Димиктическое озеро - Dimictic lake

Озерные зоны
   Прибрежная зона
   Лимнетическая зона
   Профундальная зона
   Бентическая зона
Стратификация озера
   Эпилимнион
   Металимнион
   Гиполимнион
   Дестратификация
Типы озер
   Голомиктическое озеро
   Мономиктическое озеро
   Димиктическое озеро
   Полимиктическое озеро
   Меромиктическое озеро
   Амиктическое озеро
Смотрите также

А димиктическое озеро это пресноводный водоем, разница температур между поверхностным и придонным слоями которого становится незначительной дважды в год, что позволяет всем слоям воды в озере циркулировать вертикально. Все димиктические озера также считаются голомиктический, категория, которая включает все озера, которые перемешиваются один или несколько раз в год. Зимой димиктические озера покрыты слоем льда, создавая холодный слой на поверхности, чуть более теплый слой подо льдом и еще более теплый незамерзший нижний слой, в то время как летом разделяются одни и те же температурные различия в плотности. теплые поверхностные воды ( эпилимнион ), из более холодных придонных вод ( гиполимнион ). Весной и осенью эта разница температур ненадолго исчезает, и водоем переворачивается и циркулирует сверху вниз. Такие озера распространены в среднеширотных регионах с умеренным климатом.[1]

Примеры димиктических озер

Сезонные циклы перемешивания и стратификации

Типичная схема смешивания для димиктический озеро

Перемешивание (переворачивание) обычно происходит весной и осенью, когда озеро является «изотермическим» (то есть с одинаковой температурой сверху вниз). В это время вода по всему озеру составляет около 4 ° C (температура максимальной плотности), и, при отсутствии каких-либо различий в температуре или плотности, озеро легко перемешивается сверху вниз. Зимой любое дополнительное охлаждение ниже 4 ° C приводит к стратификации водной толщи, поэтому димиктические озера обычно имеют обратную термическую стратификацию, когда температура воды ниже 0 ° C ниже льда, а затем температура повышается примерно до 4 ° C у основания озера.[2]

Весенний переворот

Как только лед тает, столб воды может перемешиваться ветром. В больших озерах верхний слой воды часто бывает ниже 4 ° C, когда лед тает, поэтому весна характеризуется постоянным перемешиванием за счет конвекции, вызываемой солнечными батареями.[3][4] пока столбец воды не достигнет 4 ° C. В небольших озерах период весеннего переворота может быть очень коротким,[5] так что весенний переворот часто бывает намного короче осеннего переворота. Когда верхний слой воды нагревается выше 4 ° C, термическое расслоение начинает развиваться.

Летняя стратификация

Летом потоки тепла из атмосферы в озеро нагревают поверхностные слои. Это приводит к тому, что димиктические озера имеют сильную термическую стратификацию с теплой эпилимнион отделенный от холода гиполимнион по металимниону. В рамках металимнион Существует термоклин, обычно определяемый как область, где градиенты температуры превышают 1 ° C / м.[6] Из-за стабильного градиента плотности смешивание в термоклине затруднено,[7] что снижает вертикальный перенос растворенный кислород. Если озеро эвтрофный и имеет высокую потребность донных отложений в кислороде, гиполимнион в димиктических озерах может стать гипоксическим во время летней стратификации, что часто наблюдается на Озеро Эри.

Во время летней стратификации на большинстве озер наблюдается внутренние волны из-за поступления энергии от ветра. Если озеро небольшое (менее 5 км в длину), то период внутренняя сейша хорошо предсказывается формулами Мериана.[8] На длительные внутренние волны в больших озерах могут влиять Силы Кориолиса (из-за вращения Земли). Ожидается, что это произойдет, когда период внутренней сейши станет сопоставимым с локальным инерционный период, что составляет 16,971 часа на широте 45 ° с. (ссылка на утилиту Coriolis). В больших озерах (таких Озеро Симко, Женевское озеро, озеро Мичиган или Озеро Онтарио ) наблюдаемые частоты внутренних сейш преобладают Волны Пуанкаре[9][10] и Волны Кельвина.[11][12]

Падение переворачивание

В конце лета температура воздуха падает, и поверхность озер остывает, что приводит к более глубокому перемешанному слою, пока в какой-то момент столб воды не становится изотермическим и обычно с высоким содержанием растворенного кислорода. Осенью сочетание ветра и температуры охлаждающего воздуха продолжает поддерживать перемешивание водяного столба. Вода продолжает охлаждаться, пока температура не достигнет 4 ° C. Часто опрокидывание при падении может длиться 3–4 месяца.

Зимняя обратная стратификация

После того, как водяной столб достигает максимальной плотности 4 ° C, при любом последующем охлаждении образуется менее плотная вода из-за нелинейность уравнения состояния воды. Таким образом, ранняя зима - это период сдерживания.[13] Когда на озере образуется лед, тепловые потоки из атмосферы в значительной степени прекращаются. Таким образом, развитие термической стратификации зимой определяется двумя периодами: Зимой I и Зимой II.[14] В ранний зимний период зимы I основной тепловой поток происходит за счет тепла, накопленного в донных отложениях; в этот период озеро нагревается снизу, образуя глубокий слой воды с температурой 4 ° C.[14] В конце зимы поверхностный лед начинает таять, и с увеличением продолжительности дня увеличивается количество солнечного света, проникающего через лед в верхние слои воды. Таким образом, во время Зимы II основной тепловой поток теперь идет сверху, и потепление вызывает образование нестабильного слоя, что приводит к конвекции, вызываемой солнечными лучами.[4][15][2] Такое перемешивание верхнего слоя воды важно для удержания планктона во взвешенном состоянии.[16][2][17]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Льюис, Уильям М. младший (1983). «Пересмотренная классификация озер на основе смешивания» (PDF). Канадский журнал рыболовства и водных наук. 40 (10): 1779–1787. Дои:10.1139 / f83-207. Архивировано из оригинал (PDF) на 2009-03-06.
  2. ^ а б c Ян, Бернард; Янг, Джоэл; Браун, Лаура; Уэллс, Мэтью (2017-12-23). «Высокочастотные наблюдения температуры и растворенного кислорода показывают наличие конвекции подо льдом в большом озере». Письма о геофизических исследованиях. 44 (24): 12, 218–12, 226. Bibcode:2017GeoRL..4412218Y. Дои:10.1002 / 2017gl075373. ISSN  0094-8276.
  3. ^ Кэннон, Д. Дж .; Troy, C.D .; Liao, Q .; Бутсма, Х.А. (28.06.2019). «Безледная радиационная конвекция вызывает весеннее перемешивание в большом озере». Письма о геофизических исследованиях. 46 (12): 6811–6820. Bibcode:2019GeoRL..46.6811C. Дои:10.1029 / 2019gl082916. ISSN  0094-8276.
  4. ^ а б Остин, Джей А. (22.04.2019). «Наблюдения радиационной конвекции в глубоком озере». Лимнология и океанография. 64 (5): 2152–2160. Дои:10.1002 / lno.11175. ISSN  0024-3590.
  5. ^ Пирсон, округ Колумбия; Weyhenmeyer, G.A .; Arvola, L .; Benson, B .; Blenckner, T .; Kratz, T .; Ливингстон, Д.М.; Markensten, H .; Marzec, G .; Pettersson, K .; Уэзерс, К. (февраль 2011 г.). «Автоматизированный метод мониторинга фенологии озерного льда». Лимнология и океанография: методы. 9 (2): 74–83. Дои:10.4319 / лом.2010.9.0074. ISSN  1541-5856.
  6. ^ Горхэм, Эвилл; Бойс, Фаррелл М. (январь 1989 г.). «Влияние площади и глубины поверхности озера на термическую стратификацию и глубину летнего термоклина». Журнал исследований Великих озер. 15 (2): 233–245. Дои:10.1016 / s0380-1330 (89) 71479-9. ISSN  0380-1330.
  7. ^ Chowdhury, Mijanur R .; Уэллс, Мэтью Дж .; Коссу, Ремо (декабрь 2015 г.). «Наблюдения и экологические последствия изменчивости вертикального турбулентного перемешивания в озере Симко». Журнал исследований Великих озер. 41 (4): 995–1009. Дои:10.1016 / j.jglr.2015.07.008. ISSN  0380-1330.
  8. ^ Мортимер, К. Х. (январь 1974 г.). «Гидродинамика озера». SIL Communications, 1953-1996 гг.. 20 (1): 124–197. Дои:10.1080/05384680.1974.11923886. ISSN  0538-4680.
  9. ^ Чой, Джун; Трой, Кэри Д.; Се, Цунг-Чан; Хоули, Натан; Маккормик, Майкл Дж. (Июль 2012 г.). «Год внутренних волн Пуанкаре на юге озера Мичиган». Журнал геофизических исследований: океаны. 117 (C7): н / д. Bibcode:2012JGRC..117.7014C. Дои:10.1029 / 2012jc007984. HDL:2027.42/95363. ISSN  0148-0227.
  10. ^ Chowdhury, Mijanur R .; Уэллс, Мэтью Дж .; Хауэлл, Тодд (апрель 2016 г.). «Движение термоклина приводит к высокой вариабельности бентического смешения на берегу большого озера». Исследование водных ресурсов. 52 (4): 3019–3039. Bibcode:2016WRR .... 52.3019C. Дои:10.1002 / 2015wr017725. ISSN  0043-1397.
  11. ^ Флуд, Брайан; Уэллс, Мэтью; Данлоп, Эрин; Янг, Джоэль (2019-08-14). «Внутренние волны качают воду в глубокую прибрежную бухту большого озера». Лимнология и океанография. 65 (2): 205–223. Дои:10.1002 / lno.11292. ISSN  0024-3590.
  12. ^ Буффар, Дэмиен; Леммин, Ульрих (декабрь 2013 г.). «Волны Кельвина в Женевском озере». Журнал исследований Великих озер. 39 (4): 637–645. Дои:10.1016 / j.jglr.2013.09.005. ISSN  0380-1330.
  13. ^ Фермер, Дэвид М .; Кармак, Эдди (ноябрь 1981 г.). «Ветровое смешение и сдерживание в озере вблизи температуры максимальной плотности». Журнал физической океанографии. 11 (11): 1516–1533. Bibcode:1981JPO .... 11.1516F. Дои:10.1175 / 1520-0485 (1981) 011 <1516: wmaria> 2.0.co; 2. ISSN  0022-3670.
  14. ^ а б Кириллин, Георгий; Леппяранта, Матти; Тержевик, Аркадий; Гранин, Николай; Бернхардт, Джулиана; Энгельгардт, Кристоф; Ефремова, Татьяна; Голосов, Сергей; Палшин, Николай; Шерстянкин Павел; Здоровеннова, Галина (октябрь 2012). «Физика озер, покрытых сезонным льдом: обзор». Водные науки. 74 (4): 659–682. Дои:10.1007 / s00027-012-0279-у. ISSN  1015-1621. S2CID  6722239.
  15. ^ Буффар, Дэмиен; Вюэст, Альфред (5 января 2019 г.). «Конвекция в озерах» (PDF). Ежегодный обзор гидромеханики. 51 (1): 189–215. Bibcode:2019АнРФМ..51..189Б. Дои:10.1146 / аннурьев-жидкость-010518-040506. ISSN  0066-4189.
  16. ^ Келли, Дэн Э. (1997). «Конвекция в озерах, покрытых льдом: влияние на водорослевую взвесь». Журнал исследований планктона. 19 (12): 1859–1880. Дои:10.1093 / планкт / 19.12.1859. ISSN  0142-7873.
  17. ^ Буффар, Дэмиен; Здоровеннова, Галина; Богданов, Сергей; Ефремова, Татьяна; Лаванши, Себастьен; Палшин, Николай; Тержевик, Аркадий; Винно, Любовь Рамана; Волков, Сергей; Вюэст, Альфред; Здоровеннов, Роман (19.02.2019). «Динамика подледной конвекции в северном озере». Внутренние воды. 9 (2): 142–161. Дои:10.1080/20442041.2018.1533356. ISSN  2044-2041.

внешние ссылки