Dimiktiliste järvede kihistumine
Termilise kihistumise iseloomu ja kujunemist järvedes on mõistlik vaadelda parasvöötme dimiktiliste järvede näitel, mis moodustavad järvede koguhulgast arvulise enamuse, on limnoloogidele kogemuslikult kõige tuttavamad ning neis ilmnevad kõik kihistumisnähtused.
Joonisel 4 on toodud veetemperatuuri sesoonne muutlikkus Lawrence järves Michigani osariigis.
Joonisel 4 on toodud veetemperatuuri sesoonne muutlikkus Lawrence järves Michigani osariigis.
Jääst vabanemise momendil on kogu veemassi temperatuur ligikaudu +4°C (joonis 5-8). Sellel temperatuuril on termiline vastupanu vee läbisegunemisele kõige väiksem ning piisab nõrgast tuulest, et kogu veemass põhjani läbi segada. Ühtlustunud temperatuuri alusel nimetatakse seda perioodi kevadiseks homotermiaks või tsirkulatsiooniks. Kestus sõltub järve omadustest ja ilmastikust. Väikeses tuulte eest varjatud järves võib homotermia püsida paar päeva, suurtes ja avatud järvedes isegi mitu nädalat, mille jooksul võib segunenud veekihi temperatuur tõusta +10°C-ni ja enam. Homotermilise soojenemise määr sõltub tugevasti järve sügavusest ja mahust.
Soojade ja tuulevaiksete ilmade püsimisel soojeneb intensiivselt järve pinnakiht. Piisab paarikraadisest temperatuurierinevusest, et vältida veemassi edasist läbisegamist. Sellega lõpeb kevadine homotermia ja tekib (suvine) kihistumine ehk stratifikatsioon, mille käigus kujuneb järves kolm eraldatud veekihti – epilimnion, metalimnion ja hüpolimnion (joonis 5).
Soojade ja tuulevaiksete ilmade püsimisel soojeneb intensiivselt järve pinnakiht. Piisab paarikraadisest temperatuurierinevusest, et vältida veemassi edasist läbisegamist. Sellega lõpeb kevadine homotermia ja tekib (suvine) kihistumine ehk stratifikatsioon, mille käigus kujuneb järves kolm eraldatud veekihti – epilimnion, metalimnion ja hüpolimnion (joonis 5).
Epilimnion on pindmine ühtlaselt soe ja läbisegatud veekiht, vastandlik külmale ja staatilisele põhjakihile – hüpolimnionile. Epilimnioni kui vee ja õhu piirpinna paksus on tugevasti mõjutatud järve suurusest. Tuule eest varjatud väikestes järvedes võib epilimnioni paksus olla isegi alla kahe meetri, kuid suurtes (kümned ruutkilomeetrid) ja tuulte räsida olevates järvedes isegi 15-20 m. Epi- ja hüpolimnioni vahel paiknevat suurima temperatuuri- ja tihedusemuutusega veekihti kutsutakse metalimnioniks, mille osaliset kattuvateks sünonüümideks on termokliin ja temperatuuri hüppekiht, kuid mis tegelikult on pigem metalimnioni komponendid. Metalimnionit on võrdlemisi keerukas piiritleda ning segadus sünonüümidega on tekkinud eelkõige ajaloolistel põhjustel. Termokliiniks nimetati algselt gradienti, kus veetemperatuuri langus on vähemalt 1°C/m (Birge, 1897). Metalimnioni (Brönsted & Wesenberg-Lund, 1911) määratlus pole nii jäik kui Birge definitsioon, haarates enda alla veekihi, kus paiknevad erinevad tihedusgradiendid ning suurima temperatuurilanguse piirkond – tasandiline termokliin (Hutchinson, 1957).
Kevadise tsirkulatsiooni lõppedes kujuneb metalimnion põhjalähedases kihis ja esialgne temperatuurigradient temas on nõrk, umbes 1°C/m. Vee edasisel soojenemisel kerkib metalimnion ülespoole ja stabiliseerub ning temperatuurigradient võib kasvada kuni 10°C/m. Metalimnioni paksus ei ole püsiv kogu kihistumisperioodi jooksul, vaid kevadel tekkiv õhuke metalimnion pakseneb kihistumisperioodi jooksul pidevalt. Suvise stagnatsiooniperioodi ajal kasvab aeglaselt ka hüpolimnioni temperatuur. Sellel on kolm peamist põhjust. Esiteks võib hea läbipaistvuse korral hüpolimnioni tungida päikesekiirgus. Teiseks toimub turbulentne soojusülekanne epilimnionist. Ja kolmandaks on võimalik soojusülekanne lahustunud ainete erinevast kontsentratsioonist tingitud gradienthoovuste mõjul. Orgaaniliste ainete bioloogilisel oksüdatsioonil eraldub samuti soojust, kuid selle hulk on tühine ja ei tule praktiliselt arvesse.
Kuna põhjakihtide temperatuur on suve jooksul tõusnud, tekib sügisene homotermia ehk tsirkulatsioon tavaliselt kõrgemal temperatuuril kui kevadine. Sügisese homotermia teke võib olla väga kiire, kuid kestus, sõltuvalt ilmastikust ja veemassist olla erinev. Kui kogu veemass saavutab +4° temperatuuri, võib tsirkulatsioon lõppeda ja kiirel pinnakihi jahtumisel tekkida jää. 0° ja +4° vee tiheduse erinevus on väike ja kihistus ebapüsiv. Sageli tsirkulatsioon jätkub ja kogu veemass jahtub 0° lähedase temperatuurini. Väga suured ja sügavad järved jahtuvad nii aeglaselt, et jääd ei pruugi tekkida (näiteks Suur Järvistu).
Kohe pärast jääkaane moodustumist on jääga piirneva veekihi temperatuur 0°C, millele sügavuti järgneb temperatuurihüpe selle temperatuurini, mille juures viimati enne külmumist oli homotermia. Talve jooksul kujunevat kihistumist, kus põhjakihtides on veetemperatuur kuni +4°C ja nende peal lasuvad külmemad veekihid, mille temperatuur ulatub 0°C-ni vahetult jää all, nimetatakse talviseks pöördkihistumiseks. Anomaalseid talviseid temperatuurikihistumisi võib tekitada jää alla tunginud sulavesi, mille mineraalsus on järvevee omast väiksem ja mis seetõttu ei lasku põhja ka soojenemisel +4°C-ni.
Dimiktilistes järvedes võib siiski esineda mitmeid kõrvalekaldeid eelpool kirjeldatud kihistumisprotsessis. Neist tüüpilisemaks on mitme termokliini kujunemine, kui intensiivse soojenemise perioodid vahelduvad intensiivse segunemise perioodidega. Tugeva läbivooluga järvedes ähmastuvad termokliin ja metalimnion ning madalatele järvedele on iseloomulik püsiva suvise kihistuse puudumine.
Kevadise tsirkulatsiooni lõppedes kujuneb metalimnion põhjalähedases kihis ja esialgne temperatuurigradient temas on nõrk, umbes 1°C/m. Vee edasisel soojenemisel kerkib metalimnion ülespoole ja stabiliseerub ning temperatuurigradient võib kasvada kuni 10°C/m. Metalimnioni paksus ei ole püsiv kogu kihistumisperioodi jooksul, vaid kevadel tekkiv õhuke metalimnion pakseneb kihistumisperioodi jooksul pidevalt. Suvise stagnatsiooniperioodi ajal kasvab aeglaselt ka hüpolimnioni temperatuur. Sellel on kolm peamist põhjust. Esiteks võib hea läbipaistvuse korral hüpolimnioni tungida päikesekiirgus. Teiseks toimub turbulentne soojusülekanne epilimnionist. Ja kolmandaks on võimalik soojusülekanne lahustunud ainete erinevast kontsentratsioonist tingitud gradienthoovuste mõjul. Orgaaniliste ainete bioloogilisel oksüdatsioonil eraldub samuti soojust, kuid selle hulk on tühine ja ei tule praktiliselt arvesse.
Kuna põhjakihtide temperatuur on suve jooksul tõusnud, tekib sügisene homotermia ehk tsirkulatsioon tavaliselt kõrgemal temperatuuril kui kevadine. Sügisese homotermia teke võib olla väga kiire, kuid kestus, sõltuvalt ilmastikust ja veemassist olla erinev. Kui kogu veemass saavutab +4° temperatuuri, võib tsirkulatsioon lõppeda ja kiirel pinnakihi jahtumisel tekkida jää. 0° ja +4° vee tiheduse erinevus on väike ja kihistus ebapüsiv. Sageli tsirkulatsioon jätkub ja kogu veemass jahtub 0° lähedase temperatuurini. Väga suured ja sügavad järved jahtuvad nii aeglaselt, et jääd ei pruugi tekkida (näiteks Suur Järvistu).
Kohe pärast jääkaane moodustumist on jääga piirneva veekihi temperatuur 0°C, millele sügavuti järgneb temperatuurihüpe selle temperatuurini, mille juures viimati enne külmumist oli homotermia. Talve jooksul kujunevat kihistumist, kus põhjakihtides on veetemperatuur kuni +4°C ja nende peal lasuvad külmemad veekihid, mille temperatuur ulatub 0°C-ni vahetult jää all, nimetatakse talviseks pöördkihistumiseks. Anomaalseid talviseid temperatuurikihistumisi võib tekitada jää alla tunginud sulavesi, mille mineraalsus on järvevee omast väiksem ja mis seetõttu ei lasku põhja ka soojenemisel +4°C-ni.
Dimiktilistes järvedes võib siiski esineda mitmeid kõrvalekaldeid eelpool kirjeldatud kihistumisprotsessis. Neist tüüpilisemaks on mitme termokliini kujunemine, kui intensiivse soojenemise perioodid vahelduvad intensiivse segunemise perioodidega. Tugeva läbivooluga järvedes ähmastuvad termokliin ja metalimnion ning madalatele järvedele on iseloomulik püsiva suvise kihistuse puudumine.