Hidroekologija

Uvod

Sve pojave u atmosferi, litosferi i biosferi odigravaju se uz učešće vode. Voda je vrlo rasprostranjena životna sredina. Predpostavlja se da na površini Zemlje ima otprilike 1,6 milijardi km3 vode, ali kao što je poznato količina vode nije ravnomerno raspoređena. (Matoničkin & Pavletić 1972).

Voda je važna kao rastvarač za neorganske i organske hranljive materije, produkte metabolizma i zahvaljujući tome ona je osnova života na zemlji. Molekuli vode učestvuju u važnim fiziološkim procesima: u procesu fotosinteze ona je donor vodonika, a u ćelijskom disanju je jedan od krajnjih produkata. Voda obezbeđuje koloidno stanje u protoplazmi i neophodna je komponenta u termoregulaciji živih ćelija. Ona je neophodna za održavanje strukturnog jedinstva ćelija, tkiva i celog organizma.

Izuzetan biološki značaj vode proističe iz njenih fizičkih i fizičko-hemijskih svojstava, od kojih će neka biti detaljnije objašnjena u daljem tekstu.

Predmet i podela hidroekologije

Biologija (od grč. bios – život, logos – nauka) je nauka o živim organizmima. Ekologija (od grč. oikos – dom, stanište, logos – nauka) je nauka koja proučava odnose organizama i životnih zajednica (biocenoza) prema uslovima spoljašnje sredine, kao i uzajamne odnose između živih bića (Janković, 1979). Pojam “ekologija” prvi je u nauku uveo nemački naučnik i biolog ERNEST HAECKEL, 1869. godine. Hidrobiologija (od grč. hydro – voda, bios – život, logos – nauka) je nauka o vodenim ekosistemima u kojoj se istražuje njihova struktura i funkcija; proučavaju biološke karakteristike hidrosfere, uticaje koje vodena sredina ima na živi svet kao i međusobne uticaje organizama u vodi. Hidrobiologija izučava karakteristike i prilagođenosti pojedinih vodenih organizama prema uslovima staništa, njihovu prostornu i vremensku distribuciju. Smatra se da je hidrobiologija, zajedno sa mnogobrojnim drugim disciplinama, primenjena nauka hidrologije (SCHWOERBEL 1970). Hidroekologija je disciplina ekologije koja izučava ekologiju vodenih ekosistema, pri čemu posebnu pažnju posvećuje akvatičnim organizmima. Savremena ekološka istraživanja teže da u sebi integrišu metode mnogih bioloških disciplina, tako da se termini hidroekologija i hidrobiologija mogu smatrati sinonimima.

Postoje brojne naučne discipline koje izučavaju vodu sa različitih aspekata. Pa tako srećemo pojmove kao što su: hidrotehnika (od grč. hidro voda, od lat. technicus – učitelj veština) – tehnička nauka koja se bavi projektovanjem, izgradnjom i eksploatacijom hidrotehničkih objekata; hidrologija (od grč. hidro – voda i logos – nauka) je nauka koja se bavi izučavanjem vode na površini ili u dubini zemlje, njenom pojavom, raspodelom, cirkulacijom, kako na površini, tako i u prostoru, njenim biološkim, fizičkim i hemijskim osobinama, njenim uzajamnim dejstvom sa prirodnom sredinom. Hidrologija je blisko povezana sa drugim naučnim disciplinama – meteorologijom i geologijom. Hidrohemija je naučna disciplina koja proučava hemijski sastav prirodnih voda i njegovu promenu u prostoru i vremenu, kao i procese koji se odigravaju u vodenoj sredini; to je hemija hidrosfere. Hemijski procesi koji se dešavaju u prirodnim vodama su jedinstveni i podvrgavaju se opštim zakonima, sa razlikom što u

1

svakom konkretnom slučaju mogu da budu različitog intenziteta i pravca (DIMITRIJEVIĆ 1988).

Osnovne naučne discipline hidroekologije

Slično podeli ekologije, prema tipu izučavanja hidroekologija može se podeliti na dve discipline: autohidroekologija i sinhidroekologja. Autohidroekologija (idiohidroekologija) izučava odnose pojedinih organizama prema spoljašnjoj sredini, a sinhidroekologija izučava odnos vodenih životnih zajednica prema faktorima sredine, tj. izučava zakonistosti i pojave u životu životnih zajednica vodenih ekosistema.

Prema predmetu proučavanja u savremenoj literaturi hidroekologija se deli na dve osnovne discipline: okeanologiju (od grč. ocean – veliko svetsko more, logos - nauka ) – predmet pručavanja su okeani i mora i limnologiju (od grč. limne – jezero, logos - nauka) – koja proučava kopnene, uglavnom slatke jezerske vode. Bavi se ispitivanjem fizičko-hemijskih karakteristika, biologijom i geologijom kopnenih voda. Osim već nabrojanih naučnih disciplina treba spomenuti i druge koje spadaju u okvir hidroekologije: potamologija (od grč. potamos - reka, logos - nauka) – bavi se izučavanjem reka, rečica i potoka. Potamologija je zajedničko i dodirno polje geomorfologije, hidraulike i hidrologije. Talmatologija (od grč. telma – močvara, logos - nauka) – bavi se izučavanjem močvara u područjima u kojima problemi močvara imaju veći praktični značaj. Glaciologija (od lat. glacies – led, od grč. logos - nauka ) – bavi se proučavanjem kretanja ledenih masa.

Razvoj hidroekologije u Srbiji

Pioniri hidroekoloških (limnoloških) istraživanja u Srbiji bili su akademici i profesori Univerziteta u Beogradu: prof. dr Siniša Stanković, prof. dr Stevan Jakovljević i dr Đorđe Protić, koji su u periodu između 1930 i 1940. godine objavili nekoliko hidrobioloških studija o biocenozama kanala Vojvodine, rekama: Dunav, Sava, Tisa i akvatičnih biotopa okoline Beograda. Posle II svetskog rata Univerziteti u Beogradu i Novom Sadu postaju centri razvoja hidroekologije. Poslednjih godina prošlog veka i Univerzitet u Kragujevcu razvija hidrobiološka istraživanja. Danas u Srbiji postoji veliki broj naučnika koji se bave hidroekologijom.

Poreklo vode na Zemlji

O poreklu vode na Zemlji postoji više teorija. Poslednja naučna istraživanja ukazuju da je najvećim delom voda na Zemlji poreklom iz svemira, a da se jedan manji deo obrazovao prilikom formiranja same planete. Voda je na Zemlju dospela meteorima i asterioidima. U ostacima meteora koji je nedavno pao na Zemlju, osim gline ustanovljeno je čak 20% vode. Meteori sadrže i do 70% vode, a kruže u spoljašnjem prstenu oko Sunca. Intenzivno “bombardovanje” (meteorski pljusak) i formiranje praokeana trajalo je 150 miliona godina nakon formiranja čvrste Zemljine kore, odnosno pre 4,4 milijarde godina. Za to vreme Zemlja je bombardovana 5 do 30 puta u minuti, a težina zamrznutih supstanci (H2O, CO2, N2) je bila oko 30 – 40 tona.

Prvobitni okean je bio zelene boje zbog prisustva znatne količine gvožđa, koji vodi poreklo iz Zemljinog jezgra. Takva boja i hemijski sastav zadržali su se oko milion godina, dok se nisu formirali uslovi za evoluciju fotosintetičkih organizama. Prvi fotosintetički organizmi su u procesu fotosinteze oslobađali kiseonik koji se sjedinjavao

2

sa gvožđem gradeći gvožđe(III)-oksid (Fe2O3) koji se taložio u vidu sedimenata crvene boje. Danas se crvene sedimentne stene mogu zapaziti na svim kontinentima, a najveća prostranstva se nalaze u Australiji. Tek nakon potpunog taloženja oksida gvožđa okeani su dobili današnju plavu boju. Fotosintetički organizmi postepeno pune okeane kiseonikom čime se stiču uslovi za evoluciju životinja, a kako se kiseonik oslobađa i u atmosferu, stiču se uslovi za nastanak života i na kopnu.

Značaj kopnenih voda

Kao i sva druga živa bića na planeti ni čovek ne može da opstane bez vode, s tom razlikom što je količina vode koju čovek koristi za svoje potrebe znatno veća nego što je to kod drugih živih bića. Broj stanovnika na Zemlji neprekidno raste. Procenjuje se da se ljudska populacija uvećava dnevno za 200 000 jedinki.

Dnevne fiziološke potrebe čoveka za vodom su individualne i zavise od različitih faktora: fizičke aktivnosti, uzrasta, zdravstvenog stanja, pola i drugo. Prema US National Research Council neophodna dnevna potrebna količine vode za žene iznosi 2,7 litara, a za muškarce 3,7 litara (uključujući i vodu iz hrane), pod optimalnim uslovima sredine. Čovek vodu unosi u organizam u obliku vode za piće ili putem napitaka i hrane, a izbacuje vodu preko urina, fecesa, znojenja i isparavanja putem disanja. Stvarne potrebe čoveka za vodom su mnogo veće. Osim za svoje fiziološke potrebe čovek je koristi za pripremanje hrane, održavanje lične higijene, za pranje posuđa, odeće, obuće, okruženja, ulica itd. Ipak najveće količine vode koja se upotrebi odlazi na poljoprivrednu i indistrijsku proizvodnju.

Prema podacima OECD-a najveći potrošači vode ubedljivo su stanovnici SAD, koji troše približno 2 000 m3 vode po stanovniku godišnje (od ljudskih aktivnosti najveći potrošači vode su održavanje golf igrališta i pranje automobila), a potom slede Kanada sa 1 600 m3 vode po stanovniku godišnje, Francuska, Nemačka. Samo u Kanadi se od 1980. godine potrošnja vode povećala za 25,7%, kao i u većini zemalja OECD-a. Ipak čak 9 zemalja, članica OECD-a, od 1980. godine, smanjuju svoju ukupnu potrošnju vode: Švedska, Holandija, SAD, UK, Češka, Luksemburg, Poljska, Finska i Danska.

Stanovnici Srbije, prema zvaničnim podacima, dnevno u proseku troše 250 - 300 litara vode, što se ocenjuje kao „rasipničko ponašanje”. Prosečna potrošnja vode u većini evropskih zemalja kreće se između 120 i 150 litara, dok Amerikanci dnevno troše oko 200 litara vode. U sanitarnom čvoru jedna osoba dnevno potroši 30-50 litara vode, kroz česmu koja lagano kaplje, dnevno istekne 70 litara vode, a neispravna česma mesečno „rasipa” 2.000 litara vode, dok neispravan kotlić „troši” dnevno koliko je četvoročlanoj porodici potrebno za održavanje lične higijene. Naša visoka potrošnja, nažalost, nije posledica intenzivnog održavanja lične higijene, već, doslovce – rasipanja i neracionalne potrošnje.

Količina raspoložive vode za ljudsku upotrebu je mnogo manja nego što su stvarne potrebe. Podzemne vode, izvori, reke i akumulacije predstavljaju najčešće izvore vode za ljudske potrebe. Čak 95% korištene vode u SAD su podzemne. U pojedinim delovima SAD, procenjuje se da će se sa današnjom potrošnjom iscrpeti ovi resursi za narednih 25 godina.

Ni raspoloživa voda nije uvek dovoljno dobra. Približno 1 milijarda ljudi širom sveta koristi neispravnu vodu za piće. Loš kvalitet vode za piće i loši sanitarni uslovi ubijaju 5 miliona ljudi godišnje širom sveta.

Oko 100 miliona ljudi u Evopi, a posebno u evropskim zemljama u tranziciji, nema direktan pristup čistoj vodi za piće i za potrebe u domaćinstvu. U tim oblastima

3

česti su izveštaji o mikrobiološkim oboljenjima koja se prenose vodom. Povremeno se i u drugim delovima Evrope javljaju infekcije koje se prenose vodom.

Stoga je neophodna zaštita kopnenih voda ne samo u okviru pojedinačnih zemalja već i na globalnom nivou, jer mesto i uloga kopnenih voda je veoma važna u prosperitetu i razvoju ljudske populacije. Samo planskim, višenamenskim, racionalnim korišćenjem slatkovodnih resursa i primenom “održivog razvoja” moguć je prosperitet ljudske populacije. “Održiv razvoj” podrazumeva razvoj društva na osnovu uzdržanog korišćenja prirodnih resursa, koje obezbeđuje i budućim generacijama bar isti nivo korišćenja istih. Održivi razvoj možemo nazvati uravnoteženim razvojem jer, bar u slučaju obnovljivih resursa, podrazumeva ravnotežu između uzimanja i obnavljanja.

Samo ograničavanje iskorištavnja vodnih resursa nije dovljno. Potrebna je i zaštita, odnosno preduzimanje mera koje bi sprečile ili ublažile faktore koji neposredno ugrožavaju prirodne vrednosti. Zaštita se obično sprovodi putem zakona u vidu zabrana ili ograničavanja eksloatacije. Zaštita priodnih dobara predstavlja skup mera i postupaka koji imaju za cilj da se prirodni ekosistemi u najvećoj mogućoj meri zaštite od čovekovog delovanja. Uglavnom nagli društveni razvoj koji je neusaglašen sa raspoloživim prirodnim resursima dovodi do degradacije, zagađenja pa čak i potpunog uništenja prirode u okruženju.

Veoma često slatkovodni resursi se višenamenski koriste: za vodosnabdevanje, za proizvodnju energije, za ribolov, turizam i rekreaciju, čime je uloga kopnenih voda još značajnija, a kontrola i zaštita ovih ekosistema teža.

Hidrosfera

Hidrosfera (od grč. hydro – voda, sfera – lopta) je ukupna masa vode koja se nalazi iznad, ispod i na površini Zemlje kao planete. Popularni naziv “plava planeta” za Zemlju potiče od najšire rasprostranjenog jedinjenja – vode, što se može videti iz svemira. Čak 70,8% njene površine prekriveno je vodom (od kojih 97% čine mora i okeani, a 3% slatkovodne vode), sa srednjom dubinom od 3800 metara. Voda se na Zemlji nalazi u sva tri agregatna stanja: u obliku leda, vodene pare i u tečnom stanju.

Postoji nekoliko teorija kako je nastala hidrosfera na Zemlji. Naša planeta sadrži proporcionalno više površinske vode nego slična planetarna tela unutar sunčevog sistema. Oslobađanje vode iz unutrašnjosti Zemlje je nedovoljno da se razjasni velika količina vode. Najpopularnija hipoteza koju prihvata većina savremenih naučnika je da je u ranom periodu Zemlja bila bombardovana kometama i asteroidima koji su bili bogati vodom. Najveći deo današnje vode koja je na površini, potiče iz najudaljenijih delova solarnog sistema, kao što su trans-Neptunovi objekti. Tokom istorije Zemlja je prolazila više puta kroz periode ledenih doba kada je hidrosfera bila “zarobljena” u obliku leda.

Količina i raspored vode u biosferi

Voda na Zemlji nije ravnomerno raspoređena (Tab. x). Najveća količina vode, 97% nalazi se u svetskom moru, 2% slatkovodne, kopnene vode je zarobljeno u polarnom ledu i glečerima, a manje od 1% ukupne količine vode na Zemlji se nalazi u slatkovodnim jezerima i rekama (0,00809 %).

Tabela x. Raspored vode u biosferi

4

Zapremina (103 x km3) % od ukupnekoličine vode

Okeani 1 370 000 97,61

Polarni led, glečeri 29 000 2,08

Podzemna voda 4 000 0,29

Slatkovodna jezera 125 0,009

Slana jezera 104 0,008

Zemljišna vlaga 67 0,005

Reke 1,2 0,00009

Atmosferska voda 14 0,0009

Kruženje vode

Kruženje vode na Zemlji je kretanje vode kroz hidrosferu. Voda na svom putu kruži kroz litosferu, atmosferu, hidrosferu i biosferu menjajući sva tri agregatna stanja.

Najveća količina vode na Zemlji se nalazi u okeanima (97%), sa čije površine pod uticajem sunčeve toplote isparava, u obliku vodene pare, u atmosferu, gde se pod uticajem hladnih vazdušnih masa zgušnjava u oblake. Voda se u atmosferi ne zadržava dugo, najduže nedelju i po dana (Slika X). Iz oblaka se u vidu padavina (kiša, susnežica, sneg, grad) voda vraća nazad na kopno i u okeane ili u vidu kondenzata (rosa, slana). Na kopnu deo dospele vode isparava, otiče po površini kopna ili ponire u njene dublje slojeve. Deo vode sa kopna biva zahvaćen od strane biljaka i životinja, iz kojih se oslobađa isparavanjem i izlučivanjem.

Kruženje vode na Zemlji obuhvata nekoliko procesa kao što su: evaporacija, kondenzacija, precipitacija, oticanje, inflitracija, sublimacija, transpiracija, izlučivanje, otapanje i kretanje podzemnih voda.

Najveći deo površinske i zemljišne vode (oko 80%) se vraća u atmosferu evaporacijom. Evaporacija je fizički proces isparavanja vode koja se nalazi u kontaktu sa atmosferom. Nastaje usled raskidanja vodoničnih veza između molekula vode, za šta je potrebna relativno velika količina energije (539,6 cal/g za isparavanje vode i 679 cal/g za isparavanje leda), mnogo veća nego za topljenje leda (9,72 cal/g). Isparavanje vode sa površine biljaka u vidu vodene pare je fiziološki proces i naziva se transpiracija. Za razliku od evaporacije, transpiracija je kontrolisan proces i ne zavisi samo od uslova sredine već i od morfofizioloških osobina biljke. Čak 90% vlage u atmosferi potiče od evaporacije, a samo 10% od transpiracije. Evapotranspiracija je zbir evaporacije i transpiracije sa neke površine na Zemlji. Deo vode akumuliran u životinjama se odstranjuje evaporacijom, ali najvećim delom izlučivanjem putem urina, znoja i fecesa. Led i sneg na površini zemlje se pod uticajem viših temperatura otapaju i prelaze iz čvrstog u tečno stanje. Direktno isparavanje leda u vodenu paru naziva se sublimacija. Kondenzacija je pretvaranje vode iz gasovitog u tečno stanje. Kondenzacijom nastaju padavine (kiša, susnežica, sneg i led) u atmosferi iz oblaka u procesu precipitacije. Na kopnu prilikom naglog smanjenja temperature vazduha vodena para iz atmosfere se

5

kondenzuje i tako nastaje rosa ili slana. Precipitacija je proces stvaranja padavina, gde se vodena para kondenzuje i u vidu padavina vraća nazad na površinu Zemlje. Reke, rečice i potoci, deo vode dospele putem padavina oticanjem vraćaju nazad u mora i okeane. Procenjuje se da godišnje na površinu kopna padne oka 110 000 km3 vodenog taloga, međutim samo jedna trećina (42 600 km3) ove vode otiče svetskim rekama, dok preostale dve trećine vode (65 200 km3) se vraća u atmosferu evapotranspiracijom. Infiltracija je proces gde se deo vode dospele na površinu kopna zadrži u zemljištu u njegovim porama. Ovakvu vodu tada nazivamo zemljišna voda. Deo neinfiltrirane vode u zemljištu, ponire u dublje slojeve kopna, gde formira podzemne vode.

Globalni balans vode nam ukazuje da se sa površine okeana u atmosferu evaporacijom oslobađa veća količina vode nego što se vraća u obliku padavina (Slika x). Na površini kopna je suprotna situacija. Veća količina vode dospeva u obliku padavina nego što se sa njega vraća putem evapotranspiracije u atmosferu. Globalni balans je do skora veoma malo varirao. Usled uticaja čoveka u vidu globalnog zagrevanja, navodnjavanja, izgradnje akumulacija, povećane industrijske i komunalne potrošnje došlo je do poremećaja vodnog balansa. Kontinentalna evaporacija je poslednjih 30 godina povećana od 3 do 10%, a 50% za poslednjih 70 godina (Wetzel 1975). Proces kruženja vode ovim aktivnostima je ubrzan na kopnu, a manipulacija površinskim vodama će neminovno dovesti do nepovratnih promena klime na Zemlji. Promene regionalnih klimatskih uslova dovešće do naglih promena velikih rečnih sistema i enormnog povećanja količine površinske vode i evaporacije. Deo “zarobljene” vode sa velikih dubina u kopnu, eksploatacijom od strane čoveka uključen je danas u ciklus kruženja vode. Ovakve nepovratne promene od strane čoveka izazivaju već danas značajne klimatske poremećaje.

6

Slika x. Kruženje vode i vreme obnavljanja vodnih resursa

7

Količina i raspored kopnenih voda

Kopnene vode predstavljaju masu vode koja se nalazi na površini Zemlje. Ove vode mogu imati vezu sa svetskim morem putem reka koje se ulivaju u mora i okeane ili mogu biti izolovane od drugih vodenih masa, kao na primer neka jezera i mora (Kaspijsko more).

Količina slatkovodne vode na Zemlji je veoma mala u odnosu na količinu vode u okeanima, ali na sreću njihovo vreme obnavljanja je relativno kratko (Tabla x). Kopnene vode pokrivaju oko 2% površine Zemlje, od kojih na reke i jezera otpada svega 0,009%. Raspored kopnenih voda je vrlo neravnomeran. Najveći procenat kopnenih voda skoncentrisan je u velikim, dubokim jezerima koji se uglavnom nalaze na severnoj hemisferi Zemlje. Čak 20% ukupne količine slatkovodne vode otpada na Bajkalsko jezero (Rusija), sa prosečnom dubinom od 740 m, a maksimalnom dubinom od 1620 m, ukupne površine 31 500 km2. Ipak, najveće kopnene vode su slane, to su Kaspisjko i Crno more (Slika x).

Slika x. Wetzel, str.15. Najveće kopnene vode na svetu.

Reka je veliki prirodni vodotok. Od izvora do ušća u drugu reku, jezero ili more, reke primaju vodu od pritoka i svojim tokom stvaraju rečno korito. Najduže reke na svetu su Amazon, ukupne dužine 7100 km, sa površinom sliva 5965000 km2; Nil, ukupne dužine toka 6671 km, sa površinom sliva od 2870000 km2; Jangcekjang – 6300 km (1818000 km2); Misisipi – 5969 km (3229000 km2); Hoangho – 5969 km (752000 km2). Naša reka Dunav zauzima 18. mesto po dužini toka na svetu - 2850 km, sa ukupnom površinom sliva od 817 000 km2.

Podela kopnenih voda Podela kopnenih voda se može izvršiti prema kretanju vode u njima, položaju na

Zemlji, hemijskom sastavu, temperaturi itd. U odnosu na brzinu toka razlikujemo tekuće

8

i stajaće kopnene vode. U odnosu na svoj položaj na kopnu razlikujemo površinske i podzemne kopnene vode. Prema hemijskom sastavu, odnosno količini rastvorenih soli kopnene vode se mogu podeliti na slatke i slane vode. Vode koje imaju povišenu temperaturu, nazivamo termalnim vodama.

Tekuće vode se mogu podeliti na brzotekuće i sporotekuće.U tekuće vode spadaju: reke, potoci i potočići. Površina kopna koja se prirodno oceđuje u vodeni tok predstavlja sliv.

Stajaće vode su vode u kojima voda uglavnom miruje. Ovo ne znači da u stajaćim vodama nema apsolutnog kretanja vode. Stajaće vode se međusobno razlikuju po načinu postanka, veličini, dubini i fizičko-hemijskim uslovima koji u njima vladaju. Zbog toga ih naseljavaju različiti biljni i životinjski organizmi. U stajaće vode se ubrajaju sve vrste jezera i male stajaće vode kao što su bare, ritovi, plavne zone - kubici, močvare, kanali, ribnjaci. Pojedine stajaće vode u potpunosti presušuju u sušnim periodima godine. Takve vode nazivamo efemerne. U ovu grupu spadaju osim već nabrojanih i lokve i barce. Efemerne vode naseljavaju organizmi adaptirani na povremeni nestanak vode.

Kopnene vode Srbije

Povoljni prirodni uslovi na teritoriji Srbije uslovili su postojanje više hiljada vodotoka čija ukupna dužina iznosi 65 980 km ili prosečno 747 m/km2. Stvarna gustina rečne mreže je veoma neujednačena, od prosečno 120 m/km2 na kraškim terenima do 3500 m/km2 u slivovima od serpentina. U našoj zemlji samo 11 reka su duže od 200 kilometara. To su naše velike reke koje su svoj današnji izgled stekle uglavnom krajem ledenog doba ili približno pre 11 500 godina (Gavrilović & Dukić 2002).

Reke Srbije otiču u tri mora: Crno, Jadransko i Egejsko more. Morski slivovi se međusobno razlikuju po svojoj veličini i hidrologiji, što je uzrokovano raznolikim klimatskim prilikama, uslovima oticanja padavina i geološkim sastavom terena.

Crnomorski sliv obuhvaaa 81 703 km2 ili 92,46% ukupne površine Srbije. Prosečna nadmorska visina sliva iznosi 470 m, a najviša kota je vrh planine Hajle 2400m, u izvorištu Ibra, a najniža kota je na ušću Timoka – 30 m, što je istovremeno i najniža tačka u Srbiji. U okviru ovog sliva nalaze se i najduže reke u Srbiji: Dunav, Tisa, Sava, Velika Morava, Mlava, Pek i Timok. Ove reke imaju velike proticaje vode pa su stoga značajne za privredno iskorištavanje (hidroenergija, navodnjavanje i plovidba). Međutim u slivovima ovih reka pojavljuju se i najveći vodoprivredni problemi kao što su poplave, erozija tla sa pojavom vododerina i bujica i zagađenje, koji postaju ograničavajući faktori u racionalnom iskorištavanju reka i održivom razvoju Srbije.

Jadranski sliv se prostire na 4732 km2 ili 5,36% površine Srbije. On obuhvata Metohijsku kotlinu sa njenim planinskim obodom u kojoj se nalazi sliv Belog Drima. Najviša kota jadranskog sliva je vrh planine Đeravice – 2656 m, a najniža je na izlazu Belog Drima u Albaniju – samo 270 m. Prosečna nadmorska visina sliva je 820 m.

Egejski sliv obuhvata 1 926 km2 ili 2,18% ukupne površine Srbije. Njegova prosečna nadmorska visina iznosi 825 m. Najviša kota je vrh Ljuboten na Šar-planini – 2 496 m (na samoj granici Srbije i Makedonije), a najniža na izlazu Lepenca iz Srbije – 315 m. Glavne reke su Lepenac i Pčinja, leve pritoke Vardara i Dragovištica, desna pritoka Strume.

Interesantno je napomenuti da se granica između Crnomorskog i Egejskog sliva spušta od Drmanske glave u Kosovo polje, gde je u potpunoj ravnici neodređeno, tako da voda reke Nerodimke jednim krakom otiče u Sitnicu (sliv Crnog mora), a drugim u Lepenac (sliv Egejskog mora). Takva pojava se naziva bifurkacija.

9

Za razliku od potoka i reka, običnih i termomineralnih izvora, kojih ima gotovo u svim delovima Srbije, jezera je mnogo manje. Prirodnih jezera ima veoma malo, za razliku od veštačkih čiji broj neprestano raste. Prirodna jezera u Srbiji su baseni nastali monogenetski (radom jednog geomorfološkog agensa), dok poligenetskih nema. Najpoznatija prirodna jezera u Srbiji su: lendička jezera u najvišim delovima Šar-planine i Prokletija, jezero Balta Alušontu kod Donjeg Milanovca, Zavojsko jezero na Visočici nedaleko od Pirota, Blacko i Oblačinsko jezero između Niša i Prokuplja, jezera na severu Bačke – Palićko, Ludoško, Krvavo i Slano jezero. O postojanju većeg broja prirodnih jezera u Srbiji u ranijoj geološolkoj prošlosti svedoče velike naslage uglja, gline, peska i drugih jezerskih sedimenata u Panonskom basenu, Niškoj i Pirotskoj kotlini, Vlaško-pontijskom basenu, u slivu Kolubare itd.

Veštačkih jezera u Srbiji ima mnogo. Ona se međusobno razlikuju prvenstveno prema svojoj prvobitnoj nameni (za hidroenergetiku, za vodosnabdevanje naselja i industrije, za uravnoteženje proticaja, za zaustavljanje poplavnog talasa, za zadržavanje vučenog nanosa, za poboljšavanje plovidbe, za privredni ribolov, za rekreaciju i turizam). Najpoznatija veštačka jezera su: Đerdapsko, Vlasinsko, jezero Bajina Bašta, Zvorničko, Sjeničko, Zlatarsko, Radoinjsko, Potpeć, Ovčarsko-kablarsko, Međuvršje, Parmenačko, jezero, Vrutci, Grošničko, Dulensko, Gruža, Garaši, Bovansko, Barje, Ćelije, Selova, Borsko, Grliško, Sovinac, Batlavsko, Gazivode, Pridvorica, Zobnatica, Borkovac i druga.

U Srbiji su gotovo sva jezera slatkovodna, a izuzetak čine Krvavo i Slano jezero kod Subotice koja se mogu uvrstiti u grupu slanastih jezera. Jedino naše pravo slano jezero je Rusanda kod Melenaca.

BareKanali

Slatkovodni ekosistemi – specifičnosti, starost, evolucija i sukcesije

Vodeni ekosistemi se u mnogome razlikuju od terestričnih ekosistema. Najvažniji ekološki faktori se u potpunosti razlikuju kao što su: toplotni kapacitet, gustina, svetlost, rastvoreni gasovi itd). U okviru vodenih ekosistema prema količini rastvorenih soli u vodi razlikujemo dve grupe: slatkovodne i slane vodene ekosisteme.

Slatkovodni i slani vodeni ekosistemi se međusobno razlikuju prvenstveno po količini rastvorenih soli (Tabela x).

Tabela x. Količina rastvorene soli u različitim vodenim ekosistemima.

salinitet vode izražen u ‰slatka voda manje od 0,5brakična voda 0,5 – 30morska voda 30 – 50slana voda više od 50

Slatkovodni ekosistemi se razlikuju u odnosu na ostale ekosisteme po brojnim ekološkim faktorima: toplotni kapacitet, gustina, nutrijenti, brzina toka, providnost, hidrostatički pritisak. Ove razlike uslovljavaju pojavu karakterističnog živog sveta.

U toku razvoja Zemlje kao planete, kopnene vode nastale su sekundarno, nakon razvoja kopnenih masiva koji su se izdizali iznad površine mora. Kopnene vode postale su najvećim delom od padavina ili otapanjem lednika. Po formiranju kopna padavine su se zadržavale na njegovoj površini stvarajući reke i jezera. Na kopnu su se međutim

10

događale stalne promene klimatskih faktora, tako da je kroz istoriju Zemlje dolazilo i do stalnih promena položaja i sastava kopnenih voda.

Kopnene vode nastaju i iščezavaju u relativno kratkom vremenskom roku. Promene koje se u njima dešavaju mogu se pratiti. Najbrže promene se događaju u donjim tokovima reka. Tako na primer, reka Tisa je više puta menjala svoj pravac kretanja u svom donjem toku (kroz našu zemlju). Posle promena toka koje se događaju posle velikih poplava, dolazi do spontanog odsecanja pojedinih delova reke – stvaraju se meandri i tako nastaju rečna jezera – mrtvaje. U početku mrtvaje mogu imati kontakt sa rekom u vreme visokih voda, ali vremenom usled “udaljavanja” matice reke kontakt se gubi. Tokom vremena ova jezera se sukcesivno menjaju, zasipaju i prelaze u starače – plitke bare koje u potpunosti presuše posle izvesnog vremena. Na taj način jedan vodeni ekosistem u potpunosti prelazi u terestričan. Ovi procesi su nekada brži ili sporiji, što zavisi od mnogobrojnih faktora, prvenstveno klimatskih.

Većina jezera tokom vremena presušuju, nivo vode ima se smanjuje i u budućnosti će u potpunosti nestati. Takav je slučaj sa Prespanskim jezerom (Makedonija), Bodenskim i Ženevskim jezerom (Švajcarska).

Sukcesije jezerskog tipa

Sukcesije su postepene promene. Promenom klime, pod uticajem čoveka ili pod uticajem samih članova biocenoze, ili dejstvom svih ovih faktora zajedno mogu se bitno promeniti uslovi sredine u nekom jezeru ili drugim stajaćim vodama što ima za posledicu promenu sastava životne zajednice. Promene ekoločkih faktora i ekosistemu više ne moraju odgovarati već postojećim članovima zajednice koji tu žive. Tada dolazi do postepene smene, sukcesije, kada se jedna životna zajednica zamenjuje drugom, kvalitativno i kvantitativno različitom zajednicom. Najbolji primer za razumevanje sukcesivnih promena su sukcesije jezerskog tipa (Slika x).

11

Usled taloženja nanosa jezerskih pritoka, organskih matreijala, nanosa vetra, taloženja krečnjačkih ljuštirica uginulih životinja, jezero male organske produkcije, koje je duboko i bistro postepeno se menja. U toku dužeg vremenskog perioda dolazi do izdizanja njegovog dna usled nataloženog mulja. Jezero je sve pliće, čime se uslovi u njemu menjaju. Tempreatura je sve viša, razmena gasova i količina svetlosti se menja, što pogoduje bujanju živog sveta, naročito fitoplanktona i makrofitske vegetacije. Proces taloženja mulja teče brže što je organska produkcija jezera veća. Tako od oligotrofnog jezera postaje vremenom eutrofno. Proces se nastavlja do konačnog prelaska jezera u močvaru, kasnije i do pojave livadske zajednice.

Brzina sukcesivnih promena je veoma različita u svakom pojedinačnom slučaju. Smatra se da starost Bodenskog jezera u Švajcarskoj iznosi 12 000 godina i da će približno isto toliko vremena biti potrebno da ono nestane usled prirodnih sukcesivnih promena, a što podrazumeva obrastanje makrovegetacijom, prelaskom u močvaru, i na kraju livadu i šumu.

Okeani i mora

Svetsko more zaizima 97,6% naše planete. Prosečna dubina svetskog mora je oko 3795 m i izdeljeno je na četiri okeanska bazena: Tihi (Pacifik), Atlanski, Indijski i Arktički okean. Svi okeani su međusobno povezani i čine jedinstvenu celinu. Okeani obihvataju 88,5%, a mora 11,5% ukupnog svetskog mora. Najveći okean je Tihi okean.

Okeani su velike vodene površine sa velikom dubinom. Okeanske dubine se kreću i preko 11000 m.

Mora su mnogo manja od okeana i slabije međusobno povezana. Najveće more je Karipsko (Srednja Amerika). Razlikujemo nekoliko tipova mora prema položaju i stepenu povezanosti:

Ivična mora – se nalaze po obodu velikih okeana. Na primer: Arapsko, Bengalsko i Severno more.

Sredozemna mora su uvučena unutar kontinenata ili između kontinenata i dublja su od ivičnih mora, a komunikacija sa okeanom se obavlja preko uskih moreuza. Na primer: Sredozemno, Crveno, Karipsko, Kinesko i Japansko more.

Unutrašnja mora su u kontinentima i otvaraju se prema nekom drugom moru, odnosno nemaju direktnu komunikaciju sa okeanom. Na primer: Crno i Baltičko more.

Zatvorena mora nemaju komunikaciju sa drugim morima, pa se često nazivaju i kao slana jezera. To su: Aralsko i Kaspijsko more.

U odnosu na temperaturu vode, mora se dele u četiri osnovne grupe: Polarna mora – temperatura je uvek niža od 5oC. Subpolarna – temperatura vode je niža od 10 oC, a obično se kreće oko 8

oC Umerena mora – temperatura je između 8 i 23 oC, a među njima se

razlikuju umereno hladna (8-18 oC) i umereno toplamora (12-23 oC). Tropska mora – temperatura je uvek iznad 23 oC.

12

Fizičke karakteristike kopnenih i morskih voda

Fizičke osobine vode

Fizičke osobine vode obuhvataju građu njenog molekula, agregatna stanja vode - gustinu i viskozitet, optičke osobine vode (providnost, boja, osvetljenost), miris, ukus i njena toplotna i električna svojstva.

Građa molekula vode

Molekuli vode se sastoje od atoma kiseonika za koji su čvrsto vezana dva atoma vodonika. Molekul vode je trouglaste strukture, sa uglom od 104,50 između O i 2H (Slika 1).

Slika 1. Atomska struktura molekula vode koji se sastoji od dva vodonikova atoma (H) i jednog atoma kiseonika (O).

Zbog velike razlike u koeficijentu elektronegativnosti između kiseonika i vodonika, molekul vode je izrazito dipolnog karaktera. Pozitivan kraj jednog molekula privlači negativan kraj drugog nakon čega se između njih obrazuju vodonične veze. Tako povezani molekuli u prostoru su tetraedarski raspoređeni (WETZEL 1975). Prostu formulu H2O ima molekul vodene pare (hidroli – jedan molekul vode). Već u tečnom stanju voda se sastoji od smeše hidrola, dihidrola i trihidrola. U ledu preovlađuju molekuli trihidrola koji imaju najveću zapreminu, dok prostih nesjedinjenih molekula vode nema.

H2O – hidrol(H2O)2 – dihidrol

(H2O)3 – trihidrol

Gustina vode

13

Voda je jedina supstanca koja ima različite nazive za svoja tri agregatna stanja – para (gasovito), voda (tečno) i led (čvrsto) (Slika x).

Slika 2. Slika iz Biology, strana 41, slika 2 – 17. Tri različita agregatna stanja molekula vode (vodena para, tečno stanje i čvrsto - led).

Pod normalnim pritiskom voda mrzne na 0°C, a ključa na 100°C. Specifične fizičke osobine vode uslovljene su dipolnim karakterom njenih molekula koji obrazuju tetraedarske prostorne strukture. Kod leda se ovi tetraedri kombinuju poput pčelinjeg saća, što je poznato iz analize leda rendgenskim zracima. Zbog tako obrazovanih heksagonalnih kanala led u odnosu na vodu ima smanjenu gustinu. Prilikom topljenja leda dolazi do remećenja te strukture čime se povećava gustina vode. Najveću gustinu voda ima na 4°C (3.98°C). Daljim povećavanjem temperature povećava se kinetička energija molekula što dovodi do kidanja pojedinih vodoničnih veza između molekula i do daljeg smanjivanja gustine (WETZEL 1975). Gustina vode zavisi od njene temperature, mineralizacije, pritiska, količine suspendovanih čestica i rastvorenih gasova. Pri zagrevanju i hlađenju vode dešavaju se dva paralelna procesa:

1. povećanje zapremine na račun povećanja rastojanja između molekula,2. smanjenje zapremine zbog pojave sve većeg broja gušćih molekula hidrola i

dihidrola. U dijapazonu temperatura viših od 4°C intenzivniji je prvi proces, a u intervalu 0-4°C drugi. U trenutku izjednačavanja prvog i drugog procesa, što se dešava pri temperaturi od 4°C, pojavljuje se najveća gustina koja iznosi 1.0 g/cm3. Led je lakši od vode i njegova gustina pri temperaturi od 0°C je 0.9167 g/cm3, dakle manja od gustine vode na 0°C. Ova fizička karakteristika vode ima izuzetan ekološki značaj. Zimi ledeni pokrivač u vodenim basenima sprečava njihovo celokupno zamrzavanje jer se voda mrzne od površine ka

14

dubljim slojevima. Specifična toplota leda je duplo manja od vode u tečnom stanju. Zbog toga se led relativno brzo obrazuje na površini rashlađene vode na temperaturi od 0°C.

Gustina vode se približno linearno povećava i sa povećavanjem koncentracije rastvorenih soli. Voda velikog saliniteta najveću gustinu ima na nižim temperaturama od čiste vode (morska voda prosečnog saliniteta od 35 g/l ima najveću gustinu na 3,52 0C), odnosno sa povećanjem saliniteta snižava se tačka mržnjenja vode. Morska voda prosečnog saliniteta mrzne tek na – 1,91 oC.

Viskozitet vode

Viskozitet vode je unutrašnje trenje u tečnoj fazi do koga dolazi usled uzajamnog privlačenja molekula vode. Čestice ili organizmi koji se kreću kroz vodu, pasivno ili aktivno, trpe oko 100 veće trenje od onih u vazdušnoj sredini. Zbog toga aktivno pokretni vodeni organizmi za savladavanje viskoznosti (prilikom kretanja) troše veliku količinu energije (dobar primer je ako uporedimo hodanje u vodi i na kopnu). Viskoznost vode omogućava lebdenje pasivno pokretnim organizmima – planktonu (WETZEL 1975).

Toplotni kapacitet vode

Količina toplote koja je potrebna da se temperatura 1g tečne vode poveća za 1 °C, izražava se u džulima (J). Kao kod retko koje druge supstance specifična toplota je kod tečne vode izuzetno velika. Specifična toplota vode u čvrstom stanju je duplo manja. Toplotni kapacitet vode pri temperaturi od 15°C uzet je za jedinicu merenja. Voda ima najveći toplotni kapacitet među svim poznatim materijama u prirodi. On se menja nepravilno pri promenama temperature, pa je i to jedna od anomalija vode. Kod svih čvrstih i tečnih materija toplotni kapacitet se povećava sa porastom temperature, dok voda pokazuje izuzetak: on najpre opada sa porastom temperature i dostiže minimum na 30°C, a potom se povećava. Površinske vode se sporo zagrevaju i sporo hlade, pa su termalni uslovi u vodi mnogo stabilniji nego na kopnu, a velika vodena prostranstva ublažavaju klimu kopnenih područja (WETZEL 1975).

Voda ima malu molekularnu toploprovodljivost. Ona se sastoji u tome da se energija kretanja molekula u toplijim slojevima postepeno predaje molekulima dodirnih slojeva i na taj način se toplota postepeno prenosi od sloja do sloja. Toploprovodljivost leda je 2680 puta manja od toploprovodljivosti vode, a snega još manja nego leda. I ova osobina je od velikog značaja za akvatične ekosisteme, jer stvaranje leda na površini sprečava dalje hlađenje vodenih masa i to utoliko više, ukoliko je deblji ledeni pokrivač (HAUER & WALTER 1996).

Površinski napon vode

Površinski napon vode je rezultujuća sila privlačenja molekula vode koja na granici voda-atmosfera deluje upravno na površinu vode i nastoji da molekule sa površine povuče dublje u tečnost. Površinksi napon je posledica postojanja vodoničnih veza. Zbog toga se voda ponaša kao da je zatvorena elastičnom napetom prevlakom. Ta napetost deluje tako da nastoji da što više smanji površinu tečnosti u odnosu na njenu zapreminu, što se posebno uočava kod malih kapljica vode koje imaju gotovo pravilan oblik lopte. Granični sloj voda-vazduh predstavlja specifično stanište za organizme prilagođene na život u površinskom sloju koji se obrazuje dejstvom površinskog napona. Ovakvi organizmi se nazivaju – neustonski organizmi (WETZEL 1975).

15

Ukus i miris vode

Hemijski čista voda nema nikakvog ukusa ni mirisa. Ako sadrži oko 0.3‰ soli smatra se da je takva voda slatka, od 0.3 do 24.695‰ slanasta, a preko 24.695‰ slana (DUKIĆ 1984). Sa ekološkog aspekta interesantne su alge, ali i drugi organizmi, koje žive u vodama sa visokom koncentracijom soli.

Miris može da potiče od supstanci koje imaju direktan kontakt sa vodom, od podloge preko koje voda prolazi ili od supstanci koje su pale u vodu.

Geosmin je hemijsko jedinjenje koje vodi daje miris na mulj. Ovo jedinjenje stvaraju neki mikroorganizmi kao što su cijanobakterije i aktinomicete (aktinobakterija). Posle smrti ovih organizama geosmin dosepeva u vodu. Ljudsko čulo mirisa je izrazito osetljivo na geosmin.

Električna svojstva vode

Molekuli vode se odlikuju velikom postojanošću i u uslovima kada se drugi molekuli raspadaju na jone. Utvrđeno je da u jednoj toni čiste vode ima samo oko 0.1 mg jona H+ i 1.7 mg jona OH-. Zbog toga je čista voda loš provodnik elektriciteta. Veličina elektroprovodljivosti prirodnih voda zavisi od koncentracije rastvorenih soli i temperature (DIMITRIJEVIĆ 1984).

Hidrostatički pristisak

Hidrostatički pritisak je pritisak vode koji ona vrši u mirnoj tečnosti na neku površinu, bez delovanja ikakve druge spoljašnje sile, a nastaje zbog same težine vode. Hidrostatički pritisak jednak je proizvodu vodenog stuba tečnosti i njene spesifične težine. Izražava se u atmosferama (atm), odnosno po SI sistemu u paskalima (Pa), 1 atm = 101,325 Pa. Na svakih 10 metara dubine vode pritisak raste za jednu atmosferu.

Kretanje vode

Voda se u prirodi stalno kreće u većoj ili manjoj meri u zavisnosti da li se radi o stajaćim ili tekućim vodenim ekosistemima. U zavisnosti od brzine, molekularne viskoznosti i veličine toka, voda se u prirodi kreće na dva načina laminarno i turbulentno.

Laminarno kretanje je retko u prirodi i sreće se samo u podzemnim vodotokovima koji prolaze kroz sitnozrne slojeve Zemlje (DUKIĆ 1984).

Turbulentno kretanje se odlikuje neprekidnim promenama brzine kretanja po veličini i pravcu u svakoj tački toka. Dok je pri laminarnom kretanju brzina vode na dnu jednaka nuli, kod turbulentnog kretanja ona dostiže izvesnu veličinu, tako da pokreće bar najsitnije čestice nanosa. Idući od dna ka površini toka brzina vode se povećava. Takođe se brzina toka povećava od obala prema sredini toka. Voda u ravničarskim i planinskim rekama kreće se uvek turbulentno. Turbulentnim kretanjem u rekama nastaje opšte mešanje vodene mase koje je veće ukoliko je brzina toka veća. Ova pojava – mešanje vodene mase ima izuzetan hidrološki i ekološki značaj jer dolazi do izjednačavanja temperature vode i koncentracije rastvorenih soli. Poboljšava se dotok nutrijenata sa dna u slobodnu vodu čime nutrijenti postaju dostupni planktonskim organizmima (GORE 1996).

16

Kretanje vode u rečnim koritima uslovljena je uticaju sile Zemljine teže. U zavisnosti da li je rečno korito više ili manje nagnuto voda će se kretati brže ili sporije. Osim sile Zemljine teže, odnosno nagiba terena, na brzinu vode utiče i sila trenja, koja se suprotstavlja kretanju vode. Usled prisustva spoljnog i unutrašnjeg trenja, čija se sumarna veličina povećava sa dubinom vode, zbog uvećanja pritiska i gustine vode brzina vode je uvek manja od očekivane.

Kretanje vode u jezerima se razlikuje od kretanja vode u rekama. Ono može biti izazvano delovanjem talasa ili mešanjem vode u periodima cirkulacije (pod uticajem razlike u temperaturi, rastvorenih soli u vodi u različitim slojevima jezera). Pokreti vode, izazvani energijom vetra, povećavaju oscilacije i na površini vode i na različitim dubinama unutar basena samog jezera. Morfometrija jezerskog basena, struktura stratifikacije i izloženost vetru su važni faktori u kretanju vode u jezeru. Turbulencija koja nastaje iz ovih pokreta vode ima veliki značaj za živi svet i produktivnost u jezeru, za raspored organizama u vodenoj masi, za vertikalni raspored rastvorenih soli i gasova, kao i za procese sedimentacije.

Proticaj predstavlja zapreminu vode koja protekne kroz poprečni profil vodotoka u jedinici vremena. Proticaj je veoma važan element rečnog režima. Izražava se u (m3/s) ili u (l/s), dok se kod malih vodotoka, koji u sušnom periodu presušuju, proticaji izražavaju u (m3/h) ili u (l/h). Metode za merenje proticaja vode mogu biti različite i zavise od veličine vodotoka (PROHASKA 2003).

Optičke osobine vode – svetlost

Sunčeva energija je od izuzetnog značaja za sveukupnu dinamiku slatkovodnih ekosistema, pa predstavlja i jedan od najvažnijih abiotičkih ekoloških faktora. Skoro sva energija koja upravlja i kontroliše metabolizam vodenih ekosistema potiče direktno od sunčeve energije iskorištene u fotosintezi. Korišćenje ili pretvaranje sunčeve energije u potencijalnu hemjsku energiju je osnova za produktivnost i stepen heterotrofnog razvoja mikroflore i faune u vodenim ekosistemima.

Absorpcija sunčeve energije i rasipanje u obliku toplote utiču na termalnu strukturu, stratifikaciju vodene mase i modele cirkulacije u jezerima. Stoga su optičke osobine jezera i akumulacija važan regulatorni parametar u fiziologiji i ponašanju akvatičnih organizama.

Svetlost je energija sposobna da izvrši rad i transformiše se iz jednog oblika u drugi, ali se ne može ni stvoriti ni uništiti. Energija sunčevog zračenja se pretvara u potencijalnu energiju biohemijskim reakcijama kao što su fotosinteza ili toplota. Transformacija svetlosne energije u hemijsku je daleko od 100% efikasnosti u jezerima ili rekama, pa se veća količina energije gubi u vidu toplote.

U optičke pojave od značaja u slatkovodnim ekosistemima spadaju osvetljenost, providnost i boja vode. Količina svetlosti koja prodire u vodu zavisi, pre svega, od visine Sunca nad horizontom, pa se količina svetlosti u vodi neprestano menja u toku godine i u toku dana. Ukupna radijacija koja padne na neku vodenu površinu zavisi od geografskog položaja, nadmorske visine, godišnjeg doba, okoline, čistoće vazduha, meteoroloških uslova itd. Dubina prodiranja svetlosti, njena količina i kvalitet u pojedinim slojevima vode zavise od količine i karaktera čestica sadržanih u vodi: koloidnih i mineralnih, mikroorganizama, prisustva planktona, čestica treseta, polenovih zrnaca itd. Ove suspendovane čestice na različite načine apsorbuju i reflektuju svetlosne zrake, pa utiču na kvalitet svih optičkih osobina vode (JANKOVIĆ 1990).

Svetlost je jedan od najvažnijih ekoloških faktora za živi svet. Za biljke je neophodan u procesu fotosinteze. Biljni organizmi uz pomoć hlorofila absorbuju plavi i

17

crveni deo spektra, a propuštaju žuti i zeleni deo. Za životinje je svetlost veoma važna u orjentaciji, prepoznavanju hrane, sintezi vitamina, načinu razmnožavanja.

Osvetljenost

Osvetljenost nekog vodenog ekosistema je uslovljena količinom svetlosne energije koja prodire u vodu, a izražava se u luksima.

Deo energije Sunca iz elektromagnetnog spektra koji dolazi do vodenih ekosistema je od UV do infracrvenog zračenja. Deo sunčeve energije se prolaskom kroz atmosferu absorbuje i podložna je rasejanju, a najveći deo energije koji dopire do površine vodenih ekosistema je u infracrvenom delu spektra i ima glavni udeo u toplotnom dejstvu na vodeni ekosistem. Kapacitet absorbcije atmosfere za sunčevu energiju većinom zavisi od sadržaja kiseonika, ozona, CO2 i vodene pare, ali i od industrijskog ili urbanog zagađenja vazduha. Vlažan vazduh u zavetrinskim delovima velikih jezera povećava rasejavanje i absorbciju svetlosti. Svi ovi uslovi zavise od promene ugaone visine zračenja, molekularne transparencije atmosfere i puta koji svetlost mora da pređe. Od ukupne količine svetlosne energije do vode dopire svega 52%.

Sunčeva energija koja dolazi do kopnenih voda ne prodire u potpunosti kroz vodu. Značajan deo se odbija, odnosno podleže refleksiji (odbijanju) sa površine i gubi se iz sistema, osim ako se indirektno povratno ne raseje iz atmosfere ili okolnog reljefa. Stepen direktnog ili indirektnog odbijanja sunčevog zračenja jako varira i zavisi od upadnog ugla zraka (Tabela x), površinskih karakteristika vode, okolnog reljefa i meteoroloških uslova. Što je veće odstupanje upadnog zraka od vertikale, veća je i refleksija. Položaj Sunca, odnosno upadni ugao zraka menja se u toku dana, u toku godišnjih doba i zavisi od geografske širine. Na primer, kod alpskih jezera u podne (12 časova) preko leta se gubi refleksijom 3% svetlosti, a preko zime 14%. Refleksija se može nezntano smanjiti kada ima većih talasa i kada je ugao svetlosti na površini vode približan normalnom (900). Led, a posebno snežni pokrivač znatno utiču na povećanje odbijanja svetlosti sa površine vode (WETZEL 1975).

Tabela x.

upadni ugao sunčevih zraka % refleksije20 80%100 35%400 3%800 2,1%900 0%

Kvalitativno, svetlost crvenog dela spektra se reflektuje u većem opsegu nego svetlost viših frekvencija. Oko 1/2 ukupne količine svetlosti koja napušta jezero je reflektovana, a druga polovina rasejana.

Rasejavanje svetlosti u vodi dovodi do gubitka velike količine svetlosti iz vodenih ekosistema. Rasejavanje nastaje kao rezultat skretanja svetlosne energije od molekula vode i rastvorenih supstanci u vodi, a u mnogo većoj meri od suspendovanih čestica. Prodiranje svetlosti kroz vodu je selektivan proces, jer se menja intenzitet i kvalitet sunčevog zračenja sa dubinom vode. Od ukupne količine svetlosne energije deo se absorbuje u vodi i suspendovanim česticama, dok se značajan deo rasejava. Rasejavanje se značajno menja sa dubinom, sezonom i delom jezera, kao i varijacijama u distribuciji suspendovanih čestica. Energija koja se rasipa unutar vodene mase varira u

18

zavisnosti od količine suspendovanih čestica i njihovih optičkih sposobnosti, prisustva planktona i drugih čestica biogenog porekla takođe u velikoj meri povećavaju rasipanje svetlosti. Značajna količina svetlosti podleže refleksiji ili rasipanju sa samog dna plićih vodotokova. Karbonatne podloge reflektuju mnogo više svetlosti nego podloge koje sadrže veću koncentraciju organskog materijala i detritusa. Difuzna svetlost koja potiče iz refleksije i rasejavanja je od velikog značaja za akvatične organizme koji je iskorišćavaju direktno u fotosintezi ili indirektno. Veliki deo rasejane svetlosti se vraća do površine vodenog basena i gubi se u atmosferi (80 – 90%) (WETZEL 1975).

Absorpcija se definiše kao umanjenje svetlosne energije u dubini, transformacijom u toplotnu energiju. Atenuacija je umanjenje svetlosne energije u dubini, kao posledica mehanizama rasejavanja i absorpcije. U destilovanoj vodi, procenat absorpcije je veoma visok za infracrveni region spektra, opada značajno za manje talasne dužine sa minimumom absorpcije u plavom delu spektra. Zatim se procenat absorpcije ponovo povećava za ljubičasti deo spektra, a naročito za ultravioletne zrake. U poređenju sa destilovanom vodom, procenat absorpcije prirodne vode se značajno menja sa povećavanjem koncentracije rastvorenih organskih jedinjenja, posebno huminskih kiselina i drastično se redukuje prenošenje (transmisija) svetla u vodi.

Dok destilovana voda absorbuje relativno malo UV zraka, čak i u prisustvu male koncentracije rastvorenih organskih jedinjenja absorpcija se povećava značajno. Intenzivno se absorbuju infracrveni i ultravioletni deo spektra, tako da se praktično već u površinskom sloju od svega 1m absorbuje celokupna radijacija ovih zraka (90%), a samo 1% prelazi 2 m. Dublje prodire samo vidljivi deo spektra. Najveći deo crvenih zraka absorbuje se u površinskom sloju, pri čemu se pretvara u toplotnu energiju, koja zagreva vodenu masu. Kratkotalasni plavi zraci (zraci sa većom energijom) prodiru na znatnu dubinu, što i jeste razlog da su duboke i čiste vode plave ili modre. Plavi zraci se i najviše rasejavaju na molekulima vode, pa se zahvaljujući njihovoj maloj absorpciji vraćaju ka površini dajući vodi plavu boju. Nasuprot tome, crveni zraci se najmanje rasejavaju.

Dispergovane čestice u vodi absorbuju i rasejavaju svetlost u jačem stepenu nego sami molekuli, pa je u mutnim rekama mala providnost i slaba osvetljenost, posebno u dubljim slojevima. U mutnoj vodi plavi zraci ne mogu prodreti na veću dubinu iz razloga što se već u gornjim slojevima veoma rasejavaju. Mutnija voda, sa velikom količinom suspendovanih čestica, dobija žuto-mrku boju jer dolazi do rasejavanja crvenih zraka (JANKOVIĆ 1990).

Providnost vode

Stepen providnosti vode se određuje pomoću Secchi diska (Slika x). To je beli disk prečnika 25 cm. Providnost merena Secchi diskom predstavlja dubinu vode na kojoj disk nestaje iz vidnog polja, kada se posmatra sa zasenjene strane broda i ponovo pojavljuje pošto je bio nevidljiv posmatraču. Dubina na kojoj se ovo dešava je dubina vidljivosti, odnosno mera providnosti vode. Providnost ili transparencija, pored prisustva suspendovanih čestica, u velikoj meri zavisi i od sadržaja planktona u vodi (SCHWOERBEL 1970).

19

Slika x. Secchii disk

Providnost zavisi od refleksije svetlosti sa površine, a samim tim i od absorbcije rastvorenih i čestičnih supstanci u vodi. Generalno, postoji zavisnost između rastvorenih organskih supstanci i prozirnosti. Međutim, i teoretske analize i empirijska posmatranja su pokazala da je providnost srazmerno smanjena kada je povećano rasejavanje svetlosti od strane suspendovanih čestica. Ovo je naročito tačno u veoma produktivnim jezerima i vrlo generalizovano se može koristiti za relativnu procenu gustine populacija fitoplanktona (Slika x). Mada je prozirnost u velokoj meri nezavisna od intenziteta površinske svetlosti rezultati postaju čudni u zoru i sumrak, pa Secchi - disk prevashodno treba koristiti tokom dana.

20

Slika x. Providnost merena Secchi - diskom se kreće u opsegu od nekoliko cm do preko 40

m kod nekoliko retko čistih i prozirnih jezera. Do dubine Secchi providnosti dopire 1-15% površinskog intenziteta svetlosti. Obojen Secchi disk se koristi za procenu spektralne distribucije svetlosti sa dubinom. Upoređivanje providnosti sa serijom obojenih diskova omogućuje približnu procenu spektralnih karakteristika vode jezera.

Kod većine reka providnost je mala i promenljiva tokom godine. Najmanja je u doba velikih poplava – kada na rekama u lesnim predelima nije veća od 1–5 cm. U zemljama umerenog podneblja providnost je najveća zimi, kada se padavine izlučuju u obliku snega, obrazujući snežni pokrivač, pa nema nikakvog spiranja čestica sa dolinskih strana. Tada se reke hrane isključivo podzemnim vodama i njihova providnost u nekim tokovima prelazi 3 metra. Sličnu providnost imaju i reke koje ističu iz velikih jezera.

Jedan od osnovnih uslova za postojanje života u površinskim vodama i razvitak autotrofnih organizama sa hlorofilom je prodiranje svetlosti kroz vodu. Organska produkcija putem fotosinteze moguća je samo u sloju vode u koji prodiru Sunčevi zraci. Ovaj sloj se naziva fotična zona. Fotična zona predstavlja produktivni ili trofogeni sloj vode jer se u njoj razvijaju zelene biljke i alge. Fotična zona je veća u maloproduktivnim, oligotrofnim vodama, nego u produktivnim, eutrofnim vodama gde povećani razvitak fitoplanktona zasenjuje dublje slojeve i time sprečava širenje fotične zone. U izrazito produktivnim vodotokovima u vreme maksimalne organske produkcije, posebno kada je prisutna pojava “cvetanja algi”, fotična zona je veoma mala, svega desetak santimetara.

Na većim dubinama ispod fotične zone (afotična zona) žive samo heterotrofi (konzumenti i reducenti) koji za hranu koriste organsku materiju stvorenu u fotičnoj zoni. U neosvetljenoj afotičnoj zoni troše se rezerve kiseonika iz gornjih slojeva vode.

Prodiranje svetlosti kroz led bitno ne menja svetlosnu klimu u vodenim ekosistemima. Tako na primer svetlost prodire kroz led debljine 1 m na isti način kao kroz 1m vodenog stuba destilovane vode (Tabela x). Ako je led prekriven snegom, svetlosna klima je jako izmenjena. Sloj snega od 20 cm smanjuje prodiranje svetlosti tako da se u vodi zadržava svega 1% prispele količine svetlosti.

Tabela x.

svetlosni zraci led dest. voda400 m plavi deo spektra 96% 98%600 m 81,5% 81%800 m crveni deo spektra 17% 11%

Boja vode

Čista voda je u tankom sloju bezbojna, a u debljem sloju modra. Primese joj daju različitu boju. Boja se određuje prema međunarodnoj platino-kobaltnoj Forell-Uhleove-ovoj skali, a sastoji se od drvenog rama sa 21 zatvorenom epruvetom u kojima je različito obojena voda. Boja se određuje kolorimetrijskom metodom i izražava u stepenima (DIMITRIJEVIĆ 1988).

Boja vode nastaje kao rezultat prelamanja (raspršavanja) svetlosti naviše u odnosu na vodenu površinu, pošto je svetlost prošla kroz vodu do različitih dubina i pretrpela delimičnu absorpciju. Boja vode zavisi od materija koje ona sadrži. Reke koje primaju vodu iz kristalastih i magmatskih stena imaju bistru bezbojnu vodu, koja je u dubljim slojevima plavičasta. Kraške reke imaju zelenkastoplavu vodu, jer čestice CaCO3,

21

prelamaju svetlost u zelenoj i plavoj boji što daje karakterističnu obojenost vodene sredine (WETZEL 1975). Močvarne reke imaju žutomrku boju koja potiče od prisustva humusnih materija. Žutomrku boju imaju reke lesnih predela. Vode ledničkih reka sadrže mnogo suspendovanih čestica koje joj daju beličastu boju, pa se nazivaju “ledničko mleko”. Postoje i vodotoci veoma jasnih boja. Tako na primer potpuno plava boja vode nastaje usled prisustva rastvorenih bakarnih soli (DUKIĆ 1984). Različite nijanse zelene boje nastaju od planktonskih algi – vegetacijska boja. Tako za vreme masovnog razvoja zelenih algi voda dobija zelenu boju. Modrozelene alge uslovljavaju plavičastu nijansu vode, silikatne alge žutu, a crvena boja može da potiče i od algi i od nekih bakterija (BLAŽENČIĆ 1990).

Postoji veza između boje vode i njene providnosti, tako da je plava voda istovremeno i najprovidnija, dok su mutna jezera žuto-crvene boje. Boja vode može da posluži kao indikator za ostale hidrografske i biološke osobine vodenog ekosistema. Ponekada okolna vegetacija i konfiguracija terena daju vodi različitu boju (JANKOVIĆ 1990).

Termičke osobine vode – toplota

Jedinstvena osobina vode (visoka specifična toplota) dozvoljava akumulaciju svetlosne energije u obliku toplote. Faktori koji utiču na zadržavanje i distribuciju toplote u jezeru su: vetar - fizički (mehanički) rad vetra, struje (kretanje vode) i drugi pokreti vode, morfometrija basena i gubitak vode. Termalna stratifikacija u osnovi utiče na fizičke i hemijske cikluse u jezeru, koji za uzvrat snažno utiču na bioceonzu, procese produkcije i razlaganja u jezeru.

Absorbcija sunčeve energije u jezeru zavisi od niza fizičkih, hemijskih i pod izvesnim uslovima biotičkih osobina vode. Ove osobine su promenjive i menjaju se sezonski ali i tokom geološkog vremena za svaki vodeni ekosistem.

Glavni izvor toplote u jezerima je direktna absorpcija sunčeve energije u vodi. Izvesni prenos toplote može se desiti i iz vazduha i sedimenata, ali u jezerima srednje dubine unos toplote iz vazduha i sedimenata je zanemarljiv u odnosu na direktnu absorbciju. U plitkim vodama, bilo u celom jezeru ili u litoralnoj zoni sedimenti mogu absorbovati značajne količine sunčeve energije, pa se deo ove energije transformiše kao toplota u vodi. Izuzetci su i jezera koja primaju u kratkom vremenskom periodu značajan % vode iz utoka. Indirektno zagrevanje može takođe biti značajno u jezerima koja primaju dosta vode iz podzemnih izvora, pogotovu ako su to topla vrela. Takođe kod vulkanskih jezera, zagrevanje vode može uglavnom da potiče od toplote iz zagrejane lave. Kondenzacija vodene pare na površini vode, takođe omogućava izvestan priliv toplote u jezero iz vazduha.

Toplota se gubi iz vodenih ekosistema prevashodno toplotnim zračenjem. Ali, to je prvenstveno površinski fenomen, ograničen na prvih nekoliko cm vode, zbog niske termalne provodljivosti vode. Pored toga, merljive količine toplote se gube specifičnom provodljivošću u vazduh i, u manjem stepenu, u sedimente. Deo toplote se gubi i isparavanjem. Stopa isparavanja se povećava na višim temperaturama, smanjenjem gasnog pritiska, pod sniženim barometarskim pritiskom, povećanjem intenziteta vetra, a opada sa povećanjem saliniteta.

Značajan deo toplote jezero može izgubiti, a posebno akumulacija, preko svojih istoka. Pošto je to očigledno u zavisnosti sa vremenom zadržavanja i karakteristikama toka, istoke obično sadrže površinsku vodu koja je relativno toplija nego niži slojevi vode u jezeru.

22

Prema tome, unos i gubitak toplote su mahom dešavaju na površini. Priliv sunčeve energije dominira u toplijem delu godine, kada bi termalna stratifikacija trebala, vertikalno sa porastom dubine, približno da odgovara profilu smanjenja sunčevog zračenja. Toplija, ređa i veoma stabilna zagrejana voda bi prekrila hladniju i gušću vodu. Međutim, uočeno je da je gornji deo jezera relativno uniformno izmešan Slika (6-1), izotermalan često i ispod fotične zone.

Slika 6-1

Izvesna konvekciona strujanja se dešavaju kada se površinska voda ohladi tokom noći, postane gušća i tone. Slično, površina vode se može ohladiti tokom promene meteoroloških uslova, na primer naglim zahlađenjem. Većina uslova u tipičnim jezerima umerenih geografskih širina omogućava slabo mešanje (do 3 m) površinske vode konvekcionim stujama. To je nedovoljno da proizvede termalnu stratifikaciju tokom perioda zagrevanja.

Direktna absorbcija sunčevog zračenja iznosi samo 10% od dobijene distribucije toplote. Energija koja distribuira toplotu u jezeru potiče uglavnom od energije vetra. Kako se vazdušne struje pomeraju preko površine vode, vetar struji i pokreće površinsku vodu podstičući sile mešanja i struje proporcionalne intenzitetu vetra.

U toku dana i godine temperatura rečne vode veoma varira i zavisi, pre svega, od intenziteta sunčevog zračenja. Voda se zagreva dvojako: primanjem toplote od zagrejanih čestica lebdećeg nanosa, kao i od samog dna, koje zagrevaju sunčevi zraci prodirući kroz vodu. Rečna voda ima na poprečnom profilu toka u svim tačkama približno jednaku temperaturu zbog turbulentnog kretanja vodene mase u koritu reke. Iako dnevna amplituda temperature vode nije veća od 1.6°C, uočavaju se njihove ekstremne vrednosti. Minimalna temperatura rečne vode je izjutra, između 7 i 8 časova, a maksimalna po podne oko 15 časova, a srednja dnevna oko 11 časova. Maksimalne dnevne temperature

23

vode više su na većoj udaljenosti od izvora reke, jer se na dužem putu, izložena Sunčevom zračenju, voda više zagreje (DUKIĆ 1984).

Kod zajednica slatkih voda u oblasti umerene klime javlja se sezonalna dinamika uslovljena temperaturom kao dominantnim faktorom, ali i ostalim činiocima sredine (svetlost, sadržaj nutrijenata). Kod fito i zooplanktona, kao i kod faune dna, obično su minimumi i maksimumi razvića pojedinih grupa vezani za određena godišnja doba i prosečne temperaturne uslove u njima. Generalno posmatrajući, porast temperature neke akvatične sredine izaziva ubrzanje razvića planktona i mikroorganizama, ali samo u okviru njihove temperaturne ekološke valence (ROUND 1970).

Termički režim reka

U Srbiji minimalna srednja mesečna temperatura rečne vode je skoro uvek u istom mesecu kada je i minimalna temperatura vazduha, dok se maksimalna srednja mesečna temperatura rečne vode pojavljuje najčešće mesec dana kasnije posle najviše temperature vazduha. Na našim rekama se izdvajaju dve grupe termičkih režima reka, od kojih svaka ima četiri varijante:

1. reke čija je srednja godišnja temperatura vode viša od srednje godišnje temperature vazduha,

2. reke čija je srednja godišnja temperatura vode niža od srednje godišnje temperature vazduha – merene u istom mestu (GAVRILOVIĆ I DUKIĆ 2002).

Na primeru reke Tise mogu se videti kolebanja maksimalnih, minimalnih i prosečnih temperature vode po mesecima (I-XII) za period od 1946 do 1981. godine na hidrološkoj stanici Novi Bečej (Slika x, magistratura str 15)

Slika x.

Led je redovna pojava na rekama umerenog klimata, pa i na našim rekama. Led je značajan i za morfologiju korita i za živi svet reka. Ledene sante nošene vodom udaraju o

24

rečne obale i ruše ih, ugrožavaju hidrotehnička postrojenja i građevine. Ledeni pokrivač onemogućuje prodiranje kiseonika u rečnu vodu i tamo gde duže traje može da prouzrokuje zimski pomor riba. Zbog leda se prekida saobraćaj na plovnim rekama, a same sante ugrožavaju hidrotehničke građevine, kao što su stubovi mostova, utvrde obala, nasipi, brane itd.

Obrazovanje leda na rekama nastaje posle određenog broja mraznih dana (temperature vazduha niže od 0°C). Pojava kristala leda nastaje pri temperaturama vode od -0.01 do -0.05°C. Obrazovanje leda je nemoguće ako u vodi nema jezgara kristalizacije – najsitniji kristalići leda ili snega, koji iz hladnog vazduha padaju na površinu rashlađene rečne vode. Spajanjem kristala leda na površini reke se pojavljuje tanak staklasti led. Daljim rashlađivanjem vode on postaje sve deblji i pretvara se u plavičast i proziran led – vedrac. Na rekama sa brzim tokom voda se intenzivno meša, pa se led pojavljuje kako na površini, tako i u samoj vodenoj masi i na dnu korita – dubinski led, podnac. Na stenju brzih reka podnac se “lepi” i narasta u obliku pečurki. Dešava se da ledeni pokrivač na reci isprska i pretvori se u ledene sante, a potom se opet obrazuje jedinstvena ledena masa. Pri kretanju santi, kako početkom zime tako i u proleće, događa se da one potpuno pregrade rečno korito i formiraju ledene brane – zatore, a ponekada se formiraju zažori koji se sastoje od sunđeraste smese snega i ledenih kristala. Zatori i zažori izazivaju, uzvodno od mesta pojave, izdizanje rečnog nivoa i mogu dovesti do ledenih poplava (DUKIĆ 1984).

Ledne prilike na Tisi prate se osmatranjem od 1878. godine na jugoslovensko-ma-đarskom sektoru reke Tise. Tokom 80 godina (1890-1970.), svega su dve godine bile bez leda, 1918/19 i 1950/51, što znači da je relativna učestalost pojave lednih dana 97,5%. U proseku, na svake četiri godine u tri se pojavljuje stajaći led (ŠIMIDI, PALFAI 1981).

Najraniji datum pojave leda na Tisi je 15. XI (1904), a srednji je 19. XII. Najraniji datum zastoja leda je 24. XI (1902), a srednji 7. I. Najkasniji datum pokreta leda je 26. III (1932), a srednji 10. II. Najkasniji datum nestanka leda je 1. IV (1907), a srednji 26. II (Slika x, str 170, Raspodela vremena nastanka lednih pojava na Tisi). Prosečan broj led-nih dana je 51. Prosečan broj dana stajaćeg leda je 33. Maksimalne debljine leda (merenja vršena od 1916. godine) su 45 cm. Ledni dani se najčešće javljaju krajem januara i počet-kom februara (ŠIMIDI, PALFAI 1981).

Slika x Raspodela vremena nastanka lednih pojava na Tisi

25

Među prirodnim činiocima koji utiču na ledne pojave na reci Tisi najvažnija je temperatura vazduha, a od ostalih trebalo bi spomenuti uspore toka reke nastale izgrad-njom brana Tisalek (1953), Kiškere (1973) i Novi Bečej (1975), od kada se ledne prilike menjaju. Usled smanjenog proticaja, led se ranije zaustavlja, duže traje, a količina leda je veća. Usled duboke usečenosti korita reke Tise, do sada se nisu pojavljivale katastrofalne ledne poplave (ŠIMIDI, PALFAI 1981).

Termički režim jezera

Termalna stratifikacija

Ledeni pokrivač jezera popušta u proleće relativno sporo. Tople prolećne kiše često ubrzavaju ovaj proces. Gubitak leda je obično brz, za nekoliko časova, pogotovo ako duva jak vetar koji može pomeriti centralno postavljene komade leda ka obali i prouzrokovati njihov lom pod velikim pritiskom. U to vreme voda je blizu temperaturi najveće gustine (40). Kao posledica javlja se relativno dobro mešanje vode i već slab vetar može mešati vodu. U većini jezera energija vetra koja dolazi do površine jezera je dovoljna za cirkulaciju celog vodenog stuba. Cirkulacija dopunjena u izvesnom obimu konvekcionim strujama, prouzrokovanim hlađenjem noću i isparavanjem, može trajati različito vreme. Na trajanje prolećne cirkulacije utiču mnogi faktori. Jezera male površine, pogotovo ako su zaštićena od vetra cirkulišu često samo nekoliko dana u proleće. Velika jezera, nasuprot, često cirkulišu nedeljema, tokom kojih se vremenski uslovi menjaju (temperatura vode se može povećati iznad temperature maksimalne gustine). U veoma dubokim, velikim jezerima (Bajkalsko), priliv toplote može biti nedovoljan za značajnije povećanje temperature dubokih slojeva, čak i pri kompletnoj cirkulaciji. Sa druge strane, cirkulacija u plitkim jezerima često može povećati temperaturu i iznad 100 C.

Kako proleće odmiče površinski slojevi vode se brže zagrevaju nego što se toplota distribuira mešanjem. Obično se distribucija toplote događa tokom nekoliko toplih i mirnih dana. Kako je površinka voda zagrejana i ređa relativan otpor mešanju se značajno povećava. Razlika od svega nekoliko stepeni je dovoljna da spreči dalju kompletnu cirkulaciju vodenog stuba (sl. 6-2). Od te tačke na dalje voda je podeljena u tri regiona različitih temperatura koji su neobično otporni na međusobno mešanje. Tako je početna temperatura predstojeće letnje stratifikacije determinisana krajnjim temperaturama prolećne cirkulacije.

Slika 6-2

26

Period letnje stratifikacije (stagnacije) karakteriše gornji sloj manje - više podjednako tople, cirkulišuće vode - epilimnion. On leži preko dubljeg, hladnog i relativno mirnog regiona – hipolimnion (sl. 6-3). Sloj između ova dva poseduje značajan termalni diskontinuitet i označen je kao - metalimnion. Metalimnion se definiše kao sloj vode koga karakteriše nagli (strmi) pad temperature (termalni gradijent) i nalazi se između približno homotermalnih slojeva hipo i epilimniona.

Slika 6-3

Termoklina se različito definiše, ali ispravna definicija se odnosi na ravan ili površinu gde temperatura opada maksimalnom stopom u odnosu na dubinu.

27

Treba istaći da najveći termalni diskontinuitet pri prelazu od prolećne cirkulacije ka letnjoj stratifikaciji počinje u dubini, često na dnu jezera i progresivno se penje do nivoa gde je metalimnionski gradijent krajnje stabilizovan. Porast termalnog gradijenta je obično mnogo više od 10 C po metru.

Takođe, treba primetiti da hipolimnion postepeno dobija male količine toplote tokom perioda stratifikacije. Jasno je da je zagrevanje stratifikovanog jezera kombinacija direktnog sunčevog zračenja, turbulentne provodljivosti i struja prouzrokovanih razlikama u gustini vode. Aktivna turbulencija epilimniona se prenosi u metalimnion i hipolimnion. Provodljivost toplote turbulencijom opada kako stabilnost stratifikacije raste tokom sezone zagrevanja, ali u okviru hipolimniona ova provodljivost toplote malo varira sa povećanjem dubine. Hemijski guste struje slede konturu basena duž sedimenata i pri pokretima ka najdubljim delovima basena one mogu biti efikasne u transportu toplote. Toplota koja nastaje biološkim oksidacionim procesima truljenja u hipolimnionu je u potpunosti nedovoljna za zagrevanje.

Solarno zagrevanje hipolimniona može se dogoditi u jezerima koja su posebno prozračna, kao što su alpska. U malom, čistom, planinskom jezeru koje je zaštićeno od prevelikog uticaja vetra, 65% do 85% toplote u hipolimnionu je nastalo direktnim sunčevim zagrevanjem. Kao što se može predpostaviti, važnost direktnog sunčevog zagrevanja i transporta toplote turbulencijom od gornjih vodenih slojeva veoma varira sa uslovima u svakom pojedinačnom jezeru. Dok je vetrom indukovan transport toplote u hipolimnionu veće važnosti nego direktno sunčevo zračenje u većini jezera, posebno gde se svetlost rapidno smanjuje sa porastom dubine, može postojati i spektar uslova u jezeru koji dovode do dominacije sunčevog zagrevanja hipolimniona.

Stabilnost stratifikovanog jezera

Stabilnost (S) po jedinici površine jezera je mera za rad ili mehaničku energiju u ERGIMA (jedinica za merenje E) koja je potrebna da bi se izmešao ceo vodeni stub do podjednake temperature vetrom, bez dodavanja ili oduzimanja toplote. Stoga, tokom letnje stratifikacije stabilnost predstavlja količinu rada potrebnu da bi se sprečilo razvijanje termalne stratifikacije. Što je još važnije, stabilnošću se ocenjuje otpornost stratifikacije na uznemirenje vetrom, pa tako i obim u kome je hipolimnion izolovan od epilimniona i površinskih pokreta.

Na stabilnost jezera u mnogome utiču njegova veličina i morfometrija. Količina rada (B) koju izvrši vetar da bi distribuirao toplotu kroz jezero raste proporcionalno sa smanjenjem veličine i volumena jezera, dok je stabilnost (S) veća u većim jezerima. Zbir B i S je količina rada po jedinici površine (G) koju vetar treba da uloži da bi rasporedio toplotu u jezeru uniformno na minimalnu zimsku temperaturu na svim dubinama. Uočljivo je da metalimnionski termalni diskontinuitet predstavlja efikasnu barijeru u mešanju. Ogromna količina rada je potrebna da bi se barijera narušila.

U kopnenim vodama razlike u gustini koje regulišu stratifikaciju u jezerima nisu uvek prouzrokovane temperaturom vode. Razlike u salinitetu mogu prouzrokovati sličnu stratifikaciju, često u kombinaciji sa temperaturnim razlikama. Tako nastala stabilnost može premašiti stabilnost nastalu razlikama u temperaturi i gustini i dovesti do uslova gde je prekid straifikacije naizmeničan ili se nikad ne dešava (meromiktična jezera).

Gubitak stratifikacije

U kasno leto i jesen opadanje temperature vazduha rezultuje u negativnom prilivu toplote u jezero, pa gubitak toplote prevazilazi upliv sunčevim zračenjem. Površinske

28

vode tako ohlađene su gušće nego donji, topliji slojevi epilimniona, pa tonu i mešaju se uz kombinaciju konvekcionih struja i vetra koji uzrokuju cirkulaciju epilimniona. Prodiranje površinskih voda u metalimnion se nastavlja kako se jezero dalje hladi. Progresivna erozija metalimniona odozgo, može se posmatrati kao redukcija sloja termalnog diskontinuiteta. Rezultat je nastanak metalimnionske termokline. Konačno, cela zapremina jezera je uključena u jesenju cirkulaciju. Prelaz iz krajnjeg stupnja slabe letnje stratifikacije ka jesenjoj cirkulaciji obično je buran i može se desiti za nekoliko časova, pogotovo ako je podpomognut snažnim, olujnim vetrovima.

Cirkulacija se nastavlja sa postepenim hlađenjem vodenog stuba. Opseg i trajanje hlađenja su visoko varijabilni od jezera do jezera, u zavisnosti od morfometrije basena, a posebno od zapremine vode koja treba da se ohladi u odnosu na preovlađujuće meteorološke uslove. Veoma velika jezera, kao što su Velika Jezera, cirkulišu cele zime ne dostižući (ili vrlo retko) uslove koji omogućavaju formiranje lednog pokrivača.

Zimska stratifikacija

Kada temperatura vode dostigne tačku maksimalne gustine (40C), površinski led se može formirati pri ubrzanom gubitku toplote, kao što se dešava pri mirnim i hladnim noćima. Razlika u gustini između 40 C i 00 C je veoma mala. Stoga se ovaj tip inverzne stratifikacije, u kojem hladnija voda prekriva topliju, lako narušava i malim vetrom. Pri olujnom vremenu, uobičajenom u ovo doba godine, nije neuobičajeno da voda nastavi da cirkuliše i hladi se i ispod granice temperature maksimalne gustine. Temperature između 30 i 40C su uobičajene za vodu na kojoj se može formirati ledni pokrivač.

Kada se jezero zamrzne, ledeni pokrivač ga efiksno izoluje od uticaja vetra. Odmah ispod leda, voda od 00 C leži preko vode veće gustine.

Zagrevanje vode ispod leda je karakteristično tokom zime do znatne dubine. Čist led je sasvim proziran za sunčevo zračenje, mada ovaj unos toplote intenzivno opada u zavisnosti od tipa i količine snega preko leda. Većina (75%) zimskog zagrevanja potiče od sunčevog zračenja. Relativni doprinos toplote magacionirane u sedimentima tokom leta varira od jezera do jezera u zavisnosti od morfometrije, letnjih uslova i drugih faktora. Struje prouzrokovane razlikom u gustini zbog zagrevanja vode kroz led u plitkim litoralnim zonama, mogu teći prema centralnom delu basena duž sedimenata. Toplotno-gustinska nestabilnost je sprečena difuzijom rastvorljivih čestica iz sedimenata, koji blago povećavaju gustinu, ali dovoljno da bi se objasnile uobičajeno zapažene temperature iznad 40 C blizu sedimenata.

Nije neobično da se opaze očigledne anomalije u rasporedu temperature i gustine pod ledom. Osim specifičnih meteoroloških uslova, ova pojava može biti uzrokovana delimično i ranim razvojem populacija fitoplanktona ispod leda.

Modifkacije stratifikacije

U prethodnom tekstu je opisana tipična stratifikacija jezera umerene zone sa dva perioda mešanja tokom godine (u proleće i jesen). Takva jezera se nazivaju dimiktična. Međutim, moguće su mnoge varijacije u zavisnosti od lokalnih i regionalnih razlika u klimi, individualnim osobinama jezerske morfometrijje i pokreta vodene mase.

Uobičajena razlika u odnosu na tipičan model letnje stratifikacije je formiranje sekundarnog ili čak multipnog diskontinuiranog sloja. (sl. 6-5). U ovoj situaciji, koja obično traje samo nekoliko dana ili nedelja, sekundarni metalimnion se formira u epilimnionu početne stratifikacije. Ovi uslovi su uobičajeni kada jako zagrevanje prati periode snažnog mešanja. Početni prolećni metalimnion formira se dublje i progresivno se

29

stabilizuje. Mešanje celog epilimniona se može prekinuti tokom mirnog, toplog perioda, tokom koga se površinska voda može intenzivno zagrejati i mešati laganim povetarcem samo nekoliko metara u dubinu. Na ovaj način se može formirati sekundarni metalimnion koji prekriva prvobitni. Stabilnost ovih mnogostrukih metalimniona nije tako velika kao onog prvobitnog, dubljeg. Oni su podložni narušavanju tokom perioda hlađenja i jakog mešanja epilimniona; u malom obimu ovi procesi su analogni normalnoj jesenjoj eroziji metalimniona.

Slika 6-5

Termalna stratifikacija može, takođe biti modifikovana odnosom utoka - istoka, pogotovo ako je zapremina utoka velika u odnosu na zapreminu epilimniona. Na primer u akumulcijama visok priliv iz potoka, koji su obično hladniji nego voda epilimniona, mogu prouzrokovati turbulenciju i smanjiti termalni gradijent. Sličan fenomen je uočen u alpskim i severnim jezerima koja primaju velike količine vode od otopljenog snega ili leda tokom kasnijeg dela letnje stratifikacije.

Kod jezera sa kompleksnom morfometrijom basena različiti modeli stratifikacije se mogu uočiti i u okviru istog basena. Jezera sa puno podvodnih depresija imaju karakteristične varijacije i u proporciji i u stabilnosti metalimniona, što može imati jak uticaj na produktivnost u različitim delovima tog jezera. U plitkoj vodi, dubina je nedovoljna za zadržavanje tipičnog epi i hipolimniona, ali ovi slojevi pokazuju redukciju u temperaturi sa porastom dubine. Takva umanjena stratifikacija je uobičajena u zaštićenim, plitkim delovima velikih jezera ili u celim plitkim jezerima.

Tipovi stratifikacije

30

F. A. FOREL (krajem IX i početkom XX veka) na osnovu termalnih uslova prepoznaje tri tipa jezera:

1. umerena jezera koja imaju pravilnu godišnju smenu letnje i obrnute zimske stratifikacije između dva cirkulaciona perioda pri temperaturi maksimalne gustine

2. tropska jezera u kojima se voda nikada ne hladi ispod 40 C i koja su direktno stratifikovana, izuzev jednog perioda zimske cirkulacije

3. polarna jezera u kojima se temperatura nikad ne povišava iznad 40 C, a voda je inverzno stratifikovana osim u periodu letnje cirkulacije. Međutim ovi termini takođe ukazuju na razlike u geografskoj širini što nije poželjno, jer se mogu naći mnogi izuzetci kao što je na primer idealno “tropsko jezero” u severnom umerenom regionu.

Trenutno najprihvaćenija klasifikacija je po HUTCHINSON -u (1957) koja centralno postavlja modele cirkulacije i odnosi se na jezera koja su dovoljno duboka da formiraju hipolimnion (6-6).

Slika 6-6

Amiktična jezera. Ovakva jezera su trajno izolovana ledom od većine godišnjih promena u temperaturi. Jezera trajno pokrivena ledom su velika i većinom ograničena na Antarktik, a pod specijalnim uslovima mogu se nalaziti i na vrlo visokim planinama. Veoma mali broj ovakvih jezera zabeležen je na Arktiku, većinom na Grendlandu, gde su uslovi za formiranje trajnog ledenog pokrivača retki. Jasno je da većina toplote u ovim jezerima potiče od direktne insolacije kroz led i provođenje toplote iz okolnog zemljišta kroz sedimente.

Hladna monomiktična jezera. Ovo su jezera kod kojih temperatura vode nikada ne prelazi 40 C, a imaju samo jedan period cirkulacije, u leto, na ili ispod 40 C. Ona su većinom ograničena na Arktik i na planinska jezera koja, mada mogu biti u kratkom periodu leti bez leda, imaju čest kontakt sa ledom kao što je lednik ili večiti sneg. Termalni ciklusi arktičkih jezera pokazuju velike varijacije u odnosu na svoju lokaciju i

31

promene u klimi leti. Plitka jezera su izuzetno brojna u ovoj zoni, ali im često nedostaje dubina za stratifikaciju. Temperatura vode često se diže iznad 100 C, ali nikad ne premašuje 150 C. Veoma duboka jezera koja kratko vreme leti budu bez leda su prava hladna monomiktična jezera u kojima temperatura nikad ne doseže 40 C.

Dimiktična jezera. Ova jezera cirkulišu dva puta godišnje, u proleće i jesen, dirktno su stratifikovana u leto, a inverzno zimi. Ovo je najčešći tip stratifikacije uočen u većini jezera hladnog umerenog regiona. Ona se obično nalaze i na visokim uzvišenjima subtropskih geografskih širina. Detaljno su opisana ranije.

Topla monomiktična jezera. U ovim jezerima temperatura ne pada ispod 40 C, slobodno cirkulišu zimi na ili ispod 40 C, a direktno su stratifikovana leti. Uobičajena su u toplim regionima umerene zone, posebno gde je uticaj okeanske klime značajniji i u plananskim zonama subtropskih geografskih širina. Većina jezera centralnog i istočnog dela S. Amerike i u unutrašnjosti Evrope pokazuju očigledan kontinentalni tip dimiktične stratifikacije, dok topla monomiktična stratifikacija u većini obalnih regiona S. Amerike i severne Evrope.

Oligomiktična jezera. Ovo su generalno tropska jezera koja imaju cirkulaciju u nepravilnim intervalima i temperature uvek daleko iznad 40 C. Jezera manje ili umerene površine ili jezera veoma velike dubine u tropima često čuvaju stabilnu stratifikaciju čak i kada postoje tek male temperaturne razlike između površinskog i donjeg sloja. Ova jezera su često u ekvatorijanom regionu visoke vlažnosti i mogu cirkulisati samo u nepravilnim intervalima tokom perioda veoma hladnog vremena. Cirkulacija može biti toliko retka da se događa između nekoliko godina slabe stratifikacije.

Polimiktična jezera. Ovo su jezera sa čestom ili stalnom cirkulacijom. Ona se dalje dele na topla i hladna polimiktična jezera.

Topla polimiktična jezera. Ona su obično tropska jezera koja imaju česte periode cirkulacije pri temperaturi daleko iznad 40 C. Godišnje temperaturne razlike su male u ekvatorijalnim tropima, što ima za posledicu da u ponovljenim periodima cirkulacije između kratkih intervala zagrevanja i slabe stratifikacije sleduje period brzog hlađenja. Pod ovim okolnostima uobičajena cirkulacija je dovoljna u kombinaciji sa vetrom, da poremeti stratifikaciju.

Hladna polimiktična jezera. Ona cirkulišu kontinualno pri temperaturi blizu ili malo iznad 40 C. Ova jezera su obično velike površine i srednje dubine, a nalaze se ekvatorijanom regionu niske vlažnosti i velikog vetra, gde se događaju male sezonske temperaturne promene. Na veoma velikim nadmosrkim visinama u ekvatorijalnom regionu ova jezera primaju značajnu količinu toplote tokom dana, ali gubitci tokom noći su dovoljni da obezbede kompletno mešanje noću.

32