Termiline kihistumine
Joonis 2. Kiirgusjaotus vees.
Päikesekiirgus on veekogude peamine soojusallikas ja seega võiks eeldada, et temperatuurijaotus järvedes on sarnane kiirgusjaotusega (Joonis 2). Tegelikult on olukord vee omaduste tõttu mõneti teistsugune. Pindmises meetrises veekihis muutub soojuseks üle poole vette tunginud lühilainelisest kiirgusest (nähtava valguse neeldumine on palju väiksem). Kuna neeldumine suureneb sügavuti eksponentsiaalselt, jõuab sügavamale kui 2 m ka kõige puhtamas vees vähem kui veerand Päikese lühilainelisest kiirgusest. Veest väljuv soojuskiirgus on veelgi enam veepinna fenomen, kuna soojust kiirgab vaid mõne sentimeetri paksune pindmine veekiht. Sügavamal tekkinud soojuskiirguse vesi neelab ning vesi ise on väga halva soojusjuhtivusega. Vee molekulaarne soojusjuhtivus on väga halb ning soojuse transpordiks 1 meetrise vahemaa taha kuluks vähemalt üks kuu.
Seega tekib meil olukord, kus pindmine kiirgusele avatud ning atmosfääriga termilises kontaktis olev veekiht saab pidevalt soojusenergiat juurde, kuid alumised mitte ning seetõttu peaks kiiresti tõusma just pinnavee temperatuur. Samas toimub veemassis pidev segunemine. Erineva temperatuuriga (tihedusega) veekihtide läbisegamiseks on vaja teha seda rohkem tööd, mida suurem on kihtide temperatuuri erinevus ning võrdse temperatuurierinevuse korral seda rohkem tööd, mida kõrgem on temperatuur (Joonis 3). Näiteks on omavahel suhteliselt kerge läbi segada 4°C ja 5°C temperatuuriga veekihte, kuid 25°C ja 30° veekihtide segamiseks kulub juba tunduvalt rohkem energiat.
Pinnakihi segunemise põhjused võib jaotada mehaanilisteks ja konvektiivseteks. Enamikus järvedes on peamiseks soojuse ümberjaotajaks suvel mehaaniline segamine tuule poolt, mis moodustab ca 90 % kõigi vee segunemises osalevate protsesside energeetilisest väärtusest. Konvektiivse vee segunemise põhjused on mitmekülgsemad. Veekogu pinnakihti võib jahutada öine õhutemperatuuri langus, külm vihm ja suurenenud aurumine ning tulemuseks on pindmise veemassi laskumine põhja suunas. Konvektiivse segunemise osatähtsus on vee soojenemise perioodil siiski väike ja tema ulatus ei küüni tavaliselt sügavamale kui 3 meetrit.
Järvenõo ja valgala morfomeetria ning tuule kiirus määravad ära ka kihistumise stabiilsuse. Kihistunud järve stabiilsus (S) järve pindalaühiku kohta on mehaanilise energia hulk või töö, mis on vajalik kogu veesamba segamiseks ühesuguse temperatuurini ilma täiendava soojuse lisandumise või lahkumiseta. Seega suvise kihistumisperioodi ajal väljendab stabiilsus töö hulka, mis on vajalik järve kihistumise takistamiseks. Stabiilsus on seotud järve suuruse ja morfomeetriaga, sõltudes pindalast ja sügavusest. Väikesed ja tuulte eest hästi varjatud järvede kihistus võib olla väga stabiilne. Suured ja madalad järved, eriti veel need, kus lainete ajutee on väga pikk, ei pruugi üldse kihistuda.
Järvenõo ja valgala morfomeetria ning tuule kiirus määravad ära ka kihistumise stabiilsuse. Kihistunud järve stabiilsus (S) järve pindalaühiku kohta on mehaanilise energia hulk või töö, mis on vajalik kogu veesamba segamiseks ühesuguse temperatuurini ilma täiendava soojuse lisandumise või lahkumiseta. Seega suvise kihistumisperioodi ajal väljendab stabiilsus töö hulka, mis on vajalik järve kihistumise takistamiseks. Stabiilsus on seotud järve suuruse ja morfomeetriaga, sõltudes pindalast ja sügavusest. Väikesed ja tuulte eest hästi varjatud järvede kihistus võib olla väga stabiilne. Suured ja madalad järved, eriti veel need, kus lainete ajutee on väga pikk, ei pruugi üldse kihistuda.