Jezioro Dimiktyczne
| Strefy jezior |
|---|
| jezior |
| Rodzaje jezior |
| Zobacz też |
Jezioro dimiktyczne to zbiornik słodkiej wody, którego różnica temperatur między warstwą powierzchniową a dolną staje się nieistotna dwa razy w roku, umożliwiając pionową cyrkulację wszystkich warstw wody jeziora. Wszystkie jeziora dimiktyczne są również uważane za holomiktyczne , kategorię obejmującą wszystkie jeziora, które mieszają się raz lub więcej razy w roku. Zimą jeziora dimiktyczne są pokryte warstwą lodu, tworząc zimną warstwę na powierzchni, nieco cieplejszą warstwę pod lodem i jeszcze cieplejszą niezamarzniętą warstwę dolną, podczas gdy latem te same różnice gęstości wynikające z temperatury oddzielają się ciepłych wód powierzchniowych ( epilimnion ), z chłodniejszych wód dennych ( hipolimnion ). Wiosną i jesienią te różnice temperatur na krótko zanikają, a zbiornik wodny przewraca się i krąży od góry do dołu. Takie jeziora są powszechne w regionach o umiarkowanym klimacie na średnich szerokościach geograficznych.
Przykłady jezior dimiktycznych
Sezonowe cykle mieszania i stratyfikacji
Mieszanie (wywracanie) następuje zwykle wiosną i jesienią, kiedy jezioro jest „izotermiczne” (tzn. ma taką samą temperaturę od góry do dołu). W tym czasie woda w całym jeziorze ma blisko 4 ° C (temperatura maksymalnej gęstości), a przy braku jakichkolwiek różnic temperatur lub gęstości jezioro łatwo miesza się od góry do dołu. Zimą każde dodatkowe ochłodzenie poniżej 4 ° C powoduje rozwarstwienie słupa wody, więc jeziora dimiktyczne mają zwykle odwrotną stratyfikację termiczną, z wodą o temperaturze 0 ° C poniżej lodu, a następnie z temperaturą rosnącą do blisko 4 ° C u podstawy jeziora.
Wiosenny przewrót
Po stopieniu lodu kolumna wody może być mieszana przez wiatr. W dużych jeziorach temperatura słupa wody w górnej części jest często niższa niż 4°C, gdy topnieje lód, więc wiosna charakteryzuje się ciągłym mieszaniem przez konwekcję napędzaną energią słoneczną, aż słup wody osiągnie 4°C. W małych jeziorach okres przełomu wiosennego może być bardzo krótki, tak że przełom wiosenny jest często znacznie krótszy niż przełom jesienny. Gdy górna kolumna wody ociepla się powyżej 4°C, zaczyna się rozwijać rozwarstwienie termiczne .
Rozwarstwienie letnie
Latem strumienie ciepła z atmosfery do jeziora ogrzewają warstwy powierzchniowe. Powoduje to, że jeziora dimiktyczne mają silne rozwarstwienie termiczne, z ciepłym epilimnionem oddzielonym metalimnionem od zimnego hipolimnionu . W metalimnionie występuje termoklina , zwykle definiowana jako obszar, w którym gradienty temperatury przekraczają 1 °C/m. Ze względu na stabilny gradient gęstości mieszanie jest hamowane w obrębie termokliny, co ogranicza pionowy transport rozpuszczonego tlenu . Jeśli jezioro jest eutroficzne i ma wysokie zapotrzebowanie na tlen w osadach, hipolimnion w jeziorach dimiktycznych może ulec niedotlenieniu podczas letniej stratyfikacji, co często widać w jeziorze Erie .
Podczas letniej stratyfikacji obserwuje się, że w większości jezior występują fale wewnętrzne spowodowane energią dostarczaną przez wiatry. Jeśli jezioro jest małe (mniej niż 5 km długości), to okres wewnętrznej seiche jest dobrze przewidziany przez wzory Merian. Na długotrwałe fale wewnętrzne w większych jeziorach mogą wpływać siły Coriolisa (ze względu na obrót Ziemi). Oczekuje się, że nastąpi to, gdy okres seiche wewnętrznego stanie się porównywalny z lokalnym okresem bezwładności , który wynosi 16,971 godzin na szerokości geograficznej 45 ° N (link do narzędzia Coriolisa). W dużych jeziorach (takich jak Jezioro Simcoe , Jezioro Genewskie , Jezioro Michigan czy Jezioro Ontario ) obserwowane częstotliwości seichów wewnętrznych są zdominowane przez fale Poincarégo i fale Kelvina .
Przewrót jesienny
Późnym latem temperatura powietrza spada, a powierzchnia jezior ochładza się, co skutkuje głębszą mieszaną warstwą, aż w pewnym momencie słup wody staje się izotermiczny i ogólnie zawiera dużo rozpuszczonego tlenu. Jesienią połączenie wiatru i temperatury powietrza chłodzącego nadal utrzymuje mieszanie słupa wody. Woda nadal się ochładza, aż temperatura osiągnie 4°C. Często przewrócenie upadku może trwać 3-4 miesiące.
Odwrotna stratyfikacja zimowa
Po osiągnięciu przez słup wody temperatury maksymalnej gęstości wynoszącej 4°C, każde kolejne schłodzenie daje mniej gęstą wodę ze względu na nieliniowość równania stanu wody . Wczesna zima jest więc okresem restratyfikacji. Jeśli jest stosunkowo mało wiatru lub jezioro jest głębokie, nad gęstszymi wodami o temperaturze 4°C tworzy się tylko cienka warstwa pływającej zimnej wody, a jezioro zostanie „kriostratyfikowane” po utworzeniu lodu. Jeśli jezioro doświadcza silnych wiatrów lub jest płytkie, cała kolumna wody może ochłodzić się do temperatury bliskiej 0 ° C, zanim utworzy się lód, te zimniejsze jeziora nazywane są „kriomiktycznymi”. Gdy lód tworzy się na jeziorze, strumienie ciepła z atmosfery są w dużej mierze zatrzymane, a początkowe warunki cyrostratyfikacji lub kriomiktyki są w dużej mierze zablokowane. Rozwój stratyfikacji termicznej w okresie zimowym jest zatem definiowany przez dwa okresy: zimę I i zimę II. We wczesnym okresie zimowym I zimy główny strumień ciepła wynika z ciepła zmagazynowanego w osadach; w tym okresie jezioro nagrzewa się od spodu, tworząc głęboką warstwę wody o temperaturze 4 ° C. Pod koniec zimy lód na powierzchni zaczyna topnieć, a wraz z wydłużaniem się dnia zwiększa się ilość światła słonecznego, które przenika przez lód do górnego słupa wody. Tak więc podczas zimy II główny strumień ciepła jest teraz z góry, a ocieplenie powoduje tworzenie się niestabilnej warstwy, co powoduje konwekcję napędzaną energią słoneczną. To mieszanie górnego słupa wody jest ważne dla utrzymania planktonu w zawiesinie, co z kolei wpływa na czas zakwitów glonów pod lodem i poziom rozpuszczonego tlenu. Siły Coriolisa mogą również stać się ważne w napędzaniu wzorców cyrkulacji z powodu różnicowego ogrzewania przez promieniowanie słoneczne. Okres zimowy jezior jest prawdopodobnie najmniej zbadany, ale chemia i biologia nadal są bardzo aktywne pod lodem.
