорода, поскольку более теплая вода имеет меньшую способность «удерживать» кислород, чем более холодная вода. [16] Биологически фотосинтез и аэробное дыхание влияют на концентрацию растворенного кислорода. [14] Фотосинтез автотрофных организмов , таких как фитопланктон и водоросли , увеличивает концентрацию растворенного кислорода, одновременно снижая концентрацию углекислого газа, поскольку углекислый газ поглощается во время фотосинтеза. [16] Все аэробные организмы в водной среде поглощают растворенный кислород во время аэробного дыхания, а углекислый газ выделяется как побочный продукт этой реакции. Поскольку фотосинтез ограничен светом, фотосинтез и дыхание происходят в дневное время, в то время как дыхание происходит только в темные часы или в темных частях экосистемы. Баланс между производством и потреблением растворенного кислорода рассчитывается как скорость водного метаболизма . [17]
Вертикальные изменения концентрации растворенного кислорода зависят как от ветрового перемешивания поверхностных вод, так и от баланса между фотосинтезом и дыханием органического вещества . Эти вертикальные изменения, известные как профили, основаны на тех же принципах, что и термическое расслоение и проникновение света. По мере того, как доступность света уменьшается глубже в толще воды, скорость фотосинтеза также уменьшается, и образуется меньше растворенного кислорода. Это означает, что концентрация растворенного кислорода обычно уменьшается по мере того, как вы погружаетесь в воду, потому что фотосинтез не восполняет растворенный кислород, который поглощается посредством дыхания. [14] В периоды термической стратификации градиенты плотности воды не позволяют поверхностным водам, богатым кислородом, смешиваться с более глубокими водами. Продолжительные периоды стратификации могут привести к истощению растворенного кислорода в придонной воде; когда концентрация растворенного кислорода ниже 2 миллиграммов на литр, вода считается гипоксичной . [16] Когда концентрация растворенного кислорода составляет примерно 0 миллиграммов на литр, условия являются бескислородными . И гипоксические, и бескислородные воды сокращают доступную среду обитания для организмов, которые вдыхают кислород, и вносят свой вклад в изменения в других химических реакциях в воде. [16]
Азот и фосфор
Азот и фосфор являются экологически важными питательными веществами в водных системах. Азот обычно присутствует в водных экосистемах в виде газа, однако в большинстве исследований качества воды основное внимание уделяется уровням нитратов , нитритов и аммиака . [12] Большинство этих растворенных азотных соединений следуют сезонному графику с более высокими концентрациями в осенние и зимние месяцы по сравнению с весной и летом . [12] Фосфор играет иную роль в водных экосистемах, поскольку он является ограничивающим фактором роста фитопланктона из-за, как правило, низких концентраций в воде. [12] Растворенный фосфор также имеет решающее значение для всех живых существ, часто очень ограничивает первичную продуктивность пресной воды и имеет свой собственный характерный круговорот экосистемы . [14]
Биологические свойства
Трофическая классификация озер
Один из способов классификации озер (или других водоемов) - это индекс трофического состояния . [2] Олиготрофное озеро характеризуется относительно низким уровнем первичной продукции и низким содержанием питательных веществ . Эвтрофное озеро имеет высокий уровень первичной продуктивности из-за очень высокого уровня питательных веществ. Эвтрофикация озера может привести к цветению водорослей . Дистрофические озера содержат большое количество гуминовых веществ и обычно имеют желто-коричневую воду чайного цвета. [2] Эти категории не имеют жестких спецификаций; Систему классификации можно рассматривать как более широкий спектр, охватывающий различные уровни продуктивности водных ресурсов.
Профессиональные организации
Людей, изучающих лимнологию, называют лимнологами. Есть много профессиональных организаций, связанных с лимнологией и другими аспектами водной науки, в том числе Ассоциация наук лимнологии и океанографии , Иберика де Лимнология , Международное общество лимнологов , Польское лимнологическое общество , Общество канадских лимнологов, и Ассоциация пресноводных биологов .
Смотрите также
- Гидрология
- Бледные экосистемы
- Лимнологическая башня
- Лотические экосистемы
- Палеолимнология
Рекомендации
- ^ Кумар, Арвинд (2005). Основы лимнологии . Издательство APH. ISBN 9788176489195.
- ^ a b c d Ветцель, RG 2001. Лимнология: озерные и речные экосистемы, 3-е изд. Академическая пресса ( ISBN 0-12-744760-1 ) [ необходима страница ]
- ^ Даунинг, Джон А. (январь 2009 г.). «Глобальная лимнология: расширение водных услуг и процессов до планеты Земля». SIL Proceedings, 1922-2010 . 30 (8): 1149–1166. DOI : 10.1080 / 03680770.2009.11923903 . S2CID 131488888 .
- ^ Коул, Джей Джей; Прерия, YT; Caraco, NF; Макдауэлл, WH; Tranvik, LJ; Striegl, RG; Дуарте, CM; Kortelainen, P .; Даунинг, Дж. А; Мидделбург, Дж. Дж .; Мелак, Дж. (23 мая 2007 г.). «Обеспечение глобального углеродного цикла: интеграция внутренних вод в углеродный бюджет суши». Экосистемы . 10 (1): 172–185. CiteSeerX 10.1.1.177.3527 . DOI : 10.1007 / s10021-006-9013-8 . S2CID 1728636 .
- ^ Транвик, Ларс Дж .; Даунинг, Джон А .; Котнер, Джеймс Б.; Loiselle, Steven A .; Striegl, Роберт G .; Ballatore, Thomas J .; Диллон, Питер; Финли, Керри; Фортино, Кеннет; Knoll, Лесли Б.; Kortelainen, Pirkko L .; Куцер, Тийт; Ларсен, Сорен .; Лаурион, Изабель; Пиявка, Дина М .; Маккалистер, С. Ли; Макнайт, Дайан М .; Мелак, Джон М .; Оверхолт, Эрин; Портер, Джейсон А .; Прери, Ив; Ренвик, Уильям Х .; Роланд, Фабио; Шерман, Брэдфорд С .; Шиндлер, Дэвид В .; Собек, Себастьян; Трембле, Ален; Ванни, Майкл Дж .; Verschoor, Антони М .; фон Вахенфельдт, Эдди; Вейхенмейер, Геса А. (ноябрь 2009 г.). «Озера и водохранилища как регуляторы круговорота углерода и климата» . Лимнология и океанография . 54 (6part2): 2298–2314. Bibcode : 2009LimOc..54.2298T . DOI : 10,4319 / lo.2009.54.6_part_2.2298 . ЛВП : 10852/11601 .
- ^ Раймонд, Питер А .; Хартманн, Йенс; Лауэрвальд, Ронни; Собек, Себастьян; Макдональд, Кори; Гувер, Марк; Бутман, Дэвид; Стригль, Роберт; Майорга, Эмилио; Хумборг, Кристоф; Кортелайнен, Пиркко; Дюрр, Ганс; Мейбек, Мишель; Ciais, Philippe; Гут, Питер (21 ноября 2013 г.). «Глобальные выбросы углекислого газа из внутренних водоемов» . Природа . 503 (7476): 355–359. Bibcode : 2013Natur.503..355R . DOI : 10,1038 / природа12760 . PMID 24256802 . S2CID 4460910 .
- ^ Энгель, Фабиан; Фаррелл, Кейтлин Дж .; Маккалоу, Ян М .; Скордо, Факундо; Denfeld, Blaize A .; Дуган, Хилари А .; де Эйто, Эльвира; Hanson, Paul C .; McClure, Ryan P .; Ныгес, Пеэтер; Ныгес, Тийна; Райдер, Элизабет; Уэзерс, Кэтлин С .; Вейхенмейер, Геса А. (26 марта 2018 г.). «Концепция классификации озер для более точной глобальной оценки экспорта растворенного неорганического углерода из наземных экосистем во внутренние воды» . Наука о природе . 105 (3): 25. Bibcode : 2018SciNa.105 ... 25E . DOI : 10.1007 / s00114-018-1547-z . PMC 5869952 . PMID 29582138 .
- ^ О'Рейли, Кэтрин М .; Шарма, Сапна; Грей, Дерек К .; Хэмптон, Стефани Э .; Читать, Jordan S .; Роули, Рекс Дж .; Шнайдер, Филипп; Лентерс, Джон Д .; Макинтайр, Питер Б .; Kraemer, Benjamin M .; Weyhenmeyer, Gesa A .; Стрейле, Дитмар; Донг, Бо; Адриан, Рита; Аллан, Мэтью Дж .; Анневиль, Орлан; Арвола, Лаури; Остин, Джей; Бейли, Джон Л .; Барон, Джилл С .; Брукс, Джастин Д.; Эйто, Эльвира де; Докулил, Мартин Т .; Гамильтон, Дэвид П .; Хэвенс, Карл; Hetherington, Amy L .; Хиггинс, Скотт Н .; Крюк, Саймон; Изместьева, Любовь Р .; Joehnk, Klaus D .; Кангур, Кулли; Каспрзак, Питер; Кумагаи, Мичио; Куусисто, Эско; Лешкевич, Георгий; Ливингстон, Дэвид М .; Макинтайр, Салли; Мэй, Линда; Мелак, Джон М .; Мюллер-Наварра, Doerthe C .; Науменко Михаил; Ногес, Пеэтер; Ногес, Тиина; North, Ryan P .; Плиснье, Пьер-Дени; Ригоши, Анна; Риммер, Алон; Рогора, Микела; Rudstam, Lars G .; Rusak, James A .; Сальмазо, Нико; Samal, Nihar R .; Schindler, Daniel E .; Шладов, С. Джеффри; Шмид, Мартин; Schmidt, Silke R .; Силов, Евгений; Сойлу, М. Эврен; Тойбнер, Катрин; Вербург, Пит; Воутилайнен, Ари; Уоткинсон, Эндрю; Уильямсон, Крейг Э .; Чжан, Гоцин (2015). «Быстрое и сильно изменчивое потепление поверхностных вод озер по всему миру» . Письма о геофизических исследованиях . 42 (24): 10, 773–10, 781. Bibcode : 2015GeoRL..4210773O . DOI : 10.1002 / 2015gl066235 .
- ^ Фрей, Д.Г. (редактор), 1963. Лимнология в Северной Америке. University of Wisconsin Press, Мэдисон
- ^ «История лимнологии - UW Digital Collections» . Проверено 2 мая 2019 .
- ^ Бекель, Аннамари Л. «Открывая новые воды: век лимнологии в Университете Висконсина. Специальный выпуск» . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Б с д е е г ч я J Хорн, Александр Дж; Голдман, Чарльз Р. (1994). Лимнология (Второе изд.). Соединенные Штаты Америки: Макгроу-Хилл. ISBN 978-0-07-023673-8.[ требуется страница ]
- ^ Уэлч, PS (1935). Лимнология (публикации зоологической науки) . Соединенные Штаты Америки: Макгроу-Хилл. ISBN 978-0-07-069179-7.[ требуется страница ]
- ^ Б с д е е г Бойд, Клод Э. (2015). Качество воды: введение (второе изд.). Швейцария: Шпрингер. ISBN 978-3-319-17445-7.[ требуется страница ]
- ^ а б Ветцель, RG (2001). Лимнология: озерные и речные экосистемы. Сан-Диего: Academic Press. [ требуется страница ]
- ^ а б в г 1958-, Доддс, Уолтер К. (Уолтер Кеннеди) (2010). Пресноводная экология: концепции и экологические приложения лимнологии . Whiles, Мэтт Р. (2-е изд.). Берлингтон, Массачусетс: Academic Press. ISBN 9780123747242. OCLC 784140625 .CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )[ требуется страница ]
- ^ Коул, Джонатан Дж .; Карако, Нина Ф. (2001). «Углерод в водосборных бассейнах: связь потерь углерода на суше с водным метаболизмом». Морские и пресноводные исследования . 52 (1): 101. DOI : 10,1071 / mf00084 . S2CID 11143190 .
дальнейшее чтение
- Джеральд А. Коул, Учебник лимнологии , 4-е изд. (Waveland Press, 1994) ISBN 0-88133-800-1
- Стэнли Додсон, Введение в лимнологию (2005), ISBN 0-07-287935-1
- AJHorne и CR Goldman: Limnology (1994), ISBN 0-07-023673-9
- Г. Е. Хатчинсон , Трактат по лимнологии , 3 тома. (1957–1975) - классический, но устаревший
- HBN Hynes, Экология проточных вод (1970)
- Джейкоб Калфф, Лимнология ( Prentice Hall , 2001)
- Б. Мосс, Экология пресных вод ( Blackwell , 1998).
- Роберт Г. Ветцель и Джин Э. Ликенс , Лимнологические анализы , 3-е изд. ( Springer-Verlag , 2000)
- Патрик Э. О'Салливан и Колин С. Рейнольдс Справочник по озерам: лимнология и лимнетическая экологияISBN 0-632-04797-6