Недавние исследования обнаружили один фактор, который может играть значительную роль в перемешивании воды в озере: движение животных, которые живут в нем, включая микроскопический зоопланктон. Это проливает свет на то, как даже самые крошечные организмы могут способствовать физическим процессам, которые делают окружающую среду в озерах и океанах такой необычной.
Известно, что ветры могут вызывать движение воды, которое распространяется на всю глубину озера. Смешение поверхностных и глубинных вод необходимо для поддержания здоровой экосистемы озера. Это смешивание стимулирует обмен кислорода с поверхности озера на придонный слой, уменьшая производство парникового газа метана в отложениях на дне озера. Смешивание также может позволить транспортировать наверх питательные вещества, которые необходимы для таких видов, как фитопланктон, живущих у поверхности озера.
Фото: Элли Маккей и Стивен Теккерей
Дафния
Тем не менее, даже в самых спокойных водах озера — около дна, перемешиванию воды может способствовать и животный мир. Перемещая плавники, антенны или ноги, плавающие организмы могут генерировать множество движений, которые в совокупности образуют водовороты — динамические круговые потоки воды — в процессе, известном как «биогенное перемешивание». Но до сих пор исследования показывали это только с помощью лабораторных экспериментов или с использованием численного моделирования, а прямые доказательства наличия этого процесса в озерах были ограничены.
Исследование Уиндермира, большого озера в национальном парке Лейк-Дистрикт, предпринятое группой британских климатологов и опубликованное в журнале AGU, обнаружило прямые доказательства значительного и постоянного биогенного перемешивания в озерах.
Биогенное перемешивание
Для изучения этого явления команда использовала акустические доплеровские профилометры. Эти инструменты излучают звуковые волны, которые отражаются обратно взвешенными частицами, такими как зоопланктон, в толще воды. Длина волны возвращающегося звука отличается от длины волны исходящего сигнала, что позволяет измерить скорость движения воды в разных точках водяного столба, и оценить масштаб происходящего перемешивания.
Измерения показали, что смешение, производимое плавающими организмами, наиболее сильно у дна озера.
Перемешивание происходило в течение 24-часового периода, и было минимально около полуночи. Это говорит о том, что высокие концентрации организмов перемещались вертикально от глубокой воды вверх к поверхности озера в темное время суток, прежде чем вернуться в более глубокие воды перед рассветом, где они оставались в дневное время. Это явление известно как «вертикальная миграция Диля» и является характерным поведением зоопланктона.
Был также обнаружен меньший процесс перемешивания, происходящий в термоклине, месте, где более теплые летом поверхностные воды и более прохладные придонные разделяются. По мере того как солнце нагревает поверхность озера, более холодные, и, в силу этого, более плотные воды опускаются на глубину, в результате чего образуется многослойный водяной столб с разной температурой.
Термоклин является рода убежищем для водных организмов, позволяя им получить доступ как к теплой, хорошо насыщенной кислородом воде наверху, так и к прохладной, богатой питательными веществами воде внизу, а также обеспечивая возможность побега от хищников, охотящихся в хорошо освещенных поверхностных слоях.
При этом, пик перемешивания на термоклине, наступавший около полуночи, был противоположен затишью, наблюдаемому у дна озера. Это потому, что именно в этой части водного пространства наиболее активны восходящие вверх организмы, которые поднимаются из более глубоких регионов, чтобы питаться ночью.
Понимание биологической составляющей процессов перемешивания может помочь нам предотвратить цветение водорослей, подобное тому, которое в настоящее время угрожает озеру Уиндермир, поскольку оно может быть вызвано слабым перемешиванием летом.
Бороться с загрязнением воздуха в Лондоне теперь будет новая технология, позволяющую удалять СО2 из воздуха и производить кислород, культивируя фитопланктон в сооружениях, напоминающих солнечные панели. Устанавливать их можно на земле, или на крышах домов.
По материалам The Conversation
Читайте также:
Мертвые зоны в Мировом океане: причины появления и прогнозы на будущее
Океан стабилизируется, и это не очень хорошо — вот почему
