Physikalische EigenschaftenBearbeiten
Physikalische Eigenschaften aquatischer Ökosysteme werden durch eine Kombination von Hitze, Strömungen, Wellen und anderen saisonalen Verteilungen der Umweltbedingungen bestimmt. Die Morphometrie eines Gewässers hängt von der Art des Merkmals ab (z. B. See, Fluss, Bach, Feuchtgebiet, Mündung usw.) und die Struktur der Erde, die das Gewässer umgibt. Seen zum Beispiel werden durch ihre Bildung klassifiziert, und Zonen von Seen werden durch Wassertiefe definiert. Die Morphometrie des Fluss- und Bachsystems wird durch die zugrunde liegende Geologie des Gebiets sowie die allgemeine Geschwindigkeit des Wassers bestimmt. Die Flussmorphometrie wird auch von der Topographie (insbesondere der Neigung) sowie von Niederschlagsmustern und anderen Faktoren wie Vegetation und Landentwicklung beeinflusst.
Andere Arten von aquatischen Systemen, die in das Studium der Limnologie fallen, sind Flussmündungen. Flussmündungen sind Gewässer, die durch die Wechselwirkung eines Flusses und des Ozeans oder Meeres klassifiziert werden. Feuchtgebiete variieren in Größe, Form und Muster, aber die häufigsten Arten, Sümpfe, Moore und Sümpfe, schwanken oft zwischen flach, Süßwasser und trocken, je nach Jahreszeit.
Lichtinteraktionenbearbeiten
Lichtzonierung ist das Konzept, wie die Menge an Sonnenlicht, die in Wasser eindringt, die Struktur eines Gewässers beeinflusst. Diese Zonen definieren verschiedene Produktivitätsniveaus innerhalb eines aquatischen Ökosystems wie eines Sees. Zum Beispiel ist die Tiefe der Wassersäule, in die Sonnenlicht eindringen kann und in der die meisten Pflanzen wachsen können, als photische oder euphotische Zone bekannt. Der Rest der Wassersäule, der tiefer liegt und nicht genügend Sonnenlicht für das Pflanzenwachstum erhält, wird als aphotische Zone bezeichnet.
Thermische Schichtung
Ähnlich wie bei der Lichtzonierung ist die thermische Schichtung oder thermische Zonierung eine Möglichkeit, Teile des Wasserkörpers innerhalb eines aquatischen Systems basierend auf der Temperatur verschiedener Seeschichten zu gruppieren. Je weniger trüb das Wasser ist, desto mehr Licht kann eindringen und somit wird Wärme tiefer ins Wasser geleitet. Die Erwärmung nimmt exponentiell mit der Tiefe in der Wassersäule ab, so dass das Wasser in der Nähe der Oberfläche am wärmsten ist, aber zunehmend kühler, wenn es sich nach unten bewegt. Es gibt drei Hauptabschnitte, die die thermische Schichtung in einem See definieren. Das Epilimnion ist der Wasseroberfläche am nächsten und absorbiert lang- und kurzwellige Strahlung, um die Wasseroberfläche zu erwärmen. In kühleren Monaten kann Windscherung zur Abkühlung der Wasseroberfläche beitragen. Die Thermokline ist ein Bereich innerhalb der Wassersäule, in dem die Wassertemperaturen schnell sinken. Die unterste Schicht ist das Hypolimnion, das dazu neigt, das kälteste Wasser zu haben, da seine Tiefe das Sonnenlicht daran hindert, es zu erreichen. In gemäßigten Seen führt die Abkühlung des Oberflächenwassers in der Herbstsaison zu einem Umsatz der Wassersäule, wo die Thermokline gestört ist und das Temperaturprofil des Sees gleichmäßiger wird. Der relative Wärmewiderstand ist die Energie, die benötigt wird, um diese Schichten unterschiedlicher Temperaturen zu mischen.
Lake Heat budgetbearbeiten
Ein jährliches Wärmebudget, auch als θa bezeichnet, ist die Gesamtwärmemenge, die benötigt wird, um das Wasser von seiner minimalen Wintertemperatur auf seine maximale Sommertemperatur zu heben. Dies kann berechnet werden, indem die Fläche des Sees in jedem Tiefenintervall (Az) multipliziert mit der Differenz zwischen den Temperaturen im Sommer (θsz) und im Winter (θwz) oder ∫ {\displaystyle \displaystyle \int }
Az(θsz-θwz)
Chemische EigenschaftenBearbeiten
Die chemische Zusammensetzung von Wasser in aquatischen Ökosystemen wird natürliche Eigenschaften und Prozesse einschließlich Niederschlag, darunter liegender Boden und Grundgestein im Einzugsgebiet, Erosion, Verdunstung und Sedimentation. Alle Gewässer haben eine bestimmte Zusammensetzung von organischen und anorganischen Elementen und Verbindungen. Biologische Reaktionen beeinflussen auch die chemischen Eigenschaften von Wasser. Neben natürlichen Prozessen beeinflussen menschliche Aktivitäten stark die chemische Zusammensetzung aquatischer Systeme und deren Wasserqualität.
Sauerstoff und Kohlendioxid
Gelöster Sauerstoff und gelöstes Kohlendioxid werden aufgrund ihrer gekoppelten Rolle bei der Atmung und Photosynthese oft zusammen diskutiert. Gelöste Sauerstoffkonzentrationen können durch physikalische, chemische und biologische Prozesse und Reaktionen verändert werden. Physikalische Prozesse, einschließlich der Windmischung, können die Konzentration von gelöstem Sauerstoff erhöhen, insbesondere in Oberflächengewässern aquatischer Ökosysteme. Da die Löslichkeit von gelöstem Sauerstoff mit den Wassertemperaturen zusammenhängt, wirken sich Temperaturänderungen auf die Konzentration von gelöstem Sauerstoff aus, da wärmeres Wasser eine geringere Fähigkeit hat, Sauerstoff zu „halten“ als kälteres Wasser. Biologisch beeinflussen sowohl die Photosynthese als auch die aerobe Atmung die Konzentration von gelöstem Sauerstoff. Die Photosynthese durch autotrophe Organismen wie Phytoplankton und Wasseralgen erhöht die Konzentration von gelöstem Sauerstoff und verringert gleichzeitig die Kohlendioxidkonzentration, da Kohlendioxid während der Photosynthese aufgenommen wird. Alle aeroben Organismen in der aquatischen Umwelt nehmen während der aeroben Atmung gelösten Sauerstoff auf, während Kohlendioxid als Nebenprodukt dieser Reaktion freigesetzt wird. Da die Photosynthese lichtbegrenzt ist, finden sowohl die Photosynthese als auch die Atmung während der Tageslichtstunden statt, während nur die Atmung während der dunklen Stunden oder in dunklen Teilen eines Ökosystems stattfindet. Das Gleichgewicht zwischen Produktion und Verbrauch von gelöstem Sauerstoff wird als aquatische Stoffwechselrate berechnet.
Vertikale Änderungen der Konzentrationen von gelöstem Sauerstoff werden sowohl durch die Vermischung von Oberflächengewässern als auch durch das Gleichgewicht zwischen Photosynthese und Atmung organischer Substanz beeinflusst. Diese vertikalen Veränderungen, sogenannte Profile, basieren auf ähnlichen Prinzipien wie thermische Schichtung und Lichtdurchlässigkeit. Wenn die Lichtverfügbarkeit tiefer in der Wassersäule abnimmt, nehmen auch die Photosyntheseraten ab und es wird weniger gelöster Sauerstoff produziert. Dies bedeutet, dass die Konzentration von gelöstem Sauerstoff im Allgemeinen abnimmt, wenn Sie sich tiefer in den Wasserkörper bewegen, da die Photosynthese den gelösten Sauerstoff, der durch die Atmung aufgenommen wird, nicht auffüllt. Während Perioden thermischer Schichtung verhindern Wasserdichtegradienten, dass sich sauerstoffreiches Oberflächenwasser mit tieferen Gewässern vermischt. Längere Schichtungszeiten können zur Erschöpfung des gelösten Sauerstoffs im Bodenwasser führen; wenn die gelösten Sauerstoffkonzentrationen unter 2 Milligramm pro Liter liegen, gilt das Wasser als hypoxisch. Wenn die Konzentration von gelöstem Sauerstoff ungefähr 0 Milligramm pro Liter beträgt, sind die Bedingungen anoxisch. Sowohl hypoxische als auch anoxische Gewässer reduzieren den verfügbaren Lebensraum für Organismen, die Sauerstoff atmen, und tragen zu Veränderungen anderer chemischer Reaktionen im Wasser bei.
Stickstoff und Phosphorbearbeiten
Stickstoff und Phosphor sind ökologisch bedeutsame Nährstoffe in aquatischen Systemen. Stickstoff ist im Allgemeinen als Gas in aquatischen Ökosystemen vorhanden, aber die meisten Wasserqualitätsstudien konzentrieren sich in der Regel auf Nitrat-, Nitrit- und Ammoniakwerte. Die meisten dieser gelösten Stickstoffverbindungen folgen einem saisonalen Muster mit höheren Konzentrationen in den Herbst- und Wintermonaten im Vergleich zu Frühling und Sommer. Phosphor spielt in aquatischen Ökosystemen eine andere Rolle, da er aufgrund der im Allgemeinen geringen Konzentrationen im Wasser ein limitierender Faktor für das Wachstum von Phytoplankton ist. Gelöster Phosphor ist auch für alle Lebewesen von entscheidender Bedeutung, ist für die Primärproduktivität im Süßwasser oft sehr einschränkend und hat seinen eigenen ausgeprägten Ökosystemzyklus.
Biologische EigenschaftenBearbeiten
Lake trophic classificationbearbeiten
Eine Möglichkeit, Seen andere Gewässer) ist mit dem trophischen Zustandsindex. Ein oligotropher See zeichnet sich durch eine relativ geringe Primärproduktion und einen geringen Nährstoffgehalt aus. Ein eutropher See hat aufgrund seines sehr hohen Nährstoffgehalts eine hohe Primärproduktivität. Die Eutrophierung eines Sees kann zu Algenblüten führen. Dystrophische Seen haben einen hohen Gehalt an Huminstoffen und typischerweise gelbbraunes, teefarbenes Wasser. Diese Kategorien haben keine starren Spezifikationen; Das Klassifizierungssystem kann eher als ein Spektrum angesehen werden, das die verschiedenen Ebenen der aquatischen Produktivität umfasst.