Stratifikasi danau

Stratifikasi danau adalah kecenderungan danau untuk memisahkan dan membedakan lapisan suhu pada saat cuaca hangat. Biasanya stratifikasi danau memperlihatkan tiga lapisan yang berbeda, epiliminion terdiri dari lapisan hangat atas, tremoklin (atau metalimnion): adalah lapisan tengah, yang dapat berubah kedalaman sepanjang hari, dan hipolimnion yang lebih dingin memiliki luas sampai dasar danau.

Definisi

Stratifikasi suhu danau mengacu kepada perubahan dalam suhu pada ke yang berbeda di danau, dan terjadi karena tingkat ketebalan air bervariasi dengan suhu .^[1] Air dingin lebih padat daripada air hangat dan epilimnion biasanya berisi air yang tidak setebal dengan air di hipolimnion.^[2] Bagaimanapun juga, suhu ketebalan maksimal untuk air tawar adalah 4 °C. Di daerah panas dimana air danau memanas dan mendingin selama pergantian musim, sebuah pola perputaran terjadi yang terulang-ulang dari tahun ke tahun dan pada saat yang bersamaan ketebalan air dingin di permukaan air danau menurun (lihat kestabilan dan ketidakstabilan stratifikasi). Sebagai contoh, dalam danau dimiktik air danau berbalik selama musim semi dan musim gugur. Proses ini terjadi lebih lambat di air yang lebih dalam dan sebagai hasilnya, batang termal akan terbentuk. Jika stratifikasi air bertahan lama, maka danau menjadi meromiktik.^[1]

Di danau-danau yang dangkal, stratifikasi menjadi epilimnion, metalimnion, dan hipolimnion sering tidak terjadi, karena angin dan pendinginan menyebabkan pencampuran yang rutin sepanjang tahun. Danau-danau ini disebut sebagai polimiktik. Tidak ada kedalaman yang pasti yang dapat membedakan polimiktik dan stratifikasi danau, terlepas dari kedalaman, yang juga dipengaruhi oleh kekeruhan, permukaan danau, dan iklim.^[3]

Pencampuran air danau (contohnya polimiktik, dimiktik, dan meromiktik) ^[4] menggambarkan pola tahunan dari stratifikasi danau yang terjadi di kebanyakan tahun. Namun, kejadian-kejadian jangka pendek dapat mempengaruhi stratifikasi danau juga. Gelombang panas dapat menyebabkan periode stratifikasi tercampur, danau-danau dangkal,^[5] saat pencampuran, seperti badai atau pengaliran sungai besar, dapat memecahkan stratifikasi.^[6] Penelitian terbaru menunjukkan bahwa danau-danau dimiktik yang diselimuti es setiap musim dapat digambarkan sebagai “dikriostratifikasi” atau “kriomitik” menurut stratifikasi musim dingin mereka.^[7] Danau-danau destratifikasi menunjukkan stratifikasi terbalik di dekat permukaan es dan mempunyai suhu kedalaman rata-rata mendekati 44 °C, sedangkan danau-danau kriomiktik tidak mempunyai termoklin dibawah es dan mempunyai suhu kedalaman rata-rata pada musim dingin dekat dengan 0 °C.^[8] Akumulasi dari karbondioksida yang larut di ketiga danau meromiktik di Afrika (Danau Nyos dan Danau Monoun di Kamerun dan Danau Kivu di Rwanda) berpotensi berbahaya karena jika salah satu danau ini terpicu untuk letusan limnik, jumlah karbondioksida yang sangat besar dapat lepas dari danau dengan cepat dan menggantikan oksigen yang dibutuhkan untuk hidup oleh manusia dan binatang-binatang di area sekitar.^[8]

Destratifikasi

Di ketinggian sedang, banyak danau yang menjadi terstratifikasi selama musim panas berbulan-bulan destratifikasi pada saat cuaca yang lebih dingin dan berangin dengan cara permukaan tercampur oleh angin yang menjadi penggerak penting pada proses ini. fenomena ini sering dikenal sebagai “pergantian musim gugur”. Pencampuran hipolimnium dengan air danau yang tercampur mensirkulasikan kembali nutrisi, khususnya senyawa fosfor, yang terjebak di dalam hipolimnion pada saat cuaca hangat. Kejadian ini juga menimbulkan resiko penurunan oksigen karena hipolimnion yang sudah lama terbentuk dapat menjadi anoksik atau sangat rendah oksigen.^[7]

Pencampuran danau dapat bergeser karena peningkatan suhu air. Beberapa danau dimiktik dapat menjadi danau monomiktik, sementara danau monomiktik dapat menjadi meromiktik, sebagai hasil dari peningkatan suhu.^[7]

Berbagai macam jenis peralatan aerasi telah digunakan untuk mendestratifikasi suhu danau, terutama dana-danau yang memiliki oksigen rendah dan alga-alga mekar yang tidak diinginkan.^[9] Bahkan, sumber daya alam dan pengurus-pengurus lingkungan sering berhadapan dengan masalah-masalah yang disebabkan oleh danau dan kolam destratifikasi termal.^[10] Ikan-ikan mati dikaitkan secara langsung dengan perbedaan termal, stagnasi, dan penutup es.^[11]

Pertumbuhan plankton yang berlebihan dapat membatasi penggunaan dana-danau untuk rekerasi dan penggunaan umum air danau. Dengan beberapa stratifikasi termal di danau, kualitasi air minum juga dengan berbeda-beda dapat terpengaruh.^[2] Untuk bidang perikanan, distribusi spasial ikan dalam sebuah danau seringkali terpengaruh oleh stratifikasi termal dan dalam beberapa kasus dapat secara tidak langsung menyebabkan kematian besar pada ikan-ikan penting.^[12] Salah satu alat yang umum digunakan untuk mengurangi permasalahan pengaturan danau-danau ini adalah dengan menghilangkan atau mengurangi stratifikasi termal melalui aerasi.^[12] Aerasi telah sukses dalam beberapa kasus, walaupun sangat jarang terbukti untuk menjadi solusi tepat.^[13]

Pengaruh Antropogenik

Setiap danau mempunyai set pencampuran yang dipengarui oleh morfometri dan keadaan lingkungan. Akan tetapi, perubaan-perubahan yang disebabkaan oleh penggunaan daratan oleh manusia menyebabkan perubahan, peningkatan suhu dan perubahan pada pola cuaca juga telah mengganti ketepatan waktu dan intensitifitas stratifikasi di danau-danau seluruh dunia.^[13]^[13] Perubahan-perubahan ini dapat mengubah ikan, zooplankton, dan komposisi komunitas fitoplankton, sebagai tambahan untuk membuat gradien yang nantinya merubah kesediaan oksigen dan nutrisi yang larut.^[12] Ada beberapa perubahan-perubahan dalam daratan manusia yang mempengaruhi stratifikasi danau dan kondisi air. Ekspansi perkotaan berujung pada konstruksi jalanan dan rumah-rumah yang dekat dengan danau-danau yang dulunya terisolasi, terkadang menyebabkan limpasan dan polusi meningkat. Adanya materi-materi tertentu di tubuh danau dapat merendahkan kejernihan air, menyebabkan stratifikasi termal yang lebih kuat dan merendahkan kolom suhu rata-rata air secara keseluruhan, yang pada akhirnya mempengaruhi timbulnya lapisan es.^[14] Kualitas air juga dapat dipengaruhi oleh limpasan air garam dari jalanan dan trotoar, yang sering membuat lapisan garam bentik yang mengganggu pencampuran permukaan air secara vertikal. Terlebih lagi, lapisan garam dapat mencegah larutan oksigen untuk mencapai dasar sedimen, mengurangi daur ulang fosfor dan mempengaruhi komunitasi mikroba.^[15] Dalam skala global, peningkatan suhu dan perubahan pola cuaca dapat mempengaruhi stratifikasi danau. Peningkatan suhu udara mempunyai efek yang sama dengan tubuh danau saat terjadi perubahan fisik di lokasi geografis, dengan zona tropis menjadi sangat sensitif.^[14]^[15] Intensitasi dan cakupan dampak tergantung pada lokasi dan morfometri danau, tetapi dalam beberapa kasus bisa menjadi sangat fatal sehingga membutuhkan klasifikasi ulang dari monomiktik ke dimictic (sebagai contohnya Danau Great Bear).^[15] Secara menyeluruh, stratifikasi danau terlihat lebih stabil dengan termoklin yang lebih dalam, dan suhu rata-rata danau sebagai determinan utama dalam tanggapan stratifikasi terhadap perubahan suhu.^[14] Selanjutnya, nilai kehangatan permukaan jau lebih besar dari pada nilai kehangatan di dasar danau, dan sekali lagi mengindikasikan stratifikasi termal lebih kuat diseluruh danau.

Perubahan-perubahan terhadap pola stratifikasi juga dapat mengubah komposisi komunitas ekosistem danau. Di danau dangkal, suhu yang meningkat dapat mengubah diatom komunitas, sementara di danau yang dalam, perubahan ditunjukkan dengan bagian tubuh pada lapisan klorofil dalam. Perubahan-perubahan dalam pencampuran pola dan peningkatan kesediaan nutrisi juga dapat mempengaruhi komposisi spesies dan jumlah zooplankton, sementara ketersediaan nutrisi yang berkurang bisa merugikan untuk komunitas bentik dan habitat ikan.^[16]^[17]

Lihat juga

Referensi

^ ^a ^b "Density Stratification". waterontheweb.org.
^ ^a ^b "Lake Lanier Turnover Facts | Department Of Natural Resources Division". georgiawildlife.com. Diakses tanggal 19 Oktober 2022.
^ Kirillin, G.; Shatwell, T. (2016). "Generalized scaling of seasonal thermal stratification in lakes". Earth-Science Reviews. 161: 179–190. doi:10.1016/j.earscirev.2016.08.008.
^ Lewis Jr., William M. (1983). "A Revised Classification of Lakes Based on Mixing". Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 40 (10): 1779–1787. doi:10.1139/f83-207.
^ Wilhelm, Susann; Adrian, Rita (2007). "Impact of summer warming on the thermal characteristics of a polymictic lake and consequences for oxygen, nutrients and phytoplankton". Freshwater Biology. 0 (0): 071004210218001–???. doi:10.1111/j.1365-2427.2007.01887.x.
^ 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.; Blanchfield, Paul J.; Carey, Cayelan C.; Guzzo, Matthew M.; Lottig, Noah R.; MacKay, Murray D.; Middel, Trevor A.; Pierson, Don C.; Wang, Junbo; Young, Joelle D. (2021). "A New Thermal Categorization of Ice‐Covered Lakes". Geophysical Research Letters. 48 (3). doi:10.1029/2020GL091374.
^ ^a ^b ^c Woolway, R. Iestyn; Merchant, Christopher J. (2019). "Worldwide alteration of lake mixing regimes in response to climate change". Nature Geoscience. 12 (4): 271–276. doi:10.1038/s41561-019-0322-x.
^ ^a ^b 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 (2021). "A New Thermal Categorization of Ice‐Covered Lakes". Geophysical Research Letters (dalam bahasa Inggris). 48 (3). doi:10.1029/2020GL091374. ISSN 0094-8276.
^ Cooke, G. Dennis; Welch, Eugene B.; Peterson, Spencer; Nichols, Stanley A., eds (2005). Restoration and management of lakes and reservoirs (edisi ke-3rd). Boca Raton, FL: CRC Press. hlm. 616. ISBN 9781566706254.
^ Lackey, Robert T. (Februari 1972). "A TECHNIQUE FOR ELIMINATING THERMAL STRATIFICATION IN LAKES". Journal of the American Water Resources Association. 8 (3) (1): 589–599. doi:10.1111/j.1752-1688.1972.tb05092.x.
^ Lackey, Robert T.; Holmes, Donald W. (Juli 1972). "Evaluation of Two Methods of Aeration to Prevent Winterkill". The Progressive Fish-Culturist. 34 (3): 175–178. doi:10.1577/1548-8640(1972)34[175:EOTMOA]2.0.CO;2.
^ ^a ^b ^c Edlund, Mark; Almendinger, James; Fang, Xing; Hobbs, Joy; VanderMeulen, David; Key, Rebecca; Engstrom, Daniel (2017). "Effects of Climate Change on Lake Thermal Structure and Biotic Response in Northern Wilderness Lakes". Water. 9 (9): 678. doi:10.3390/w9090678.
^ ^a ^b ^c Kraemer, Benjamin M.; Anneville, Orlane; Chandra, Sudeep; Dix, Margaret; Kuusisto, Esko; Livingstone, David M.; Rimmer, Alon; Schladow, S. Geoffrey; Silow, Eugene; Sitoki, Lewis M.; Tamatamah, Rashid; Vadeboncoeur, Yvonne; McIntyre, Peter B. (2015). "Morphometry and average temperature affect lake stratification responses to climate change: LAKE STRATIFICATION RESPONSES TO CLIMATE". Geophysical Research Letters. 42 (12): 4981–4988. doi:10.1002/2015GL064097.
^ ^a ^b ^c Heiskanen, Jouni J.; Mammarella, Ivan; Ojala, Anne; Stepanenko, Victor; Erkkilä, Kukka‐Maaria; Miettinen, Heli; Sandström, Heidi; Eugster, Werner; Leppäranta, Matti; Järvinen, Heikki; Vesala, Timo; Nordbo, Annika (2015). "Effects of water clarity on lake stratification and lake‐atmosphere heat exchange". Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 120 (15): 7412–7428. doi:10.1002/2014JD022938.
^ ^a ^b ^c Novotny, Eric V.; Stefan, Heinz G. (2012). "Road Salt Impact on Lake Stratification and Water Quality". Journal of Hydraulic Engineering. 138 (12): 1069–1080. doi:10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000590.
^ Edlund, Mark; Almendinger, James; Fang, Xing; Hobbs, Joy; VanderMeulen, David; Key, Rebecca; Engstrom, Daniel (2017). "Effects of Climate Change on Lake Thermal Structure and Biotic Response in Northern Wilderness Lakes". Water (dalam bahasa Inggris). 9 (9): 678. doi:10.3390/w9090678. ISSN 2073-4441.
^ Novotny, Eric V.; Stefan, Heinz G. (2012). "Road Salt Impact on Lake Stratification and Water Quality". Journal of Hydraulic Engineering (dalam bahasa Inggris). 138 (12): 1069–1080. doi:10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000590. ISSN 0733-9429.