Введение в физическую лимнологию. Лекция-2

1. Введение в физическую лимнологию. Лекция-2

Содержание
1. Режимы перемешивания озер
2. Меромиктические озера
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

2. Введение в физическую лимнологию. Лекция-2

Классификация озер по Hutchinson, 1957 (общепринятая)
Лето
Осень
Эпилимнион
Гиполимнион
Зима
Весна
лёд
Голомиктические озера – повергаются
полному сезонному перемешиванию
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

3. Введение в физическую лимнологию. Лекция-2

Классификация озер по Hutchinson, 1957 (общепринятая)
1. Голомиктические озера
– повергаются полному сезонному перемешиванию
Димиктические озера – полное
перемешивание два раза в год:
весной и осенью
Мономиктические озера –
полное перемешивание
один раз в год:
Полимиктические озера –
многократному перемешивание
в течение года
Олигомиктические озера
перемешиванию реже, чем раз в год
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

4. Введение в физическую лимнологию. Лекция-2

Лето
Димиктические озера – полное
перемешивание два раза в год: Осень
весной и осенью
Эпилимнион
Гиполимнион
Зима
Весна
лёд
Глубокие крупные пресные озера
умеренной зоны, где температура
дважды в год переходит через +4С
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

5. Введение в физическую лимнологию. Лекция-2

Лето
Мономиктическое озеро:
Осень
Эпилимнион
Гиполимнион
Зима
Весна
лёд
Глубокие небольшие озера,
защищенные от ветра + «дружная»
весна; полная циркуляция осенью
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

6. Введение в физическую лимнологию. Лекция-2

«Теплое» мономиктическое озеро:
Лето
Осень
Эпилимнион
Гиполимнион
Весна
Зима
Незамерзающие озера
в теплом климате (t всегда выше +4С)
полная циркуляция зимой
при минимальной температуре
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

7. Введение в физическую лимнологию. Лекция-2

«Холодное» мономиктическое озеро:
Лето
Осень
Весна
Зима
лёд
Полярные озера, (t всегда ниже +4С)
полная циркуляция летом при
максимальной температуре
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

8. Введение в физическую лимнологию. Лекция-2

Полимиктические озера – подвергаются
многократному перемешиванию в течение года
Мелководные озера глубиной менее 5 метров,
эпилимнион не может сформироваться из-за ветров
Олигомиктические озера – подвергаются
перемешиванию реже, чем раз в год, причем нерегулярно.
Зависит о погодных условий: например холодная зима
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

9. Введение в физическую лимнологию. Лекция-2

Классификация озер по Hutchinson, 1957 (общепринятая)
2. Меромиктические озера – не повергаются
полному сезонному перемешиванию
Лето
Осень
Эпилимнион
Гиполимнион
Весна
Зима
лёд
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

10.

Введение в физическую лимнологию. Лекция-2
Меромиктический водоем:
Плотность, г/л
Монимолимнион
Глубина
Миксолимнион
Н2S
Сероводород
Миксолимнион - подвергается сезонной циркуляции
Монимолимнион - не захватывается сезонной
циркуляцией как минимум больше одного года
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

11.

Введение в физическую лимнологию. Лекция-2
Chemical stratification of Shira Lake water column
in July 2002
Oxygen, Sulfide mg/l
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0
Depth, m
5
O2
10
Oxygen July 2002
Chemocline
Sulfide July 2002
15
H2S
20
Меромиктические озера: вертикальная стратификация экологических ниш
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

12.

Введение в физическую лимнологию. Лекция-2
Пурпурные
серные
бактерии (ПСБ)
Свет
Редокс-зона
Зеленые серные
бактерии (ЗСБ)
H2S
Фототрофные серные бактерии являются характерными
обитателями меромиктических водоемов. Каротиноиды
фототрофных серных бактерий сохраняются в донных отложениях,
и служат палео-индикаторами присутствия сероводорода в
фотической зоне.
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

13.

Введение в физическую лимнологию. Лекция-2
оз. Шунет
Лето
Зима
Численность ПСБ в «пурпурном слое» была экстремально высокой,
в летнее время превышала 108 кл мл-1.
Подобная численность известна для одного озера в мире –
озера Mahoney, Канада (Overmann et al., 1997).
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

14. Введение в физическую лимнологию. Лекция-2

Озеро Шунет, август 2016
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

15. Введение в физическую лимнологию. Лекция-2

Озеро Учум, август 2016
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

16. Введение в физическую лимнологию. Лекция-2

Классификация озер по Hutchinson, 1957 (общепринятая)
Происхождение меромиктических озер
1. Креногенные
Пресное озеро + растворение солей из подстилающих пород
Примеры - карстовые озера, образующиеся на известняковых породах
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

17. Введение в физическую лимнологию. Лекция-2

Классификация озер по Hutchinson, 1957 (общепринятая)
Происхождение меромиктических озер
2. Эктогенные
А) В пресное озеро извне поступает соленая вода и проникает вглубь
Примеры: Черное море, прибрежные пресные озера,
Б) В соленое озеро извне поступает пресная вода и остается
на поверхности
Примеры: прибрежные озера, отделившиеся от моря
в результате изостатического поднятия (Антарктида,
побережье Белого моря), озеро Моно (США),
затопленные шахты
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

18. Введение в физическую лимнологию. Лекция-2

Классификация озер по Hutchinson, 1957 (общепринятая)
Происхождение меромиктических озер
3. Эндогенные
Биологические процессы
Деструкция органики в придонных
слоях может приводить к накоплению
растворенных продуктов:
Фотосинтез = продукция органики
Оседание
Деструкция органики =
растворенные продукты + CO2
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

19. Введение в физическую лимнологию. Лекция-2

Классификация озер по Hutchinson, 1957 (общепринятая)
Происхождение меромиктических озер
3. Эндогенные
Химические процессы:
Осаждение кальцита при увеличении рН в результате фотосинтеза,
его растворение в нижних слоях
Фотосинтез = увеличение рН
2HCO3- + Ca2+
CH2O + O2 + CaCO3
Осадок
CaCO3 + CO2 + H2O
Ca2+ + 2HCO3-
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

20. Введение в физическую лимнологию. Лекция-2

Классификация озер по Hutchinson, 1957 (общепринятая)
Происхождение меромиктических озер
3. Эндогенные
Химические процессы:
Двухвалентное железо окисляется трехвалентного, выпадает в осадок
Внизу в анаэробных условиях вновь восстанавливается до двухвалентного
и растворяется
4Fe2+ + O2 + 4H+
4Fe3+ + 2H2O
Fe3+ + 3H2O
Fe(OH)3 + 3H+
Осадок
CH2O + 4Fe(OH)3 + 8H+
CO2 + 4Fe2+ + 11H2O
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

21. Введение в физическую лимнологию. Лекция-2

Классификация озер по Hutchinson, 1957 (общепринятая)
Происхождение меромиктических озер
3. Эндогенные
Криогенные процессы:
При концентрации > 30 г/л сульфат натрия (мирабилит)
Зимой кристаллизуется и выпадает в осадок
2Na+ + SO42-
Na2SO4
Осадок
Na2SO4
2Na+ + SO42-
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

22. Введение в физическую лимнологию. Лекция-2

Классификация озер по Hutchinson, 1957 (общепринятая)
Происхождение меромиктических озер
3. Эндогенные
Криогенные процессы:
При кристаллизации воды образуются капли концентрированного
раствора солей, которые оседают, не успевая раствориться.
Лёд
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

23. Введение в физическую лимнологию. Лекция-2

Криогенные процессы:
Зима 1
Лето
Лёд
Лёд
L1
Smax
Зима 2
S1
H1
Smax
H2
Smax
ST = 0
ST > 0
L2
ST = 0
1. Схема вертикального распределения солености в голомиктическом озере
при постоянном уровне озера и постоянной толщине льда (H1 = H2 и L1 = L2).
Зима 1
Лето
Зима 2
Лёд
Лёд
L1
Smax
H1
ST = 0
S1
S2
Smax
ST > 0
L2
H2
Smax
ST > 0
2. Схема возникновения неоднородного вертикального распределения солености
(меромиксии) при
подъеме уровня воды в голомиктическом озере.
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

24. Введение в физическую лимнологию. Лекция-2

Сезонная динамика вертикальной структуры соленого озера
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0.000
1.000
Ряд1
2.000
темп
Соленость-октябрь
темп-октябрь
3.000
Соленость-март-2016
Температура-март-2016
4.000
темп-май
соленость-май
5.000
Темп-авг16
Соленость-авг16
6.000
7.000
8.000
9.000
Оз. Учум
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

25.

Введение в физическую лимнологию. Лекция-2
Rogozin DY, Genova SN, Gulati RD and Degermendzhy AG.Aquatic Ecology, 2010, V.44, No.3, P.485-496
Плотность, (ρ -1000) г л-1
Соленость, г л-1
3
9
15
21
27
33
3
9
15
21
27
33
3
9
15
21
27
33 3
9
15
21
27
33
0
5
Октябрь
2002
ZE
Июль
2002
10
ZE
Лед
Zm
Февраль
2003
Май*
2003
Zm
15
20
Глубина, м
0
5
ZE
ZE
Август
2003
10
Ноябрь
2003
Zm
Февраль
2004
Zm
Май
2004
Zm
15
20
0
ZE
ZE
5
Zm
Август
2004
10
Ноябрь
2004
Март
2005
Zm
Май
2005
Zm
15
20
-1
4
9
14
19
24 -1
4
9
14
19
24 -1
4
9
14
Температура,
°С Университет
Сибирский
Федеральный
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016
19
24 -1
4
9
Кислород, мг л-1
14
19
24

26. Введение в физическую лимнологию. Лекция-2

22
2 1 .5
21
2 0 .5
19
18
17
E le c tr ic a l c o n d u c ta n c e ( K 2 5 ) , m S /c m
0
D e p th , m
5
10
15
20
J S N J M M J S N JM M J S N J M M J S N JM M J S N J M M J S N J M M J S N J M M J S N J M M J S N J M M J S N J M M J S N JM M J S N J M M J S N J M M J S
2002
2003
2004
2005
2006
2008
2007
Озеро Шира
2010
2009
2011
2013
2012
2014
2015
Y e a r s , m o n th s
18
14
10
8
6
4
2
1
0
-1
-2
T e m p e r a tu r e , C
0
D e p th , m
5
10
15
20
J S N J M M J S N JM M J S N J M M J S N J MM J S N J M M J S N J MM J S N J M M J S N J M M J S N J MM J SN J MM J S N JM M J S N JM M J S N J M M J S
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
Сибирский Федеральный
Университет
Y e a r s , m o n th s
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016
2013
2014
2015

27.

Введение в физическую лимнологию. Лекция-2
-5
0
15
35
55
75
Соленость, г л-1
-5
95
15
35
Плотность, (ρ -1000) г л-1
55
75
95 -5
15
35
55
75
95
ЛЁД
1
Август
2003
Март
2003
2
3
Ноябрь
2003
Нет данных
4
5
6Рогозин
Д.Ю., Зыков В.В., Дегерменджи А.Г. Микробиология, 2012, Т. 81, № 6, c. 786-795.
Глубина, м
0
ЛЁД
1
Март
2005
2
3
Сентябрь
2005
Июль
2005
Май
2005
4
5
6
0
ЛЁД
1
Июль
2009
Май
2009
Март
2009
2
Октябрь
2009
3
4
5
6
-1
4
9
14
19
24-1
4
9
14
19
24-1
4
9
14
Сибирский
Федеральный
Температура,
°С Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016
19
24 -1
4
9
14
Кислород, мг л-1
19
24

28.

Введение в физическую лимнологию. Лекция-2
Многолетняя динамика озера Шунет
18
16
14
12
10
8
6
4
2
-1
Температура, °С
0
1
2
3
4
Глубина, м
5
6
J
S N
2002
J M M J
S
N J M M
2003
J S N
2004
J M M J
S N
90
J M M J S
N
J M M J S N
2006
2005
80
70
J M M J
60
50
40
S N
30
25
J M M
J S N
2009
2008
2007
20
15
J M M J
S N
2010
J M M J
S
N
J M M
2011
2012
Кондуктивность,
мСименс см-1
0
1
2
3
4
5
6
J
S N J M M J S N
2002
2003
J M M J
2004
S N
Сибирский Федеральный Университет
J M M J S N J M M J S N J M M J S N J M M J S
Рогозин Д.Ю.
2006
2009
2008
2005
2007
г. Красноярск, 2016
J M M J S N
N
J M M J S N J M M J S N J M M
2010
2011
2012

29.

Введение в физическую лимнологию. Лекция-2
Происхождение меромиксии озер Шира и Шунет
1. Причина солености озер Шира и Шунет –
испарительное концентрирование растворенных солей,
поступающих в результате выветривания горных
пород на окружающей территории (Гусева и др., 2012)
2. Питание озер осуществляется за счет менее
минерализованных источников:
оз. Шира – р.Сон, поверхностный сток, грунтовые воды
оз. Шунет – ручей, поверхностный сток, грунтовые воды
3. Соленость грунтовых вод 1.4 – 3 г л-1 (Природные воды…, 2003)
Поступление грунтовых вод не может быть причиной
возникновения повышенной солености в придонных
слоях озер Шира и Шунет
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

30.

Введение в физическую лимнологию. Лекция-2
Динамика уровня воды и солености в оз. Шира
Уровень, м
356
А
354
352
350
Соленость, г л
-1
348
30
Б
25
20
15
10
1890
1910
1930
1950
1970
1990
2010
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
Rogozin DY, Genova SN, Gulati RD and Degermendzhy AG Aquatic Ecology, 2010, V.44, No.3, P.485-496
г. Красноярск, 2016

31.

Введение в физическую лимнологию. Лекция-2
Глубина и соленость в соленых озерах Минусинской котловины (Кривошеев, Хасанов, 1990)
Озеро
Начало ХХ века
Наше время
Год
Глубина, м
Минерализация, г л-1
Год
Глубина, м
Минерализация, г л-1
Шира
1926
17 м
27 г л-1
2013
24 м
15-19 г л-1
Шунет
1926
менее 1 м
362 г л-1
1999
6м
24.5 г л-1
Тус
1927
0.35 м
Не замерзало зимой
2007
2м
100 г л-1
Белё
1908
Разделилось на два
бассейна
Утичье-1
ок.
1926
Пересохло
1997
2.7 м
3 г л-1
Утичье-3
1926
0.25 м
83 г л-1
1997
6.5 м
5.6 г л-1
Тагарское
ок.
1925
менее 1 м
25 г л-1
1987
3.2 м
Учум
1926
менее 6 м
35 г л-1
1985
7.3 м
23.5 г л-1
Наст.
время
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016
Единый водоем

32.

Введение в физическую лимнологию. Лекция-2
Происхождение меромиксии озер Шира и Шунет
Мелкое соленое
озеро:
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

33.

Введение в физическую лимнологию. Лекция-2
Происхождение меромиксии озер Шира и Шунет
Поступление пресной воды
с поверхностным стоком
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

34.

Введение в физическую лимнологию. Лекция-2
Происхождение меромиксии озер Шира и Шунет
Меромиксия
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016

35.

Введение в физическую лимнологию. Лекция-2
Происхождение меромиксии озер Шира и Шунет
Меромиксия эктогенного происхождения
по классификации Хатчинсона (Hutchinson, 1957)
Rogozin DY, Genova SN, Gulati RD and Degermendzhy AG Aquatic Ecology, 2010, V.44, No.3,
P.485-496
Сибирский Федеральный Университет
Рогозин Д.Ю.
г. Красноярск, 2016