Sjöns skiktning

Sjöar är stratifierade i tre separata sektioner: I. Epilimnion II. Metalimnion III . Hypolimnion Skalorna används för att associera varje sektion av skiktningen till deras motsvarande djup och temperaturer . Pilen används för att visa vindens rörelse över vattenytan som initierar omsättningen i epilimnion och hypolimnion.

Sjöskiktning är tendensen hos sjöar att bilda separata och distinkta termiska lager under varmt väder. Vanligtvis uppvisar skiktade sjöar tre distinkta lager, Epilimnion som består av det översta varma lagret, termoklinen (eller Metalimnion ): det mellersta lagret, som kan ändra djup under dagen, och det kallare Hypolimnion som sträcker sig till sjöns botten.

Varje sjö har en bestämd blandningsregim som påverkas av sjömorfometri och miljöförhållanden. Ändringar av mänsklig påverkan i form av förändrad markanvändning, temperaturhöjningar och förändringar i vädermönster har dock visat sig förändra tidpunkten och intensiteten av skiktningen i sjöar runt om i världen. Dessa förändringar kan ytterligare förändra fisk-, djurplankton- och växtplanktonsamhällets sammansättning, förutom att skapa gradienter som förändrar tillgången på löst syre och näringsämnen.

På global nivå kan stigande temperaturer och ändrade vädermönster också påverka skiktningen i sjöar. Stigande lufttemperaturer har samma effekt på sjökroppar som en fysisk förskjutning i geografiskt läge, med tropiska zoner som är särskilt känsliga.

Typiskt blandningsmönster för många sjöar, orsakat av att vattnet är mindre tätt vid andra temperaturer 4°C (den temperatur där vattnet är som tätast). Sjöns skiktning är stabil på sommaren och vintern och blir instabil på våren och hösten när ytvattnet passerar 4°C-märket.

Definition

Den termiska skiktningen av sjöar avser en förändring av temperaturen på olika djup i sjön, och beror på att vattnets densitet varierar med temperaturen. Kallt vatten är tätare än varmt vatten och epilimnion består i allmänhet av vatten som inte är lika tätt som vattnet i hypolimnion. Temperaturen med maximal densitet för sötvatten är dock 4 °C. I tempererade områden där sjövattnet värms upp och svalnar genom årstiderna uppstår ett cykliskt vältmönster som upprepas från år till år när det kalla täta vattnet på sjöns topp sjunker (se stabil och instabil skiktning ) . Till exempel i dimiktiska sjöar vänder sjövattnet under våren och hösten. Denna process sker långsammare på djupare vatten och som ett resultat kan en termisk bar bildas. Om skiktningen av vatten varar under längre perioder är sjön meromiktisk .

I grunda sjöar sker ofta inte skiktning till epilimnion, metalimnion och hypolimnion, eftersom vind eller kyla orsakar regelbunden blandning under hela året. Dessa sjöar kallas polymiktiska . Det finns inget fast djup som skiljer polymiktiska och skiktande sjöar, eftersom detta förutom djupet också påverkas av grumlighet, sjöyta och klimat.

Sjöblandningsregimen (t.ex. polymiktisk, dimiktisk, meromictic) beskriver de årliga mönstren för sjöskiktning som förekommer under de flesta år. Men kortsiktiga händelser kan också påverka sjöskiktningen. Värmeböljor kan orsaka perioder av skiktning i annars blandade, grunda sjöar, medan blandningshändelser, som stormar eller stora floder, kan bryta ner skiktningen. Ny forskning tyder på att säsongsbetonade istäckta dimiktiska sjöar kan beskrivas som "kryostratifierade" eller "kryomiktiska" enligt deras vinterskiktning. Kryostratifierade sjöar uppvisar omvänd skiktning nära isytan och har djupgenomsnittstemperaturer nära 4°C, medan kryomiktiska sjöar inte har någon termoklin under is och har djupgenomsnittliga vintertemperaturer närmare 0°C.

Ansamlingen av löst koldioxid i tre meromiktiska sjöar i Afrika ( sjö Nyos och Lake Monoun i Kamerun och Lake Kivu i Rwanda ) är potentiellt farlig eftersom om en av dessa sjöar utlöses i limniskt utbrott , kan en mycket stor mängd koldioxid snabbt lämna sjön och tränga undan det syre som behövs för livet av människor och djur i det omgivande området.

Avskiktning

På tempererade breddgrader avstratifieras många sjöar som blir stratifierade under sommarmånaderna under svalare blåsigare väder med ytblandning av vind som en betydande drivkraft i denna process. Detta kallas ofta för "höstomsättning". Blandningen av hypolimnium i sjöns blandade vattenförekomst återcirkulerar näringsämnen, särskilt fosforföreningar, som fångas i hypolimnion under det varma vädret. Det utgör också en risk för syresättning eftersom en sedan länge etablerad hypolimnion kan vara anoxisk eller mycket låg i syre .

Sjöblandningsregimer kan förändras som svar på ökande lufttemperaturer. Vissa dimiktiska sjöar kan förvandlas till monomiktiska sjöar, medan vissa monomiktiska sjöar kan bli meromiktiska till följd av stigande temperaturer.

Många typer av luftningsutrustning har använts för att termiskt destratifiera sjöar, särskilt sjöar som är utsatta för låg syrehalt eller oönskad algblomning. Faktum är att naturresurs- och miljöförvaltare ofta utmanas av problem som orsakas av termisk skiktning av sjöar och dammar. Fisk som dör har direkt associerats med termiska gradienter, stagnation och istäcke. Överdriven tillväxt av plankton kan begränsa rekreationsanvändningen av sjöar och den kommersiella användningen av sjövatten. Med allvarlig termisk skiktning i en sjö kan kvaliteten på dricksvattnet också påverkas negativt. För fiskeförvaltare påverkas den rumsliga fördelningen av fisk i en sjö ofta negativt av termisk skiktning och kan i vissa fall indirekt orsaka stora dödsfall av rekreationsviktig fisk. Ett vanligt använt verktyg för att minska svårighetsgraden av dessa sjöförvaltningsproblem är att eliminera eller minska termisk skiktning genom luftning . Luftning har mött viss framgång, även om det sällan har visat sig vara ett universalmedel.

Antropogena influenser

Varje sjö har en bestämd blandningsregim som påverkas av sjömorfometri och miljöförhållanden. Ändringar av mänsklig påverkan i form av förändrad markanvändning, temperaturhöjningar och förändringar i vädermönster har dock visat sig förändra tidpunkten och intensiteten av skiktningen i sjöar runt om i världen. Dessa förändringar kan ytterligare förändra fisk-, djurplankton- och växtplanktonsamhällets sammansättning, förutom att skapa gradienter som förändrar tillgången på löst syre och näringsämnen.

Det finns ett antal sätt på vilka förändringar i mänsklig markanvändning påverkar sjöskiktningen och följaktligen vattenförhållandena. Stadsutbyggnaden har lett till byggnation av vägar och hus nära tidigare isolerade sjöar, vilket ibland orsakat ökad avrinning och föroreningar. Tillsatsen av partiklar till sjökroppar kan sänka vattnets klarhet , vilket resulterar i starkare termisk skiktning och totalt sett lägre genomsnittliga vattenpelartemperaturer, vilket så småningom kan påverka uppkomsten av istäcke. Vattenkvaliteten kan också påverkas av avrinning av salt från vägar och trottoarer, vilket ofta skapar ett bentiskt saltskikt som stör vertikal blandning av ytvatten. Vidare kan saltskiktet förhindra att löst syre når bottensedimenten, vilket minskar fosforåtervinningen och påverkar mikrobiella samhällen.

På global nivå kan stigande temperaturer och ändrade vädermönster också påverka skiktningen i sjöar. Stigande lufttemperaturer har samma effekt på sjökroppar som en fysisk förskjutning i geografiskt läge, med tropiska zoner som är särskilt känsliga. Intensiteten och omfattningen av påverkan beror på läge och sjömorfometri, men kan i vissa fall vara så extrema att det krävs en omklassificering från monomiktisk till dimiktisk (t.ex. Great Bear Lake). Globalt sett verkar sjöskiktningen vara mer stabil med djupare och brantare termokliner, och den genomsnittliga sjötemperaturen som en huvudsaklig bestämningsfaktor i skiktningens svar på ändrade temperaturer. Vidare är ytuppvärmningshastigheterna mycket högre än bottenuppvärmningshastigheterna, vilket återigen indikerar starkare termisk skiktning över sjöar.

Ändringar i stratifieringsmönster kan också förändra samhällets sammansättning av sjöars ekosystem. I grunda sjöar kan temperaturökningar förändra kiselalgersamhället; medan i djupa sjöar, återspeglas förändringen i de djupa klorofyllskiktet taxa. Förändringar i blandningsmönster och ökad tillgång på näringsämnen kan också påverka djurplanktonarternas sammansättning och förekomst, medan minskad tillgång på näringsämnen kan vara skadligt för bentiska samhällen och fiskhabitat.

Se även