Densité de l’eau

Pour comprendre la stratification des lacs, nous devons d’abord aborder la relation entre la densité de l’eau et la température. L’eau est unique en ce sens qu’elle est plus dense en tant que liquide qu’en tant que solide; par conséquent, la glace flotte. Si la glace coulait, nos lacs se comporteraient bien différemment en hiver!

L’eau est plus dense à 4 degrés Celsius (39 F), et à mesure que l’eau se réchauffe ou se refroidit, elle devient moins dense. Cela a des répercussions sur la structure d’un lac, car l’eau la plus dense est plus lourde et se trouve au fond d’un lac, tandis que l’eau la moins dense est plus légère et se trouve généralement au sommet du lac.

Summer

En été dans le Minnesota, le soleil chauffe la couche supérieure d’un lac, l’épilimnion, ce qui le rend moins dense. La couche inférieure du lac, l’hypolimnion, ne reçoit pas la lumière du soleil et reste donc froide. Comme l’épilimnion est moins dense, il flotte au-dessus de l’hypolimnion et les deux ne se mélangent pas. La thermocline est la zone de division entre les couches supérieure et inférieure.

Comme l’épilimnion est la seule partie du lac où la lumière du soleil peut pénétrer, c’est là que poussent les plantes et les algues. Autour du rivage d’un lac, la zone où la lumière du soleil pénètre et où poussent les plantes vasculaires s’appelle la zone littorale. Au milieu du lac, l’épilimnion abrite des algues et du zooplancton.

Lorsque les algues et le zooplancton meurent, ils s’enfoncent au fond du lac. Les invertébrés et les microbes vivant dans le benthos recyclent et décomposent cette matière morte. Ce processus de recyclage consomme de l’oxygène. Comme le lac ne se mélange pas pendant l’été, l’hypolimnion est complètement coupé de l’épilimnion et ne reçoit pas d’apport d’oxygène frais. Par conséquent, ils hypolimnion peuvent devenir anoxiques pendant l’été dans un lac mésotrophe ou eutrophe.

Automne

À l’automne dans le Minnesota, la lumière du soleil n’est pas aussi forte et les nuits deviennent plus fraîches. Ce changement de saison permet à l’épilimnion de se refroidir. Comme l’eau dans l’épilimnion se refroidit, la différence de densité entre l’épilimnion et l’hypolimnion n’est pas aussi grande. Le vent peut alors mélanger les couches. De plus, lorsque l’épilimnion se refroidit, il devient plus dense et s’enfonce dans l’hypolimnion, en mélangeant les couches. Ce mélange permet de répartir l’oxygène et les nutriments dans toute la colonne d’eau.

Winter

En hiver dans le Minnesota, les lacs sont recouverts de glace. Sous la glace, l’eau ne peut pas se mélanger car elle n’est pas exposée au vent. La majeure partie de l’hypolimnion reste à 4 degrés Celsius (39 F). Il y a une fine couche d’eau sous la glace qui est plus froide que 4C et donc moins dense. Cette fine couche d’eau flotte au-dessus de l’hypolimnion tout au long de l’hiver, mais cette stratification n’est pas aussi stable qu’en été car la différence de densité est beaucoup plus faible. Ce phénomène est appelé stratification inverse parce que l’eau plus froide est assise sur l’eau plus chaude.

Comme en été, l’hypolimnion est coupé de l’oxygène, de sorte que la décomposition a lieu dans le benthos, l’oxygène s’épuise. Lorsque l’hypolimnion devient anoxique en hiver, on l’appelle tuer l’hiver parce que les poissons et autres organismes vivants qui ont besoin d’oxygène meurent. De plus, lorsque le fond du lac est anoxique, des processus chimiques à l’interface sédiment/eau provoquent la libération de phosphore des sédiments. Lorsque la glace fond au printemps et que le lac se mélange à nouveau, cette augmentation du phosphore alimente la croissance des algues.

Spring

Au printemps dans le Minnesota, la glace fond du lac, le vent reprend et le lac se mélange à nouveau. C’est ce qu’on appelle le chiffre d’affaires de printemps. L’oxygène et les nutriments sont distribués dans toute la colonne d’eau à mesure que l’eau se mélange. Puis, à mesure que le temps se réchauffe, l’eau de surface se réchauffe à nouveau et met en place une stratification estivale.

La plupart des lacs du Minnesota sont considérés comme dimictiques, ce qui signifie qu’ils se mélangent deux fois par an – au printemps et en automne. Les lacs peu profonds se comportent différemment et peuvent se mélanger plus souvent.