Rozvoj a inovace výuky ekologických oborů formou komplementárního propojení studijních programů Univerzity Palackého a Ostravské univerzity CZ.1.07/2.2.00/28.0149 Vodní ekosystémy IV Estuária
Literatura pro zájemce
ESTUÁRIA místo, kde se mísí mořská (slaná) voda s vodou říční (sladkou) a vzniká voda se střední salinitou (= smíšená, brakická). Zatopená říční údolí po poslední době ledové, zhruba před 6000 lety Fjordy zatopená ledovcová údolí Bariérová (mělčinová) estuária písek a štěrk vytvářejí ostrůvky nebo dlouhé písčité výběžky systémy propojených estuárií nebo lagun Tektonická estuária vzniklá v geologických zlomech a lokálním poklesem
Fluctuation of sea level during last 200 000 years. Lower stage = glacial period; higher stage = interglacial. Current stage of the sea level was reached ca 5 000 years ago. Current level
Typy utváření estuárií
Příklady estuárií
Spartina sp.
FJORDY
WADDEN SEA největší estuárium Evropy
Estuaria pozitivní (přítok sladké vody > evaporace) Estuaria negativní = inverzní (přítok sladké vody < evaporace) Estuaria neutrální (přítok sladké vody = evaporace)
Míchání vody v estuáriích Vysoce stratifikovaná estuária ( saltwedge, highly stratified) - nejméně míchaná Nestratifikovaná estuária (fully mixed,non-stratified) - plně míchaná Středně stratifikovaná estuária (partially mixed, moderately stratified) - částečně míchané Fjordy vysoce stratifikovaná estuária s minimální cirkulací anoxických vod u dna Negativní (reverzní) estuária evaporace v horní části estuária převyšuje rychlost přítoku do řeky vznik hypersalinní vody
Míchání vody v estuáriích Vysoce stratifikovaná = málo míchaná Dobře míchaná
Příklad: Řeka Columbia na Z pobřeží USA Přírodní průtok značně ovlivněn výstavboumnoha přehrad Výrazný klín sladké vody, který teče daleko do moře
Vývoj salinity intersticiální vody během slapů V sedimentech se salinita nemění Stabilní koncentrace solí v bahně odliv příliv příliv odliv
Laterální stratifikace estuária 1 V dobře a částečně míchaných estuáriích na severní polokouli je přitékající mořská voda i říční voda tekoucí do moře stáčena Coriolisovou silou k pravému břehu. Výsledkem je laterální stratifikace salinity s největší salinitou, sedimentací a turbditou podél levého (východního) břehu estuária. 28 Chesapeake Bay
Depozice sedimentu v estuáriích Mikrotidální e. (microtidal estuaries) - rozpětí slapů menší než 2 m Mesotidální e. (mesotidal estuaries) - rozpětí slapů mezi 2-4 m. Makrotidální e. (macrotidal estuaries) - rozpětí slapů vyšší než 4 m
Akumulace jemného bahna v estuáriu
Vrstva bahnitých usazenin
Sedimentační rychlosti částic různé velikosti
Benátský systém klasifikace brakických vod, přijatý v roce 1958 na sympoziu v Benátkách (upraveno dle McLusky 1971) Zóna Salinita ( NaCl) Hyperhalinní > ± 40 Euhalinní ± 40 30 Mixohalinní (± 40) ± 30 ± 0.5 Mixo- euhalinní > ± 30 ale < přilehlé moře - polyhalinní ± 30 - ± 18 - mesohalinní ± 18 - ± 5 - oligohalinní ± 5 0.5 Limnetická (sladká voda) < 0.5
Podélná zonace salinity v estuáriu
Salinita jako kontrolní faktor Klesající salinita směrem proti proudu může redukovat počet mořských druhů critical salinity range (3-8 ) Brakické druhy (estuarinní) Hydrobia ulvae, Nereis diversicolor, Macoma balthica, Mya arenaria euryhalinní druhy vyskytující se v rozpětí salinity 5-35
3 typy fauny v estuáriích: Marinní - stenohalinní - euryhalinní Sladkovodní Brakické (estuarinní) + Přechodný typ = migrující ryby (Salmo, Oncorhynchus, Anguilla)
Proč je tak málo estuarinních druhů? 1. Fluktuace environmentálních podmínek (zejména salinity) je tak extrémní, že pouze několik druhů vyvinulo fyziologické adaptace a dokáže zde existovat 2. Krátká geologická doba existence estuárií nedovolila kompletní rozvoj estuarinní fauny Obě dvě hypotézy se navzájem nevylučují!!!
Distribuce plžů rodu Hydrobia a Potamopyrgus v závislosti na salinitě a vybraných parametrech prostředí
Distribuce stejnonožců rodu Idotea v závislosti na salinitě a vybraných parametrech prostředí
Adaptace organismů k proměnlivé salinitě CÍL: Udržování iontové rovnováhy tělesných tekutin v podmínkách měnící se salinity okolního prostředí Osmoregulace Osmoconformers - nejsou schopni udržovat vnitřní obsah solí Osmoregulators -mají fyziologické mechanismy kontrolující obsah solí v jejich vnitřních tekutinách (mnohoštětinatci, mlži, korýši) 1. Pohyb vody 2. Pohyb iontů 3. Přizpůsobení vnitřní iontové rovnováhy
SLADKOVODNÍ ŽIVOČICHOVÉ Hypertonické tělní prostředí -neustálé nasávání vody a únik solí do zředěného okolního prostředí Zařízení na odstraňování přebytečné vody Ledvina vylučuje velmi zředěnou moč MOŘSKÉ RYBY Hypotonické tělní prostředí - neustálé odsávání vody do vnějšího prostředí Mořští bezobratlí jsou izotoničtí s mořskou vodou Příjem mořské vody trávicím ústrojím Vylučování nadbytečných solí žábrami
osmokonformita
Osmotická koncentrace tělních tekutin v závislosti na změnách salinity Transfer Nereis diversicolor do naředěné (20%) mořské vody
Salinita v Baltickém moři Brakická voda
Kieler Bucht Mecklenburger Bucht Warnowästuar Wismarbucht Rügen-Falster-Platte Arkonasee Traveästuar Pommernbucht Greifswalder Bodden Rügensche Bodden Darß-Zingster-Boddenkette Oderhaff Number of species mean Salinity (psu) Species Distribution in the South-Western Baltic Sea 400 350 300 250 545 species in total 30 25 20 200 15 150 100 50 10 5 0 0
Latitude (N) Distribution of Artica islandica in the Southern Baltic Sea 55.0 Arctica islandica 54.9 54.8 54.7 54.6 54.5 54.4 54.3 54.2 54.1 54.0 Rostock 53.9 53.8 53.7 10.70 11.05 11.39 11.74 12.08 12.43 12.77 13.12 13.46 13.81 14.15 14.50 Longitude (E)
Latitude (N) Distribution of the Sea Star (Asterias rubens) in the southern Baltic Sea 55.0 Asterias rubens 54.9 54.8 54.7 54.6 54.5 54.4 54.3 54.2 54.1 54.0 Rostock 53.9 53.8 53.7 10.70 11.05 11.39 11.74 12.08 12.43 12.77 13.12 13.46 13.81 14.15 14.50 Longitude (E)
Latitude (N) Latitude (N) 55.0 54.9 54.8 54.7 54.6 54.5 54.4 54.3 54.2 54.1 54.0 53.9 53.8 Arenicola marina Pygospio elegans 55.0 54.9 Rostock 54.8 54.7 54.6 53.7 54.5 10.70 11.05 11.39 11.74 12.08 12.43 12.77 13.12 13.46 13.81 14.15 14.50 54.4 Longitude (E) 54.3 54.2 Distribution of polychaete, e.g. A. marina and P. elegans in the Southern Baltic 54.1 54.0 Rostock 53.9 53.8 53.7 10.70 11.05 11.39 11.74 12.08 12.43 12.77 13.12 13.46 13.81 14.15 14.50 Longitude (E)
Latitude (N) Latitude (N) 55.0 Saduria entomon 54.9 54.8 54.7 54.6 54.5 54.4 54.3 54.2 54.1 54.0 Rostock 53.9 53.8 53.7 10.70 11.05 11.39 11.74 12.08 12.43 12.77 13.12 13.46 13.81 14.15 14.50 Longitude (E) 55.0 Monoporeia affinis 54.9 54.8 54.7 54.6 54.5 54.4 54.3 54.2 54.1 54.0 Rostock 53.9 53.8 53.7 10.70 11.05 11.39 11.74 12.08 12.43 12.77 13.12 13.46 13.81 14.15 14.50 Longitude (E)
Velikost a rozmnožovací stav pískovníka Arenicola marina v relaci ke vzdálenosti od ústí estuária řek Severn, Anglie S protiproudovou vzdáleností klesá délka těla i procento rozmnožujících se pískovníků Malá velikost jedinců je dána jejich juvenilitou mladí pískovníci pocházejí z larev, které migrují proti proudu řeky a v horních úsecích estuária dospívají a nerozmnožují se
Producenti estuárií Spartina alterniflora - hlavní producent event. mořské trávy rodu Zostera, Thalassia Bentické epipelické řasy Fytoplankton Spartina alterniflora Epipelické řasy Fytoplankton hladina při přílivu Salicornia, Distichlis Juncus nízká Spartina středně vysoká Spartina vysoká Spartina na okraji hladina při odlivu
Typické druhy estuárií Nereis Hydrobia Cerastoderma edule Scrobicularia Corophium
Vliv substrátu na distribuci bentosu Příklady tvrdého substrátu s pokryvem sedimentu Vývoj chaluh na lasturách slávek Mytilus edulis Silná populace naidek Nais elinguis (až 200 000/m 2 ) v nárostech řas a siltu ( aufwuchs)
Mortalita tří druhů rodu Nereis chovaných v laboratoři Pokud byly nereidky chovány zvlášť, mortalita byla nízká; pokud byly 2 druhy chovány dohromady, jeden z nich obvykle vykazoval zvýšenou mortalitu
Předpokládané schema vlivu různých parametrů na distribuci bentických druhů v estuariu
Potravní vztahy v estuáriu
Tok energie v estuáriu Hlavní cestou toku energie estuáriem je všeobecně přes bentický potravní řetězec (deposit feeding bentos)
Estuarinní fauna využívá jak rostlinného detritu, tak produkce fytoplanktonu Potravní síť v Kariega estuary, J Afrika sledovaná pomocí izotopové analýzy 13 C
Heterotrofní vs autotrofní estuária Heterotrofní estuária spotřebují více uhlíku než vyprodukují turbiditní podmínky Autotrofní estuária produkují více uhlíku než spotřebují Ve velmi turbidních estuáriích je světelná úroveň nízká a primární produkce nezávislá na čistém organickém importu. Ale když jsou světelné podmínky nad určitou kritickou hladinou, primární produkce stoupá ve vztahu k importu organického uhlíku. Recyklace nutrientů
Bilance uhlíku (v tunách) pro estuárium řeky Hudson
Antropogenní vlivy v estuáriích Land-claim (reclamation) 25-50 % ztráta pobřežních a estuarinních mokřadů v Británii a USA2 redukce množství vody v estuáriu redukce biomasy a produkce bentických živočichů a rostlin a ovlivnění celého estuarinního potravního řetězce Barrages přílivové elektrárny (La Rance- Fr.); bouřlivé vlnobití; zásobárny sladké vody redukce intertidální oblasti redukce rychlosti proudu = zvýšená sedimentace = zvýšená produkce fytoplanktonu = zvýšená populace suspension feeders = eutrofizace migrační překážka pro ryby Cizí druhy cca 400 druhů v USA, 240 v Mediteránu, 50 v UK Potamocorbula amurensis v San Francisco Bay (12 000 ind./m 2 )
Využití estuária garnátem Lov dospělých garnátů Potrava a ochrana pro E = juvenilní; F = dospívající stádia
Životní cyklus kraba
Antropogenní vlivy v estuáriu
The Tees in 1860 1861 1860 1990
The coast a competition for space The Tees today Ports Steel Oil/Chemicals Nuclear Power Housing Conservation
Ohrožení estuárií regulací Úbytek slanisk a mokřadů pro rozmnožování a útočiště celé řady druhů!!!!
Vliv bahňáka Tringa totanus na výskyt potravy, blešivce r. Corophium Redukce počtu vhodných stanovišť v estuáriu Koncentrace více ptáků na jednotku plochy Čím více bahňáků, tím méně kořisti, resp. tím delší doba potřebná pro krmení
Změny v biomase mlžů v San Francisco Bay pře rokem 1987 a po zavlečení asijského druhu Potamocorbula amurensis až 12 000 j. /m 2
Počty introdukovaných druhů (N = 80) v Severním moři
The simplest generation system for tidal plants involves a dam, known as a barrage, across an inlet. Sluice gates on the barrage allow the tidal basin to fill on the incoming high tides and to empty through the turbine system on the outgoing tide, also known as the ebb tide. There are twoway systems that generate electricity on both the incoming and outgoing tides. Tidal barrages can change the tidal level in the basin and increase turbidity in the water. They can also affect navigation and recreation. Potentially the largest disadvantage of tidal power is the effect a tidal station can have on plants and animals in the estuaries. Tidal turbines are a new technology that can be used in many tidal areas. They are basically wind turbines that can be located anywhere there is strong tidal flow. Because water is about 800 times denser than air, tidal turbines will have to be much sturdier than wind turbines. They will be heavier and more expensive to build but will be able to capture more energy.
The Rance tidal power plant The plant produces 0.012% of the power consumed by France, with a peak rating of 240 Megawatts for its 24 turbines. Annual output is about 600 million kwh, or about 68MW average power
Schema of tidal power plant high tide low tide low tide high tide high tide http://blog.fujitsu-siemens.cz/prvni-komercni-prilivova-elektrarna-v-provozu
South Korea Until 2015 the world biggest tidal power plant will be built as a joint project of Lunar Energy a Korean Midland Power (KOMIPO). Capacity 300 MW - 200 000 households