Propriétés physiquesmodifier
Les propriétés physiques des écosystèmes aquatiques sont déterminées par une combinaison de chaleur, de courants, de vagues et d’autres distributions saisonnières des conditions environnementales. La morphométrie d’un plan d’eau dépend du type d’élément (comme un lac, une rivière, un ruisseau, une zone humide, un estuaire, etc.) et la structure de la terre entourant le plan d’eau. Les lacs, par exemple, sont classés en fonction de leur formation, et les zones de lacs sont définies en fonction de la profondeur de l’eau. La morphométrie des systèmes fluviaux et fluviaux dépend de la géologie sous-jacente de la région ainsi que de la vitesse générale de l’eau. La morphométrie des cours d’eau est également influencée par la topographie (en particulier la pente) ainsi que par les régimes de précipitations et d’autres facteurs tels que la végétation et l’aménagement du territoire.
D’autres types de systèmes aquatiques qui relèvent de l’étude de la limnologie sont les estuaires. Les estuaires sont des plans d’eau classés par l’interaction d’une rivière et de l’océan ou de la mer. Les zones humides varient en taille, en forme et en motif, mais les types les plus courants, les marais, les tourbières et les marécages, fluctuent souvent entre contenir de l’eau douce peu profonde et être secs selon la période de l’année.
Interactions lumineusesmodifier
La zonation lumineuse est le concept de la façon dont la pénétration de la lumière solaire dans l’eau influence la structure d’un plan d’eau. Ces zones définissent différents niveaux de productivité au sein d’un écosystème aquatique tel qu’un lac. Par exemple, la profondeur de la colonne d’eau à laquelle la lumière du soleil est capable de pénétrer et où la plupart des plantes peuvent se développer est connue sous le nom de zone photique ou euphotique. Le reste de la colonne d’eau qui est plus profonde et ne reçoit pas suffisamment de lumière solaire pour la croissance des plantes est connu sous le nom de zone aphotique.
Stratification thermiquemodifier
Semblable à la zonation légère, la stratification thermique ou la zonation thermique est un moyen de regrouper des parties du plan d’eau au sein d’un système aquatique en fonction de la température des différentes couches du lac. Moins l’eau est trouble, plus la lumière peut pénétrer, et ainsi la chaleur est transportée plus profondément dans l’eau. Le chauffage diminue de façon exponentielle avec la profondeur dans la colonne d’eau, de sorte que l’eau sera la plus chaude près de la surface, mais progressivement plus froide en descendant. Il y a trois sections principales qui définissent la stratification thermique dans un lac. L’épilimnion est le plus proche de la surface de l’eau et absorbe le rayonnement à ondes longues et courtes pour réchauffer la surface de l’eau. Pendant les mois les plus froids, le cisaillement du vent peut contribuer au refroidissement de la surface de l’eau. La thermocline est une zone de la colonne d’eau où la température de l’eau diminue rapidement. La couche inférieure est l’hypolimnion, qui a tendance à avoir l’eau la plus froide car sa profondeur empêche la lumière du soleil de l’atteindre. Dans les lacs tempérés, le refroidissement automnal des eaux de surface entraîne un renouvellement de la colonne d’eau, où la thermocline est perturbée et le profil de température du lac devient plus uniforme. La résistance thermique relative est l’énergie nécessaire pour mélanger ces strates de différentes températures.
Budget de chaleur du lacmodifier
Un budget de chaleur annuel, également représenté par θa, est la quantité totale de chaleur nécessaire pour faire passer l’eau de sa température minimale en hiver à sa température maximale en été. Ceci peut être calculé en intégrant la superficie du lac à chaque intervalle de profondeur (Az) multiplié par la différence entre les températures d’été (θsz) et d’hiver (θwz) ou ∫{\displaystyle\displaystyle\int}
Az(θsz-θwz)
Propriétés chimiquesmodifier
Le produit chimique la composition de l’eau dans les écosystèmes aquatiques est influencée par les caractéristiques et processus naturels, y compris les précipitations, le sol sous-jacent et le substrat rocheux dans le bassin de drainage, l’érosion, l’évaporation et la sédimentation. Tous les plans d’eau ont une certaine composition d’éléments et de composés organiques et inorganiques. Les réactions biologiques affectent également les propriétés chimiques de l’eau. Outre les processus naturels, les activités humaines influencent fortement la composition chimique des systèmes aquatiques et la qualité de leur eau.
Oxygène et dioxyde de carbonedit
L’oxygène dissous et le dioxyde de carbone dissous sont souvent discutés ensemble en raison de leur rôle couplé dans la respiration et la photosynthèse. Les concentrations d’oxygène dissous peuvent être modifiées par des processus et des réactions physiques, chimiques et biologiques. Les processus physiques, y compris le mélange éolien, peuvent augmenter les concentrations d’oxygène dissous, en particulier dans les eaux de surface des écosystèmes aquatiques. Étant donné que la solubilité de l’oxygène dissous est liée à la température de l’eau, les changements de température affectent les concentrations d’oxygène dissous, car l’eau plus chaude a une capacité plus faible à « retenir » l’oxygène sous forme d’eau plus froide. Biologiquement, la photosynthèse et la respiration aérobie affectent les concentrations d’oxygène dissous. La photosynthèse par des organismes autotrophes, tels que le phytoplancton et les algues aquatiques, augmente les concentrations d’oxygène dissous tout en réduisant simultanément les concentrations de dioxyde de carbone, car le dioxyde de carbone est absorbé pendant la photosynthèse. Tous les organismes aérobies du milieu aquatique absorbent l’oxygène dissous pendant la respiration aérobie, tandis que le dioxyde de carbone est libéré comme sous-produit de cette réaction. Comme la photosynthèse est limitée par la lumière, la photosynthèse et la respiration se produisent pendant la journée, alors que seule la respiration se produit pendant les heures sombres ou dans des parties sombres d’un écosystème. L’équilibre entre la production et la consommation d’oxygène dissous est calculé comme le taux de métabolisme aquatique.
Les variations verticales des concentrations d’oxygène dissous sont affectées à la fois par le mélange éolien des eaux de surface et par l’équilibre entre la photosynthèse et la respiration de la matière organique. Ces changements verticaux, appelés profils, sont basés sur des principes similaires à ceux de la stratification thermique et de la pénétration de la lumière. Comme la disponibilité de la lumière diminue plus profondément dans la colonne d’eau, les taux de photosynthèse diminuent également et moins d’oxygène dissous est produit. Cela signifie que les concentrations d’oxygène dissous diminuent généralement à mesure que vous vous enfoncez plus profondément dans le plan d’eau, car la photosynthèse ne reconstitue pas l’oxygène dissous absorbé par la respiration. Pendant les périodes de stratification thermique, les gradients de densité de l’eau empêchent les eaux de surface riches en oxygène de se mélanger aux eaux plus profondes. Des périodes prolongées de stratification peuvent entraîner l’épuisement de l’oxygène dissous dans l’eau de fond; lorsque les concentrations d’oxygène dissous sont inférieures à 2 milligrammes par litre, les eaux sont considérées comme hypoxiques. Lorsque les concentrations d’oxygène dissous sont d’environ 0 milligramme par litre, les conditions sont anoxiques. Les eaux hypoxiques et anoxiques réduisent l’habitat disponible pour les organismes qui respirent l’oxygène et contribuent aux changements dans d’autres réactions chimiques dans l’eau.
Azote et phosphorusmodifier
L’azote et le phosphore sont des nutriments écologiquement significatifs dans les systèmes aquatiques. L’azote est généralement présent sous forme de gaz dans les écosystèmes aquatiques, mais la plupart des études sur la qualité de l’eau ont tendance à se concentrer sur les niveaux de nitrate, de nitrite et d’ammoniac. La plupart de ces composés azotés dissous suivent un schéma saisonnier avec des concentrations plus élevées en automne et en hiver par rapport au printemps et à l’été. Le phosphore joue un rôle différent dans les écosystèmes aquatiques car il est un facteur limitant dans la croissance du phytoplancton en raison de concentrations généralement faibles dans l’eau. Le phosphore dissous est également crucial pour tous les êtres vivants, est souvent très limitant à la productivité primaire en eau douce et possède son propre cycle écosystémique distinctif.
Propriétés biologiquesedit
Classification trophique des lacsedit
Une façon de classer les lacs (ou d’autres plans d’eau) consiste à utiliser l’indice d’état trophique. Un lac oligotrophe se caractérise par des niveaux relativement faibles de production primaire et de faibles niveaux de nutriments. Un lac eutrophe a des niveaux élevés de productivité primaire en raison de niveaux de nutriments très élevés. L’eutrophisation d’un lac peut entraîner des proliférations d’algues. Les lacs dystrophiques ont des niveaux élevés de matière humique et ont généralement des eaux brun-jaune de couleur thé. Ces catégories n’ont pas de spécifications rigides; le système de classification peut être considéré comme un spectre englobant les différents niveaux de productivité aquatique.