Gradienty w wodach stojących:

1. Światło:

- strefa okołorównikowa – ilość energii docierającej jest stała i wysoka w ciągu roku (30 – 40MJ/m2/dobę )

- strefa umiarkowana – ilość energii docierającej jest zmienna w ciągu roku (10 – 40MJ/m2/dobę )

- strefa podbiegunowa – ilość energii docierającej jest bardzo zmienna (0 – 45 MJ/m2/dobę)

Ilość energii świetlnej docierającej do lustra wody zależy od szerokości geograficznej, pory roku, pory dnia, warunków atmosferycznych, charakteru otoczenia, zmienny jest kąt padania promieni słonecznych.

Promieniowanie całkowite:

280 – 380 nm – UV, nadfiolet (szkodliwe działanie na organizmy żywe)

380 – 750 nm – VIS, światło widzialne

400 – 700 nm – PAR, promieniowanie czynne fotosyntetycznie

750 – 3000 nm – IR, podczerwień

Wielkość promieniowania odbitego zależy od:

- kąta padania, długości fali

- kąta załamania

-przeciętnie w naszej części Europy odbiciu ulega około 3% bezpośredniego promieniowania latem i 14% zimą; przy silnym falowaniu może wzrosnąć do 30 – 40%; albedo: woda – 5%, śnieg – 70%, lód – 10%.

Spadek natężenia światła wraz z głębokością ma charakter wykładniczy, bowiem na każdej głębokości cześć docierającego tam światła ulega absorpcji. Zależy ona od:

- pochłaniania różnych długości fal

- obecności cząsteczek stałych, w tym koloidów, warunkujące zmętnienie wody i stopniowe rozpraszanie światła

- barwy wody – wywołanej substancjami rozpuszczonymi w wodzie oraz organizmów wodnych zacieniających wodę.

Promieniowanie o różnych długościach fali jest w różny sposób absorbowane, a więc barwa światła zmienia się wraz z głębokością.

Nie tylko woda ale i lód mają kolor niebieski, bowiem najszybciej absorbowana i rozpraszana jest czerwona cześć promieniowania.

Strefa eufotyczna – warstwa wody stale oświetlona (pokrywa się z warstwą trofogeniczną, w której jest możliwa fotosynteza).

Strefa afotyczna – warstwa wody stale zacieniona – zachodzi tam rozkład materii.

Warstwa dysfotyczna – przejściowa, zacieniona warstwa wody.

Przykłady zasięgu strefy fotycznej:

• mało żyzne – Hańcza, Bajkał – 40m

• średnio żyzne – Śniardwy – 4m

• bardzo żyzne – 1-2m

• przeżyźnione – kilkanaście centymetrów.

1. temperatura:

Źródło ciepła:

• promieniowanie słoneczne

• dyfuzja z atmosfery

• dyfuzja z osadów dennych

• skraplanie pary wodnej na powierzchni

• dopływ z wodami podziemnymi i powierzchniowymi

Straty ciepła:

• promieniowanie i transpiracja

• dyfuzja do atmosfery

• utrata wody odpływającej

Ze względu na małą przewodność cieplną zaabsorbowane ciepło powinno spadać wykładniczo (tak jak światło) z głębokością. Dzieje się to inaczej, czego przyczyna są prądy konwekcyjne, będące następstwem różnic gęstości wody i działanie wiatru.

Wiatr powoduje mieszanie się powierzchniowych mas wody, które latem nie mogą zmieszać się z chłodniejszymi i gęściejszymi wodami. Powstaje stratyfikacja termiczna epilimnion, metalimnion, hipolimnion.

Termoklina to warstwa wody jeziora (zbiornika), gdzie zmiany temperatury są większe niż na głębokości.

Konsekwencje stratyfikacji:

• podział siedlisk pomiędzy organizmy ciepłolubne (w epilimnionie) i zimnolubne (w hipolimnionie)

• ograniczona wymiana gazów, rozpuszczonych substancji mineralnych i organicznych (gradient chemiczny)

• powstanie tzw. Drugiego dna – zatrzymanie się detrytusu opadającego na metalimnionie

W większości jezior strefy umiarkowanej istnieje następujący cykl termiczno – miktyczny:

WIOSENNA HOMOTERMIA → STRATYFIKACJA PROSTA (LETNIA) → HOMOTERMIA JESIENNA → STRATYFIKACJA ODWRÓCONA (ZIMOWA).

Wiosną stopniowo ogrzewa się górna warstwa wody, a kiedy temperatura jej obniża się do . wystarcza silniejszy wiatr, by wymieszać wody aż do dna. Dalsze ogrzewanie górnych warstw wody powoduje stratyfikowanie się wód. Tworzy się stabilna warstwa epilimnionu, a jezioro wchodzi w fazę stagnacji letniej. Jesienią epilimnion się ochładza, wiatr może ponownie wymieszać masy wody w całym zbiorniku. Zimą podczas stagnacji zimowej, pod warstwą lodu zimna woda o temperaturze około unosi się nad bardziej gęstą wodę o temperaturze .

Typy miktyczne jezior:

• jeziora amiktyczne – zbiorniki przez cały rok pokryte lodem, w których masy wód nie mieszają się w ogóle; w strefie podbiegunowej, w Rosji

• jeziora meromiktyczne – zbiorniki, w których wody ulegają tylko częściowemu mieszaniu się; głębsze wody nie mieszają się w ogóle, ponieważ woda z dużą zawartością soli jest zbyt gęsta, jezioro jest osłonięte od wiatru

• jeziora holomiktyczne – następuje w nich mieszanie wód w czasie cyrkulacji, dzielimy je na:

- oligomiktyczne – zbiorniki, w których wody mieszają się raz na kilka lat, np. alpejskie

- monomiktyczne – zbiorniki, w których wody mieszają się raz w roku – zimne ze strefy polarnej, mieszają się latem, gdy woda osiąga .; ciepłe mieszają się tylko w zimie

- dimiktyczne – najczęściej u nas spotykane zbiorniki stratyfikowane, mieszane 2 razy w ciągu roku: wiosna i jesienią

- polimiktyczne – płytkie zbiorniki, mieszane wielokrotnie w ciągu roku (np. Śniardwy).

Meromiksja – wody nie mieszają się całkowicie. Zachodzi gdy wody głębinowe są tak ciężkie, że nawet odpowiednio ochłodzone nie mają wyrównanej gęstości.

Typy Meromiksja – w zależności od źródła wzrostu zawartości soli w monimolimnionie:

Meromiksja biogenna – wody przydenne, osady

Meromiksja ektogenna – wody morskie

Meromiksja krenogenna – wody głębinowe zasilane przez źródła.

Tlen jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem na Ziemi. Zawartość tlenu w jej skorupie wynosi 45%, stanowi 20,95% objętości atmosfery ziemskiej. Tlen w postaci gazowej jest niezbędny organizmom tlenowym do przeprowadzenia fosforylacji oksydacyjnej będącej najważniejszym etapem oddychania. W postaci związków z innymi pierwiastkami wchodzi w skład hydrosfery – woda zawiera około 89% tlenu, piasek – 53%, a organizm ludzki około 65%.

Tlen: koncepcja tlenu w wodzie może być czynnikiem ograniczającym.

Tlen zawarty w wodzie pochodzi z:

• wymiany z atmosferą

• fotosyntezy

6CO₂ + 6H₂O→ C6H₁₂O₆ + 6O₂

Energia słoneczna → energia chemiczna

Podczas fotosyntezy wytwarzane są związki organiczne i uwalniany zostaje tlen. W procesie oddychania tlenowego substancje organiczne ulegają spaleniu i tlen zostaje zużyty

W strefie troficznej tlen jest produkowany, ponadto w mieszanym epilimnionie rozpuszczony w wodzie jest również tlen atmosferyczny. W strefie trofolitycznej tlen jest tylko zużywany.

W zależności od wysycenia wody tlenem w jeziorze wyróżniamy strefy: eufotyczną, dysfotyczna, afotyczną. W strefie trofogenicznej tlen jest produkowany; ponadto w mieszanym epilimnionie rozpuszczany w wodzie jest również tlen atmosferyczny. W strefie trofolitycznej tlen jest tylko zużywany.

W procesie rozkładu materii organicznej w hipolimnionie bierze udział tlen zmagazynowany tam w czasie pełnej cyrkulacji.

Koncentracja tlenu w głębokich wodach jeziora zależy od:

• typu miktycznego jezior (czyli od tego jak często uzupełniane są zasoby jeziora)

• stosunku objętości strefy trofogenicznej do trofolitycznej (czyli od wielkości zapasu tlenu mierzonego ilorazem objętości wód hipolimnionu i stężenia tlenu po cyrkulacji)

• ilości rozkładającej się materii organicznej (czyli od wielkości produkcji pierwotnej w epilimnionie)

• temperatury (w wyższej temperaturze szybciej zachodzą procesy rozkładu materii i mniej się jednocześnie rozpuszcza tlenu)

Poziom wysycenia wody tlenem wyliczamy jako stosunek obserwowanego stężenia tlenu do stężenia maksymalnego w danej temperaturze i wyrażamy to w procentach. Notowany w naturze zakres wynosi 0 – 300% podczas silnego zaniku wody. Jeśli jest mniej niż 40% - przyducha (niedobór tlenu dla oksybiontów latem lub zimą).

Rozpuszczalność tlenu maleje wraz ze wzrostem temperatury wody. W jeziorach bardziej produktywnych stężenie tlenu silnie spada wraz z głębokością. W silnie zeutrofizowanych zbiornikach wody hipolimnionu mogą być całkowicie odtlenione. W poziomie, na którym nie ma tlenu produkowany jest siarkowodór. Zasoby tlenu w głębszych warstwach epilimnionu przy bezwietrznej pogodzie nie są uzupełniane w metalimnionie, utrzymuje się przesycenie tlenem - powstaje heterograda dodatnia. Na skutek skokowego wzrostu gęstości w metalimnionie gromadzą się resztki organiczne. Wywołuje to wzrost aktywności bakterii i silne zużycie tlenu - powstaje heterograda ujemna.

Ortograda (rys.1):

• niższa koncentracja tlenu przy powierzchni wynika z wysokich temperatur – mniej tlenu potrzeba do wysycenia wody jeziora o niskiej trofii

• wysokie stężenie na całej głębokości

• skupisko fitoplanktonu

• czyste, górskie jeziora.

Klinograda(rys.2)

• w jeziorach bardziej produktywnych stężenie tlenu silnie spada wraz z głębokością

• w silnie zeutrofizowanych zbiornikach wody hipolimnionu mogą być całkowicie odtlenione

• żywe jeziora

• częste zakwity

Heterograda dodatnia (rys.3):

• zasoby tlenu w głębszych warstwach epilimnionu przy bezwietrznej pogodzie nie są uzupełniane

• w metalimnionie utrzymuje się przesycenie tlenem

Heterograda ujemna (rys 4):

• na skutek skokowego wzrostu gęstości w metalimnionie gromadzą się tu resztki organiczne, wywołuje to wzrost aktywności bakterii i silne zużycie tlenu

Hipoksja – oznacza niski poziom tlenu (< 4 mg/l), w ekosystemach wodnych hipoksja zdarza się, gdy rozpuszczony tlen spada do poziomu poniżej 2 mg w litrze wody, co stanowi mniej więcej najniższy poziom niezbędny dla funkcjonowania bentosowych organizmów. Jednak większość organizmów żyjących przy dnie wymaga więcej niż 4 mg tlenu.

Anoksja – oznacza całkowity brak tlenu (0 mg/l).