Озеро - как экосистема

Міністерство освіти та науки, молоді та спорту 
Вищий навчальний заклад 
Запорізький національний університет 

 

 

 

 

Індивідуальна робота 
з дисципліни: Біоекологія 
на тему: «Озеро – як екосистема» 

 

 

 

Виконала: студентка 

біологічного  факультету 
гр. 4129_1б 
Зеленська Катерина 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Запоріжжя 
2012

Зміст

1. Вступ……………………………………………………………...…………3
2. Термічний та кисневий режим…………………………………………….4
3. Стратифікація водної товщі……………………………………………….5
4. Оліготрофні, мезотроні та евтрофні озера…………………….………….8
5. Роль фосфору у лімітуванні первинної продукції……………………...11
6. Біогенне навантаження та евтрофікування………………………...……12
7. Висновки…………………………………………………………………..16
8. Список використаних джерел……………………………………………17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

Озеро - компонент гідросфери, що представляє собою водойму, що виникла природно, заповнена в межах озерної чаші (озерного ложа) водою і не має безпосереднього з'єднання з морем (океаном). [1] Озера є предметом вивчення науки лімнології.

З точки зору планетології, озеро являє собою існуючий стабільно  в часі і просторі об'єкт, заповнений речовиною, що знаходяться в рідкій фазі, розміри якого займають проміжне положення між морем і ставком.

З точки зору географії, озеро  представляє собою замкнуте поглиблення суші, в яке стікає і накопичується вода. Озера не є частиною Світового океану.

Хоча хімічний склад озер залишається відносно тривалий час  постійним, на відміну від річки  заповнююча його речовина оновлюється значно рідше, а наявні в ньому течії не є переважаючим фактором, що визначає його режим. Озера регулюють стік річок, затримуючи в своїх улоговинах порожнисті води і віддаючи їх в інші періоди. У водах озер відбуваються хімічні і біологічні реакції.

 У ряді озер, головним  чином не має стоку, у зв'язку з випаровуванням води підвищується концентрація солей. Результатом є істотні зміни мінералізації і сольового складу озер. Завдяки значній теплової інерції водної маси великі озера пом'якшують клімат прилеглих районів, зменшуючи річні і сезонні коливання метеорологічних елементів.

Форма, розміри і рельєф дна озерних улоговин істотно  змінюються при накопиченні донних відкладень. Заростання озер створює  нові форми рельєфу, рівнинні або  навіть опуклі. Озера і, особливо, водосховища  часто створюють підпір грунтових вод, що викликає заболочування прилеглих ділянок суші. В результаті безперервного накопичення органічних і мінеральних часток в озерах утворюються потужні товщі донних відкладень. Ці відкладення видозмінюються при подальшому розвитку водойм і перетворенні їх на болота або сушу. За певних умов вони перетворюються на гірські породи органічного походження.

ТЕРМІЧНИЙ ТА КИСНЕВИЙ РЕЖИМ.

Температурний режим озер залежить від їх географічного положення  та особливостей вертикальної циркуляції вод. Вода володіє рядом унікальних термодинамічних властивостей, що сприяють зменшенню температурних коливань; таким чином, діапазон різних змін в воді менше і відбуваються вони повільніше, ніж у повітрі. Найважливіші з цих термодинамічних властивостей води наступні:

1. Висока питома теплоємність. Це означає, що для зміни  температури води потрібно відносно  велика кількість тепла. Для  підвищення температури 1 мл води на 1°С (від 15 до 16°С) необхідно затратити 1 кал тепла. Тільки аміак і деякі інші речовини володіють питомою теплоємністю більше 1.

2. Велика схована теплота  плавлення. Для перетворення 1 г  льоду в воду необхідно затратити  80 кал (стільки ж тепла виділяється  при замерзанні води без зміни  температури).

3. Найвища з відомих  прихована теплота пароутворення.  При випаровуванні (а воно відбувається  більш-менш постійно з поверхні  рослин, води і льоду) 1 г води  поглинається 536 кал. 

Значна частина надходить  сонячної енергії в екосистемах  всього світу витрачається на випар води. Цей потік енергії пом'якшує клімат і робить можливим існування життя у всьому її фантастичному розмаїтті.

4. Найбільшою щільністю  вода має при 4 ° С; при  температурах вище або нижче  4 ° С вода розширюється і,  отже, стає легше. Це унікальна  властивість оберігає озера від  промерзання до дна.

Вміст розчинених у воді газів (0, СО, HS) знаходиться в прямій залежності від особливостей термічного стану водної маси і інтенсивності біохімічних процесів, спрямованість яких багато в чому визначена типом озерної улоговини.

У глибоких стратифікованих  великих озерах кисневий режим відносно стійкий протягом року; навіть у  зимовий період в придонних шарах  насиченість води киснем становить  близько 20-30%. У глибоких, але невеликих  за площею озер в зоні гіполімніона в зимовий час спостерігається  дефіцит кисню.

Численні мілководні озера, особливо малої площі, відносяться  до групи з недостатнім вмістом  кисню в зимовий час, в результаті чого в них нерідкі заморні явища. У розподілі вільної вуглекислоти спостерігаються закономірності, протилежні встановленим для кисневого режиму.

СТРАТИФІКАЦІЯ ВОДНОЇ ТОВЩІ.

Типовий сезонний цикл, показаний на малюнку, можна описати таким чином. Влітку поверхневі води нагріваються сильніше, ніж придонні, тому циркуляція відбувається тільки в теплому поверхневому шарі. З більш вузький холодною водою ця вода не змішується, так що утворюється проміжна зона з різким температурним градієнтом, яка називається термокліна. Область поверхневої теплої води, в якій здійснюється циркуляція, називають епілімніоном, а область з більш холодною водою, в якій не відбувається циркуляції, - гіполімніоном.

Потрібно звернути увагу  на різкий перепад температури в термокліні в жаркі літні місяці. Якщо термокліна розташована нижче глибини ефективного проникнення світла (компенсаційного горизонту), як це часто буває, то запаси кисню в гіполімніоні виснажуються, оскільки гіполімніон відрізаний від усіх джерел кисню: у ньому немає зелених рослин і в нього не проникає кисень атмосфери. Цей період часто називають періодом літньої стагнації в гіполімніоні.

З настанням холодної погоди температура води в епілімніоні знижується і стає рівною температурі води гіполімніона. Тепер циркуляція відбувається у всій товщі води, і при цьому кисень знову потрапляє на глибину. Коли вода на поверхні  охолоджується до температури нижче 4 ° С, вона розширюється, стає легшою, залишається на поверхні і, якщо клімат даної місцевості досить холодний, замерзає. Виникає зимова стратифікація. Взимку запаси кисню звичайно зменшуються незначно, так як активність бактерій і дихання тварин при низькій температурі невеликі, а у воді при цьому розчиняється більше кисню. Внаслідок цього зимова стратифікація виражена не так різко. Винятки з цього правила спостерігаються тоді, коли лід покритий снігом. У цьому випадку припиняється фотосинтез, запаси кисню в озері виснажуються, і відбувається зимовий «замор» риби.

Навесні лід тане, поверхнева вода нагрівається, стає важчою і опускається вниз. Коли температура води сягає 4 ° С, озеро робить ще один «глибокий вдих» - відбувається «весняне перемішування».

Ця класична схема з  двома сезонними перемішування  типова для багатьох озер Америки  та Євразії, але вона ні в якому  разі не універсальна навіть для помірної зони. Вперше докладне дослідження  температурної стратифікації було проведено в швейцарських озерах Сімоні і Форелем в 1850-1900 рр.. У 1904 р. Бірдж вперше показав наявність температурної стратифікації в вісконсінських озерах. Загалом можна сказати, що чим глибше озеро, тим менш виразна його стратифікація і тим ширший гіполімніон.

Розвиток дефіциту кисню  в гіполімніоні в період літньої стратифікації залежить від кількості речовини, яка розкладається та глибини термокліни. У високопродуктивних озерах влітку, як правило, спостерігається більший дефіцит кисню, ніж в малопродуктивних. Це відбувається тому, що «дощ» органічної речовини з лімнічної і літоральної зон в профундаль більш рясний в продуктивних озерах. Обумовлена ​​господарською діяльністю евтрофікація прискорює розвиток дефіциту кисню в профундалі. Стенотермні холодолюбиві риби можуть існувати тільки в «бідних» непродуктивних озерах, так як тільки тут в холодній придонної воді міститься достатньо кисню. Саме такі види першими зникли при евтрофікації Великих озер в США. Як уже зазначалося, нижчі організми профундальної зони в протилежність рибам адаптовані так, що можуть досить довгий час витримувати нестачу кисню.

Якщо вода в озері настільки  прозора, що фітопланктон розвивається глибше термокліни, тобто у верхній частині гіполімніона, то концентрація кисню тут може бути навіть вище, ніж біля поверхні, оскільки в холодній воді розчинність кисню збільшується. Таким чином, ми бачимо, що евфотічна зона не обов'язково збігається з епілімніоном.

Температура води на поверхні субтропічних озер ніколи не падає  нижче 4 ° С. У цих озерах завжди чітко виражений температурний  градієнт від поверхні до дна і  протягом року перемішування відбувається тільки один раз, взимку. У тропічних  озерах з високою (20-30 ° С) температурою у поверхні градієнт завжди нерізкий і сезонні коливання температури незначні на будь-якій глибині. Стабільна температурна стратифікація зберігається більш-менш на протязі всього року. Вона існує завдяки відмінностей в щільності води, які викликаються навіть слабким температурним градієнтом. Загальне перемішування, отже, відбувається нерегулярно, звичайно в найбільш холодні сезони. Вода в дуже глибоких тропічних озерах, як правило, перемішується тільки частково. Будівництва великих глибоких водосховищ в тропіках призводить до значних «екологічним лихам», що обумовлено нерозумінням відмінностей між водними і наземними екосистемами тропічної і помірної зон.

Відповідно до головних особливостей схеми циркуляції води більшість озер світу зручно зараховувати до однієї з наступних категорій (Хатчінсон, 1957):

1. Диміктичні озера. Характерні два сезонних періоди вільної циркуляції або перемішування.

2. Холодні мономіктичні. Розташовані в полярних областях. Вода ніколи не прогрівається до температур вище 4 ° С. Характерно одне літнє перемішування.

3. Теплі мономіктичні. Зустрічаються в районах з теплим помірним або субтропічним кліматом. Температура води ніколи не буває нижче 4 ° С. Одне зимове перемішування.

4. Поліміктичні. Циркуляція більш-менш постійна. Періоди стагнації, якщо вони і бувають, дуже нетривалі. Високогірні екваторіальні озера.

5. Олігоміктичні. Багато тропічних озер з постійною температурою. Циркуляція дуже сповільнена або відбувається рідко.

6. Мероміктичні. Спостерігається постійна стратифікація. Зазвичай це обумовлено відмінностями в хімічному складі вод епі- і гіполімніона.

ОЛІГОТРОФНІ, ЕВТРОФНІ ТА МЕЗОТРОФНІ ОЗЕРА.

Озера усіх регіонів можна  класифікувати відповідно до їх первинної продуктивності. Це першим відзначив німецький лімнолог Тінеманн. Продуктивність, або «родючість», озера залежить від поступаючих з місцевим стоком поживних речовин, геологічного віку і глибини. Нижче наведена спрощена схема такої класифікації.

У цій схемі напрямок геологічних  процесів позначено стрілками. Типові оліготрофні озера характеризуються значною глибиною, обширним епілімніоіом, невеликою первинною продукцією, убогою літоральною рослинністю і низькою щільністю планктону, хоча число видів може бути великою. Цвітіння планктону відбуваються рідко, так як біогенні речовини рідко накопичуються в кількості, достатній для спалаху фітопланктону. Внаслідок низької продуктивності верхніх горизонтів у гіполімніоні не буває дефіциту кисню. Тому для гіполімніона оліготрофних озер характерні і часто обмежені в своєму поширенні саме цією областю холодолюбиві стенотермні донні риби, такі, як озерна форель і сиги.

На противагу оліготрофним евтрофні («кормние») озера дрібніші, а величина їх первинної продуктивності більше. Літоральна рослинність в таких озерах багатша, щільність планктонної популяції вище і спостерігаються «цвітіння». Високий вміст органічних речовин призводить часом до дуже різко вираженою літньої стагнації, що виключає існування холодноводних риб. Прикладами найбільш вивчених евтрофних озер можуть служити озера Мендота і Лінслі. Типові оліготрофні озера - Великі озера та озеро Фінгер в штаті Нью-Йорк.

Загальну тенденцію збільшення продуктивності зі зменшенням глибини  озера ілюструють дані таблиці.

Оліготрофні озера містять дуже низькі концентрації поживних речовин, необхідних для росту рослин і, таким чином загальна продуктивність цих озер є низькою. Лише невелика кількість органічної речовини росте в оліготрофних озерах; фітопланктон, зоопланктонн, прикріплені водорості, макрофіти (водні рослини), бактерії, риба - все це присутнє в невеликих популяціях. Там може бути багато видів планктону і різних типів інших організмів, але не у великій кількості кожного виду або типу. Мало продукції органічної речовини, існує дуже мале накопичення органічних опадів на дні оліготрофних озер. Характеризується великою прозорістю, кольором води від синього до зеленого, неоднорідністю розподілу температури по вертикалі, поступовим зниженням вмісту кисню до дна і рівномірним розподілом його протягом року.