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Lago Dimíctico

Un lago dimíctico es un cuerpo de agua dulce cuya diferencia de temperatura entre las capas superficiales y del fondo se vuelve insignificante dos veces al año, lo que permite que todos los estratos del agua del lago circulen verticalmente. Todos los lagos dimícticos también se consideran holomícticos , una categoría que incluye todos los lagos que se mezclan una o más veces al año. Durante el invierno, los lagos dimícticos están cubiertos por una capa de hielo, creando una capa fría en la superficie, una capa ligeramente más cálida debajo del hielo y una capa inferior aún más cálida no congelada, mientras que durante el verano, las mismas diferencias de densidad derivadas de la temperatura separan las aguas superficiales cálidas (el epilimnion ), de las aguas inferiores más frías (el hipolimnion ). En primavera y otoño, estas diferencias de temperatura desaparecen brevemente y el cuerpo de agua se vuelca y circula de arriba a abajo. Este tipo de lagos son comunes en regiones de latitudes medias con climas templados. [1]

Ejemplos de lagos dimícticos

Ciclos estacionales de mezcla y estratificación

Ciclos de estratificación térmica en un lago dimíctico.
Existe un ciclo estacional de estratificación térmica con dos períodos de mezcla en primavera y otoño. Estos lagos se denominan "dimícticos". Durante el verano hay una fuerte estratificación térmica, mientras que en invierno hay una estratificación inversa más débil. (Figura modificada de [2] )

La mezcla (retorno) ocurre típicamente durante la primavera y el otoño, cuando el lago es "isotérmico" (es decir, a la misma temperatura desde la superficie hasta el fondo). En este momento, el agua en todo el lago está cerca de los 4 °C (la temperatura de máxima densidad) y, en ausencia de diferencias de temperatura o densidad, el lago se mezcla fácilmente de arriba hacia abajo. Durante el invierno, cualquier enfriamiento adicional por debajo de los 4 °C da como resultado la estratificación de la columna de agua, por lo que los lagos dimícticos suelen tener una estratificación térmica inversa, con agua a 0 °C por debajo del hielo y luego con temperaturas que aumentan hasta cerca de los 4 °C en la base del lago. [3]

Vuelco de resorte

Una vez que el hielo se derrite, la columna de agua puede ser mezclada por el viento. En los grandes lagos, la columna de agua superior suele estar por debajo de los 4 °C cuando el hielo se derrite, de modo que la primavera se caracteriza por una mezcla continua por convección impulsada por el sol, [4] [5] hasta que la columna de agua alcanza los 4 °C. En los lagos pequeños, el período de reflujo primaveral puede ser muy breve, [6] de modo que el reflujo primaveral suele ser mucho más corto que el reflujo otoñal. A medida que la columna de agua superior se calienta por encima de los 4 °C, comienza a desarrollarse una estratificación térmica .

Estratificación de verano

Durante el verano, los flujos de calor de la atmósfera a un lago calientan las capas superficiales. Esto da como resultado que los lagos dimícticos tengan una fuerte estratificación térmica, con un epilimnion cálido separado del hipolimnion frío por el metalimnion. Dentro del metalimnion hay una termoclina , generalmente definida como la región donde los gradientes de temperatura superan 1 °C/m. [7] Debido al gradiente de densidad estable, la mezcla se inhibe dentro de la termoclina, [8] lo que reduce el transporte vertical de oxígeno disuelto . Si un lago es eutrófico y tiene una alta demanda de oxígeno en los sedimentos, el hipolimnion en lagos dimícticos puede volverse hipóxico durante la estratificación de verano, como se ve a menudo en el lago Erie .

Durante la estratificación de verano, se observa que la mayoría de los lagos experimentan ondas internas debido a la entrada de energía de los vientos. Si el lago es pequeño (menos de 5 km de longitud), entonces el período de la seiche interna se predice bien mediante las fórmulas de Merian. [9] Las ondas internas de período largo en lagos más grandes pueden verse influenciadas por las fuerzas de Coriolis (debido a la rotación de la Tierra). Se espera que esto ocurra cuando el período de seiche interna se vuelva comparable al período inercial local , que es de 16,971 horas a una latitud de 45 °N (enlace a la utilidad de Coriolis). En lagos grandes (como el lago Simcoe , el lago Ginebra , el lago Michigan o el lago Ontario ) las frecuencias observadas de seiches internos están dominadas por ondas de Poincaré [10] [11] y ondas de Kelvin . [12] [13]

Vuelco de caída

A finales del verano, las temperaturas del aire bajan y la superficie de los lagos se enfría, lo que da lugar a una capa de mezcla más profunda, hasta que en algún momento la columna de agua se vuelve isotérmica y, por lo general, tiene un alto contenido de oxígeno disuelto. Durante el otoño, una combinación de viento y temperaturas del aire más frías sigue manteniendo la columna de agua mezclada. El agua sigue enfriándose hasta que la temperatura alcanza los 4 °C. A menudo, el reflujo otoñal puede durar entre 3 y 4 meses.

Estratificación inversa invernal

Después de que la columna de agua alcanza la temperatura de máxima densidad a 4 °C, cualquier enfriamiento posterior produce agua menos densa debido a la no linealidad de la ecuación de estado del agua . El comienzo del invierno es, por lo tanto, un período de reestratificación. [14] Si hay relativamente poco viento, o el lago es profundo, solo se forma una fina capa de agua fría flotante sobre aguas más densas de 4 °C y el lago se "crioestratificará" una vez que se forme hielo. [15] Si el lago experimenta fuertes vientos o es poco profundo, entonces toda la columna de agua puede enfriarse a cerca de 0 °C antes de que se forme hielo, estos lagos más fríos se denominan "criomícticos". [15] Una vez que se forma hielo en un lago, los flujos de calor de la atmósfera se detienen en gran medida y las condiciones crioestratificadas o criomícticas iniciales quedan en gran medida bloqueadas. El desarrollo de la estratificación térmica durante el invierno se define entonces por dos períodos: Invierno I e Invierno II. [16] Durante el período de principios del invierno de Invierno I, el principal flujo de calor se debe al calor almacenado en el sedimento; Durante este período, el lago se calienta desde abajo y forma una capa profunda de agua a 4 °C. [16] A fines del invierno, el hielo superficial comienza a derretirse y, con el aumento de la duración del día, aumenta la luz solar que penetra a través del hielo hacia la columna de agua superior. Por lo tanto, durante el invierno II, el principal flujo de calor proviene ahora de arriba y el calentamiento hace que se forme una capa inestable, lo que da como resultado una convección impulsada por el sol. [5] [17] [3] Esta mezcla de la columna de agua superior es importante para mantener el plancton en suspensión, [18] [3] [19] lo que a su vez influye en el momento de las floraciones de algas bajo el hielo y los niveles de oxígeno disuelto. [20] [3] Las fuerzas de Coriolis también pueden volverse importantes para impulsar los patrones de circulación debido al calentamiento diferencial por la radiación solar. [21] El período invernal de los lagos es probablemente el menos estudiado, [22] pero la química y la biología aún son muy activas bajo el hielo. [23]

Véase también

Referencias

  1. ^ Lewis, William M. Jr. (1983). "Una clasificación revisada de los lagos basada en la mezcla" (PDF) . Revista Canadiense de Pesca y Ciencias Acuáticas . 40 (10): 1779–1787. doi :10.1139/f83-207. Archivado desde el original (PDF) el 2009-03-06.
  2. ^ Wells, MG y Troy, CD (2022). Capas mixtas superficiales en lagos. En Encyclopedia of Inland Waters (págs. 546-561). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819166-8.00126-2
  3. ^ abcd Yang, Bernard; Young, Joelle; Brown, Laura; Wells, Mathew (23 de diciembre de 2017). "Observaciones de alta frecuencia de temperatura y oxígeno disuelto revelan convección bajo el hielo en un gran lago". Geophysical Research Letters . 44 (24): 12, 218–12, 226. Bibcode :2017GeoRL..4412218Y. doi : 10.1002/2017GL075373 . ISSN  0094-8276.
  4. ^ Cannon, DJ; Troy, CD; Liao, Q.; Bootsma, HA (28 de junio de 2019). "La convección radiativa sin hielo impulsa la mezcla primaveral en un gran lago". Geophysical Research Letters . 46 (12): 6811–6820. Código Bibliográfico :2019GeoRL..46.6811C. doi :10.1029/2019gl082916. ISSN  0094-8276. S2CID  197574599.
  5. ^ ab Austin, Jay A. (22 de abril de 2019). "Observaciones de convección impulsada por radiación en un lago profundo". Limnología y Oceanografía . 64 (5): 2152–2160. Bibcode :2019LimOc..64.2152A. doi : 10.1002/lno.11175 . ISSN  0024-3590.
  6. ^ Pierson, DC; Weyhenmeyer, GA; Arvola, L.; Benson, B.; Blenckner, T.; Kratz, T.; Livingstone, DM; Markensten, H.; Marzec, G.; Pettersson, K.; Weathers, K. (febrero de 2011). "Un método automatizado para monitorear la fenología del hielo del lago". Limnología y Oceanografía: Métodos . 9 (2): 74–83. Bibcode :2011LimOM...9...74P. doi : 10.4319/lom.2010.9.0074 . ISSN  1541-5856.
  7. ^ Gorham, Eville; Boyce, Farrell M. (enero de 1989). "Influencia de la superficie y la profundidad del lago sobre la estratificación térmica y la profundidad de la termoclina de verano". Journal of Great Lakes Research . 15 (2): 233–245. Bibcode :1989JGLR...15..233G. doi :10.1016/s0380-1330(89)71479-9. ISSN  0380-1330. S2CID  128748369.
  8. ^ Chowdhury, Mijanur R.; Wells, Mathew G.; Cossu, Remo (diciembre de 2015). "Observaciones e implicaciones ambientales de la variabilidad en la mezcla turbulenta vertical en el lago Simcoe". Revista de investigación de los Grandes Lagos . 41 (4): 995–1009. Bibcode :2015JGLR...41..995C. doi :10.1016/j.jglr.2015.07.008. hdl : 1807/107899 . ISSN  0380-1330.
  9. ^ Mortimer, CH (enero de 1974). "Hidrodinámica de lagos". SIL Communications, 1953-1996 . 20 (1): 124–197. Bibcode :1974SILC...20..124M. doi :10.1080/05384680.1974.11923886. ISSN  0538-4680.
  10. ^ Choi, Jun; Troy, Cary D.; Hsieh, Tsung-Chan; Hawley, Nathan; McCormick, Michael J. (julio de 2012). "Un año de ondas internas de Poincaré en el sur del lago Michigan". Journal of Geophysical Research: Oceans . 117 (C7): n/a. Bibcode :2012JGRC..117.7014C. doi :10.1029/2012jc007984. hdl : 2027.42/95363 . ISSN  0148-0227.
  11. ^ Chowdhury, Mijanur R.; Wells, Mathew G.; Howell, Todd (abril de 2016). "Los movimientos de la termoclina provocan una alta variabilidad en la mezcla bentónica en la zona costera de un gran lago". Investigación de recursos hídricos . 52 (4): 3019–3039. Bibcode :2016WRR....52.3019C. doi :10.1002/2015wr017725. ISSN  0043-1397. S2CID  130510367.
  12. ^ Flood, Bryan; Wells, Mathew; Dunlop, Erin; Young, Joelle (14 de agosto de 2019). "Las ondas internas bombean agua dentro y fuera de una bahía costera profunda de un gran lago". Limnología y Oceanografía . 65 (2): 205–223. doi : 10.1002/lno.11292 . ISSN  0024-3590.
  13. ^ Bouffard, Damien; Lemmin, Ulrich (diciembre de 2013). "Ondas de Kelvin en el lago de Ginebra". Revista de investigación de los Grandes Lagos . 39 (4): 637–645. Bibcode :2013JGLR...39..637B. doi :10.1016/j.jglr.2013.09.005. ISSN  0380-1330.
  14. ^ Farmer, David M.; Carmack, Eddy (noviembre de 1981). "Mezcla eólica y reestratificación en un lago cerca de la temperatura de máxima densidad". Journal of Physical Oceanography . 11 (11): 1516–1533. Bibcode :1981JPO....11.1516F. doi : 10.1175/1520-0485(1981)011<1516:wmaria>2.0.co;2 . ISSN  0022-3670.
  15. ^ ab Yang, Bernard; Wells, Mathew G.; McMeans, Bailey C.; Dugan, Hilary A.; Rusak, James A.; Weyhenmeyer, Gesa A.; Brentrup, Jennifer A.; Hrycik, Allison R.; Laas, Alo; Pilla, Rachel M.; Austin, Jay A. (2021). "Una nueva categorización térmica de lagos cubiertos de hielo". Geophysical Research Letters . 48 (3): e2020GL091374. Código Bibliográfico :2021GeoRL..4891374Y. doi :10.1029/2020GL091374. ISSN  1944-8007. S2CID  233921281.
  16. ^ ab Kirillin, Georgiy; Leppäranta, Matti; Terzhevik, Arkady; Granin, Nikolai; Bernhardt, Juliane; Engelhardt, Christof; Efremova, Tatiana; Golosov, Sergey; Palshin, Nikolai; Shersyankin, Pavel; Zdorovennova, Galina (octubre de 2012). "Física de los lagos cubiertos de hielo estacionalmente: una revisión". Ciencias Acuáticas . 74 (4): 659–682. Código Bib : 2012AqSci..74..659K. doi :10.1007/s00027-012-0279-y. ISSN  1015-1621. S2CID  6722239.
  17. ^ Bouffard, Damien; Wüest, Alfred (5 de enero de 2019). "Convección en lagos" (PDF) . Revisión anual de mecánica de fluidos . 51 (1): 189–215. Código Bibliográfico :2019AnRFM..51..189B. doi :10.1146/annurev-fluid-010518-040506. ISSN  0066-4189. S2CID  125132769.
  18. ^ Kelley, Dan E. (1997). "Convección en lagos cubiertos de hielo: efectos sobre la suspensión de algas". Journal of Plankton Research . 19 (12): 1859–1880. doi : 10.1093/plankt/19.12.1859 . ISSN  0142-7873.
  19. ^ Bouffard, Damián; Zdorovennova, Galina; Bogdanov, Sergey; Efremova, Tatiana; Lavanchy, Sébastien; Palshin, Nikolay; Terzhevik, Arkady; Vinnå, Amo a Råman; Volkov, Sergey; Wüest, Alfred; Zdorovennov, romano (19 de febrero de 2019). "Dinámica de convección bajo el hielo en un lago boreal". Aguas Interiores . 9 (2): 142-161. Código Bib :2019InWat...9..142B. doi : 10.1080/20442041.2018.1533356 . ISSN  2044-2041.
  20. ^ Yang, Bernard; Wells, Mathew G.; Li, Jingzhi; Young, Joelle (2020). "Mezcla, estratificación y plancton bajo el hielo del lago durante el invierno en un gran lago: implicaciones para los niveles de oxígeno disuelto en primavera". Limnología y Oceanografía . 65 (11): 2713–2729. Bibcode :2020LimOc..65.2713Y. doi :10.1002/lno.11543. ISSN  1939-5590. S2CID  225490164.
  21. ^ Ramón, Cintia L.; Ulloa, Hugo N.; Doda, Tomy; Winters, Kraig B.; Bouffard, Damien (7 de abril de 2021). "La batimetría y la latitud modifican el calentamiento de los lagos bajo el hielo". Hidrología y Ciencias del Sistema Terrestre . 25 (4): 1813–1825. Bibcode :2021HESS...25.1813R. doi : 10.5194/hess-25-1813-2021 . ISSN  1027-5606.
  22. ^ Ozersky, Ted; Bramburger, Andrew J.; Elgin, Ashley K.; Vanderploeg, Henry A.; Wang, Jia; Austin, Jay A.; Carrick, Hunter J.; Chavarie, Louise; Depew, David C.; Fisk, Aaron T.; Hampton, Stephanie E. (2021). "El rostro cambiante del invierno: lecciones y preguntas de los Grandes Lagos Laurentianos". Revista de investigación geofísica: biogeociencias . 126 (6): e2021JG006247. Código Bibliográfico :2021JGRG..12606247O. doi : 10.1029/2021JG006247 . hdl : 2027.42/168250 . ISSN  2169-8961.
  23. ^ Hampton, Stephanie E.; Galloway, Aaron WE; Powers, Stephen M.; Ozersky, Ted; Woo, Kara H.; Batt, Ryan D.; Labou, Stephanie G.; O'Reilly, Catherine M.; Sharma, Sapna; Lottig, Noah R.; Stanley, Emily H. (2017). "Ecología bajo el hielo del lago". Ecology Letters . 20 (1): 98–111. Bibcode :2017EcolL..20...98H. doi :10.1111/ele.12699. hdl : 10919/94398 . ISSN  1461-0248. PMID  27889953.

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