Стратификация озера - Lake stratification

Озера разделены на три отдельных участка:
Ⅰ. В Эпилимнион
Ⅱ. В Металимнион
Ⅲ. В Гиполимнион
Шкалы используются для привязки каждого раздела стратификации к их соответствующим глубинам и температурам. 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 озера это тенденция озера в теплую погоду образовывать отдельные и отчетливые термические слои. Обычно стратифицированные озера имеют три отдельных слоя: Эпилимнион составляющий верхний теплый слой, термоклин (или же Металимнион ): средний слой, глубина которого может меняться в течение дня, и более холодный Гиполимнион простирается до дна озера.

Определение

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 не такой плотный, как вода в гиполимнионе.[2] Однако температура максимальной плотности для пресной воды составляет 4 ° C. В умеренный В регионах, где вода в озере нагревается и охлаждается в зависимости от времени года, происходит циклическая картина опрокидывания, которая повторяется из года в год по мере того, как холодная плотная вода в верхней части озера опускается. Например, в димиктические озера вода в озере переходит весной и осенью. В более глубоких водах этот процесс происходит медленнее, и в результате термальный бар может образоваться.[1] Если расслоение воды длится длительное время, озеро меромиктический.

В мелководных озерах расслоение на эпилимнион, металимнион и гиполимнион часто не происходит, поскольку ветер или похолодание вызывают регулярное перемешивание в течение года. Эти озера называются полимиктический. 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 в озере (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 мелководных озерах со смешанным течением,[5] при смешивании таких явлений, как штормы или большой речной сток, может нарушить стратификацию.[6]

Накопление растворенных углекислый газ в трех меромиктических озерах в Африка (Озеро Ниос и Озеро Монун в Камерун и Озеро Киву в Руанда ) потенциально опасно, потому что если одно из этих озер превратится в лимническая сыпь, очень большое количество углекислого газа может быстро покинуть озеро и вытеснить кислород необходимы для жизни людей и животных в окрестностях.

Де стратификация

В умеренных широтах многие озера, которые становятся стратифицированными в летние месяцы, расслаиваются в более прохладную и ветреную погоду, при этом существенным фактором в этом процессе является перемешивание поверхности под действием ветра. Это часто называют «осенним оборотом». Примешивание гиполимниума в смешанный водоем озера приводит к рециркуляции питательных веществ, в частности соединений фосфора, которые попадают в гиполимнион в теплую погоду. Это также создает риск кислородного спада, поскольку давно установившийся гиполимнион может быть бескислородным или иметь очень низкий уровень содержания кислорода. кислород

Режимы перемешивания в озере могут изменяться в ответ на повышение температуры воздуха. Некоторые димиктические озера могут превратиться в мономиктические озера, тогда как 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, управляющие природными ресурсами и окружающей средой часто сталкиваются с проблемами, вызванными термической стратификацией озер и прудов.[2][9][10] Умер рыбы были напрямую связаны с термальными градиентами, застоем и ледяным покровом.[11] Чрезмерный рост планктон может ограничивать рекреационное использование озер и коммерческое использование озерной воды. Сильная термальная стратификация в озере также может отрицательно сказаться на качестве питьевой воды.[2] За рыболовство По 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 часто используемых инструментов для снижения серьезности этих проблем управления озерами является устранение или уменьшение термической стратификации за счет аэрация.[9] Аэрация имела определенный успех, хотя редко оказывалась панацеей.[10]

Антропогенные воздействия

В каждом озере установлен режим перемешивания, на который влияют морфометрия озера и условия окружающей среды. Однако было показано, что антропогенное влияние в форме изменения землепользования, потепления и изменения погодных условий влияет на время и интенсивность стратификации озер по всему миру.[12][13] Эти изменения могут дополнительно изменить состав сообществ 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 донной воды, который препятствует 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 зависят от местоположения и морфометрии озера, но в некоторых случаях могут быть настолько сильными, что потребуются реклассификация от мономиктичный к димиктический (бывшее Большое Медвежье озеро).[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, темпы потепления поверхности намного выше, чем темпы потепления дна, что снова указывает на более сильную термическую стратификацию озер.[12]

Изменения в структуре стратификации также могут изменить состав сообществ озерных экосистем. В неглубоких 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 схемах смешивания и повышение доступности питательных веществ также могут повлиять на видовой состав и численность зоопланктона, в то время как снижение доступности питательных веществ может иметь пагубные последствия для бентосных сообществ и среды обитания рыб.[14][15]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б «Стратификация по плотности». Вода в сети. 7 октября 2015 года.
  2. ^ а б c «Факты об обороте озера Ланье». Департамент природных ресурсов Джорджии.
  3. ^ Кириллин, Г .; Шатвелл, Т. (октябрь 2016 г.). «Обобщенная шкала сезонной термической стратификации озер». Обзоры наук о Земле. 161: 179–190. Дои: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. Дои: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. Дои: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. Дои:10.1080 / IW-6.4.875.
  7. ^ Вулвей, Р. Истин; Торговец, Кристофер Дж. (18 марта 2019 г.). «Изменение режима перемешивания озер во всем мире в ответ на изменение климата» (PDF). Природа Геонауки. 12 (4): 271–276. Bibcode:2019NatGe..12..271W. Дои:10.1038 / с41561-019-0322-х. S2CID  134203871.
  8. ^ Кук, Дж. 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. ^ а б Лаки, Роберт Т. (февраль 1972 г.). «Методика устранения термической стратификации в озерах». Журнал Американской ассоциации водных ресурсов. 8 (1): 46–49. Bibcode:1972 JAWRA ... 8 ... 46 л. Дои:10.1111 / j.1752-1688.1972.tb05092.x.
  10. ^ а б 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. Дои:10.1111 / j.1752-1688.1972.tb05181.x.
  11. ^ а б Lackey, Роберт Т .; Холмс, Дональд В. (июль 1972 г.). «Оценка двух методов аэрации для предотвращения Winterkill». Прогрессивный рыбовод. 34 (3): 175–178. Дои:10.1577 / 1548-8640 (1972) 34 [175: EOTMOA] 2.0.CO; 2.
  12. ^ а б c d Kraemer, Benjamin M .; 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 НА СТРАТИФИКАЦИЮ ОЗЕРА НА КЛИМАТ». Письма о геофизических исследованиях. 42 (12): 4981–4988. Дои:10.1002 / 2015GL064097.
  13. ^ а б 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, Дои:10.1007/978-94-009-0207-7_9, ISBN  978-94-010-6577-1
  14. ^ а б 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 реакцию биотики в озерах северной дикой природы». Вода. 9 (9): 678. Дои:10.3390 / w9090678. ISSN  2073-4441.
  15. ^ а б 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. Дои: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. Дои:10.1002 / 2014JD022938. ISSN  2169-8996.

Водные наукиГипоксияПресноводные экосистемыТолщина воды