Terminė ežerų stratifikacija

Terminė ežerų stratifikacija – ežero vandens masės vertikalus susisluoksniavimas dėl atsiradusių temperatūros gradientų. Tankiausias gėlas vanduo esti, kai jo temperatūra siekia 3,98 °C (ρ=1000 kg/m³), o toliau kylant arba, atvirkščiai, krentant, vandens temperatūrai, jo tankis mažėja. Mažiau tankus vanduo laikosi viršutiniame sluoksnyje ir savaime, veikiant tik gravitacinei jėgai, negali susimaišyti su giliau esančiais tankesniais sluoksniais, todėl susiformuoja terminė stratifikacija. Pagal vandens temperatūros gradientų kaitą su gyliu yra išskiriami trys pagrindiniai stratifikacijos sluoksniai:

• Epilimnionas – tai viršutinis ežero vandens sluoksnis, pasižymintis homotermija, t. y. vienoda vandens temperatūra.
• Metalimnionas – tai vėjo sąmaišos nepaveiktas vidurinysis ežero vandens masės sluoksnis, pasižymintis dideliais vertikaliais temperatūros gradientais.
• Hipolimnionas – tai apatinis sluoksnis, kuriame išsilaiko iki terminės stratifikacijos buvusi vandens temperatūra.

Vandens telkinio šiluminis susisluoksniavimas

Tiesioginė terminė stratifikacija

Pavasarį, esant homotermijai, visoje ežero vertikalėje vandens temperatūra yra vienoda. Saulei pradėjus kilti aukščiau virš horizonto ir labiau šildant ežero paviršinę vandens masę, ima formuotis stratifikacijos sluoksniai. Dėl vėjo vykdomos sąmaišos viršutinė labiausiai įšilusi ežero vandens masės dalis yra gerai išmaišoma, todėl susiformuoja vienodos temperatūros sluoksnis, dar vadinamas epilimnionu. Žemiau epilimniono sluoksnio, kur dėl didelių tankio gradientų nebeveikia vėjo sąmaiša, vandens temperatūra sparčiai krinta. Tokiame gylyje fiksuojami dideli temperatūros gradientai ir yra išskiriamas metalimniono sluoksnis, kuris palaipsniui pereina į vienodos temperatūros sluoksnį, hipolimnioną. Toks stratifikacijos sluoksnių išsidėstymas, kai didėjant gyliui temperatūra krenta, o tankis didėja, yra vadinamas tiesiogine termine stratifikacija, kuri geriausiai matoma antrojoje vasaros pusėje.

Rudenį, vėstant viršutiniams vandens sluoksniams, mažėja vertikalūs tankio gradientai, todėl vėjo sąmaiša prasiskverbia į gilesnius sluoksnius ir taip didėja epilimniono gylis. Prie vėjo sukeltos dinaminės sąmaišos prisideda ir konvekcinė sąmaiša, nes palaipsniui vėstantis paviršinis vanduo darosi sunkesnis ir ima grimzti gilyn. Veikiant vėjo ir konvekcinei sąmaišai, epilimnionas storėja ir ardo žemiau esantį metalimnioną, kuris savo ruožtu leidžiasi žemyn. Galų gale metalimnionas visiškai suardomas, o ežero vandens masė iki galo išmaišoma ir įgyja homoterminę būseną. Tokiu metu visos vandens masės temperatūra apytiksliai lygi 4 °C.

Atvirkštinė terminė stratifikacija

Susiformavus rudeninei homotermijai, paviršinis ežero vandens masės sluoksnis toliau vėsta, o jo tankis mažėja. Dėl mažesnio paviršinio vandens sluoksnio tankio konvekcinė sąmaiša negalima, paviršinis ir gilesni vandens sluoksniai nebeišmaišomi tarpusavyje, todėl giliau slūgsantys vandenys pasižymi aukštesne temperatūra ir didesniu tankiu. Toks temperatūros pasiskirstymas yra priešingas vasaros metu buvusiam pasiskirstymui, todėl vadinamas atvirkštine termine stratifikacija ir yra geriausiai matomas žiemos viduryje, kai ežero paviršiuje susiformavęs ledas šaldo viršutinį vandens sluoksnį, o priedugnyje esantį sluoksnį šildo iš ežero dugno gruntų sklindanti šiluma, sukaupta per vasarą. Atvirkštinė terminė stratifikacija ima irti žiemos pabaigoje, kai per ploną ledo sluoksnį patenkanti Saulės spinduliuotė įšildo paviršinę ežero vandens masės dalį.

Holomiktiniai ežerai

Ežerai, kurių vandens masė dėl panašios cheminės sudėties pasižymi vandens tankio priklausomybe nuo vandens temperatūros ir kurių vandens masė gali būti išmaišyta per visą gylį, vadinami holomiktiniais ežerais. Pagal visos ežero vandens masės išmaišymų per metus skaičių ežerai yra skirstomi į monomiktinius, dimiktinius, oligomiktinius ir amiktinius.

Monomiktiniai ežerai

Monomiktiniai ežerai – tai ežerai su vienu homotermijos laikotarpiu metų terminiame cikle. Monomiktiniai ežerai yra skirstomi į šaltuosius ir šiltuosius monomiktinius ežerus. Šaltieji monomiktiniai ežerai yra išsidėstę poliarinio klimato zonose. Didžiąją metų dalį tokie ežerai būna užšalę ir atvirkščiai termiškai stratifikuoti. Homotermija, kai visos vandens masės temperatūra artima 4 °C, šaltuosiuose monomiktiniuose ežeruose susiformuoja tik vasaros mėnesiais. Priešingai nei šaltieji, šiltieji monomiktiniai ežerai aptinkami subtropinėse platumose. Tokie ežerai niekada neužšąla, didžiąją metų dalį esti tiesiogiai stratifikuoti, o homotermijos laikotarpis, kurio metu vandens temperatūra būna 4 °C arba aukštesnė, susiformuoja žiemą.

Dimiktiniai ežerai

Tipinė sąmaišos schema dimiktiniuose ežeruose

Dimiktiniai ežerai – tai ežerai, kurių metų terminiame cikle yra du homotermijos laikotarpiai. Tokio tipo ežerai telkšo vidutinio klimato zonose, pasižyminčiose kontinentinėmis klimato sąlygomis. Dimiktiniai ežerai žiemą užšąla ir būna atvirkščiai termiškai stratifikuoti, pavasarį juose nusistovi homotermija, vasarą susiformuoja tiesioginė terminė stratifikacija, kuriai išnykus, rudenį stebimas antrasis homotermijos laikotarpis.

Pagal užšalimo laiką dimiktiniai ežerai skirstomi į bradimiktinius (vėlai užšąlančius su didelėmis šilumos atsargomis), tachimiktinius (anksti užšalančius ir pasižyminčius menkomis šilumos atsargomis), eumiktinius (tarpinis variantas tarp bradimiktinių ir tachimiktinių ežerų). Dimiktinių ežerų tipui priskiriami ir Lietuvoje esantys ežerai.

Oligomiktiniai ežerai

Oligomiktiniai ežerai – tai pusiaujo ir tropikų klimato juostose telkšantys ežerai, kurių vandens temperatūra per metus kinta nežymiai, todėl yra išmaišomi ne kasmet. Homotermijos būseną tokie ežerai pasiekia tik anomaliomis meteorologinėmis sąlygomis, kai atslenka šalta oro masė ir atšaldo paviršinį vandens sluoksnį, kuris dėl padidėjusio tankio ima grimzti žemyn ir maišytis su gilesniais vandens sluoksniais. Įprastomis sąlygomis oligomiktiniai ežerai esti stabilūs, kadangi esant nors ir menkam temperatūros gradientui prie aukštos temperatūros tankio gradientai esti itin dideli, todėl sąmaiša neįmanoma.

Amiktiniai ežerai

Amiktiniams ežerams būdingas ištisus metus užšalęs paviršius ir dėl to susiformavusi atvirkštinė terminė stratifikacija. Tokio tipo ežerai telkšo kai kuriose Antarktidos „oazėse“ bei kai kuriuose Grenlandijos ir Kanados rajonuose. Amiktiniuose ežeruose savaiminė konvekcija negalima, todėl tokie ežerai yra stagnacijos būsenoje.

Terminės ežerų stratifikacijos anomalijos

Faktoriai, suardantys terminę ežerų stratifikaciją skirstomi į gamtinius ir antropogeninius. Gamtiniams faktoriams priskirtini iš požemių į apatinius ežero sluoksnius įsiveržiantys šaltiniai; intensyvios liūtys, sukeliančios pliuvijinę sąmaišą; šlaituose besiformuojantis paviršinis nuotėkis; į ežerą įtekantys paviršiniai šaltiniuoti upeliai; biocheminių reakcijų, vykstančių priedugnėje, metu išsiskirianti šiluma ir kt.

Antropogeniniams faktoriams priskiriamas ežero temperatūros pakilimas dėl hidroelektrinės aušinimo ežero vandeniu, taip pat įvairių cheminių junginių ar nuotėkų nenatūralus (antropogeninis) patekimas į ežerą, pakeičiantis ežero optines savybes, dėl kurių pakinta į ežero paviršių krentančios Saulės spinduliuotės sugertis ir atspindėjimas bei kt.

Šaltiniai

Nuorodos

• Terminės ežerų stratifikacijos schema 2013-10-18 iš Wayback Machine projekto.

Šis straipsnis yra tapęs savaitės straipsniu.