Пресноводные экосистемы, непроточные водоемы.
Стоячие и проточные воды образуют пресноводные мнемонические экосистемы (пресноводные жизненные пространства).
Непроточные водоемы различаются по величине и глубине:
- лужи, копана и старицы — мелкие временные скопления пресной воды с сильно колеблющимся уровнем;
- мелкие озера и естественные пруды, в которых плавающие растения по большей части укореняются на дне;
- глубокие озера, в которых могут сформироваться слои с различной температурой.
К особым формам относятся искусственно заложенные пруды, слабосоленые подземные внутренние водоемы с экстремальными условиями существования (грунтовые воды, пещерные озера) и горячие пресноводные озера и источники.
Условия жизни в стоячих водах зависят прежде всего от степени освещенности.
Солнечный свет отражается в зависимости от утла падения Е (Е = 60°, отражение - 6%; Е = 80°, отражение — 34%; Центр Европа: в 12 часов летом, как минимум, — 2,5%, в 12 часов зимой, как минимум, — 14%). Большая часть излучения проникает в водный объем (трансмиссия). Потери (экстинкция) вследствие рассеивания и абсорбции, обусловленных наличием примесей в воде, снижают интенсивность света, которая экспоненциально уменьшается с глубиной (закон Бэра — Ламберта).
Даже в дистиллированной воде только 50% света проникает на глубину до 1 метров. Коротковолновый свет проникает наиболее глубоко, красный — менее всего. Зависшие мелкие объекты и растворенные вещества (планктон, гуминовые кислоты и т. п.) изменяют спектры абсорбции воды, что приводит к появлению индивидуальных профилей освещенности: коротковолновое излучение, отдавая тепло, смещается в длинноволновый диапазон спектра.
Рисунок. Состав спектра излучения в непроточных водоёмах в зависимости от глубины и длины волны.
В озере Аунцер-Унтерзее селективная абсорбция растворенными примесями приводит к тому, что только 50% сине-зеленого диапазона излучения проникает на глубину до 2 метров (для сравнения: 100 метров в дистиллированной воде). Кроме топографии и условий освещенности природа озер определяется температурными соотношениями, наличием питательных веществ и содержанием кислорода. Энергия излучения, преимущественно длинноволнового, инициирует движение молекул, переходя таким образом в тепловую энергию; водоемы прогреваются сверху.
При отсутствии циркуляции возникают термо слои, которые в целом и по временам года формируются по-разному. Ветер и термическая конвекция обеспечивают перемешивание холодной и прогретой воды и передачу кислорода из слоя в слой.
В общем различают следующие типы циркуляции:
- полимиктический при стабильной циркуляции атмосферного воздуха в соответствии с временами года (ветер) на высокогорье и конвективное перемешивание в холмистой местности тропиков;
- мономиктический, перемешивание только в течение одного времени года;
- димиктический, перемешивание в течение двух времен года, в прочий период — застой.
Рисунок. Температурные слои в озерах.
Тропические равнинные озера олигомиктичны.
Сильно подогретая легкая вода у поверхности экранирует более холодную воду на глубине, очень редко возникают нерегулярные циркуляционные потоки на фоне длительного застоя. Арктические и антарктические водоемы в течение длительного времени покрыты льдом, который препятствует проникновению кислорода в воду (амиксия).
Равнинные водоемы средних географических широт перемешиваются благодаря конвекции и ветру (плеомиксия). Растворы солей имеют большую плотность по сравнению с чистой водой, они опускаются на глубину и препятствуют общему перемешиванию воды, которое происходит только в верхних слоях водоема (меромиксия).
В умеренных географических широтах на протяжении года преобладает димиктический тип перемешивания: весной прогревается приповерхностный слой воды; весенние штормы обеспечивают полное перемешивание легкой воды поверхности с тяжелой холодной водой глубин и насыщение всего объема вод кислородом (весенняя циркуляция В). К лету количество теплой приповерхностной воды увеличивается, и только в ее слоях перемешивание продолжается, а температура стабилизируется.
Рисунок. Димиктическое озеро на протяжении года.
Верхний теплый слой (эпилимнион) отделяется компенсационным слоем со скачкообразным падением температуры (металимнион) от холодной глубинной воды с однородным температурным полем (гиполимнион). Обмен кислородом между верхними и нижними слоями воды практически отсутствует (летний застой). Осенью вода охлаждается, сжимается и опускается вглубь. Вместе с ней опускается и сокращающийся в объеме слой температурного скачка. Начинается поддерживаемое осенними штормами, как и весной, полное перемешивание озера (осенняя циркуляция). Вода имеет температуру около + 4 °С и насыщена кислородом. Зимой при дальнейшем охлаждении плотность воды падает.
Аномальная плотность воды обусловливает нестабильное инверсионное распределение температур с более холодным слоем воды на поверхности, лежащем на более теплом слое с температурой + 4 °С. Лед покрывает поверхность озера потому, что его плотность при 0 °С достигает только 9/10 плотности воды. Лед стабилизирует температуру в слоях (зимний застой).
