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Tipos de bacias
Eventos que ocorreram sobre ou sob a superfície da Terra milhares de anos atrás formaram muitos dos nossos lagos. Como resultado, os lagos estão normalmente concentrados em áreas que têm um grande número de corpos de água. A maioria dos lagos pode ser encontrada no Hemisfério Norte, onde grandes áreas foram cobertas por enormes formações de gelo. Em uma escala de vida humana, os lagos parecem ser características permanentes de nossa paisagem, mas são realmente apenas geologicamente temporários. Eles são criados, maduros (encher) e eventualmente desaparecem.
As origens das bacias lacustres e suas características refletem, em última análise, os eventos físicos, químicos e biológicos que ocorrem dentro da área ao seu redor. Estes eventos têm um papel importante na forma como o lago responde às actividades circundantes.
Lagos glaciares: De longe os agentes mais importantes na formação dos lagos são os efeitos catastróficos dos movimentos glaciais do gelo que ocorreram há 10.000 a 12.000 anos. Gigantescas camadas de gelo e neve são criadas em climas onde a neve cai mas não derrete. As geleiras cobrem uma área desde o Oceano Atlântico até as Montanhas Rochosas, em gelo com mais de uma milha de altura. Embora estas geleiras tenham acabado por derreter, 10% da terra está actualmente coberta por geleiras. Algumas dessas geleiras ainda podem ser vistas nas áreas montanhosas dos Estados Unidos e Canadá.
Quando uma geleira se move para frente e para trás através da terra, raspando os topos de colinas e bluffs e levando rochas com ela, formam-se lagos. O material recolhido pela geleira é mais tarde largado em outros locais. Este movimento das geleiras para trás e para a frente, pára e vai alterando permanentemente a paisagem. Este movimento cria várias e importantes tempestades de areia. Quando a geleira pára, ela deixa para trás pilhas de rochas e materiais que transportou ao longo do tempo, chamados morenos. Estas represas sobem rios e riachos menores para formar lagos. Às vezes, enormes blocos de gelo são quebrados e cobertos por areia e cascalho. Quando o gelo derrete, a areia e o cascalho se cavam, deixando um grande buraco para trás. Estas chaleiras podem formar grandes pântanos ou lagos. À medida que a grande massa de gelo derrete, os rios formam-se sob as geleiras.
Solution Lakes: Os lagos podem formar-se quando depósitos subterrâneos de rochas solúveis são dissolvidos pela água que atravessa a área, fazendo uma depressão no solo. Formações rochosas feitas de cloreto de sódio (sal), ou carbonato de cálcio (calcário), são mais propensas a serem dissolvidas por águas ácidas. Uma vez que as águas subterrâneas tenham dissolvido as rochas abaixo da superfície, o topo das cavernas de terra, geralmente formando um lago de forma redonda, chamado de lago solução. Tipicamente, as depressões são suficientemente profundas para se estenderem abaixo do lençol freático e estão permanentemente cheias de água. Lagos de solução são comuns em Michigan, Indiana, Kentucky e particularmente na Flórida.
Oxbow Lakes: O fluxo de água dos rios tem uma grande quantidade de energia e força erosiva que pode criar bacias lacustres. Como um rio venta sobre a superfície da terra, uma maior quantidade de erosão ocorre na curva externa do rio, onde o fluxo de água é o mais rápido. Os materiais transportados pelo rio são depositados na porção interna da curva, onde as correntes são reduzidas. À medida que o tempo passa, a erosão continua e mais materiais são deixados até que o meandro em forma de U do rio se fecha para dentro. O curso principal do rio corta um novo canal para a parte interna do meandro. Os lagos de Oxbow têm geralmente a forma da letra C.
Lagos feitos pelo homem ou por animais: Muitos pequenos lagos na América do Norte foram formados pelas actividades do castor americano. Palitos, plantas aquáticas e lama são usados para construir barragens através de pequenos riachos para formar um represamento da água. Estes lagos são geralmente muito rasos e ricos em nutrientes e vida vegetal. Os humanos construíram lagos artificiais (reservatórios) para fornecer água potável ao público, para fornecer energia, para ajudar na navegação, para fornecer controle de enchentes e para fins recreativos. Estes reservatórios são geralmente bem projetados pelo homem para conter uma certa quantidade de água com o uso de represas.
Lagos vulcânicos: Por vezes, eventos desastrosos associados à actividade vulcânica formam bacias lacustres. A formação de lagos vulcânicos pode ocorrer de diferentes maneiras. Como o material vulcânico, incluindo magma, é descarregado do vulcão, depressões vazias ou cavidades são formadas dentro do vulcão. Algumas destas depressões não podem drenar e tornam-se buracos selados no topo do vulcão. Chuva e escoamento superficial eventualmente enchem a depressão com água e um novo lago é formado.
Lagos que se formam nas crateras dos vulcões, ou lagos de crateras, são mais comuns em áreas sujeitas à atividade vulcânica. Lagos formados pela cavidade de um telhado de uma câmara magmática parcialmente vazia são chamados de calderas. Um dos lagos mais espetaculares formados desta forma é o Lago da Cratera, no Oregon. O Lago da Cratera é o sétimo lago mais profundo do mundo com uma profundidade máxima de 608 m (2006 ft). Bacias vulcânicas, como o Lago da Cratera, são geralmente muito redondas em forma. Os fluxos de lava da atividade vulcânica também podem formar lagos. A lava superficial arrefece, e torna-se sólida, enquanto o interior do fluxo de lava permanece quente o suficiente para continuar a mover-se. Eventualmente, a superfície da lava endurecida desmorona, formando uma depressão. Essas depressões eventualmente se enchem de água para formar lagos menores. Os fluxos de lava também fluem para os vales dos rios existentes e se solidificam em uma represa. Esta massa sólida de rocha faz a água do rio recuar até um novo lago.
Lagos de deslizamento de terra: Grandes quantidades de materiais que caem dos lados dos vales íngremes para os pisos dos vales dos riachos podem causar barragens que criam novos lagos. Tais deslizamentos de terra geralmente ocorrem como resultado de eventos meteorológicos anormais, tais como chuvas excessivas atuando em um declive instável. As barragens de deslizamento de terra podem ser resultado de quedas de rochas, fluxos de lama ou mesmo deslizamentos de gelo. Lagos que são formados por deslizamentos de terra geralmente são apenas temporários porque podem ser suscetíveis à erosão pelo fluxo do rio ou riacho. Se a barragem for muito grande, o lago pode se tornar permanente.
Lagos tectônicos: Bacias tectónicas são depressões formadas pelos movimentos da crosta terrestre no subsolo profundo. Os principais tipos de bacias tectônicas são formadas a partir de falhas. Uma depressão se forma quando uma seção fraca da crosta terrestre se separa, resultando em um terremoto. As precipitações e as águas subterrâneas podem se acumular nesta depressão, formando um lago. Este tipo de bacia é referido como um graben e é o modo de origem de um grande número dos lagos relíquias mais espetaculares do mundo, contendo um vasto número de espécies nativas de plantas e animais. O lago mais profundo do mundo, o Lago Baikal, na Sibéria, foi formado a partir da atividade tectônica. Nos Estados Unidos, o Lago Tahoe na Califórnia e Nevada foi formado pela atividade tectônica.
A formação de um lago e a estrutura e forma, ou morfologia, da bacia do lago afeta como o lago funciona ao longo de suas fases de vida. Características como o comprimento, largura, profundidade, área e volume do lago são todas importantes para como a qualidade da água do lago pode ser afetada por mudanças no terreno. À medida que os seres humanos desenvolvem o terreno ao redor do lago, eles perturbam os solos, trocam as árvores por caminhos ou telhados e substituem a vegetação natural. Estas mudanças resultam em um aumento do fluxo de escoamento superficial e um aumento na quantidade de nutrientes para o lago. A estrutura do lago dita como o lago reagirá a estas mudanças culturais nas terras circundantes. Conhecer a morfologia do lago e como o lago foi formado são ferramentas importantes usadas pelos cientistas para ajudar a proteger nossos lagos de poluentes que podem deteriorar sua saúde.
Mistura e estratificação
A estrutura térmica dos lagos ajuda a determinar a produtividade e o ciclo de nutrientes. A estrutura térmica dos lagos é determinada por vários fatores. Os lagos recebem a grande maioria do seu calor à superfície a partir do aquecimento solar. Como a água mais quente flutua, a coluna de água deve ter uma entrada de energia para misturar esse calor mais profundo, e na maioria dos lagos, o vento fornece essa energia.
Um lago que é completamente protegido do vento terá uma camada muito quente, mas rasa na superfície com água fria abaixo. Um lago exposto a ventos fortes terá uma camada superior mais fria mas mais espessa sobre a água mais fria. Lagos mais profundos podem formar uma estrutura de três camadas que durante todo o verão consiste de uma camada superior quente (o epilímnio), uma camada intermédia de transição (o metalímnio, dentro do qual o ponto de maior mudança vertical de temperatura é chamado de termoclina), e uma camada inferior mais fria (o hipolímnio).
A estrutura térmica de um lago não é constante durante todo o ano. Começando no gelo no início da primavera (desde que seu lago geleia), toda a água do lago, de cima para baixo, está perto da mesma temperatura; a diferença de densidade é leve e a água é facilmente misturada pelos ventos da primavera. Com dias mais quentes, a diferença entre a temperatura da água superficial e inferior aumenta até a estratificação ocorrer, se a profundidade do lago for suficiente. Eventualmente, o aquecimento solar diminui à medida que nos movemos para estações mais frias, e a camada superior começa a esfriar e a afundar. Eventualmente, no outono, o lago tem uma temperatura similar de cima para baixo. No inverno, o gelo se forma na superfície e uma nova estratificação inversa (frio sobre água fria) é criada e persiste até a primavera. O grau de estratificação é importante para o ciclo de nutrientes, variabilidade de oxigênio em águas mais profundas, movimento da água que chega através do lago, e tipos de organismos aquáticos que vivem no lago.
Flushing
O tempo médio necessário para renovar completamente o volume de água de um lago (volume do lago dividido pela taxa de vazão) é chamado de tempo de residência hidráulica ou taxa de descarga. O tempo de residência hidráulica é uma função do volume de água que entra ou sai do lago em relação ao volume do lago (ou seja, o orçamento de água). Quanto maior o volume do lago e menor as entradas ou saídas hidráulicas, maior será o tempo de residência.
Lake tempo de residência pode variar de algumas horas ou dias a muitos anos. O Lago Superior, por exemplo, tem um tempo de residência de 184 anos. Entretanto, a maioria dos lagos tipicamente tem tempo de residência de dias a meses.
A taxa de descarga de um lago determinará como ele responde a muitas entradas da atmosfera e sua bacia hidrográfica.
Classificação atrófica
Classificação trófica de lagos, ou ranking do grau de envelhecimento do lago, é freqüentemente classificado usando algum tipo de sistema de classificação estabelecido que atribui pontos a uma certa característica do lago (conteúdo de oxigênio, biomassa de algas, material vegetal, clareza, etc). Este sistema de pontos permite a um limnólogo atribuir um determinado valor para cada uma das categorias dos sistemas. Limnólogos diferentes usam sistemas de classificação diferentes, mas as categorias (Oligotrófico, Mesotrófico e Eutrófico) são as mesmas.
Se um lago possuísse níveis muito altos de oxigénio dissolvido, uma leitura de alta transparência, tivesse um crescimento de plantas vasculares esparso e níveis relativamente baixos de crescimento de plâncton, o lago seria classificado como oligotrófico, ou um lago “jovem”.
Lagos com baixos níveis de oxigênio dissolvido, uma leitura de transparência superficial, plantas aquáticas vasculares abundantes e altos níveis de clorofila -a (significando populações altas de plâncton) recebem mais pontos e são chamados de “envelhecidos” ou eutróficos.
Uma lagoa que se situa entre os dois extremos do eutrófico e oligotrófico é chamada de mesotrófica. Esta fase do desenvolvimento do lago pode ser melhor chamada de “meia-idade”
Nutrientes
Lagos podem sofrer muitos impactos do desenvolvimento cultural humano, mas são os nutrientes que acabam no lago que causam alguns dos problemas críticos na qualidade da água do lago.
Todas as plantas precisam de um equilíbrio apropriado dos principais nutrientes essenciais, particularmente fósforo, nitrogênio e carbono. Elas também precisam de luz. Assumindo que a luz está prontamente disponível, as plantas absorvem nutrientes na proporção que suas células necessitam. O nutriente que está no suprimento mais curto em relação à necessidade da planta limitará o crescimento das plantas. Isto é chamado o conceito de nutriente limitador. Algumas partes do país têm águas que são limitadas pelo azoto, enquanto a maioria dos corpos de água são limitados pelo fósforo. Os oligoelementos podem às vezes ser limitantes, mas em menor grau.
Desenvolvimento de um orçamento de nutrientes (análise de carga) fornece uma visão das causas da eutrofização do lago. Orçamentos de nutrientes dependem da determinação das quantidades de um nutriente que são fornecidas por fontes tais como escoamento superficial natural, poluição não pontual, sistemas sépticos com fugas, deposição atmosférica, águas subterrâneas e vida selvagem. Os orçamentos de nutrientes também determinam a quantidade de nutrientes perdidos para o sistema lacustre por vazão e por deposição nos sedimentos. A quantificação da carga de nutrientes requer a avaliação do orçamento da água e determinação da concentração do nutriente em cada fonte de água. Assim, a quantidade de nutrientes fornecida por um afluente é a concentração vezes o volume de água por unidade de tempo (o fluxo). Isto é chamado de “carga” para o nutriente e fonte sendo quantificada.
Orçamentos de nutrientes são normalmente determinados de duas formas primárias: por medição directa ou por estimativa de várias relações empíricas determinadas em estudos anteriores.
Biologia
Bactérias: Embora nunca vistas pela maioria das pessoas, as bactérias desempenham um papel fulcral na vida dos lagos. Elas são o grupo de organismos mais abundante em um lago e a maioria delas é crítica na conversão de qualquer material orgânico em forma inorgânica.
As bactérias podem estar flutuando livremente na coluna d’água, presas a um substrato ou nos sedimentos. Muitas são aeróbicas, requerendo oxigênio para a conversão de material orgânico em formas inorgânicas e energia. Muitas outras são anaeróbicas, usando outras vias químicas para obter energia.
Algumas bactérias criam problemas de saúde humana ou provaram ser indicadores úteis da provável presença de ameaças à saúde humana. A Escherichia coli (E. coli) é geralmente uma bactéria inócua encontrada em nossos intestinos, mas sua abundância em um lago indica esgoto, entradas sépticas ou outros contaminantes fecais e o potencial para a transferência de doenças bacterianas e virais humanas.
Algas: As algas são, na sua maioria, plantas microscópicas que podem estar livres de flutuação (fitoplâncton) ou ligadas a um substrato (perifíton). Podem ser unicelulares ou ter muitas células. Num lago moderadamente rico, pode haver quase uma centena de espécies de algas numa colher de sopa de água do lago. Num lago eutrófico, pode haver milhões de células num galão de água. As algas são divididas em vários grupos principais, incluindo as algas verdes (Chlorophyta), as algas castanhas douradas (Chrysophyta), os dinoflagelados (Pyrrophyta), as diatomáceas (Bacillariophyta) e as algas verde-azuladas (Cyanophyta).
Cada um dos grupos acima tem espécies com características que podem permitir-lhes tornar-se muito abundantes e problemáticas. Às vezes, saber que espécie está em “floração” pode ajudar a entender a causa da floração. Por exemplo, certas algas azul-esverdeadas florescem freqüentemente quando o fósforo é abundante e o nitrato é baixo porque elas podem fixar o nitrogênio do ar dissolvido. Muitas vezes preferem um período de água calma porque flutuam e consequentemente sombreiam as espécies concorrentes. A simultaneidade destas condições resulta geralmente em verde-azul, mas a ausência de um elemento pode deslocar o equilíbrio para outra espécie ou outro grupo de algas. As diatomáceas tendem a preferir tempos de alta mistura, temperaturas mais frias e maior disponibilidade de sílica – condições encontradas na primavera e no giro do outono. Muitos dinoflagelados parecem preferir condições com material orgânico acima da média.
A dinâmica dos regimes térmicos, leves e nutritivos nos lagos causam um padrão bastante previsível na sucessão sazonal das espécies de algas, mas pode haver surpresas a qualquer momento. Tipicamente, porém, a rotação da primavera e do outono favorece as diatomáceas que podem tornar-se muito abundantes, mas geralmente não causam impactos severos no uso humano, embora algumas espécies causem problemas de sabor e odor nos reservatórios de água potável e possam entupir os filtros. Depois da estratificação térmica, as algas verdes tornam-se frequentemente dominantes durante a maior parte do Verão, quando o azoto está disponível, mas podem ser substituídas por algas azuis-esverdeadas a temperaturas mais elevadas, concentrações mais baixas de azoto e pH elevado.
Aquatic Macrophytes: Ao contrário das algas que são geralmente plantas microscópicas, estas são grandes plantas aquáticas, facilmente visíveis a olho nu. As algas e macrófitas competem frequentemente pela luz, por isso é pouco comum encontrar ambas como problemas em qualquer lago em particular, embora isso aconteça. As macrófitas podem estar enraizadas ou a flutuar livremente, embora a maioria esteja enraizada. Podem também ser submersas, emergentes ou floating-leaved. Existem muitos grupos taxonómicos mas as categorias acima são frequentemente as mais úteis para compreender as causas de um problema de macrófitas e determinar uma estratégia de gestão apropriada. De fato, dentro de cada categoria, muitas espécies podem parecer muito semelhantes, já que seu hábito de crescimento responde às condições comuns dos lagos. Entretanto, mesmo que muitas espécies de macrófitas pareçam semelhantes, sua propensão a causar problemas em lagos varia. O manejo eficaz das macrófitas geralmente requer a identificação a nível das espécies.
As plantas fornecem o habitat e o alimento para muitas formas de vida animal, desde rotíferos microscópicos que filtram pequenas algas, até zooplâncton que caçam algas maiores, até insetos, peixes e mamíferos aquáticos que comem plantas ou animais ainda maiores. Uma mudança em qualquer parte desta teia alimentar ondula por todo o sistema de forma subtil ou mesmo dramática.
A bacia hidrográfica
Uma bacia hidrográfica pode ser melhor descrita como um funil. A borda superior do funil são as características geográficas (colinas, montanhas) que marcam o limite de uma bacia de drenagem. O interior do funil, ou das paredes do funil, representa toda a terra que está dentro do limite das colinas ou montanhas que drenam para o lago. O lago fica no fundo do funil, recebendo toda a água que flui desses topos de colinas, através do terreno e para os riachos.
A bacia contém sua casa, carro, trabalho, campo de golfe, shopping center e todas as áreas pavimentadas, sistema séptico, lavagens de carros, campos de bolas, poços de areia e diversos outros tipos de uso do solo. Não importa quão longe você esteja de uma água superficial, se você pode ver aquele lago ou rio ou não, você está em uma bacia hidrográfica.