Термин лимнология происходит от греческих слов λίμνη, limne, «озеро» и λόγος, logos, «знание». Лимнология — это наука об внутренних водах, к которым относятся ручьи, озера, реки, водно-болотные угодья и водохранилища. Лимнология является разделом гидрологии, изучающим геологические, химические, биологические и физические характеристики внутренних вод, которые могут быть искусственными или естественными, солеными или пресными, а также стоячими или проточными. Наука тесно связана с гидробиологией и водной экологией, фокусирующихся на водных организмах. Пейзажная лимнология — ветвь лимнологии, изучающая сохранение и управление морскими экосистемами с точки зрения ландшафта.
История лимнологии
Швейцарский ученый Франсуа-Альфонс Форель считается основателем лимнологии, и его наблюдения вдохновили множество других ученых, в том числе ботаника Эйнара Наумана и зоолога Августа Тиенмана, которые организовали Международное общество лимнологии (ISL) в 1922 году. Форель начал интересоваться и наблюдать за природой в возрасте 13, и его ранние исследования рассматривали связь между биологическими, физическими и химическими свойствами Женевского озера. Он определил лимнологию как океанографию озер, но затем расширился и включил изучение всех внутренних вод. Лимнология — это интегративная дисциплина, в которой взаимодействуют биология, физика и химия, что позволяет понять водную экосистему более всеобъемлющим образом.
Физические свойства водной экосистемы
Сочетание волн, течений и тепла, среди других сезонных вариаций условий окружающей среды, помогает идентифицировать физические свойства морской системы. Количественный анализ водного объекта зависит от различных особенностей, таких как водно-болотные угодья, ручьи, реки и эстуарии, а также структура среды, окружающей водный объект. Процесс формирования озер помогает классифицировать водные объекты, а глубина воды определяет зоны внутри озера. Скорость течения воды и геология окружающей территории определяют морфометрическую систему потоков и рек. Эстуарии также включены в исследования лимнологии. Типичные водно-болотные угодья, такие как болота, топи и трясины отличаются по характеру, размеру и форме.
Световая интеграция
Теория светлой зональности рассматривает, как проникновение солнечного света в толщу воды влияет на структуру водоема. Световые зоны определяют различные уровни производительности в озерной экосистеме. Эвфотическая или фотическая зоны относятся к глубинам столба воды, куда проникает солнечный свет и где могут расти растения. Остальная часть толщи воды, которая не получает достаточного солнечного света для роста растений, известна как афотическая зона. Альбедо измеряет количество электромагнитного излучения, которое отражается при попадании солнечного света на поверхность воды.
Термическая стратификация
Термическая стратификация, также называемая термической зональностью, представляет собой метод классификации слоев водных объектов в водной экосистеме, базирующийся на основе изменения температуры в каждом слое. Нагрев уменьшается экспоненциально с глубиной, и поэтому вода сильнее нагревается на поверхности и становится все более холоднее по мере увеличения глубины. Тепловая стратификация водоема имеет три слоя. Эпилимнион — это верхний слой, который близок к поверхности воды, и является наиболее теплым слоем, который испытывает циркуляцию ветра. Второй слой, испытывающий резкое снижение температуры, называется термоклином. Нижний слой, который является равномерно холодным, называется гиполимнион. Летом верхний слой водоема всегда теплее нижнего. Однако зимой температура эпилимниона падает ниже 4 градусов Цельсия, что равно температуре нижнего слоя. Верхний слой расширяется, становится светлее, а затем замерзает.
Химические свойства водной экосистемы
В естественной среде на химический состав воды влияют эрозия почвы, испарение, тип почвы, осадки и потоки. Все водные объекты имеют уникальный баланс неорганических и органических соединений или элементов.
Качество воды
Хотя считается, что на качество воды озер влияют сотни факторов, лишь несколько из них имеют наибольшее значение для здоровья водной экосистемы. Существует множество видов биологической деятельности, влияющих на концентрацию растворенного газа и питательных веществ, однако человеческая деятельность является единственным основным фактором, способствующим изменению качества воды.
Кислород
Растворенный кислород отвечает за многочисленные химические и биологические реакции, которые играют значительную роль в функционировании водной экосистемы. Различные природные процессы влияют на концентрацию кислорода в экосистеме, включая фотосинтез и дыхание. На профиль кислорода влияет ветер на поверхности воды, дыхание, фотосинтез и органические вещества, а это означает, что концентрация кислорода уменьшается точно так же, как и температурный профиль. Процесс фотосинтеза и солнечный свет контролируют концентрацию растворенного кислорода и являются определяющими факторами того, сколько фотосинтеза может произойти в трех водных слоях, где доступен свет. Концентрация растворенного кислорода уменьшает глубину тела воды. Водная жизнь поглощает растворенный кислород, высвобождая углекислый газ.
Фосфор и азот являются жизненно важными питательными веществами в водной системе. Хотя в большинстве исследований основное внимание уделяется аммиаку, нитриту и нитрату в качестве источников азота в воде, азот существует в воде и форме газа. Концентрация азота обычно высока в осенние и зимние месяца и ниже в весенние и летние. Низкая концентрация фосфора в водоемах считается ограничивающим фактором в скорости роста фитопланктона. Растворенный фосфор имеет характерный экосистемный цикл.
Биологические свойства водной экосистемы
Лимнология классифицирует все водные объекты в соответствии с их индексом трофического состояния. Индекс трофического состояния определяется количеством фосфора и азота среди других питательных веществ. Эвтрофные озера имеют высокий уровень питательных веществ и характеризуются высокой продуктивностью. Олиготрофные озера имеют низкий уровень питательных веществ и характеризуются низкой первичной продуктивностью. Дистрофические озера имеют желто-коричневую или чайную воду и высокий уровень гуминового вещества. Эвтрофикация озера может привести к увеличению количества водорослей.
