Estratificación Térmica y su Influencia en la Dinámica

de los Lagos

IRRADIACION SOLAR INCIDENTE

El conocimiento de la hidrodinámica lacustre favorece la comprensión de la distribución de organismos acuáticos.

Es esencial conocer: modelo de la forma de su cubeta accidentes internos que ésta pueda

presentar, la orientación, el modo y caudales con que ingresan

sus tributarios y egresan sus emisarios.

circulación vertical y la mezcla.

condiciones meteorológicas atmosféricas estacionales, ingreso directo de aguas

de precipitación, escurrido por derretimiento de nieves, heladas o de

calurosos días soleados. temperaturas de las aguas de los

lagos varían diferencias de densidad

La circulación general depende de la temperatura, y, por consiguiente, va ligada al clima de la región.

IRRADIACION SOLAR INCIDENTE

Estratificación termal

La comprensión y clasificación de los lagos en función de sus características de estratificación y mezcla, resultan decisivas desde el punto de vista biológico.

Perfil de temperatura estival y RTR (resistencia térmica relativa) a la mezcla (barras)

Perfiles verticales de penetración de la radiación solar (S) y la temperatura (T) en dos lagos comunicados y

adyacentes.

Estratificación térmica típica de un lago en los estratos señalados.

Epilimnion: estrato superior, aguas más o menos uniformemente cálidas y turbulentas

Metalimnion: discontinuidad termal entre el epi y el hipolimnion. Gradiente térmico pronunciado.

Hipolimnion: estrato inferior, región profunda, aguas más o menos uniformemente frías y tranquilas

Termoclinas

Entre epiliminio e hipolimnio, donde la temperatura desciende rápidamente, se encuentra la termoclina (Birge 1897).

Plano o superficie en el cual la tasa de disminución de la temperatura con respecto a la profundidad es máxima

Birge, la termoclina está limitada a una zona donde la temperatura cae al menos 1 Grado Centígrado por metro.

La estabilidad de un lago esta determinada por su tamaño y morfometria

La cantidad de trabajo con que contribuye el viento a la distribución del calor aumenta en forma proporcional al disminuir el tamaño y volumen del lago.

Estabilidad de un lago estratificado

Cantidad de trabajo por unidad de área necesaria para mezclar un lago, esta alcanzar la densidad vertical uniforme.

Esta es mayor a medida que aumenta el volumen y la profundidad de un lago.

Variaciones de la

estabilidad estival

A: discontinuidades térmicas múltiplesB: discontinuidad térmica reducida

clasificación de los lagos según su temperatura

(Forel 1892, 1895 y 1904) Lagos templados (alternancia regular

anual de estratificación estival e invernal inversa entre dos periodos de circulación a la temperatura de densidad máxima)

Lagos Tropicales (el agua permanece a temperaturas > 4°C, de estratificación directa, excepto durante la circulación invernal).

Lagos polares (la temperatura del agua es < 4°C, presenta estratificación inversa, excepto en el único periodo de circulación estival)

•

clasificación de los lagos según su temperatura

(Loffler 1956, Hutchinson 1957)

modelos de circulación Lagos Amícticos. Lagos Fríos Monomícticos Lagos cálidos Monomícticos Lagos Oligomícticos Lagos Polimícticos Lagos Templados Dimícticos

Lagos amícticos

Cubiertos de hielo Zonas Antártica, Ártico y montañas. Insolación directa a través del hielo. Conducción del calor desde

sedimento y entorno.

Lagos Fríos Monomícticos

La temperatura del agua superficial como profunda nunca supera los 4º C.

Durante los veranos cuando el agua sobrepasa los 4º C, puede producirse una circulación vertical que genera la mezcla de las aguas. Este tipo de lagos se encuentran en las regiones polares o a gran altitud en los cordones montañosos.

Los lagos someros las aguas pueden superar los 15°C.

Lagos Cálidos Monomícticos

Circulan en invierno. Las temperaturas no descienden de

los 4°C. Se estratifican en verano. Característicos de zonas oceánicas. Estratificación monomíctica del tipo

cálida.

Lagos Monomicticos: Puyehue, Rupanco y Llanquihue en la región de los lagos Araucanos y el lago Yelcho mas al sur en la región Patagónica

nortina.

Lagos Templados Dimícticos

En las zonas templadas, aquellos lagos suficientemente profundos tienen ciclos estacionales que alteran en la estratificación de sus aguas. 

Durante los veranos, las aguas de las capas superiores se calientan más que las del fondo, consecuencia de la exposición superficial a la intensa y continua radiación solar resultante de la sucesión días despejados. Este factor origina una circulación de las aguas superficiales, las cuales no se mezclan con las del fondo.

En otoño, la temperatura desciende en el epilimnio hasta igualar a la del hipolimnio provocando la circulación total de aguas del lago. Durante el invierno se estratatifica a consecuencia del congelamiento superficial, mientras que las del fondo permanecen a 4º C. Esta temperatura corresponde al punto de máxima densidad del agua (3.98º C). Basta que una delgada monocapa superficial del lago descienda por debajo de esta temperatura para que los eventos de estratificación y mezcla se produzcan, no es imprescindible la presencia de hielo para que ello ocurra. 

Durante la primavera la temperatura del epilimnio asciende, el hielo se funde o la temperatura superficial supera los 4º C y, al hacerse agua más pesada dado a que ha aumentado su densidad, desciende hacia el fondo provocando la subida de las aguas profundas. Así se establece una circulación total de las aguas con la consiguiente fertilización de las capas superiores por el arrastre de nutrientes en suspensión desde el fondo.

Lagos Dimícticos: estratificación térmica anual

Relación profundidad de mezcla-

área para lagos del sur de Chile. Cada lago es representado por un rombo abierto. Lagos Canadienses comparables (ELA, NOLSS, Fee & Hecky 1992, Fee et al. 1992, 1994, 1996), cada lago representado por un cuadrado

relleno.

LAGOS MEROMICTICOS

Findenegg,1935, Hutchinson, 1937 Estrato profundo permanece sin

mezclarse. Monimolimnion (estrato profundo) Mixolimnion (estrato superior que

circula periódicamente) Ambos estratos están separados por

un gradiente de salinidad llamado QUIMIOCLINA

Explicación:1g /l de sal aumenta la densidad 0,0008

cambio mayor en la densidad ( peso específico) que la asociada a la temperatura.

La diferencia en densidad entre 4 y 5°C es 0,000008, cuando sólo se requiere de 10 mg/l de sal para lograr el mismo efecto de resistencia a la mezcla

El gradiente de salinidad en profundidad en estratificación es superior a 10mg/l.

“Estabilidad de concentración”

Lagos MEROMICTICOS

TIPOS DE MEROMIXIS

Meromixis Ectogénica: efecto externo por llegada de agua duce o salada. Estrato superior menos denso. Lagos costeros.

Meromixis crenogénica: es provocada por afluencias de aguas de vertiente salobres al lago.

Meromixis biogénica: acumulación de sales en el monimolimnion (descomposición)

BALANCE TERMICO

S = Rn – E – H – Q

Rn= Irradiación solar neta E = Evaporación H = Transferencia de calor

(conducción) Q = Corrientes advectivas de calor

(afluentes y efluentes)

MIXING REGIME LAKES

MAXDEPT

H(m)

AREA(acres/hectares)

DIMICTIC(2mixes/yr)

Lake Minnetonka (Minneapolis, MN) 34 14,004 acres (5,670 ha)

Grindstone Lake (Sandstone, MN) 46 500 acres (200 ha)

Lake Independence (Minneapolis, MN) 18 850 acres (344 ha)

Pike Lake (Duluth, MN) 18 500 acres (200 ha)

MONOMICTIC(1mix/yr – mixed

all winterand spring)

Lake Erie 70 6.4 x 106 acres (2.6 x 106 ha)

Lake Huron 228 14.8 x 106 acres (6.0 x 106 ha)

Ice Lake* (Grand Rapids, MN) 16 41 acres (16.6 ha)

Lake Michigan 281 14.4 x 106 acres (5.8 x 106 ha)

Lake Ontario 244 4.9 x 106 acres (2.0 x 106 ha)

Lake Superior 300 20.3 x 106 acres (8.2 x106 ha)

Lake Tahoe (CA/NV) 499 123,253 acres (49,900 ha)

Lake Mead (NV – largest US reservoir) 180 163,320 acres (66,096 ha)

POLYMICTIC(many mixes/yr)

Shallow lakes & ponds < 4 wide range

Mille Lacs Lake, MN 13 132,510 acres (53,648 ha)

St. Louis River and Duluth-Superior Harbor 1-8 11,993 acres (4,856 ha)

MEROMICTIC(never totally

mixed because ofstagnant bottom

layer)

Miners Pit Lake (Ely, MN) 48 138 acres (56 ha)

Pennington Pit Lake, (Crosby, MN) 79 57 acres (23 ha)

Brownie Lake (Minneapolis, MN) 15 18 acres (7.3 ha)

Deming Lake (Itasca State Park, MN) 14 12.3 acres (5.0 ha)

Big Soda Lake (Fallon, NV) 60 400 acres (160 ha)

* variable from year to year