Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Озеро Хавеа , Новая Зеландия

Лимнологический ( / л ɪ м п ɒ л ə 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 [ править ]

Термин лимнология был придуман Франсуа-Альфонсом Форелем (1841–1912), который основал эту область исследований, изучая Женевское озеро . 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 [ править ]

Физические свойства [ править ]

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 [ править ]

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 [ править ]

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. Втермоклин - это область в толще воды, где температура воды быстро понижается. [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 Lake Heat [ править ]

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 может быть вычислено путем интегрирования площади озера на каждом интервале глубин (A z ), умноженной на разницу между летней (θ sz ) и зимней (θ wz ) температурой или A zszwz ) [15]

Химические свойства [ править ]

На химический состав воды в водных экосистемах влияют природные характеристики и процессы, включая осадки , подстилающую почву и коренные породы в водосборном бассейне , эрозию , испарение и отложение отложений . [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 [ править ]

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 водные 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 дневные часы, в то время как дыхание происходит только в темноте.часов или в темных частях экосистемы. Баланс между производством и потреблением растворенного кислорода рассчитывается как скорость водного метаболизма . [17]

Диаграмма в разрезе озера с указанием факторов, влияющих на скорость обмена веществ в озере и концентрацию растворенных газов в озерах. Процессы в золотом тексте потребляют кислород и производят углекислый газ, а процессы в зеленом тексте производят кислород и потребляют углекислый газ.

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 [ править ]

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 [ править ]

Озеро Джордж , Нью-Йорк , США, олиготрофное озеро.

Трофическая классификация озер [ править ]

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] У этих категорий нет жестких спецификаций; Систему классификации можно рассматривать как более широкий спектр, охватывающий различные уровни продуктивности водных ресурсов.

Профессиональные организации [ править ]

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 .

См. Также [ править ]

  • Гидрология
  • Бледные экосистемы
  • Лимнологическая башня
  • Лотические экосистемы
  • Палеолимнология

Ссылки [ править ]

  1. ^ Кумар, Арвинд (2005). Основы лимнологии . Издательство APH. ISBN 9788176489195.
  2. ^ a b c d Ветцель, RG 2001. Лимнология: озерные и речные экосистемы, 3-е изд. Academic Press ( ISBN 0-12-744760-1 ) [ необходима страница ] 
  3. ^ 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 . 
  4. ^ Коул, JJ; 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 .  
  5. ^ 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 .
  6. ^ 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 .  
  7. ^ 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 .  
  8. ^ 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 .
  9. ^ Фрей, Д.Г. (редактор), 1963. Лимнология в Северной Америке. University of Wisconsin Press, Мэдисон
  10. ^ "История лимнологии - UW Цифровые коллекции" . Проверено 2 мая 2019 .
  11. ^ Бекель, Аннамари Л. "Открывая новые воды: век лимнологии в Университете Висконсина. Специальный выпуск" . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  12. ^ Б с д е е г ч я J Хорн, Александр J; Голдман, Чарльз Р. (1994). Лимнология (Второе изд.). Соединенные Штаты Америки: Макгроу-Хилл. ISBN 978-0-07-023673-8.[ требуется страница ]
  13. ^ Уэлч, PS (1935). Лимнология (публикации зоологической науки) . Соединенные Штаты Америки: Макгроу-Хилл. ISBN 978-0-07-069179-7.[ требуется страница ]
  14. ^ Б с д е е г Boyd, Claude E. (2015). Качество воды: введение (второе изд.). Швейцария: Шпрингер. ISBN 978-3-319-17445-7.[ требуется страница ]
  15. ^ а б Ветцель, RG (2001). Лимнология: озерные и речные экосистемы. Сан-Диего: Academic Press. [ требуется страница ]
  16. ^ a b c d 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 ]
  17. ^ 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 [ править ]

  • 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 экология ISBN 0-632-04797-6