fysikaaliset ominaisuudet

vesiekosysteemien fysikaaliset ominaisuudet määräytyvät lämmön, virtausten, aaltojen ja muiden ympäristöolosuhteiden kausittaisten jakaumien yhdistelmällä. Vesimuodostuman morfometria riippuu ominaisuuden tyypistä (kuten järvi, joki, puro, kosteikko, suisto jne.) ja vesimuodostumaa ympäröivän maan rakenne. Esimerkiksi järvet luokitellaan niiden muodostuman mukaan, ja järvien vyöhykkeet määritellään veden syvyyden mukaan. Joki-ja purojärjestelmien morfometriaa ohjaavat alueen pohjageologia sekä veden yleinen nopeus. Purojen morfometriaan vaikuttavat myös topografia (erityisesti kaltevuus) sekä sademäärät ja muut tekijät, kuten kasvillisuus ja maan kehitys.

muita limnologian tutkimuksen piiriin kuuluvia vesistötyyppejä ovat estuaarit. Suistot ovat vesistöjä, jotka luokitellaan joen ja meren tai meren vuorovaikutuksen perusteella. Kosteikot vaihtelevat kooltaan, muodoltaan ja kuvioiltaan, mutta yleisimmät suot, suot ja suot vaihtelevat usein matalien, makeavetisten ja kuivien välillä vuodenajasta riippuen.

Valovoima

valovoima on käsite siitä, miten auringonvalon tunkeutuminen veteen vaikuttaa vesistön rakenteeseen. Nämä vyöhykkeet määrittelevät erilaisia tuottavuustasoja vesiekosysteemeissä, kuten järvessä. Esimerkiksi vesipatsaan syvyyttä, jonka auringonvalo pystyy läpäisemään ja jossa useimmat kasvit pystyvät kasvamaan, kutsutaan foottiseksi eli euforiseksi vyöhykkeeksi. Muu vesipatsas, joka on syvempi eikä saa riittävästi auringonvaloa kasvien kasvua varten, tunnetaan afoottisena vyöhykkeenä.

terminen kerrostuma

samanlainen kuin kevyt zonaatio, terminen kerrostuma tai terminen zonaatio on tapa ryhmitellä vesistön osia eri järvikerrosten lämpötilan perusteella. Mitä vähemmän samea vesi, sitä enemmän valoa pystyy läpäisemään, ja näin lämpö välittyy syvemmälle veteen. Lämmitys vähenee eksponentiaalisesti vesipatsaan syvyyden myötä, joten vesi on lämpimintä pinnan lähellä, mutta vähitellen viileämpää, kun se liikkuu alaspäin. Järvessä on kolme pääosaa, jotka määrittelevät termisen kerrostuman. Epilimnion on lähimpänä vedenpintaa ja absorboi pitkä-ja lyhytaaltoista säteilyä lämmittääkseen vedenpintaa. Viileämpinä kuukausina tuulenpuuska voi osaltaan jäähdyttää vedenpintaa. Termokliini on vesipatsaan sisällä oleva alue, jossa veden lämpötila laskee nopeasti. Alin kerros on hypolimnion, jossa on yleensä kylmintä vettä, koska sen syvyys rajoittaa auringonvaloa pääsemästä sinne. Lauhkeissa järvissä pintaveden syyskauden jäähtyminen johtaa vesipatsaan vaihtumiseen, jossa termokliini häiriintyy ja järven lämpötilaprofiili muuttuu tasaisemmaksi. Suhteellinen lämmönkestävyys on energia, jota tarvitaan näiden eri lämpötilojen kerrostumien sekoittamiseen.

järvien Lämpöbudjetti

vuotuinen lämpöbudjetti, joka näkyy myös muodossa θa, on se kokonaislämpömäärä, joka tarvitaan veden nostamiseen talven minimilämpötilasta kesän maksimilämpötilaan. Tämä voidaan laskea integroimalla järven pinta-ala kullakin syvyysvälillä (az) kerrottuna kesän (θsz) ja talven (θwz) lämpötilojen erotuksella tai ∫ {\displaystyle \displaystyle \int }

Az(θsz-θwz)

Kemiallinen ominaisuusedit

kemikaali veden koostumukseen vesiekosysteemeissä vaikuttavat luonnolliset ominaisuudet ja prosessit, kuten sadanta, valuma-alueen pohjamaa ja kallioperä, eroosio, haihdunta ja sedimentaatio. Kaikissa vesistöissä on tietty koostumus sekä orgaanisia että epäorgaanisia alkuaineita ja yhdisteitä. Biologiset reaktiot vaikuttavat myös veden kemiallisiin ominaisuuksiin. Luonnon prosessien lisäksi ihmisen toiminta vaikuttaa voimakkaasti vesijärjestelmien kemialliseen koostumukseen ja niiden vedenlaatuun.

happi-ja hiilidioksidedit

liuennut happi ja liuennut hiilidioksidi käsitellään usein yhdessä, koska ne liittyvät yhteen hengityksessä ja yhteyttämisessä. Liuenneen hapen pitoisuuksia voidaan muuttaa fysikaalisilla, kemiallisilla ja biologisilla prosesseilla ja reaktioilla. Fysikaaliset prosessit, kuten tuulen sekoittuminen, voivat lisätä liuenneen hapen pitoisuuksia erityisesti vesiekosysteemien pintavesissä. Koska liuenneen hapen liukoisuus on yhteydessä veden lämpötilaan, lämpötilan muutokset vaikuttavat liuenneen hapen pitoisuuksiin, koska lämpimämmällä vedellä on pienempi kyky ”pitää” happea kylmempänä vetenä. Biologisesti sekä fotosynteesi että aerobinen hengitys vaikuttavat liuenneen hapen pitoisuuksiin. Autotrofisten eliöiden, kuten kasviplanktonin ja vesilevien, yhteyttäminen lisää liuenneen hapen pitoisuuksia ja samalla vähentää hiilidioksidipitoisuutta, koska yhteyttämisen aikana hiilidioksidi otetaan talteen. Kaikki vesiympäristön aerobiset eliöt ottavat liuennutta happea aerobisen hengityksen aikana, kun taas hiilidioksidia vapautuu tämän reaktion sivutuotteena. Koska fotosynteesi on valorajoitteista, sekä fotosynteesi että hengitys tapahtuvat päivänvalon aikana, kun taas hengitys tapahtuu vain pimeän aikaan tai ekosysteemin pimeissä osissa. Liuenneen hapen tuotannon ja kulutuksen välinen tasapaino lasketaan vesiaineenvaihduntanopeutena.

järven poikkileikkauskaavio tekijöistä, jotka vaikuttavat järvien metabolianopeuteen ja liuenneiden kaasujen pitoisuuksiin järvissä. Kultatekstin prosessit kuluttavat happea ja tuottavat hiilidioksidia, kun taas vihreässä tekstissä prosessit tuottavat happea ja kuluttavat hiilidioksidia.

liuenneen hapen pitoisuuksien pystysuuntaisiin muutoksiin vaikuttavat sekä pintavesien Tuulen sekoittuminen että orgaanisen aineen fotosynteesin ja hengityksen välinen tasapaino. Nämä pystysuuntaiset muutokset, joita kutsutaan profiileiksi, perustuvat samanlaisiin periaatteisiin kuin lämpö kerrostuminen ja valon tunkeutuminen. Valon saatavuuden heikentyessä syvemmällä vesipatsaassa myös fotosynteesinopeus laskee ja liuennutta happea syntyy vähemmän. Tämä tarkoittaa sitä, että liuenneen hapen pitoisuudet yleensä pienenevät siirryttäessä syvemmälle vesistöön, koska fotosynteesi ei täydennä liuennutta happea, joka otetaan hengityksen kautta. Termisen kerrostumisen aikana veden tiheysgradientit estävät happipitoisten pintavesien sekoittumisen syvempiin vesiin. Pitkittyneet kerrostumisjaksot voivat johtaa pohjaveteen liuenneen hapen ehtymiseen; kun liuenneen hapen pitoisuus on alle 2 milligrammaa litrassa, vesiä pidetään hypoksisena. Kun liuenneen hapen pitoisuus on noin 0 milligrammaa litrassa, olosuhteet ovat anoksiset. Sekä hypoksinen että anoksinen vesi vähentävät eliöiden käytettävissä olevaa elinympäristöä, jotka hengittävät happea, ja edistävät muutoksia muissa kemiallisissa reaktioissa vedessä.

typpi ja fosforisedit

typpi ja fosfori ovat vesistöjen ekologisesti merkittäviä ravinteita. Typpi esiintyy yleensä kaasuna vesiekosysteemeissä, mutta useimmissa vedenlaatututkimuksissa keskitytään nitraatti -, nitriitti-ja ammoniakkipitoisuuksiin. Suurin osa näistä liuenneista typpiyhdisteistä noudattaa vuodenaikojen mukaista kaavaa, jonka pitoisuudet ovat suuremmat syys-ja talvikuukausina kevääseen ja kesään verrattuna. Fosforilla on erilainen rooli vesiekosysteemeissä, sillä se rajoittaa kasviplanktonin kasvua, koska veden pitoisuudet ovat yleensä pieniä. Liuennut fosfori on myös ratkaisevan tärkeää kaikille eliöille, se rajoittuu usein hyvin vain makean veden primaariseen tuottavuuteen, ja sillä on oma erottuva ekosysteemikiertonsa.

biologiset ominaisuudet

Lake George, New York, Yhdysvallat, oligotrofinen järvi

järven trofialuokitusedit

yksi tapa luokitella järviä (tai muita vesistöjä) on trofian tila-indeksi. Oligotrofiselle järvelle on ominaista suhteellisen alhainen alkutuotanto ja Vähäinen ravinnepitoisuus. Eutrofisella järvellä on erittäin korkeiden ravinnepitoisuuksien vuoksi korkea alkutuottavuus. Järven rehevöityminen voi johtaa leväkukintoihin. Dystrofisten järvien humuspitoisuus on suuri ja niiden vedet ovat tyypillisesti kellanruskeita, teen värisiä. Luokitusjärjestelmää voidaan pitää pikemminkin spektrinä, joka kattaa veden tuottavuuden eri tasot.