Jezioro monomiktyczne
| Strefy jezior |
|---|
| jezior |
| Typy jezior |
| Zobacz też |
Jeziora monomiktyczne to jeziora holomiktyczne , które mieszają się od góry do dołu podczas jednego okresu mieszania każdego roku. Jeziora monomiktyczne można podzielić na zimne i ciepłe.
Zimne jeziora monomiktyczne
Zimne jeziora monomiktyczne to jeziora pokryte lodem przez większą część roku. Podczas ich krótkiego „lata” wody powierzchniowe utrzymują temperaturę 4 °C lub niższą. Lód zapobiega mieszaniu się tych jezior zimą. Latem jeziora te nie mają znacznego rozwarstwienia termicznego i dokładnie mieszają się od góry do dołu. Jeziora te są typowe dla regionów o zimnym klimacie (np. znaczna część Arktyki). Przykładem zimnego jeziora monomiktycznego jest Great Bear Lake w Kanadzie .
Ciepłe jeziora monomiktyczne
Ciepłe jeziora monomiktyczne to jeziora, które nigdy nie zamarzają i są uwarstwione termicznie przez większą część roku. Różnica gęstości między ciepłymi wodami powierzchniowymi ( epilimnion ) a zimniejszymi wodami dennymi ( hipolimnion ) zapobiega mieszaniu się tych jezior latem. Zimą wody powierzchniowe ochładzają się do temperatury wód dennych. Brak znacznego rozwarstwienia termicznego sprawia, że jeziora te każdej zimy dokładnie mieszają się od góry do dołu. Jeziora te są szeroko rozpowszechnione od umiarkowanych do tropikalnych regionów klimatycznych. Blue Lake w Australii Południowej , gdzie zmianę obiegu sygnalizuje uderzająca zmiana koloru.
Stratyfikacja termiczna i gęstościowa
Identyfikacja i kategoryzacja jezior monomiktycznych opiera się na tworzeniu się zarówno epilimnionu ( cieplejsza, mniej gęsta woda), jak i hipolimnionu (chłodniejsza, gęstsza woda) oddzielonych termokliną przez większą część roku. Wyraźne oddzielenie tych warstw słupa wody jest łącznie określane jako warstwy termiczne i gęstościowe. Stratyfikacja termiczna i gęstościowa jest krytycznym czynnikiem wpływającym na skład słupa wody. Skład często odnosi się do obecności lub braku składników odżywczych i organizmów. Zarówno w zimnych, jak i ciepłych jeziorach monomiktycznych epilimnion i hypolimnion są rozdzielone przez większą część roku. W ciepłych jeziorach monomiktycznych woda ma jednorodną, płynną postać; w zimnych jeziorach monomiktycznych ciało zawiera warstwę lodu i ma niższą temperaturę. Poniżej omówiono obawy i rozwiązania dotyczące zarówno ciepłych, jak i zimnych jezior monomiktycznych.
Dyspersja składników odżywczych
Ponieważ ciepłe jeziora monomiktyczne są całkowicie płynne, mają wyższą temperaturę i są wysoce produktywne, letnia stratyfikacja często prowadzi do eutrofizacji . To letnie rozwarstwienie jest szczególnie długie w ciepłych jeziorach monomiktycznych. Podczas eutrofizacji nadmiar składników odżywczych jest wytwarzany i wyczerpywany w jeziorze na przeciwległych, pionowych końcach słupa wody. To z kolei dyktuje wzrost i dojrzewanie populacji organizmów, które mają tendencję do wpływania na poziom tlenu i składników odżywczych w wodzie. W ciepłych jeziorach monomiktycznych rozwarstwienie termiczne prowadzi do wyczerpania tlenu w hypolimnionie; brak mieszania zapobiega wprowadzaniu tlenu z atmosfery do wody. Miara ta jest znana jako rozpuszczony tlen (DO). Kiedy DO jest obniżone w hipolimnionie, dominują składniki odżywcze, takie jak amon, azotany i fosforany. Kiedy poziom tlenu jest bardzo niski, woda jest uważana za niedotlenioną i nie może wspierać wielu form życia. Brak tlenu ogranicza również naturalne procesy chemiczne, takie jak konwersja amonu do azotanu.
Do podtrzymania wzrostu roślin wymagana jest mieszanina amonu i azotanów; nadmiar amonu wiąże się ze słabym wzrostem i produktywnością roślin. W jeziorze nadmiar amonu wskazuje również na warunki beztlenowe i kwaśne. potencjał oksydacyjno-redukujący jeziora (ORP). Im wyższy ORP jeziora, tym wyższy poziom tlenu w wodzie. Idealne zakresy mieszczą się w zakresie od 300 do 500 miliwoltów. W idealnej sytuacji wyższy poziom tlenu pomaga obecnym bakteriom i mikroorganizmom w rozkładzie materii organicznej i rozproszeniu niezbędnych składników odżywczych do słupa wody. I odwrotnie, niski ORP i niski poziom tlenu napędzają uwalnianie fosforu z osadów poprzez dyfuzję wzdłuż gradientów stężeń w procesie znanym jako ładowanie wewnętrzne. Razem wzrost fosforu, amonu i azotanów może napędzać produkcję toksycznych zakwitów glonów. Takie zakwity tworzą dodatnią pętlę sprzężenia zwrotnego wyczerpywania składników odżywczych i tlenu, a następnie uwalniania składników odżywczych potrzebnych do wspierania ich dalszego wzrostu. Eutrofizacja może być zarówno procesem naturalnym, jak i antropologicznym; wkłady antropogeniczne to zazwyczaj ścieki i ścieki lub erozja gleby rolnej i spływy.
Zwalczanie eutrofizacji
Dość nową hipotezą jest związek między czasem przebywania wody a sezonowym rozwarstwieniem w jeziorach monomiktycznych prowadzącym do eutrofizacji. Wydłużony czas przebywania prowadzi do dłuższych okresów stratyfikacji, zmniejszonego mieszania wody i zwiększonej eutrofizacji w epilimnionie. Niektórzy proponują opracowanie interwencji dostosowanych do jezior w celu ograniczenia tych warunków. Taka personalizacja odnosi się do manipulowania czasem przebywania jeziora w celu zwalczania wewnętrznego obciążenia i eutrofizacji poprzez skrócenie okresu stratyfikacji. Obecne modele wykorzystują przekierowanie przepływu wody do i z jezior monomiktycznych, aby pomóc w przewróceniu i fizycznym „płukaniu” fitoplanktonu i nadmiaru składników odżywczych. Wykazano, że takie metody skracają czas przebywania i stratyfikację o kilka dni. Chociaż te ramy czasowe mają ograniczony zakres, wykazują potencjał do wydłużenia w celu uzyskania lepszych wyników w przyszłych badaniach i różnych modelach jezior.
Hipolimnetyczne napowietrzanie i natlenianie ma na celu bezpośrednie zajęcie się obniżonymi poziomami DO w danym jeziorze, co prowadzi do eutrofizacji. Zwiększając poziom tlenu w hipolimnionie, dąży się do zwiększenia ORP i zmniejszenia szybkości i częstości występowania obciążenia wewnętrznego. Aeratory służą do wprowadzania tlenu, czystego lub atmosferycznego, bezpośrednio do słupa wody. Jest to szczególnie kosztowna interwencja, biorąc pod uwagę wymagania elektryczne wymagane do zasilania takiego sprzętu. Te koszty sprawiają, że te napowietrzacze są raczej niezrównoważone, ponieważ są kosztowne ekonomicznie, a produkcja energii elektrycznej może mieć wpływ na środowisko. Wykazano również zagrożenia ekologiczne. Stosowanie napowietrzaczy koreluje ze zwiększoną częstością występowania pęcherzyków gazu wśród ryb. Jednak inne organizmy, jak np zooplankton i ryby korzystają z tego procesu, ponieważ zwiększone warunki tlenowe rozszerzają ich terytorium w jeziorze.
Wycofanie hipolimnetyczne polega na wycofaniu wody z eutroficznego jeziora w hipolimnionie w szczytach sezonowej stratyfikacji. Ta woda jest usuwana w celu pośredniego usunięcia fosforu. Po dodaniu tej wody z powrotem do hypolimnionu sinic jest ograniczony. Ten dodatek do hypolimnionu zmniejsza również mieszanie słupa wody i rozpraszanie składników odżywczych w celu odżywiania alg epilimnionu. Fizyczne usuwanie wody może być pasywne lub aktywne i zazwyczaj jest ograniczone w celu zminimalizowania wpływu jakości na poziom wody. Woda ta może być również odprowadzana w dół rzeki i może mieć niezamierzone skutki. Niskiej jakości woda bogata w toksyny i składniki odżywcze usunięte z hypolimnionu po przeniesieniu do innych jezior mogą zdestabilizować ich słupy wody. W niektórych przypadkach jeziora leczone poprzez wycofanie hipolimnetyczne mogą również doświadczać niepożądanych obniżeń poziomu wody i ogólnego wzrostu średniej temperatury wody, po którym następuje mieszanie.
Wreszcie pogłębianie osadów dotyczy bezpośredniego zbierania i usuwania osadów z dna jeziora. Usuwanie wierzchniej warstwy osadu ma na celu usunięcie materii organicznej zawierającej niepożądane składniki pokarmowe. Metoda ta ma wymierny wpływ na organizmy bentosowe . Przywrócenie organizmów bentosowych usuniętych przez pogłębianie może zająć nawet trzy lata. Takie organizmy są niezbędne do obiegu składników odżywczych w jeziorach i środowiskach wodnych.
Zmiana klimatu
Największym czynnikiem kontrolującym temperaturę wody w danym jeziorze jest temperatura powietrza. Obecne zmiany i trendy globalnych temperatur przez cały rok stanowią ogromne zagrożenie dla ekosystemów wodnych. Obecne badania potwierdzają, że połączenie podwyższonej temperatury powietrza i zmniejszonych opadów wpływa na płytkie, monomiktyczne jeziora. W szczególności może wzrosnąć ich mieszanie; to mieszanie prowadzi do zwiększonego rozprzestrzeniania się składników odżywczych, warunków beztlenowych i zakwitów glonów . Regiony południowe mogą również odnotować wzrost zasolenia. Ciepłe jeziora monomiktyczne, które doświadczyły historycznie ciepłych zim, wykazują większą stabilność termiczną. Ta stabilność zmniejsza interakcje mieszania i natlenienie wód. Ponadto zimne jeziora monomiktyczne mogą przez cały rok doświadczać mniej chłodnych warunków, co prowadzi do zwiększonego mieszania i zmian w stratyfikacji termicznej, których inaczej nie widać.
Przykłady jezior monomiktycznych
- Jezioro Alchichica
- Błękitne Jezioro (Australia Południowa)
- Jezioro Dal
- Morze Galilejskie
- Wielkie Jezioro Niedźwiedzie
- Zapora Hartbeespoort
- Issyk-Kul
- Jezioro Kasumigaura
- Jezioro Manasbal
- Jezioro Mono - przed przekierowaniem wody w 1941 roku
- Jezioro Okanagan
- Zapora Roodeplatat
- Jezioro Sélingue
- Jezioro Surinsar
- jezioro Titicaca
- Jezioro Turkana
