密度分层和稳定

-31.0米

2005年

\

\

一个

年代

图1的温度(24小时的意思)几个深湖Goitsche比特菲尔德附近,德国在2005年。复制从Boehrer B和舒尔茨M(2008)分层的湖泊。在地球物理学评论,46岁,RG2005, doi: 10.1029/2006 rg000210,美国地球物理联盟的许可。

J FMAMJ ASOND

图1的温度(24小时的意思)几个深湖Goitsche比特菲尔德附近,德国在2005年。复制从Boehrer B和舒尔茨M(2008)分层的湖泊。在地球物理学评论,46岁,RG2005, doi: 10.1029/2006 rg000210,美国地球物理联盟的许可。

深层屏蔽来自专业热源。扩散热传输在分子水平上对运输非常慢,需要一个月的热在一个垂直距离为1米。可以通过更有效的热传输湍流运输。动荡的能源主要是由风应力在湖边表面和传输通过不稳定当前剪切侧墙和内部摩擦。

加热一个湖在4°C表面结果分层稳定。因此,传输的热量需要能量的更深处。动能用于混合的有限的预算限制的深度一定的热分层段转发。在充分深湖,热分层现象持有直到凉爽的秋季和冬季温度允许更深层次的循环。温暖的表层海水层称为变温层,而冷水层之下,没有被混合到epilim-nion称为深水层。一把锋利的温度梯度(斜温层)分离层(图3)。

变温层和大气热接触,彼此交换挥发性物质。此外,变温层是循环被风事件或时间的低温度分层期间。那段时期,溶解物质变温层内的分布。相反,深水层与大气隔绝交换分层期间。运输的溶解物质垂直温跃层的密度梯度通常很小。

一般来说,风决定变温层的厚度,除了少数例外,例如,混合以外的光穿透深度,因为风,或者分层的决定

图2年度周期dimictic湖的冰覆盖在冬天。

图3温度资料Goitsche湖/德国站XN5在2003年。符号添加每16数据点区分收购日期。

图3温度资料Goitsche湖/德国站XN5在2003年。符号添加每16数据点区分收购日期。

和水流入撤军(水库)。从图3中,推断出的厚度分层段变温层不是常数。在春天,形成一个薄层,在夏季逐渐变稠,因为风能和日累计输入的加热和冷却。需要,直到秋天,冷湖表面温度可以侵蚀分层。在这个后期热分层现象的物质溶解在hypolimnetic水域,如营养物质,可用在变温层。最终变温层和深水层均质。

变温层厚度是生物体的一个至关重要的因素。因此湖泊学家试图关联变温层厚度与湖morphome-try实现先验估计(图4)。最中央回归hepi = 4.6 x 100205,包括更高的能源输入从风湖泊与更大的表面积。

由于其高梯度,温跃层形成一个特殊的栖息地。生物控制的密度可以使自己强大的密度梯度。无生命的粒子也可以积累他们的中性浮力和能动的生物住在两层,温跃层盈利变温层和深水层。因此,可以形成一层独特的属性,称为变温层。尤其是在营养丰富的湖泊、有机物的分解可以耗尽导致所谓的metalimnetic氧最低(图5)。相反,如果光可以穿透温跃层和光合作用在本地可以克服耗氧量,metalimnetic氧气最大的发生。

图4的图示zepi几个近似的变温层厚度和面积的湖泊。改编自Johnk KD (2000) 1 d hydrodynamische Modelle der Limnophysik-Turbulenz,半混合,Sauerstoff。Habilitationsschrift、达姆施塔特工业大学、德国。

图4的图示zepi几个近似的变温层厚度和面积的湖泊。改编自Johnk KD (2000) 1 d hydrodynamische Modelle der Limnophysik-Turbulenz,半混合,Sauerstoff。Habilitationsschrift、达姆施塔特工业大学、德国。

图5的温度(T)、(原位)电导率(C)和溶解氧的浓度(O2)从2000年9月6日在德国Arendsee /。沿着梯度层之间的界限被吸引的氧气概要文件。氧浓度数值修正传感器的响应时间为7.5秒。改编自Boehrer舒尔茨,2005年,Handbuch Angewandte Limnologie,兰茨贝格:成为。

图5的温度(T)、(原位)电导率(C)和溶解氧的浓度(O2)从2000年9月6日在德国Arendsee /。沿着梯度层之间的界限被吸引的氧气概要文件。氧浓度数值修正传感器的响应时间为7.5秒。改编自Boehrer舒尔茨,2005年,Handbuch Angewandte Limnologie,兰茨贝格:成为。

热压分层

冷水可压缩比温暖的水,在湖泊的温度范围内都能遇到。因此,最大密度的温度Tmd减少压力,例如、深度,增加(约0.2 K / 100米水深)。因此在足够冷地区,很深的淡水湖泊可以在夏季分层显示的温度变化情况

3 4 5 3 3.3 - 3.6 3 4 5温度(°C)温度(°C)温度(°C)

图6 thermobarically温度资料分层的湖泊左面板:Tinnsj0、挪威、(早期)夏季分层;核心小组:贝加尔湖,西伯利亚,俄罗斯,冬天(已故)通过Tmd与垂直分层过渡;右面板:Shikotsu湖,北海道,日本,近等温深层水体下Tmd过渡。复制从Boehrer B和舒尔茨M(2008)分层的湖泊。在地球物理学评论,46岁,RG2005, doi: 10.1029/2006 rg000210,美国地球物理联盟的许可。

3 4 5 3 3.3 - 3.6 3 4 5温度(°C)温度(°C)温度(°C)

图6 thermobarically分层湖泊的温度资料:左面板:Tinnsj0,挪威,在夏季(早期)分层;核心小组:贝加尔湖,西伯利亚,俄罗斯,冬天(已故)通过Tmd与垂直分层过渡;右面板:Shikotsu湖,北海道,日本,近等温深层水体下Tmd过渡。复制从Boehrer B和舒尔茨M(2008)分层的湖泊。在地球物理学评论,46岁,RG2005, doi: 10.1029/2006 rg000210,美国地球物理联盟的许可。

延长4°C以下,尽管有限的冷端Tmd剖面左面板(见图6)。在冬天,比Tmd表面温度可以降低,而在更大的深度的温度可能高于Tmd(图6中,中央面板)。在这些配置文件,达到稳定的密度分层如果在Tmd的十字路口,低温躺在温暖的温度,同时低于这恰恰相反。在十字路口本身,垂直温度梯度必须消失。下面的水体Tmd概要文件没有直接影响年度温度循环(图6中,右面板)。

然而,观察在这样的湖泊(例如,贝加尔湖,俄罗斯;火山口湖,美国;Shikotsu湖,日本)显示深水与氧气供应充足。这在一定程度上可以归因于这样一个事实,气温很低,和生产力和消耗的氧气发生速度缓慢。然而,它也表明大量的混合混合层和深海之间。因此,化学梯度不出现在这些湖泊和科学家没有调用这些湖泊半对流,尽管完全推翻不发生。

盐度分层

相当一部分的湖泊是咸的。由于没有引人注目的边界,湖泊被称为盐湖,如果盐含量高于3 g在于一公斤的湖水;即。、3 g公斤= 3%。从这个浓度,人类可以清楚地品尝盐,和生态后果变得明显。湖泊中的盐含量可以高达300公斤。然而,矿化度一般低于0.5 g公斤撒谎。更小的盐度梯度可以确定湖泊的循环。

许多大盐湖,例如,里海吉,咸海Van湖、大盐湖,死海位于内陆河流域,即。,地球上没有液压连接世界海洋的表面。盐湖也发生这些领域外,太阳能池塘或盆地充满海水,大海失去了连接。此外,一些内陆湖泊是由盐地下水。

盐修改湖水的属性。定量表达,熟悉海洋盐度的大小从湖泊的水。一千克的海水包含约35克盐。微咸水。从海水和淡水、水混合,显示了一个类似的混合溶解物质,盐的成分在湖泊可以极大地偏离海洋条件。因此,盐度是更好的取代了总溶解物质TDS湖沼环境。定量调查,通常电导的物理量是适合更好的(稍后解释)。

在一些湖泊、溶解物质提高深水的密度足够的水柱在任何时间不是循环在一年一度的周期。剩下的底层,滞水层,可以显示不同的化学条件(图7)。这样的湖泊称为mero-mictic。著名的例子是克恩顿州的部分循环湖泊,奥地利、和坦噶尼喀湖,或者马拉维湖。一些小型和深度以及低平火山口湖泊天然湖泊在挪威和芬兰南部永久分层小浓度混合层和moni-molimnion之间的差异。此外,深坑湖半对流。

滞水层排除在气体交换,气氛很长时间。扩散和湍流交换chemocline通常很小。因此,足够的时间后缺氧建立在大多数情况下。在这些化学条件下,硝酸盐和硫酸盐作为代理人的微生物氧化有机物质和物质可以产生化学不稳定的混合层。长期暴露在静水压力、气体(二氧化碳、硫化氢等)可以积累在monimo-limnion浓度远远超出了浓度中遇到mixolimnia(例如,湖Monoun在喀麦隆,非洲,图8)。

变温层

变温层

0 5

温度(°C)盐度(事业单位)

20 25

图7的温度、盐度、溶解氧和密度从Rassnitzer看到前矿区Merseburg-Ost 2003年10月7日。氧气浓度数值修正传感器响应时间为7.5秒。改编自Boehrer舒尔茨,2005年,Handbuch Angewandte Limnologie,兰茨贝格:成为。

0 5

温度(°C)盐度(事业单位)

20 25

图7的温度、盐度、溶解氧和密度从Rassnitzer看到前矿区Merseburg-Ost 2003年10月7日。氧气浓度数值修正传感器响应时间为7.5秒。改编自Boehrer舒尔茨,2005年,Handbuch Angewandte Limnologie,兰茨贝格:成为。

分压之和静水压力分压偏分压的压力

分压之和静水压力分压偏分压的压力

我1 1 1 1 1 1 1 1 0 2 4 6 8

压力(酒吧)

图8的溶解气体的分压的深水湖Monoun,喀麦隆,直接与静水压力(实线)。从哈et al .(2004)复制EOS 85(30): 281 - 288,美国地球物理联盟的许可。

我1 1 1 1 1 1 1 1 0 2 4 6 8

压力(酒吧)

图8的溶解气体的分压的深水湖Monoun,喀麦隆,直接与静水压力(实线)。从哈et al .(2004)复制EOS 85(30): 281 - 288,美国地球物理联盟的许可。

在许多半对流湖泊、混合层的再循环侵蚀滞水层留下一把锋利的梯度的循环周期。所有的水属性的转变发生在几个分米mixolimnetic monimolimnetic值(参见图7)。这张锐利的梯度叫做盐跃层,chemocline,或密度跃层,取决于盐度、化学或密度梯度。从观察,密集的殖民病例只有一些不同的物种是已知的,一些浮游生物物种显然利用梯度(例如,Lago Cadagno在瑞士阿尔卑斯山脉、湖泊Gek凝胶Bolvod,马拉尔凝胶)。

过程形成梯度的溶解物质

一般而言,扩散和湍流扩散过程溶解物质更均匀地分配在一个湖。相反,流入不同的溶解物质的浓度或内部流程可以产生梯度湖。的相似性可以流到盐湖或进入变温层分层期间,因此导致变温层和深水层之间的区别。这些梯度导致的密度梯度和如果足够强大,他们甚至可能控制湖泊的循环模式。在极端的情况下,盐水水域已经捕获到湖泊的深层,数千年的(例如,Rorhopfjord,挪威;Salsvatn,挪威;鲍威尔湖,加拿大)。这种稳定的层次已经故意诱导我湖把重金属盐滞水层的进一步治疗(BC,温哥华岛湖,岛铜矿,加拿大)。

同时,相反的情况下,湖泊被暴露于高蒸发遇到盐度梯度在咸的水柱层以上。在湖Svinsj0en(挪威),从道路除冰盐水消除了先前存在永久性的分层。在另一起案件中,当冰形成盐湖残余水可以高度含有盐,而冰层融化后,相对淡水漂浮在盐水(湖泊在南极洲)。同时,地下水流入可以形成梯度的溶解物质(例如,Lago Cardagno在瑞士阿尔卑斯山,Rassnitzer看到;参见图7)。特别是,湖泊在火山地区已知连续充电的溶解物质(例如,尼奥斯湖和基伍湖在东非,湖Monoun见图8),特别是后一种情况很有趣,作为溶解气体果断有助于稳定的密度分层,但他们也提供浮力的灾难性的湖沼的爆发,在其中有毒气体逃避突然从一个湖生物体和灾难性的后果。

化学反应和生物活动首选本地层可以改变溶解物质的成分和密度结构的影响。尽管在大多数湖泊最多深处物理传输机制占上风,在某些情况下,密度分层控制化学和生物转换的溶解物质,甚至控制湖泊的循环模式。例如,光合活性浮游生物使用传入的太阳辐射对有机材料的生产。此外,外来的材料是由表面到湖流入和风力。有机材料的一部分落在湖床。促进其分解的氧气或其他氧化剂和终端产品二氧化碳和HCOiT溶解在深层的湖导致密度。还铁(锰)自行车、方解石沉淀和钠硫酸沉淀记录控制密度在湖泊。

在某些情况下,梯度是强大到足以防止颠覆了。这些半对流湖泊分类根据主导过程保持混合层之间的密度差异和滞水层ectogenically(表面流入;例如,Rorhopfjord Salsvatn在挪威;鲍威尔湖和铜矿加拿大的湖在美国,较低的神秘湖),crenogeni-cally(地下水流入;例如,Lago Cardagno, Rassnitzer看,尼奥斯湖),或者biogenically(或endogenically)半对流湖泊(分解有机物质;例如,沃尔特看到和Laengssee在奥地利,铁循环:湖泊在挪威,我的湖泊、锰:Nordbytjernet湖,挪威;方解石:湖La Cruz,西班牙中部;硫酸钠:加拿大草原湖泊)。同时,盆地深度和盆地形状中扮演重要角色的侵蚀滞水层和深水更新的形成。经常monimolimnia在定义良好的萧条在一个湖泊床上,略微影响盆地规模电流在上面的水体中。

情景部分深水更新

许多湖泊不经历完全推翻。情景事件取代部分深水。例如,通过冷却、水包裹混合层内的高密度形成和管理通过附近海域进行深水。这个过程类似于深海环流。因此,毫不奇怪,一些最大的湖泊经历这个过程。吉(中亚)充电深水通过表面冷却,将寒冷的水域淹没峡谷深渊,在贝加尔湖,迫使风可以把水推到补偿深度以下,(与温度有关的)压缩高压下提高密度足够的与周围的水相比,它的浮力变得消极;水包裹继续深入进行。吉和贝加尔湖没有显示出显著的化学梯度,因此不称为半对流。相反,马拉维湖(东非)显示了一个缺氧的滞水层,因此被称为半对流,尽管深水形成类似于吉。

在平行于热、溶解物质的浓度梯度也可以迫使深水常年分层水体更新。暴露于高盐度增加,当水蒸发侧盆地(死海在1979年之前),或盐积累下形成冰盖(深湖,南极洲)。一旦水包裹变得足够致密,他们可以继续沿着斜坡成湖的深处。

量化的稳定性

温度

温度记录在湖泊是所谓的原位温度。没有任何进一步的注释,温度数据将被理解。几乎所有的计算参考这个值,是物理,化学,生态相关的大小。然而,如果详细考虑稳定性和垂直温度梯度是设想,参考潜在的温度可能是有用的。后者包括数量扩张所需的能量的影响,当水包裹转移到大气压力: