Hieronder vindt u een overzicht van enkele elementaire gegevens met betrekking tot limnologie en meerbeheer die belangrijk zijn om te weten om de meren en het grote geheel van meerbeheer te begrijpen. Voor meer gedetailleerde informatie kunt u terecht in de NALMS Bookstore, die talrijke publicaties over algemene limnologie en meer-gerelateerde onderwerpen heeft.
Basin Types
Events die duizenden jaren geleden op of onder het aardoppervlak hebben plaatsgevonden, hebben veel van onze meren gevormd. Als gevolg daarvan zijn meren meestal geconcentreerd in gebieden met een groot aantal waterlichamen. De meeste meren zijn te vinden op het noordelijk halfrond, waar grote gebieden werden bedekt door enorme ijsformaties. Op de schaal van de menselijke levensduur lijken meren permanente kenmerken van ons landschap te zijn, maar in werkelijkheid zijn ze geologisch gezien slechts tijdelijk. Ze ontstaan, rijpen (vullen op) en verdwijnen uiteindelijk.
De oorsprong van de meerbekkens en hun kenmerken weerspiegelen uiteindelijk de fysische, chemische en biologische gebeurtenissen die in het gebied rondom hen plaatsvinden. Deze gebeurtenissen spelen een belangrijke rol in hoe het meer reageert op de omringende activiteiten.
Glaciale meren: Verreweg de belangrijkste veroorzakers van de vorming van meren zijn de catastrofale effecten van glaciale ijsbewegingen die 10.000 tot 12.000 jaar geleden plaatsvonden. Gigantische ijs- en sneeuwlagen zijn ontstaan in klimaten waar sneeuw valt maar niet smelt. De gletsjers bedekten een gebied van de Atlantische Oceaan tot de Rocky Mountains met ijs dat meer dan een kilometer hoog was. Hoewel deze gletsjers uiteindelijk smolten, is thans tien procent van de aarde bedekt met gletsjers. Sommige van deze gletsjers zijn nog steeds te zien in de bergachtige gebieden van de Verenigde Staten en Canada.
Als een gletsjer heen en weer beweegt over het land, de toppen van heuvels en steile hellingen afschraapt en rotsen meeneemt, worden er meren gevormd. Het materiaal dat door de gletsjer wordt meegenomen, wordt later op andere plaatsen weer afgezet. Deze heen en weer gaande en stoppende beweging van de gletsjers verandert het landschap blijvend. Door deze beweging ontstaan verschillende belangrijke landvormen. Wanneer de gletsjer tot stilstand komt, laat hij stapels rotsen en materialen achter die hij in de loop der tijd heeft meegenomen, morenen genaamd. Deze dammen rivieren en kleinere beekjes af en vormen zo meren. Soms worden grote blokken ijs afgebroken en bedekt met zand en grind. Als het ijs smelt, storten het zand en grind in, waardoor een grote kuil achterblijft. Deze ketels kunnen grote moerassen of meren vormen. Als de grote ijsmassa smelt, vormen zich rivieren onder de gletsjers.
Oplossingsmeren: Meren kunnen ontstaan wanneer ondergrondse afzettingen van oplosbaar gesteente worden opgelost door water dat door het gebied stroomt, waardoor een depressie in de grond ontstaat. Rotsformaties van natriumchloride (zout), of calciumcarbonaat (kalksteen), worden het meest door zuur water opgelost. Zodra het grondwater de rotsen onder het oppervlak heeft opgelost, stort de bovenkant van het land in, waarbij meestal een rond meer wordt gevormd, dat een oplossingsmeer wordt genoemd. De depressies zijn meestal diep genoeg om onder de grondwaterspiegel uit te komen en zijn permanent gevuld met water. Oplossingsmeren komen veel voor in Michigan, Indiana, Kentucky en vooral in Florida.
Oxbow Lakes: De waterstroom van rivieren heeft veel energie en erosieve kracht waardoor meerbekkens kunnen ontstaan. Als een rivier over het aardoppervlak kronkelt, treedt er meer erosie op in de buitenste rivierbocht, waar het water het snelst stroomt. Materiaal dat door de rivier wordt meegevoerd, wordt afgezet op het binnenste gedeelte van de bocht, waar de stroming minder is. Naarmate de tijd verstrijkt, gaat de erosie door en worden meer materialen afgezet totdat de U-vormige meander van de rivier zich sluit. De hoofdloop van de rivier snijdt een nieuwe geul naar het binnenste einde van de meander. Oxbow-meren hebben meestal de vorm van de letter C.
Meren die door mensen of dieren zijn gemaakt: Veel kleine meren in Noord-Amerika zijn gevormd door de activiteiten van de Amerikaanse bever. Stenen, waterplanten en modder worden gebruikt om dammen te bouwen in kleine beekjes en zo een opstuwing van het water te vormen. Deze vijvers zijn gewoonlijk zeer ondiep en zijn rijk aan voedingsstoffen en plantengroei. De mens heeft kunstmatige meren (stuwmeren) aangelegd om de bevolking van drinkwater te voorzien, energie op te wekken, de scheepvaart te vergemakkelijken, overstromingen tegen te gaan en voor recreatiedoeleinden. Deze reservoirs zijn meestal door de mens goed aangelegd om met behulp van dammen een bepaalde hoeveelheid water tegen te houden.
Volkanische meren: Soms vormen rampzalige gebeurtenissen in verband met vulkanische activiteit meerbekkens. De vorming van vulkanische meren kan op verschillende manieren plaatsvinden. Wanneer vulkanisch materiaal, waaronder magma, uit de vulkaan wordt afgevoerd, ontstaan er lege depressies of holten in de vulkaan. Sommige van deze holtes kunnen niet weglopen en worden afgesloten gaten op de top van de vulkaan. Regenval en afvloeiing vullen uiteindelijk de depressie met water en een nieuw meer wordt gevormd.
Meren die zich vormen in de kraters van vulkanen, of kratermeren, komen vaker voor in gebieden die onderhevig zijn aan vulkanische activiteit. Meren die ontstaan door het instorten van een dak van een gedeeltelijk lege magmatische kamer worden caldera’s genoemd. Een van de meest spectaculaire meren die op deze manier zijn gevormd is Crater Lake in Oregon. Crater Lake is het op zeven na diepste meer ter wereld met een maximumdiepte van 608 m (2006 ft). Vulkanische bekkens, zoals Crater Lake, zijn meestal zeer rond van vorm. Lava stromen van vulkanische activiteit kunnen ook meren vormen. De lava aan de oppervlakte koelt af en wordt vast, terwijl het binnenste van de lavastroom heet genoeg blijft om te blijven bewegen. Uiteindelijk stort het oppervlak van de verharde lava in en vormt een depressie. Deze depressies vullen zich uiteindelijk met water en vormen kleinere meren. Lavastromen stromen ook in bestaande riviervalleien en verharden tot een dam. Deze vaste rotsmassa stuwt het rivierwater op tot een nieuw meer.
Landslide meren: Grote hoeveelheden materiaal die van de flanken van steile valleien in de bodem van beekdalen vallen, kunnen dammen veroorzaken waardoor nieuwe meren ontstaan. Dergelijke aardverschuivingen treden gewoonlijk op als gevolg van abnormale meteorologische gebeurtenissen, zoals overvloedige regenval die inwerkt op een onstabiele helling. Aardverschuivingsdammen kunnen het gevolg zijn van steenlawines, modderstromen of zelfs ijslawines. Door aardverschuivingen gevormde meren zijn meestal slechts tijdelijk, omdat zij door de stroming van de rivier of beek aan erosie onderhevig kunnen zijn. Als de dam erg groot is, kan het meer permanent worden.
Tectonische meren: Tectonische bekkens zijn depressies gevormd door de bewegingen van de aardkorst diep onder de grond. De belangrijkste soorten tektonische bekkens worden gevormd door breuklijnen. Een depressie ontstaat wanneer een zwak deel van de aardkorst zich afscheidt, wat tot een aardbeving leidt. Regenval en grondwater kunnen zich in deze depressie verzamelen en een meer vormen. Dit type bekken wordt een graben genoemd en is de ontstaanswijze van een groot aantal van de meest spectaculaire relicummeren ter wereld met een groot aantal inheemse planten- en diersoorten. Het diepste meer ter wereld, het Baikalmeer in Siberië, is ontstaan door tektonische activiteit. In de Verenigde Staten werd Lake Tahoe in Californië en Nevada gevormd door tektonische activiteit.
De vorming van een meer en de structuur en vorm, of morfologie, van het bekken van het meer beïnvloedt hoe het meer functioneert gedurende zijn levensfasen. Kenmerken als de lengte, breedte, diepte, oppervlakte en volume van het meer zijn allemaal van belang voor de wijze waarop de waterkwaliteit van het meer kan worden beïnvloed door veranderingen in het land. Wanneer mensen het land rondom het meer ontwikkelen, verstoren zij de bodem, vervangen zij bomen door oprijlanen of daken en vervangen zij de natuurlijke vegetatie. Deze veranderingen resulteren in een grotere stroom van afvloeiend water en een toename van de hoeveelheid voedingsstoffen in het meer. De structuur van het meer bepaalt hoe het meer zal reageren op deze culturele veranderingen in de omringende gebieden. Kennis van de morfologie van het meer en van de wijze waarop het meer is gevormd, zijn belangrijke hulpmiddelen die wetenschappers gebruiken om onze meren te beschermen tegen verontreinigende stoffen die de gezondheid ervan kunnen aantasten.
Mixing and Stratification
De thermische structuur van meren bepaalt mede de productiviteit en de nutriëntencyclus. De thermische structuur van meren wordt door verschillende factoren bepaald. Meren ontvangen het grootste deel van hun warmte aan de oppervlakte van de zon. Aangezien warmer water drijft, moet de waterkolom een energietoevoer hebben om die warmte dieper te mengen, en in de meeste meren levert de wind die energie.
Een meer dat volledig beschut is tegen de wind zal een zeer warme maar ondiepe laag aan de oppervlakte hebben met koud water eronder. Een meer dat blootgesteld is aan sterke wind zal een koelere maar dikkere bovenlaag hebben boven het koudere water. Diepere meren kunnen een drielagige structuur vormen die gedurende de zomer bestaat uit een bovenste warme laag (het epilimnion), een middelste overgangslaag (het metalimnion, waarbinnen het punt van de grootste verticale verandering in temperatuur de thermocline wordt genoemd), en een koudere bodemlaag (het hypolimnion).
De thermische structuur van een meer is niet het hele jaar door constant. Vanaf het ijs in het vroege voorjaar (als uw meer al bevroren is), is al het water van het meer, van boven tot onder, vrijwel gelijk van temperatuur; het dichtheidsverschil is gering en het water wordt gemakkelijk door de lentewind gemengd. Naarmate de dagen warmer worden, neemt het verschil tussen de temperatuur van het oppervlaktewater en de temperatuur van het bodemwater toe totdat er stratificatie optreedt als het meer diep genoeg is. Uiteindelijk neemt de opwarming door de zon af naarmate we koelere seizoenen ingaan, en de bovenste laag begint af te koelen en te zakken. Uiteindelijk heeft het meer in de herfst van boven tot onder een vergelijkbare temperatuur. In de winter vormt zich ijs aan het oppervlak en ontstaat een nieuwe, omgekeerde gelaagdheid (koud over koel water), die aanhoudt tot het voorjaar. De mate van gelaagdheid is van belang voor de kringloop van voedingsstoffen, de variabiliteit in zuurstof in dieper water, de beweging van binnenkomend water door het meer, en de soorten waterorganismen die in het meer leven.
Flushhing
De gemiddelde tijd die nodig is om het watervolume van een meer volledig te verversen (meervolume gedeeld door uitstroomsnelheid) wordt de hydraulische verblijftijd of de flush rate genoemd. De hydraulische verblijftijd is een functie van het volume van het water dat het meer binnenkomt of verlaat in verhouding tot het volume van het meer (d.w.z. de waterbegroting). Hoe groter het volume van het meer en hoe kleiner de hydraulische in- of uitstroom, des te langer is de verblijftijd.
De verblijftijd van een meer kan variëren van enkele uren of dagen tot vele jaren. Het Superior-meer bijvoorbeeld heeft een verblijftijd van 184 jaar. De meeste meren hebben echter een verblijftijd van dagen tot maanden.
De doorspoelsnelheid van een meer bepaalt hoe het reageert op de vele inputs uit de atmosfeer en het stroomgebied.
Trofische classificatie
De trofische classificatie van een meer, of rangschikking van de mate van veroudering van het meer, wordt vaak ingedeeld met behulp van een of ander vastgesteld beoordelingssysteem dat punten toekent aan bepaalde kenmerken van het meer (zuurstofgehalte, algenbiomassa, plantaardig materiaal, helderheid, enz). Met dit puntensysteem kan een limnoloog aan elk van de systeemcategorieën een bepaalde waarde toekennen. Verschillende limnologen gebruiken verschillende classificatiesystemen, maar de categorieën (Oligotroof, Mesotroof en Eutroof) zijn dezelfde.
Als een meer een zeer hoog gehalte aan opgeloste zuurstof heeft, een hoge doorzichtigheid, een schaarse groei van vaatplanten en een relatief lage groei van plankton, zou het meer worden geclassificeerd als oligotroof, of een “jong” meer.
Meren met een lager gehalte aan opgeloste zuurstof, een geringe doorzichtigheid, veel vaatplanten en een hoog gehalte aan chlorofyl-a (wat duidt op een hoge planktonpopulatie) krijgen meer punten en worden als “oud” of eutroof aangemerkt.
Een meer dat tussen de twee uitersten van eutroof en oligotroof in ligt, wordt mesotroof genoemd. Deze fase van de ontwikkeling van het meer kan het best worden aangeduid als “middelbare leeftijd.”
Nutriënten
Meren kunnen te lijden hebben onder vele effecten van menselijke culturele ontwikkeling, maar het zijn de nutriënten die in het meer terechtkomen die een aantal van de kritieke problemen in de waterkwaliteit van het meer veroorzaken.
Alle planten hebben een juiste balans nodig van de essentiële hoofdnutriënten, met name fosfor, stikstof, en koolstof. Ze hebben ook licht nodig. Ervan uitgaande dat licht gemakkelijk beschikbaar is, nemen planten voedingsstoffen op in de verhouding die hun cellen nodig hebben. De voedingsstof die in verhouding tot de behoefte van de plant het schaarsst is, zal de groei van de planten beperken. Dit wordt het concept van de beperkende voedingsstof genoemd. In sommige delen van het land zijn wateren begrensd door stikstof, terwijl de meeste waterlichamen begrensd zijn door fosfor. Sporenelementen kunnen soms beperkend zijn, maar in mindere mate.
Ontwikkeling van een nutriëntenbegroting (belastingsanalyse) geeft inzicht in de oorzaken van eutrofiëring van meren. Nutriëntenbegrotingen zijn afhankelijk van de bepaling van de hoeveelheden van een nutriënt die worden aangevoerd door bronnen zoals natuurlijke afvloeiing, verontreiniging door niet-puntenbronnen, lekkende septische systemen, atmosferische depositie, grondwater en in het wild levende dieren. Nutriëntenbegrotingen bepalen ook de hoeveelheid nutriënten die aan het meersysteem verloren gaat door afvloeiing en door depositie op de sedimenten. Om de nutriëntenbelasting te kwantificeren moet de waterbegroting worden beoordeeld en moet de concentratie van de nutriënten in elke waterbron worden bepaald. De hoeveelheid nutriënten die door een zijrivier wordt aangevoerd is dus de concentratie maal het volume water per tijdseenheid (het debiet). Dit wordt de “belasting” genoemd voor de te kwantificeren nutriënt en bron.
Nutriëntenbudgetten worden gewoonlijk op twee manieren bepaald: door directe meting of door schatting op basis van diverse empirische relaties die in vroegere studies zijn vastgesteld.
Biologie
Bacteriën: Hoewel zij door de meeste mensen nooit worden gezien, spelen bacteriën een centrale rol in het leven van meren. Zij zijn de meest voorkomende groep organismen in een meer en de meeste zijn van cruciaal belang bij de omzetting van organisch materiaal in anorganisch materiaal.
Bacteriën kunnen vrij in de waterkolom zweven, aan een substraat vastzitten of zich in het sediment bevinden. Vele zijn aëroob en hebben zuurstof nodig voor de omzetting van organisch materiaal in anorganische vormen en energie. Vele andere zijn anaëroob en gebruiken andere chemische routes om energie te verkrijgen.
Sommige bacteriën veroorzaken gezondheidsproblemen voor de mens of zijn nuttige indicatoren gebleken voor de waarschijnlijke aanwezigheid van bedreigingen voor de menselijke gezondheid. Escherichia coli (E. coli) is gewoonlijk een onschuldige bacterie die in onze darmen voorkomt, maar de overvloed ervan in een meer wijst op rioolwater, septische lozingen of andere fecale verontreinigingen en de mogelijkheid van overdracht van menselijke bacteriële en virale ziekten.
Algen: Algen zijn meestal microscopisch kleine plantjes die vrij kunnen zweven (fytoplankton) of aan een substraat kunnen vastzitten (periphyton). Ze kunnen eencellig zijn of uit vele cellen bestaan. In een matig rijk meer kunnen er bijna honderd soorten algen in een eetlepel water zitten. In een eutroof meer kunnen er miljoenen cellen in een liter water zitten. Algen worden onderverdeeld in verschillende hoofdgroepen, waaronder groene algen (Chlorophyta), goudbruine algen (Chrysophyta), dinoflagellaten (Pyrrophyta), diatomeeën (Bacillariophyta) en de blauwalgen (Cyanophyta).
Elke van de bovengenoemde groepen heeft soorten met kenmerken die hen in staat kunnen stellen zeer overvloedig en hinderlijk te worden. Soms kan het inzicht in de oorzaak van de bloei worden vergroot door te weten welke soort in “bloei” is. Bepaalde blauwalgen bijvoorbeeld bloeien vaak wanneer er veel fosfor is en weinig nitraat, omdat ze stikstof uit opgeloste lucht kunnen binden. Ze verkiezen vaak een periode van kalm water omdat ze blijven drijven en daardoor concurrerende soorten verdringen. De gelijktijdigheid van deze omstandigheden zal meestal resulteren in blauwgroenen, maar de afwezigheid van één element kan de balans doen doorslaan naar een andere soort of een andere algengroep. De diatomeeën hebben de neiging de voorkeur te geven aan perioden van sterke menging, koelere temperaturen en een grotere beschikbaarheid van kiezelzuur – omstandigheden die worden aangetroffen bij de omslag in het voorjaar en de herfst. Veel dinoflagellaten lijken de voorkeur te geven aan omstandigheden met meer dan gemiddeld organisch materiaal.
De dynamiek van de thermische, licht- en voedingsstoffenregimes in meren veroorzaakt een tamelijk voorspelbaar patroon in de seizoensopvolging van algensoorten, maar er kunnen zich op elk moment verrassingen voordoen. Doorgaans is de overgang in het voorjaar en de herfst echter in het voordeel van de diatomeeën, die zeer talrijk kunnen worden, maar gewoonlijk geen ernstige gevolgen hebben voor het gebruik door de mens, hoewel sommige soorten smaak- en geurproblemen veroorzaken in drinkwaterreservoirs en filters kunnen verstoppen. Na thermische stratificatie worden groene algen vaak dominant gedurende het grootste deel van de zomer wanneer stikstof beschikbaar is, maar zij kunnen worden vervangen door blauwalgen bij hogere temperaturen, lagere stikstofconcentraties en hoge pH.
Aquatische Macrofyten: In tegenstelling tot algen, die meestal microscopisch kleine planten zijn, zijn dit grote waterplanten, die met het blote oog gemakkelijk zichtbaar zijn. Algen en macrofyten concurreren vaak om licht, dus het is ongebruikelijk om beide als problemen in een bepaald meer aan te treffen, hoewel het wel gebeurt. Macrofyten kunnen wortels hebben of vrij rondzweven, hoewel de meeste wortels hebben. Ze kunnen ook ondergedoken, opduikend of drijvend zijn. Er zijn vele taxonomische groepen, maar de bovenstaande categorieën zijn vaak het nuttigst om de oorzaken van een macrofytenprobleem te begrijpen en een geschikte beheersstrategie te bepalen. Binnen elke categorie kunnen veel soorten sterk op elkaar lijken omdat hun groeiwijze beantwoordt aan gemeenschappelijke omstandigheden in het meer. Maar ook al lijken veel macrofytesoorten op elkaar, hun neiging om problemen in meren te veroorzaken varieert. Effectief beheer van macrofyten vereist meestal identificatie op soortniveau.
Planten bieden de habitat en het voedsel voor vele vormen van dierlijk leven, variërend van microscopische rotiferen die minuscule algen filteren, tot zoöplankton dat op grotere algen jaagt, tot insecten, tot vissen en in het water levende zoogdieren die nog grotere planten of dieren eten. Een verandering in een deel van dit voedselweb heeft subtiele of zelfs dramatische gevolgen voor het hele systeem.
Het stroomgebied
Een stroomgebied kan het best worden beschreven als een trechter. De bovenrand van de trechter wordt gevormd door de geografische kenmerken (heuvels, bergen) die de grens van een afwateringsgebied markeren. De binnenkant van de trechter, of de wanden van de trechter, stelt al het land voor dat zich binnen de grens van heuvels of bergen bevindt en dat afwatert naar het meer. Het meer ligt op de bodem van de trechter en ontvangt al het water dat van die heuveltoppen, over het land, en in de beken stroomt.
Wateren bevatten uw huis, auto, werk, golfbaan, winkelcentrum en al zijn verharde gebieden, septic tanks, autowasstraten, balspeelplaatsen, zandputten, en diverse andere vormen van landgebruik. Het maakt niet uit hoe ver u van een oppervlaktewater bent, of u dat meer of die rivier kunt zien of niet, u bevindt zich in een waterscheiding.