„Nie wchodzi się dwa razy do tej samej rzeki”. Sentencja, której autorem jest Heraklit z Efezu, odzwierciedla nasze wyobrażenie o rzekach będących w nieustannym ruchu. W innym aforyzmie ten słynny joński filozof przyrody, żyjący na przełomie V i IV wieku p.n.e., idzie o krok dalej stwierdzając, że „Wszystko płynie, a naturą świata jest ciągła przemiana”. Dlaczego zatem w polskim ustawodawstwie jeziora zalicza się do wód stojących? Czy w wodach jeziornych nie dochodzi do ciągłych przemian? Adam Choiński, znany i bardzo ceniony polski limnolog, pisze w swojej książce pt. „Jeziora kuli ziemskiej”, że jeziora traktujemy w porównaniu z rzekami jako statyczne, bo nie widzimy w nich ruchu wody. To błędne przekonanie, bowiem jeziora są niezwykle dynamicznym ekosystemem, mającym przemożny wpływ na kształtowanie się zasobów wodnych.
AUTORZY: Tomasz Heese, Katarzyna Pikuła. Politechnika Koszalińska/Laboratorium Gospodarki Wodnej
Jeziora znajdują się we wszystkich strefach klimatycznych i mają bardzo różne pochodzenie geologiczne oraz wiek – od tych ukształtowanych miliony lat temu, po najmłodsze będące pozostałością ostatniego zlodowacenia sprzed 11-12 tysięcy lat. We współczesnym świecie istotną rolę w retencjonowaniu wody odgrywają również sztuczne zbiorniki zaporowe, które na wielką skalę zaczęto budować na przełomie XIX i XX wieku, ale najstarsze z nich mają nawet 3000 lat. Ludzie modyfikowali środowisko i tworzyli skomplikowane systemy nawodnień oraz zaopatrzenia w wodę pitną, poczynając od starożytnej Mezopotamii, poprzez czasy egipskich faraonów, rzymskich cesarzy i średniowiecznych młynarzy. I nadal to robią.
Najbardziej „jeziornym” kontynentem na świecie jest Ameryka Północna – ze wskaźnikiem jeziorności[i] 3,48 proc.; kolejne miejsca zajmują Europa (1,61 proc.), Azja (1,08 proc.), Australia i Oceania (0,76 proc.) i Ameryka Południowa (0,72 proc.). Jeziora afrykańskie, mimo że stanowią zaledwie 0,57 proc. powierzchni kontynentu, są pod wieloma względami fascynujące i warto im poświęcić czas w osobnym artykule. Powyższa pobieżna analiza pokazuje, że najwięcej jezior znajduje się na półkuli północnej, gdzie głównym procesem twórczym były zlodowacenia. W Europie najwyższy wskaźnik jeziorności ma Finlandia (9 proc.). W Polsce wynosi on zaledwie 0,9 proc. (to mniejszy udział niż w Turcji, gdzie jeziorność dochodzi do 1,2 proc), co potwierdza, jak wielką wagę powinniśmy przykładać do naszych jezior, dbając o ich czystość i zasoby.
Co do największych jezior świata, to listę otwiera Morze Kaspijskie o powierzchni 37,6 tys. km2. Słynny Bajkał zajmuje co prawda dopiero 7. miejsce, ale jest unikalny ze względu na głębokość i wiek (w obu przypadkach jest „naj”). W Europie nie mamy aż tak dużych jezior (poza jez. Ładoga w Rosji, o pow. 17,7 tys. km2), warto natomiast wspomnieć, że 1. miejsce w Unii Europejskiej zajmuje Wener (5,5 tys. km) – największe jezioro Szwecji. Śniardwy, z powierzchnią około 113,4 km2, plasują się na dalekiej pozycji w tym zestawieniu, ale wyróżniającym się polskim akwenem wśród europejskich jezior jest Hańcza (z głębokością maksymalną 108,5 m, a według niektórych autorów aż 112 m). Jednak to nie sama wielkość decyduje o roli jezior w obiegu wody, ale właściwości morfologiczne ich mis, pochodzenie geologiczne, uwarunkowania zlewni, połączenia z wodami podziemnymi oraz położenie akwenu w systemie rzecznym.
Pod naporem wiatru
Ważną cechą wód jeziornych – chociaż zaliczamy je do wód stojących – jest ich dynamika. Falowanie, wywoływane przez wiatr, ma znaczny wpływ na rozwój linii brzegowej jeziora, sukcesję roślinności strefy przybrzeżnej, przemieszczanie rumowiska czy depozyt zawiesiny i co najważniejsze – natlenienie wód[ii]. Z punktu widzenia limnologa czy hydrobiologa zajmującego się funkcjonowaniem jezior, falowanie i wiatry mają bardzo duże znaczenie dla rozmieszczenia niektórych grup zwierząt – jak planktonu, czyli organizmów swobodnie unoszących się w wodzie oraz nektonu, w tym głównie ryb. W jeziorach, podobnie jak w morzach, mamy także do czynienia z występowaniem prądów wywołanych dopływem rzecznym lub wiatrem. Te ostatnie wprawiają w ruch wodę z warstwy powierzchniowej, uruchomiając te leżące głębiej; co ciekawe przy dnie jezior wody często płyną w odwrotnym kierunku (prądy kompensacyjne lub wyrównawcze) niż w płytszych warstwach. Bardzo istotne dla funkcjonowania strefy powierzchniowej jezior są prądy prostopadłe do kierunku wiania wiatru (tzw. prąd Langmuira). Widzimy je na powierzchni w postaci białych smug będących efektem koncentracji sestonu, w skład którego wchodzą drobne organizmy planktonowe i zawiesina. Innym ciekawym zjawiskiem są sejsze, czyli rozkołysanie powierzchni wody pod wpływem wyraźnego zaburzenia jej równowagi (w jednej części zbiornika poziom wody podnosi się, a w drugiej jednocześnie opada). Powstają pod wpływem wiatru i ciśnienia atmosferycznego i mają duży wpływ na mieszanie się wód jeziornych. Dodatkowo, w akwenach gdzie występuje stratyfikacja gęstościowa warstw wody, mogą pojawiać się sejsze wewnętrzne, o jeszcze większym oddziaływaniu niż powierzchniowe. Częste zmiany kierunku wiatru i jego natężenia mogą wpływać na ruch sejszowy, a to z kolei na cyrkulację i turbulencję, co przekłada się na charakterystyki fizykochemiczne wody (głównie zawartości rozpuszczonego tlenu) oraz warunki biologiczne. Nie bez znaczenia dla życia hydrobiontów (roślin i zwierząt wodnych) pozostają: obserwowana zmiana klimatu, zanik typowych pór roku i coraz bardziej widoczny brak zlodzenia powierzchni jezior.
Lodowe „zamieszanie”
W naszych warunkach klimatycznych jeziora mają najczęściej układ termiczny warstw wód zależny od pór roku[iii]. Wiosną w wyniku podwyższania się temperatury powietrza i topnienia lodów zmienia się gęstość wód powierzchniowych w stosunku do tych zalegających na dnie, co wywołuje ruch mający na celu wyrównanie temperatury wody całej objętości jeziora do poziomu 4 st. Celsjusza. Ten etap mieszania wód jeziornych nazywamy cyrkulacją wiosenną. Następnie rozpoczyna się proces ogrzewania wód powierzchniowych, który prowadzi do uformowania się trzech warstw termicznych. Pierwsza to epilimnion, odgrodzony od warstwy dennej (zwanej hipolimnionem) strefą metalimnionu (częściej zwanego termokliną). Latem, przy wysokich temperaturach powietrza, układ może się wzmacniać, ale np. w płytkich akwenach (do 10 metrów głębokości maksymalnej) wiatr i silne opady deszczu potrafią zaburzać ten system wielokrotnie w ciągu roku[iv]. Co się dzieje w naszych jeziorach pod koniec lata i jesienią? Obniżanie się temperatury powietrza oraz częściej wiejący wiatr powodują wychłodzenie warstwy powierzchniowej – zimne cząsteczki wody opadają w kierunku dna, powodując ponowne pełne wymieszanie kolumny wody. Nazywamy to cyrkulacja jesienną. Ma ona duże znaczenie dla życia w jeziorze, ponieważ organizmy denne mogą wówczas korzystać z życiodajnego tlenu rozpuszczonego w wodach powierzchniowych. Zimą, jeśli wystąpi zalodzenie, wyróżnia się okres z niską temperaturą pod lodem (np. 0,5-1,0 st. Celsjusza), stopniowo zwiększającą się w głąb akwenu. Na dnie znajduje się wtedy woda o największej gęstości, o temperaturze 4 st. Celsjusza.
Oczywiście powyższy opis stratyfikacji termicznej był charakterystyczny dla jezior w Polsce około 100 lat temu, gdy rozpoczynano badania limnologiczne. Dzisiaj taka miksja zachodzi coraz rzadziej. W wyniku szeregu niekorzystnych zmian w jeziorach – eutrofizacji, zanieczyszczenia i rozchwiania pór roku – ich naturalny rytm jest zaburzony. Na przykład gorąca wiosna z silnymi wiatrami może spowodować, że nad dnem – zamiast chłodnych wód o temperaturze 4 st. Celsjusza – zalegają wody cieplejsze, o temperaturze 7 stopni i więcej. Takie warunki przyśpieszają tempo rozkładu materii organicznej i zwiększają konsumpcję tlenu, który powinien organizmom dennym wystarczyć od wiosny do jesieni (do kolejnej cyrkulacji). W efekcie rośnie intensywność zakwitów groźnych dla naszego zdrowia sinic i innych glonów, a jednocześnie spadają walory przyrodnicze i turystyczne danego zbiornika.
Ważne ogniwo w łańcuchu zasobów
Woda zgromadzona w jeziorach stanowi tylko pozornie niewielką ilość w skali naszego globu. Ocenia się, że jest to 0,013 proc. ogólnych zasobów wody świata[v]. Niemniej każdy zbiornik ma istotne znaczenie dla obiegu wody, a w ujęciu regionalnym może stanowić o być lub nie być lokalnych społeczeństw, gospodarki i środowiska. O zasobach gromadzony w misach jezior decyduje ich zasilanie. Najczęściej ma ono charakter mieszany, tj. powierzchniowy (w wyniku opadu na powierzchnię akwenu oraz w postaci dopływu rzekami i strumieniami) i podziemny (dopływ wodami podziemnymi). W niektórych przypadkach mamy też wlewy wód morskich, chociażby w jeziorach przybrzeżnych.
Każdy zbiornik ma swój specyficzny bilans wodny. Stronę przychodów stanowią wody opadowe na powierzchnię jeziora oraz dopływy rzeczne i podziemne. Po stronie rozchodu mamy parowanie z powierzchni wody (w tym też transpirację roślin wodnych wynurzonych), odpływ z jeziora i retencję końcową. Upraszczając – co do jeziora dopływa i co z niego odpływa. Oczywiście składowe te mają znaczenie dla lokalnego obiegu wody i jej retencji powodowanej obecnością jeziora w danym krajobrazie.
Działalność człowieka i związana z nią aktywność gospodarcza w zlewni zbiornika może mocno modyfikować jego bilans wodny. Najczęściej obserwujemy spadki poziomu jezior lub ich całkowity zanik, co jest efektem poboru wody na cele komunalne i do nawodnień rolniczych lub np. prowadzenia górnictwa odkrywkowego. Niekiedy pozornie niewielkie zmiany w charakterze zlewni akwenu mogą się przełożyć na wystąpienie wód z obecnej misy jeziornej i zalanie terenów przyległych lub – co jest częstsze – prowadzić do szybkiego obniżania się poziomu wody w okresie letnim (przy bardzo intensywnym parowaniu z powierzchni wody i niewielkim zasilaniu przez opady) oraz okresowego wysychania mniejszych dopływów rzecznych.
Obserwowana zmiana klimatu znacząco wpływa na bilans wodny jezior, już i tak silnie zaburzany przez naszą aktywność gospodarczą. Zmiany widoczne są zwłaszcza w warunkach termicznych wody i jej obiegu. Brak zlodzenia zimą oraz zwiększone parowanie latem to te czynniki, które obserwujemy i łatwo je zidentyfikować. Trudniej opisać powolne zmiany w ekosystemie i dynamice populacji wodnych roślin i zwierząt o swoistych wymaganiach. Organizmy żyjące w naszych wodach, pozostałe jako relikty po okresie ostatniego zlodowacenia, szybko ustępują. Cenne gatunki ryb, jak sieja i sielawa, są obecne tylko dzięki ochronnej działalności człowieka (np. poprzez sztuczny rozród i zarybianie). Wiele gatunków utraciło swoje siedliska, możliwości rozrodu, odbywania wędrówek. Bioróżnorodność „wodnego świata” ubożeje i zaczynają w nim dominować gatunki najszybciej adaptujące się do zmiany klimatu.
[i] Wskaźnik „jeziorności” przedstawia procentowy udział powierzchni jeziora do powierzchni rozpatrywanego terenu.
[ii] Na małych jeziorach fale zwykle nie przekraczają około 0,5 m wysokości, na większych akwenach – o powierzchni kilku kilometrów kwadratowych – mogą osiągać 1,0 m wysokości. Jednak na największy zbiornikach świata falowanie może być naprawdę groźne. W jeziorach Michigan, Bajkał czy Ładoga obserwuje się fale dochodzące do 5-7 m wysokości, a w Morzu Kaspijskim nawet 11-metrowe. W warunkach Polski najszybciej i dość gwałtownie fale pojawiają się na rozległych płytkich jeziorach przymorskich, jak Łebsko czy Jamno.
[iii] Typ miktyczny jeziora ustala się na podstawie częstotliwości i zasięgu mieszania mas wód. W strefie umiarkowanej, w tym w Polsce, najczęściej występują jeziora dimiktyczne, w których mieszanie wód zachodzi wiosną i jesienią.
[iv] Takie jeziora określamy jako polimiktyczne – wielokrotnie mieszane w ciągu roku.
[v] Morze Kaspijskie, największe jeziorze na świecie, magazynuje aż 44,4 proc. wszystkich wód słodkich na ziemskim globie.
