Termen limnologi härstammar från det grekiska ordet "limne", vilket betyder sjö eller damm. Limnologi är studien av inre vatten, som omfattar strömmar, sjöar, floder, våtmarker och reservoarer. Limnologi är en delning av miljövetenskap eller ekologi, och omfattar de geologiska, kemiska, biologiska och fysiska egenskaperna, bland annat av inre vatten, som kan vara konstgjorda eller naturliga, saltlös och fräscha och stående eller rinnande vatten. Limnologi är relaterad till hydrobiologi och vattenekologi, som fokuserar på vattenlevande organismer. Landskaps-limnologi, en gren av limnologi, studerar bevarande och förvaltning av marina ekosystem från ett landskapsperspektiv.
Limnologins historia
Den schweiziska forskaren Francois-Alphonse Forel anses vara grundare av limnologi, och hans observationer inspirerade många forskare, bland annat botaniker Einar Naumann och zoolog August Thienemann, som bildade International Society of Limnology (ISL) i 1922. Forel började ifrågasätta och observera naturen vid åldern 13, och hans tidigaste studier betraktade förhållandet mellan Genèves biologiska, fysikaliska och kemiska egenskaper. Forel myntade termen limnologi under 19th century i sin monografi berättigad Le Leman. Han definierade limnologi som sjöarnas oceanografi, men utvidgades till att omfatta studier av inre vatten. Limnologi är en integrerad disciplin där biologi, fysik och kemi interagerar, vilket gör det möjligt att förstå ekosystemet på ett mer omfattande sätt.
Fysiska egenskaper hos vattenlevande ekosystemet
Kombinationen av vågor, strömmar och värme, bland annat säsongsfördelningar av miljöförhållanden, hjälper till att identifiera de marina systemens fysikaliska egenskaper. Den kvantitativa analysen av vattenkroppen beror på olika egenskaper, som våtmarker, strömmar, floder och flodmynningar, och strukturen i miljön som omger vattenkroppen. Formationsprocessen av sjöar hjälper till att klassificera vattenkroppar, och vattendjup definierar zonerna i en sjö. Vattenhastigheten och geologin i omgivningen bestämmer morfometrisystemet för strömmar och floder. Estuaries faller också inom limnologins studie. Våtmarken varierar i mönster, storlek och form, men alla typiska våtmarkstyper, som träsk och myrar, varierar mellan att vara torr, färskvatten och grunt.
Ljusintegration
Ljus zoneringsteori överväger hur solljusets penetration i vatten påverkar strukturen hos en vattenkropp. Ljuszoner definierar olika produktivitetsnivåer inom ekosystemet, som en sjö. Den euphotiska eller fotiska zonen avser djupet av vattenkolonnen som ljuset kan tränga in och där växter kan växa. Resten av kolonnen med vatten som inte får tillräckligt med solljus för växttillväxt kallas aphotic zonen. Albedo mäter mängden elektromagnetisk som återspeglas när solljuset träffar vattenytan.
Termisk Stratifiering
Termisk stratificering, även kallad termisk zonering, är ett sätt att gruppera vattenkroppskikt inom vattenlevande ekosystem baserat på temperaturvariationen på dessa segment. Värme minskar exponentiellt med vattenkolvdjupet, och därför är vattnet varmare på ytan och blir progressivt kallare när djupet ökar. Den termiska stratifieringen av en vattenkropp har tre sektioner. Epilimnion är det övre lagret, som ligger nära vattenytan, är det varmare lagret som upplever vindcirkulationen. Det andra lagret av vattenkolonnen, som upplever en snabb nedgång i temperaturen, kallas termoklin. Bottenskiktet, som är jämnt kallt, är hypolimnionen. Under sommaren är det översta lagret av en vattenkropp alltid varmare än bottenskiktet. Men under vintern faller epilimnionsskiktets temperatur under 4 grader Celsius, vilket är lika med temperaturen på det nedre lagret. Det övre lagret expanderar, blir lättare och fryser sedan.
Kemiska egenskaper hos ett akvatiskt ekosystem
I en naturlig miljö påverkar jorderosion, avdunstning, marktyp och berggrund, utfällning och sedimentering den kemiska sammansättningen av vatten. Alla vattenkroppar har en unik balans mellan oorganiska och organiska föreningar och element.
Vattenkvalitet
Trots att hundratals variabler anses ha inverkan på vattenkvaliteten hos sjöar har endast några få variabler bekräftats vara av stor betydelse för vattenlevande ekosystems hälsa. Det finns många biologiska aktiviteter som påverkar koncentrationen av upplöst gas och näringsämnen, men mänsklig aktivitet är den enda stora bidragsgivaren till vattenkvaliteten.
Syre
Upplöst syre är ansvarig för många kemiska och biologiska reaktioner som spelar en viktig roll för det akvatiska ekosystemets funktion. Olika naturliga processer påverkar syrekoncentrationen i ekosystemet, inklusive fotosyntes och andning. Syreprofilen påverkas av vind på vattens yta, andning, fotosyntes och organisk material, vilket innebär att syrekoncentrationen minskar precis som temperaturprofilen. Profilen använder samma princip som ljuspenetration och termisk lagring. Fotosyntes och solljus styr koncentrationen av upplöst syre och bestämmer hur mycket fotosyntes kan uppstå inom de tre vattenlagren där ljus är tillgängligt. Koncentrationen av upplöst syre minskar djupet av en kropp av vatten ökar. Vattenlivet absorberar löst syre, medan koldioxid uteslutes.
Fosfor och kväve är viktiga näringsämnen i vattensystemet. Även om de flesta studier fokuserar på ammoniak, nitrit och nitrat som kvävekällor i vattnet finns kväve i gasform i vattensystemet. Kvävekoncentrationen är vanligtvis hög under hösten och vintermånaderna och lägre under vår och sommarmånader. På grund av den lilla koncentrationen av fosfor i vattenkroppar anses fosfor vara den begränsande faktorn i växtplanktonets tillväxt. Upplöst fosfor har en särskiljande ekosystemcykel.
Biologiska egenskaper hos ett akvatiskt ekosystem
Limnologi klassificerar alla vattenkroppar enligt deras trophic state index. Det trofiska tillståndsindexet bestäms av mängderna fosfor och kväve, bland annat näringsämnen. Eutrofiska sjöar har höga näringsämnen och karaktäriseras av hög produktivitet. Oligotrofiska sjöar har låga näringsnivåer och kännetecknas av låg primärproduktion. Dystrofa sjöar har gulbrunt eller tefärgat vatten och höga humicemängder. Eutrofiering av en sjö kan resultera i ökad produktion av alger.
