Níže je uveden přehled některých základních informací týkajících se limnologie a správy jezer, které jsou důležité pro pochopení jezer a celkového obrazu správy jezer. Podrobnější informace naleznete v knihkupectví NALMS, kde je k dispozici řada publikací o obecné limnologii a tématech souvisejících s jezery.
Typy jezer
Před tisíci lety došlo na zemském povrchu nebo pod ním k událostem, které vytvořily mnoho našich jezer. V důsledku toho jsou jezera obvykle soustředěna do oblastí s velkým počtem vodních ploch. Nejvíce jezer najdeme na severní polokouli, kde byly rozsáhlé oblasti pokryty obrovskými ledovými útvary. V měřítku délky lidského života se zdá, že jezera jsou trvalými prvky naší krajiny, ale ve skutečnosti jsou z geologického hlediska pouze dočasná. Vznikají, dozrávají (zaplňují se) a nakonec zanikají.
Původ jezerních pánví a jejich vlastnosti nakonec odrážejí fyzikální, chemické a biologické děje probíhající v jejich okolí. Tyto události hrají důležitou roli v tom, jak jezero reaguje na okolní aktivity.
Ledová jezera: Zdaleka nejdůležitějšími činiteli při vzniku jezer jsou katastrofické účinky ledovcových pohybů, k nimž došlo před 10 000 až 12 000 lety. V klimatických podmínkách, kde padá sníh, ale neroztává, vznikají gigantické ledové a sněhové kry. Ledovce pokryly území od Atlantského oceánu až po Skalisté hory ledem vysokým více než kilometr. Přestože tyto ledovce nakonec roztály, v současné době je deset procent Země pokryto ledovci. Některé z těchto ledovců lze dodnes spatřit v hornatých oblastech Spojených států a Kanady.
Při pohybu ledovce po zemi sem a tam, kdy ledovec strhává vrcholky kopců a srázů a bere s sebou horniny, vznikají jezera. Materiál, který ledovec nabere, je později vysazen na jiných místech. Tento pohyb ledovců sem a tam a zastavování a rozjíždění trvale mění krajinu. Tento pohyb vytváří několik důležitých tvarů reliéfu. Když se ledovec zastaví, zanechává za sebou hromady hornin a materiálu, které časem přenesl, nazývané morény. Ty přehrazují řeky a menší potoky a vytvářejí jezera. Někdy se obrovské bloky ledu odlomí a pokryjí pískem a štěrkem. Když led roztaje, písek a štěrk se propadne a zanechá za sebou velkou díru. Tyto kotle mohou tvořit velké bažiny nebo jezera. Když velká masa ledu roztaje, vznikají pod ledovci řeky.
Rozpustná jezera: Jezera mohou vznikat, když podzemní usazeniny rozpustných hornin rozpustí voda protékající danou oblastí a vytvoří v zemi prohlubeň. Horniny tvořené chloridem sodným (sůl) nebo uhličitanem vápenatým (vápenec) se nejčastěji rozpouštějí působením kyselých vod. Jakmile podzemní voda rozpustí horniny pod povrchem, horní část země se propadne a obvykle vytvoří jezero kruhového tvaru, které se nazývá roztokové jezero. Obvykle jsou prohlubně dostatečně hluboké, aby sahaly pod hladinu podzemní vody, a jsou trvale vyplněny vodou. Roztoková jezera jsou běžná v Michiganu, Indianě, Kentucky a zejména na Floridě.
Roztoková jezera: Tok vody z řek má velkou energii a erozní sílu, která může vytvářet jezerní pánve. Jak se řeka vine po zemském povrchu, dochází k větší erozi na vnějším ohybu řeky, kde je proud vody nejrychlejší. Materiály unášené řekou se usazují na vnitřní části ohybu, kde jsou proudy menší. Postupem času eroze pokračuje a další materiály se odkládají, až se meandr řeky ve tvaru písmene U uzavře. Hlavní tok řeky protíná nové koryto až k vnitřnímu konci meandru. Oxbow jezera mají obvykle tvar písmene C.
Jezera vytvořená člověkem nebo živočichy: Mnoho malých jezer v Severní Americe vzniklo činností bobra amerického. Z klacků, vodních rostlin a bahna staví hráze přes malé toky a vytváří tak vodní nádrž. Tato jezírka jsou obvykle velmi mělká a jsou bohatá na živiny a rostliny. Lidé vybudovali umělá jezera (nádrže), aby zásobovali veřejnost pitnou vodou, poskytovali energii, pomáhali při plavbě, zajišťovali protipovodňovou ochranu a sloužili k rekreačním účelům. Tyto nádrže jsou obvykle lidmi dobře konstruovány tak, aby zadržovaly určité množství vody pomocí přehrad.
Vulkanická jezera: Někdy se při katastrofických událostech spojených se sopečnou činností vytvářejí jezerní nádrže. Ke vzniku sopečných jezer může dojít různými způsoby. Když je sopečný materiál včetně magmatu vypouštěn ze sopky, vznikají uvnitř sopky prázdné prohlubně nebo dutiny. Některé z těchto prohlubní nemohou odtékat a stávají se z nich uzavřené díry na vrcholu sopky. Dešťové srážky a odtok nakonec zaplní prohlubeň vodou a vznikne nové jezero.
Jezera, která vznikají v kráterech sopek, neboli kráterová jezera, jsou častější v oblastech, které jsou vystaveny sopečné činnosti. Jezera vzniklá propadnutím stropu částečně prázdné magmatické komory se označují jako kaldery. Jedním z nejpozoruhodnějších jezer vzniklých tímto způsobem je Kráterové jezero v Oregonu. Kráterové jezero je s maximální hloubkou 608 m sedmým nejhlubším jezerem na světě. Sopečné pánve, jako je Kráterové jezero, mají obvykle velmi kulatý tvar. Jezera mohou vytvářet také lávové proudy vznikající při sopečné činnosti. Povrchová láva se ochladí a ztuhne, zatímco vnitřek lávového proudu zůstává dostatečně horký, aby se mohl dále pohybovat. Nakonec se povrch ztuhlé lávy propadne a vytvoří prohlubeň. Tyto prohlubně se nakonec naplní vodou a vytvoří menší jezera. Lávové proudy také vtékají do stávajících říčních údolí a tuhnou v přehradu. Tato pevná masa horniny zasype říční vodu do nového jezera.
Sesuvná jezera: Velké množství materiálu, které spadne ze svahů strmých údolí do dna říčních údolí, může způsobit vznik přehrad, které vytvoří nová jezera. K takovým sesuvům dochází obvykle v důsledku abnormálních meteorologických jevů, jako jsou nadměrné deště působící na nestabilní svah. Sesuvné přehrady mohou být důsledkem skalních řícení, bahenních proudů nebo dokonce ledových sesuvů. Jezera, která vznikají v důsledku sesuvů půdy, jsou obvykle jen dočasná, protože mohou být náchylná k erozi proudem řeky nebo potoka. Pokud je přehrada velmi velká, může se jezero stát trvalým.
Tektonická jezera: Tektonická jezera jsou prohlubně vzniklé pohyby zemské kůry hluboko pod zemí. Hlavní typy tektonických pánví vznikají v důsledku zlomů. Deprese vzniká, když se oddělí slabý úsek zemské kůry, což má za následek zemětřesení. V této prohlubni se mohou shromažďovat srážky a podzemní voda a vytvářet jezera. Tento typ pánve se označuje jako graben a je způsobem vzniku velkého počtu nejpozoruhodnějších reliktních jezer na světě, která obsahují obrovské množství původních druhů rostlin a živočichů. Nejhlubší jezero na světě, Bajkal na Sibiři, vzniklo tektonickou činností. Ve Spojených státech vzniklo tektonickou činností jezero Tahoe v Kalifornii a Nevadě.
Vznik jezera a struktura a tvar neboli morfologie jezerní pánve ovlivňují fungování jezera v průběhu jeho životních fází. Charakteristiky jako délka, šířka, hloubka, plocha a objem jezera jsou důležité pro to, jak může být kvalita vody v jezeře ovlivněna změnami v krajině. Jak lidé zastavují pozemky v okolí jezera, narušují půdu, vyměňují stromy za příjezdové cesty nebo střechy a nahrazují přirozenou vegetaci. Tyto změny mají za následek zvýšený tok povrchového odtoku a zvýšení množství živin v jezeře. Struktura jezera určuje, jak bude jezero reagovat na tyto kulturní změny na okolních pozemcích. Znalost morfologie jezera a způsobu jeho vzniku je důležitým nástrojem, který vědci používají k ochraně našich jezer před znečišťujícími látkami, které mohou zhoršit jejich zdravotní stav.
Mísení a stratifikace
Termální struktura jezer pomáhá určovat produktivitu a koloběh živin. Tepelnou strukturu jezer určuje několik faktorů. Převážnou většinu tepla získávají jezera na povrchu ze slunečního ohřevu. Protože teplejší voda plave, musí být do vodního sloupce přiváděna energie, aby se toto teplo promíchalo hlouběji, a ve většině jezer tuto energii poskytuje vítr.
Jezero, které je zcela chráněno před větrem, bude mít velmi teplou, ale mělkou vrstvu na hladině se studenou vodou pod ní. Jezero vystavené silným větrům bude mít chladnější, ale silnější horní vrstvu nad chladnější vodou. Hlubší jezera mohou tvořit třívrstvou strukturu, která se po celé léto skládá z horní teplé vrstvy (epilimnion), střední přechodné vrstvy (metalimnion, v němž se místo největší vertikální změny teploty nazývá termoklina) a chladnější spodní vrstvy (hypolimnion).
Termální struktura jezera není po celý rok stálá. Od odchodu ledu na začátku jara (za předpokladu, že vaše jezero zamrzne) má veškerá voda v jezeře, od shora až ke dnu, téměř stejnou teplotu; rozdíl v hustotě je nepatrný a voda se snadno promíchává jarními větry. S teplejšími dny se rozdíl mezi teplotou povrchové a spodní vody zvětšuje, až dojde ke stratifikaci, pokud je hloubka jezera dostatečná. Nakonec se sluneční ohřev s přechodem do chladnějšího období sníží a horní vrstva se začne ochlazovat a klesat. Nakonec na podzim má jezero podobnou teplotu nahoře i dole. V zimě se na hladině vytvoří led a vznikne nová, inverzní stratifikace (chlad nad chladnou vodou), která přetrvává až do jara. Stupeň stratifikace je důležitý pro koloběh živin, proměnlivost kyslíku v hlubších vodách, pohyb přitékající vody jezerem a druhy vodních organismů, které v jezeře žijí.
Proplach
Průměrná doba potřebná k úplnému obnovení objemu vody v jezeře (objem jezera dělený rychlostí odtoku) se nazývá hydraulická doba zdržení nebo rychlost proplachu. Hydraulická doba zdržení je funkcí objemu vody přitékající nebo odtékající z jezera v poměru k objemu jezera (tj. rozpočtu vody). Čím větší je objem jezera a čím menší jsou hydraulické vstupy nebo výstupy, tím delší bude doba zdržení.
Doba zdržení jezera se může pohybovat od několika hodin nebo dnů až po mnoho let. Například jezero Superior má dobu zdržení 184 let. Většina jezer má však obvykle dobu zdržení v řádu dnů až měsíců.
Rychlost proplachování jezera určí, jak bude reagovat na mnoho vstupů z atmosféry a z jeho povodí.
Trofická klasifikace
Trofická klasifikace jezer neboli pořadí stupně stárnutí jezera se často klasifikuje pomocí nějakého zavedeného systému hodnocení, který přiděluje body určitým charakteristikám jezera (obsah kyslíku, biomasa řas, rostlinný materiál, průhlednost atd.). Tento bodový systém umožňuje limnologovi přiřadit každé kategorii systému určitou hodnotu. Různí limnologové používají různé klasifikační systémy, ale kategorie (oligotrofní, mezotrofní a eutrofní) jsou stejné.
Pokud by jezero disponovalo velmi vysokým obsahem rozpuštěného kyslíku, vysokou hodnotou průhlednosti, mělo řídký porost cévnatých rostlin a relativně nízkou úroveň růstu planktonu, bylo by klasifikováno jako oligotrofní neboli „mladé“ jezero.
Jezerům s nižší hladinou rozpuštěného kyslíku, mělkou hodnotou průhlednosti, hojným výskytem cévnatých vodních rostlin a vysokou hladinou chlorofylu-a (což značí vysokou populaci planktonu) se přiděluje více bodů a označují se jako „stará“ nebo eutrofní.
Jezeru, které se nachází mezi dvěma extrémy eutrofního a oligotrofního jezera, se říká mezotrofní. Toto stádium vývoje jezera lze nejlépe označit jako „středně staré“.
Živiny
Jezera mohou trpět mnoha dopady lidského kulturního vývoje, ale právě živiny, které se dostanou do jezera, jsou příčinou některých kritických problémů v kvalitě jezerní vody.
Všechny rostliny potřebují vhodnou rovnováhu základních hlavních živin, zejména fosforu, dusíku a uhlíku. Potřebují také světlo. Za předpokladu, že je světlo snadno dostupné, přijímají rostliny živiny v poměru, který jejich buňky vyžadují. Živina, které je v poměru k potřebě rostliny nedostatek, omezí růst rostlin. Tomu se říká koncept limitující živiny. V některých částech země jsou vody limitovány dusíkem, zatímco většina vodních ploch je limitována fosforem. Stopové prvky mohou být někdy limitující, ale v menší míře.
Vývoj rozpočtu živin (analýza zatížení) umožňuje nahlédnout do příčin eutrofizace jezer. Rozpočty živin závisí na určení množství živiny, které je dodáváno zdroji, jako je přirozený povrchový odtok, znečištění z nebodových zdrojů, netěsné septické systémy, atmosférická depozice, podzemní voda a volně žijící živočichové. Rozpočty živin také určují množství živin, které se do jezerního systému ztrácí odtokem a usazováním v sedimentech. Kvantifikace zatížení živinami vyžaduje posouzení vodního rozpočtu a stanovení koncentrace živin v jednotlivých zdrojích vody. Množství živin dodaných přítokem je tedy koncentrace krát objem vody za jednotku času (průtok). To se nazývá „zatížení“ pro kvantifikovanou živinu a zdroj.
Běžně se rozpočty živin určují dvěma základními způsoby: přímým měřením nebo odhadem na základě různých empirických vztahů stanovených v minulých studiích.
Biologie
Bakterie: Ačkoli je většina lidí nikdy nespatří, hrají bakterie v životě jezer klíčovou roli. Jsou nejpočetnější skupinou organismů v jezeře a většina z nich má rozhodující význam při přeměně jakéhokoli organického materiálu na anorganickou formu.
Bakterie mohou být volně plovoucí ve vodním sloupci, vázané na substrát nebo v sedimentech. Mnohé z nich jsou aerobní, vyžadují kyslík pro přeměnu organického materiálu na anorganickou formu a energii. Mnohé jiné jsou anaerobní a k získávání energie využívají jiné chemické cesty.
Některé bakterie způsobují problémy lidskému zdraví nebo se ukázaly jako užitečné indikátory pravděpodobné přítomnosti ohrožení lidského zdraví. Escherichia coli (E. coli) je obvykle neškodná bakterie, která se vyskytuje v našich střevech, ale její hojný výskyt v jezeře indikuje odpadní vody, vstupy do septiků nebo jiné fekální kontaminanty a možnost přenosu lidských bakteriálních a virových onemocnění.
Řasy: Řasy jsou většinou mikroskopické rostliny, které mohou být volně plovoucí (fytoplankton) nebo přichycené k substrátu (perifyton). Mohou být jednobuněčné nebo mít mnoho buněk. Ve středně bohatém jezeře může být v jedné polévkové lžíci jezerní vody téměř sto druhů řas. V eutrofním jezeře mohou být v galonu vody miliony buněk. Řasy se dělí do několika hlavních skupin, mezi něž patří zelené řasy (Chlorophyta), zlatohnědé řasy (Chrysophyta), dinoflageláty (Pyrrophyta), rozsivky (Bacillariophyta) a sinice (Cyanophyta).
Každá z uvedených skupin má druhy s vlastnostmi, které jim mohou umožnit stát se velmi hojnými a obtížnými. Někdy může znalost toho, který druh je v „květu“, pomoci pochopit příčinu květu. Například některé sinice často kvetou, když je fosforu hodně a dusičnanů málo, protože mohou vázat dusík z rozpuštěného vzduchu. Často dávají přednost období klidné vody, protože se vznášejí a následně zastiňují konkurenční druhy. Souběh těchto podmínek obvykle vede ke vzniku sinic, ale absence jednoho prvku může rovnováhu posunout ve prospěch jiného druhu nebo jiné skupiny řas. Diatomy dávají přednost obdobím s vysokým mícháním, chladnějšími teplotami a vyšší dostupností křemíku – tedy podmínkám, které se vyskytují při jarním a podzimním obratu. Zdá se, že mnoho dinoflagelátů dává přednost podmínkám s nadprůměrným obsahem organických látek.
Dynamika teplotního, světelného a živinového režimu v jezerech způsobuje poměrně předvídatelný vzorec v sezónní sukcesi druhů řas, ale kdykoli může dojít k překvapení. Obvykle však jarní a podzimní obměna upřednostňuje diatomie, které se mohou stát velmi hojnými, ale obvykle nezpůsobují vážné dopady na využívání lidmi, i když některé druhy způsobují problémy s chutí a zápachem v nádržích s pitnou vodou a mohou ucpávat filtry. Po teplotní stratifikaci se zelené řasy často stávají dominantními po většinu léta, kdy je k dispozici dusík, ale při vyšších teplotách, nižších koncentracích dusíku a vysokém pH je mohou nahradit sinice.
Vodní makrofyta: Na rozdíl od řas, které jsou obvykle mikroskopickými rostlinami, se jedná o velké vodní rostliny, snadno viditelné pouhým okem. Řasy a makrofyta často soupeří o světlo, takže je neobvyklé, aby se v některém konkrétním jezeře vyskytovaly oba problémy, i když se to stává. Makrofyty mohou být zakořeněné nebo volně plovoucí, většinou však zakořeněné. Mohou být také ponořené, vynořené nebo s plovoucími listy. Existuje mnoho taxonomických skupin, ale výše uvedené kategorie jsou často nejužitečnější pro pochopení příčin problému s makrofyty a stanovení vhodné strategie řízení. Ve skutečnosti může v rámci každé kategorie mnoho druhů vypadat velmi podobně, protože jejich růstový habitus reaguje na běžné jezerní podmínky. Nicméně i když mnoho druhů makrofyt vypadá podobně, jejich sklon způsobovat v jezerech problémy se liší. Efektivní management makrofyt obvykle vyžaduje identifikaci na úrovni druhu.
Rostliny poskytují životní prostředí a potravu mnoha formám živočichů, od mikroskopických chrostíků, kteří filtrují drobné řasy, přes zooplankton, který loví větší řasy, až po hmyz, ryby a vodní savce, kteří se živí i většími rostlinami nebo živočichy. Změna v kterékoli části této potravní sítě se nenápadně nebo dokonce dramaticky rozvlní v celém systému.
Povodí
Povodí lze nejlépe popsat jako nálevku. Horní okraj trychtýře tvoří geografické prvky (kopce, hory), které vyznačují hranici povodí. Vnitřek trychtýře neboli stěny trychtýře představují veškerou půdu, která se nachází uvnitř hranice kopců nebo hor, jež odvádí vodu do jezera. Jezero je na dně trychtýře a přijímá veškerou vodu, která odtéká z těchto kopců, přes pozemky a do toků.
Povodí obsahuje váš dům, auto, práci, golfové hřiště, nákupní centrum a všechny jeho zpevněné plochy, septik, myčky aut, míčová hřiště, pískovny a různé další typy využití půdy. Nezáleží na tom, jak daleko jste od povrchové vody, zda na jezero nebo řeku vidíte, nebo ne, jste v povodí.
.