Elementy limnologii

Elementy limnologii

Dr inż.Małgorzata Loga

Zagrożenia/zanieczyszczenia wód powierzchniowych

zrzut substancji organicznych -deficyt tlenu

eutofizacja - spowodowana dopływem biogenów,

zmiana pH - zakwaszanie, zrzut substancji toksycznych np.

pestycydy, metale ciężkie

Strefy jeziorLitoral – strefa najpłytsza i najbliższa brzegu.Dolna granica litoralu jest granicą występowania roślinności. O zasięgu litoralu decyduje często zasięg przenikania słonecznego.

Sublitoral- strefa poniżej litoralu. Rośliny tu nie występują; opadają tu szczątki pochodzenia litoralnego; fauna jest uboższa niż w litoralu.

Pelagial – strefa otwartej wody. Toń wodna z zamieszkałymi w niej organizmami – fito- i zooplanktonem, nektonem.

Profundal – strefa poniżej sublitoralu. Jest to strefa głębinowa.

Stratyfikacja jezior

Epilimnion – temperatury epilimnionu są zależne od temperatury powietrza. Wody są dobrze wymieszane w wyniku działania wiatru, są jednocześnie dobrze natlenione i naświetlone.

Metalimnion – zwany też termokliną. Tu następuje gwałtowny spadek temperatury i wzrost gęstości wody

Hypolimnion – temperatura jest tu zwykle wyrównana ok. 4C. Woda nie podlega mieszaniu, zwykle jest pozbawiona dostępu światła. Opadają tu zawiesiny z epilimnionu. Stężenie tlenu rozpuszczonego jest zwykle małe.

Dobowa dynamika termokliny

Components of surface energy budget

shortwave radiation

sensible heat

latent heat

longwave radiation

atmospheric longwave radiation

Powstawanie termokliny

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

Days since 2002/05/01

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

Dep

th [

m]

6 .7

7.2

7.7

8.2

8.7

9.2

9.7

10.2

10.7

11.2

11.7

12.2

12.7

W ater Temperature in Loch Lomond near Ross Point

Sezonowa dynamika termokliny

1 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250

time of year (week)

Lake Geneva; annual mean heatflux distribution; for period 1982 to 1993

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

monthmonth

smootheddata

Sezonowa dynamika termokliny

5 10 15 20-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

temperature (° C)

January FebruaryMarch April May June

5 10 15 20 25-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

temperature (° C)

Lake Geneva; annual mean temperature distribution; for period 1957 to 1993

July August SeptemberOctober November December

Zanikanie termokliny

Klasyfikacja jezior ze względu na zmiany stratyfikacji

amiktyczne meromiktyczne holomiktyczne

oligomiktyczne mononiktyczne dimiktyczne polimiktyczne

Amiktyczne – zbiorniki przez cały rok pokryte lodem, których masy wód nie mieszają się w ogóle. Jeziora takie występują w strefie arktycznej i antarktycznej oraz wysokich górach.

Meromiktyczne – zbiorniki, których wody ulegają tylko częściowemu mieszaniu; głębokie warstwy wody nie są nigdy wymieniane, gdyż i) woda ze względu na znaczną zawartość rozpuszczonych soli ma dużą gęstość lub ii)jezioro jest całkowicie osłonięte od wiatru

Holomiktyczne – zbiorniki w których następuje pełne mieszanie wód podczas cyrkulacji. W zależności jak często zachodzi cyrkulacja :.................

oligomiktyczne – w których wody w pełni mieszają się raz na kilka lat. Z powodu znacznej ich wielkości i związanej z tym podwyższonej zdolności do magazynowania ciepła, od aktualnych warunków klimatycznych zależy, czy dochodzi do całkowitego wymieszania

monomiktyczne – których woda ulega mieszaniu jeden raz w roku latem lub zimą, monomiktyczne zimne i monomiktyczne ciepłe

dimiktyczne – których wody mieszane są w ciągu roku dwukrotnie, są najliczniejszym typem miktycznym w strefie umiarkowanej

polimiktyczne – w których okresy pełnego mieszania powtarzają się wielokrotnie, nawet w rytmie dobowym

Procesy mieszania jezior

Dopływ z rzekami

Dopływ rzeki Leysse do jez.Bourget

Gradienty zależne od temperatury

Strefa trofogeniczna – strefa prześwietlona w której przeważa synteza substancji organicznych i produkcja tlenu (w znacznym stopniu pokrywa się z zakresem epilimnionu)

Strefa trofolityczna – strefa w której materia organiczna ulega rozkładowi a tlen jest wyczerpywany

Klasyfikacja troficzna jezior

oligotroficzne mezotroficzne eutroficzne dystroficzne

Jezioro oligotroficzneoligotroficzne

plankton i bentos ubogi

roślinność przybrzeżna uboga

osady nieorganiczne

Profil stężenia tlenu

0

5

10

15

20

25

2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0

mg O2/dm3

głę

bo

kość

w m


Oligotroficzne – zawartość biogenów bardzo mała. Limituje to produkcję biologiczna i utrzymuje ją na niskim poziomie. Szybkość rozkładu materii organicznej jest równa jej produkcji. Wody czyste, zawartość tlenu wysoka.

Mezotroficzne – większy dopływ biogenów, wzrasta produkcja biologiczna, zwiększa się zawartość materii organicznej. Produkcja zaczyna przewyższać rozkład. Kumulacja osadów dennych, obniżenie stężenia tlenu przy dnie.

Jezioro eutroficzne

muł organiczny

roślinność przybrzeżna bogata

bogaty plankton

Profil stęzenia tlenu

0

5

10

15

20

25

2 3 4 5 6 7 8

stężenie tlenu mg O2/dm3

głę

bo

ko

ść

w m


Eutroficzne – Jezioro bogate w biogeny. Duża produkcja biologiczna, produkcja przewyższa rozkład. Występuje masowy rozwój glonów w postaci zakwitów. Zwiększa się mętność i barwa. Wysoka kumulacja materii organicznej. Zwiększa się zawartość osadów dennych.Przy dnie występuje znaczny spadek stężenia tlenu (nawet warunki anaerobowe)

Dystroficzne – nadmiar substancji biogennych. Produkcja wielokrotnie przewyższa rozkład. Gwałtownie rośnie warstwa osadów dennych. Jezioro się wypłyca i przekształca w bagno.

Czynniki wpływające na koncentrację tlenu

1) Typ miktyczny

2) Wielkość zapasu tlenu

3) Wielkość produkcji w epilimnionie

4) Tempo procesów rozkładu

(temperatura)

Przyczyny eutrofizacji

biomasabiomasa

produkcja

drapieżnictwo

przyczynaprzyczyna

niezrównoważonydopływ/odpływ

konsekwencjekonsekwencje

biomasabiomasa

produkcja

eutrofizacja

drapieżnictwo

Skutki eutrofizacji

• wzrost zawartości fitoplanktonu oraz zmiany jego gatunków

• wzrost zawartości zawiesin i spadek przezroczystości wody

• wzrost warstwy osadów dennych

• spadek zawartości tlenu

• zmiana w liczebności i gatunkach ryb

Kategoria troficzna

Fosfor całkowity

mg/m3

Chlorofil a mg/m3 Widzialność krążka Secchiego m

Wartość średniorocz

na


na

Wartość maksymaln

a


na

Wartość minimalna

Ultra-oligotrofia

< 4,0 < 1,0 <2,0 >12,0 >6

oligotrofia < 10,0 <2,5 <8,0 >6,0 >3

mezotrofia 10-35 2,5-8,0 8-25 6-3 3-1,5

eutrofia 35-100 8-25 25-75 3-1,5 1,5-0,7

hypetrofia >100 > 25 >75 <1,5 <0,7

Graniczne wartości parametrów dla różnych kategorii troficznych według klasyfikacji OECD (1982)

Wskaźniki jakości wody i klasyfikacja

Wskaźnik jakości wody

Punkt pomiaru i moment

klasa I klasa II klasa III

średni % nasycenia tlenemjez. stratyfikowane

lato >40 >20 >5

tlen rozp. mgO2/dm3

jeziora niestratyfikowane

latoponad dnem

>4 >2 >1

ChZT ( Cr 2O7)

mg O2/dm3

j.s + j. n.s

latopowierzchnia

<20 <30 <50

BZT mgO2/dm3

j.s + j. n.s

lato powierzchnia

<2

<5 <8

BZT mgO2/dm3

j.s

lato ponad dnem

<2

<5 <10

fosforanyj.s+j. n.s mgP/dm3

wiosna powierzchnia

<0,02

<0,04

<0,08

fosfor całkowityj.s mgP/dm3

lato warstwa denna

<0,02

<0,04

<0,08

fosfor całkowityj.s +j. n.s mgP/dm3

wiosna i lato średnia

<0,06

<0,15

<0,60

Wskaźniki jakości wody i klasy czystości –cd.

P- fosforanowy

(j.s+j.n.s) [mgP/dm3]

Wiosna warstwa

powierzchniowa

<0,02 0,04 0,08

P-całkowity

(j.s) [mgP/dm3]

lato

warstwa naddenna

<0,02 0,04 0,08

P-całkowity

(j.s+j.n.s) [mgP/dm3]

wiosna i lato

średnia <0,06 <0,15 <0,60

N nieorganiczny (j.s+j.n.s) [mgN/dm3]

wiosna warstwa

powierzchniowa

<0,2 <0,4 <0,8

N-NH4 (j.s) [mgN/dm3]

lato warstwa naddenna

<0,2 <1,0 <5,0

N-całkowity (j.s+j.n.s) [mgN/dm3]


<1,0 <1,5 <2,0

Przewodność

(j.s+j.n.s) [S/dm3]

Wiosna warstwa

powierzchniowa

<250 <300 <350

Wskaźniki jakości wody i klasy czystości –cd.

Chlorofil-a (j.s+j.n.s) [mg/dm3]

wiosna i lato średnia <4 <8 <12

Secchi (j.s.+j.n.s) [m]


>4 >2 >1

Bakt.coli (j.s+j.n.s)

Wiosna i lato powierzchnia i dno (najgorszy

wynik)

>1 >0,1 >0,01

Obserwacje polowe

Cały rok

wskaźnik

Kat I Kat II Kat. III

głębokość średnia (m) >10 >5 >3

objętość jeziora (10 3 m3)-----------------------------------długość linii brzegowej (m)

> 4.0

> 2.0

> 0.8

% of procent wód startyfikowanych

> 35

> 20

> 10

powierzchnia aktywnego dna (m2)-----------------------------------------objętość hypolimniomu (m3)

< 0,1

< 0,15

< 0,30

% procent rocznej wymiany wody *

< 30

< 200

< 1000

wsp. Schindler’a

powierzchnia zlewni + powierzchnia jeziora (m2)-----------------------------------------------------objętość jeziora(m3)

< 2

< 10

< 50

Typ zagospodarowania zlewni **

> 60%lasy

<60 % lasy< 60% pola orne

> 60% pola orne

podatność na degradację

Ramowa Dyrektywa WodnaDyrektywa 2000/60/EC Parlamentu Europejskiego i Rady Europy z dnia 23.XI. 2000r. określająca zakres

obowiązków Unii w dziedzinie polityki wodnej.

Documents

Elementy limnologii