LIMNOLOGIE Evžen Stuchlík, Zuzana Hořická , ÚŽP PřF UK 31.10.2013

1. LIMNOLOGIE Evžen Stuchlík, Zuzana Hořická, ÚŽP PřF UK 31.10.2013

2. Sluneční záření, světelné klima a tepelný režim vod, plyny rozpuštěné ve vodě - kyslík

3. Globální záření: 100 – 3000 nm FAR (fotosynteticky aktivní záření): 380 – 710 nm PAR – photosyntetically available radiation Infračervené = tepelné záření: > 710 nm

4. Faktory ovlivňující množství a spektrální složení světla dopadajícího na zemský povrch • Odraz • Rozptyl • Absorpce (O3; O2, CO2, H2O) po odrazu

5. Sezónní změny intenzity globálního záření v různých zeměpisných šířkách vytváří teplotní gradient na Zemi - rozdíly ve srážkách - pohyby vzduchu - teplotní stratifikace jezer

6. Faktory ovlivňující množství a spektrální složení světla pronikajícího pod vodní hladinu odraz od vodní hladiny závisí na – úhlu dopadajícího záření (denní a sezónní změny) – charakteru povrchu hladiny (vlny, sníh, led) přímé záření difúzní záření

7. Faktory ovlivňující množství a spektrální složení světla pronikajícího pod vodní hladinu Odraz, rozptyl a absorpce ve vodním sloupci Absorpce (extinkce) závisí na - množství a typu částic (průhlednosti vody)- koncentraci a charakteru rozpuštěných látek (barvě vody) IZ = I0 e-kz I0 – záření těsně po hladinou IZ – záření v hloubce z k – extinkční koeficient k = kw + kp + kc w – water p – particles c – color IZ = I0 e-kwz + I0 e-kpz + I0 e-kcz k = (ln I0 – ln Iz) / z

8. Transmitance (propustnost světla) v destilované vodě Red 720 nm Orange 620 nm Yellow 560 nm Green 510 nm Blue 460 nm Violet 390 nm Ve vodních nádržích nejhlouběji proniká zelená složka záření a modrá složka se zachycuje v povrchové vrstvě v důsledku přítomnosti rozpuštěných organických látek

9. IR – infračervené (tepelné záření) Je absorbováno kvantitativně v povrchové vrstvě vody - způsobuje selektivní ohřev vodní hladiny - je příčinou teplotní stratifikace jezer UV – ultrafialové záření UV C – 40 – 280 nm - malé množství, nebezpečné UV B – 280 – 320 nm – změny DNA, nebezpečné UV A – 320 – 400 nm – mírně nebezpečné pronikání do vody – UV A – nejhlouběji UV B UV C – nejméně hluboko organické látky ve vodě (DOC) – silná absorpce – fotodegradace huminových látek – zpřístupňování organických látek pro mikroorganismy

10. Světlo a fotosyntéza v jezeře/nádrži – vrstva eufotická, trofogenní P>R afotická, trofolytická P<R kompenzační bod – produkce je v rovnováze z respirací (P~R) tloušťka eufotické vrstvy je hloubka vody, do které proniká 1% podpovrchové intenzity světla (zeu ~ 1% I0) zeu = (ln 100 – ln 1)/k = 4.6/k k – konverzní faktor

11. Hodnotu k lze získat: - měřením světla ve vodním sloupci pyranometrem, fotometrem - měřením průhlednosti vody (transparency) Secchiho deskou ?? k=1.7/zSD ?? 30. léta 20. stol., moře -- 1.7 90. léta 20. stol. -- rozsah konverzního faktoru 0.5 – 3.8 1.7 - podhodnocuje v barevných vodách – huminové látky - nadhodnocuje v zakalených vodách

12. Význam světla pro heterotrofní organizmy ve vodě - přijímání potravy - vertikální a horizontální migrace - shlukování (crowding) kritické – 0.04 % I0 světlo potřebné pro ryby nebo zooplankton pro orientaci jeo několik řádů nižší než světlo potřebné pro fotosyntézu

13. Teplotní stratifikace

14. Závislost změn hustoty vody na teplotě

15. Změna teploty ve vodním sloupci: vliv konvekčního proudění a větru

16. Sezónní vývoj teplotní stratifikace dimiktické nádrže mírného pásma

17. Roční cyklus – dimiktické jezero/nádrž A jarní míchání B začátek letní stratifikace C vrchol letní stratifikace D podzimní míchání E zimní (převrácená) strat.

18. Typy stratifikace jezero/nádrž: amiktické – trvale zamrzlé, není „klasické míchání“ studené monomiktické – led; 1 míchání; léto bez ledu studené polymiktické – led; mělké; léto bez ledu dimiktické teplé polymiktické – bez ledu; mělké; vícekrát mícháno teplé monomiktické – bez ledu; hluboké

19. Typy stratifikace

20. Holomixie x Meromixie nedojde k promíchání celého vodního sloupce chemoklina, haloklina čas

21. Eufotická vrstva vs. epilimnion

22. Plyny ve vodě Rozpustnost plynů ve vodě (i) chemická povaha plynu a kapaliny - reagující plyny jsou rozpustné hodně (NH3, CO2 ve vodě), nereagující méně (O2, N2 ve vodě; interakce dané polárními a nábojovými vlastnostmi částic) (ii) tlak- Henryho zákon - rozpustnost za dané teploty je úměrná parciálnímu tlaku nad roztokem: c = KH× p T=konst.kde KHje Henryho konstanta, (iii) teplota - s rostoucí teplotou rozpustnost klesá (rozdíl oproti většině pevných látek je rozpouštění plynů v kapalinách je exotermní proces)

23. Faktory ovlivňující rozpustnost plynů ve vodě teplota atm. tlak pokles s nadm. výškou o 1,4% na každých 100 výškových metrů (Slapy 4%, Římov 6%, Ľadové pleso ~30%) složení atmosféry tlak ve vodním sloupci Pz=P0+9.8z kombinace atm. a hydrostatického tlaku, možnost přesycení v hloubce salinitaexponenciální pokles se vzrůstem koncentrace solí

24. Nasycení, přesycení, podsycení

25. Kyslíkové profily Orthográdní: koncentrace kyslíku jsou blízké koncentracím nasycení ve všech hloubkách (oligotrofní jezera) Klinográdní: vykazuje deficit ve spodní vrstvě (hypolimniu). - respirace rostlin, respirace živočichů, bakteriální respirace při rozkladu, - fotochemické děje- např. oxidace huminových látek UV zářením (pouze u dystrofních vod v létě), - chemické oxidace(FeII, MnII). Pozitivní heterográdní: metalimnetické maximum - přirozený vznik (nižší saturační koncentraci v létě v epilimniu a zároveň v hypolimniu vyčerpávání), - fotosyntézou planktonních řas, nárostových řas anebo makrofyt. Negativní heterográdní: metalimnetické minimum - respirace zooplanktonu; - rozklad sedimentujícího sestonu (n. Římov, Švihov); - bakteriální oxidace methanu a vodíku unikajících ze sedimentů; - velká plocha dna v dané hloubce

26. Kyslík • koncentrace ve vodě je výsledkem • fyzikálních procesů (rozpustnost a výměna s atmosférou) • 2) metabolických procesů (fotosyntéza, respirace) fotosyntéza vs. respirace spotřeba O2 ve vodě - rozklad org. látek na CO2 a H2O - nitrifikace spotřeba O2 sedimenty uplatnění procesů - rozdíl den x noc

27. klinográdní ortográdní negativní heterográdní pozitivní heterográdní

28. Roční průběh tepoty a koncentrace kyslíku v oligotrofním a eutrofním jezeře jarní míchání letní stratifikace podzimní míchání zimní stratifikace oligotrofní jezero eutrofní jezero

29. Deficit kyslíku vznik deficitu - poměr trofogenní a trofolytické zóny