Teplotní stratifikace a cirkulace vody  

Jezera patří mezi nádrže s malým kolísáním teploty vody, která se během roku obvykle mění jen o 5-10 ^oC, a roční maximum teploty vody se dostavuje až ke konci srpna a v září. Zdrojem tepla ve vodě je hlavně sluneční energie.

Sluneční záření pronikající vodním sloupce je velmi rychle absorbováno. Nejteplejší je vrstva vody těsně u hladiny, do hloubky teplota vody rychle klesá. Taková je situace ve vodních nádržích za slunečného, bezvětrného letního dne. Večer a v noci se však svrchní vrstva vody ochlazuje vyzařováním tepla i odparem rychleji než hlouběji ležící vrstvy.  Její hustota se proto zvětšuje a ochlazená vody klesá do hloubky, až narazí na vrstvu stejně chladné a husté vody. Teplejší a lehčí voda je současně vynášena vzhůru. Oteplováním a ochlazováním svrchních vrstev vody vzniká konvekční vertikální proudění, a dochází k cirkadiánnímu promíchávání svrchních vrstev vody.

Konvekční promíchávání vodních mas je podporováno horizontálním prouděním, vyvolaným větrem. Promíchávání vody zasahuje do takové hloubky, ve které konvekční ani horizontální proudění vody již nemůže narušit stabilitu studených vrstev vody. Na této hranici vznikne teplotní skočná vrstva (termoklina), v níž lze na 1m hloubky naměřit pokles teploty o několik ^oC (Losos et al. 1984).

Teplotní stratifikací v létě jsou vodní masy stojatých vod rozděleny na tři zóny: na svrchní epilimnion a spodní hypolimnion, mezi kterými je více či méně silná přechodná (skočná) vrstva, označovaná jako metalimnion. Změna denzity v metalimnionu funguje jako fyzická bariéra, která brání míchání horní a spodní vrstvy po období několika měsíců.

Hloubka, do které dochází k promíchávání vody, závisí částečně na expozici jezera větru, ale zejména úzce závisí na velikosti jezera. U malých až středních jezer (20-500ha) v severním mírném pásu můžeme v létě očekávat stratifikaci a bohaté promíchávání do hloubky 3-7m, u větších jezer až do 10-15m (Kalf 2002).

Následuje období zimní stagnace, nejtěžší voda o teplotě 4^oC je opět u dna. Nad ní je studenější (a lehčí) voda krytá na hladině ledem. Tato vlastnost vody umožňuje vodním živočichům přežívat v zimním období u dna. Vrstva ledu chrání vodní sloupec také před promícháváním větrem, takže stratifikace přetrvává celou zimu.

S podzimní ochlazováním teplota epilimnia stále klesá, do cirkulace jsou vtahovány stále hlubší vrstvy vody a skočná vrstva se posunuje směrem ke dnu. Při teplotě vody 4^oC dochází k úplnému promíchání vodního sloupce (homotermii) – hovoříme o totální podzimní cirkulaci, kdy dochází k prudkému rozviřování vody a to včetně jemných usazenin na dně a tím k obohacování celého vodního sloupce o živiny.

Následuje období zimní stagnace, nejtěžší voda o teplotě 4^oC je opět u dna. Nad ní je studenější (a lehčí) voda krytá na hladině ledem. Tato vlastnost vody umožňuje vodním živočichům přežívat v zimním období u dna. Vrstva ledu chrání vodní sloupec také před promícháváním větrem, takže stratifikace přetrvává celou zimu.

Po roztání ledu na jaře dochází k opětovnému promíchání celého vodního sloupce - jarní cirkulaci, a počátkem léta se postupným prohříváním svrchních vrstev vody vytváří skočná vrstva a letní stagnace (Lelák and Kubíček 1996).

Sezónní periodicita teplotní stratifikace nádrží v mírném klimatickém pásu provází dlouhodobou izolaci spodních vrstev vody, přerušovanou cirkulacemi vodních mas. Tento roční cyklus vytváří specifické fyzikálně-chemické podmínky, které mají mimořádný význam pro koloběh látek ve vodě a také pro organismy stojatých vod.

Pro jezera a jiné hluboké nádrže mírného pásma severní polokoule (Eurasie, Severní Amerika) jsou obvykle dvě cirkulace během ročního cyklu (nazýváme je nádrže dimiktické). V hlubokých tropických a subtropických jezerech (nebo v polárních jezerech, jejichž teplota nikdy nepřekročí 4^oC) však dochází k promíchání jen jednou v roce a to v období ročního teplotního minima (maxima u polárních jezer). Tato jezera nazýváme monomiktická.

Obr. Dimiktické jezero – roční cyklus

Zdroj: Wetzel, 1975

Obr. Schéma sezónního cyklu termiky dimiktického jezera mírného pásma. V létě je vodní sloupec teplotně stratifikován (A epilimnion, B metalimnion, C hypolimnion), s poklesem teploty u dna. Na podzim a na jaře dochází k vyrovnávání teploty a k úplnému promíchání vodního sloupce činností větru. V zimě nastává opět stagnace s poklesem teploty u hladiny. 

Zdroj: Smith, 1992

Mnoho mělkých jezer se však v létě nestratifikuje, nebo k tomu dochází jen na krátký čas. Jezera, u kterých stratifikace nastane a znovu zmizí mnohokrát za jediné léto, nazýváme polymiktická. Mnohem vzácnější jsou jezera, kde nedochází k úplně cirkulaci, takže u dna zůstává vrstva vody nehybná. Abychom taková jezera odlišili od holomiktických (která se promíchávají kompletně), označujeme je jako meromiktická. Promíchávají se velmi intenzivně do určité, a to i značné hloubky hypolimnia, ale u dna stagnuje po celá léta anoxická vrstva vody. Tato spodní vrstva se nazývá monimolimnion, a je oddělena od mixolimnionu (vrstvy vody, která se alespoň jednou ročně kompletně promísí) chemoklinou. Stagnující a typicky anaerobní monimolimnion má ve srovnání s mixolimnionem vysokou koncentraci rozpuštěných látek. Obecně mají meromiktická jezera relativně značnou hloubku, jsou obvykle malá a tvar jejich kotliny je chrání před větrem. Rozdíly v hustotě vody způsobené teplotou jsou u nich menší než rozdíly, způsobené vysokým obsahem rozpuštěných látek v monimolimnionu.  

Promíchávání je důležité pro navrácení akumulovaných živin do vodního sloupce (Wetzel 1975).

Obr. Stratifikace v meromiktickém jezeře