LIMNOLOGIA: HISTORIA, KIERUNEK STUDIÓW, GAŁĘZIE, BADANIA NAUKOWE - BIOLOGIA - 2025

Limnologia jest nauką, która bada śródlądowe wody jako powiązane ze sobą ekosystemów z ekosystemów lądowych i atmosfery. Opisywać i analizować fizyczne, chemiczne i biologiczne czynniki wód śródlądowych w celu wyjaśnienia ich składu, struktury, energii i organizmów żywych.

Termin „limnologia” pochodzi od słów limne (boskość związana z wodą) i logos (traktat lub studium). Po raz pierwszy został zatrudniony przez François Alphonse Forel, szwajcarskiego naukowca uważanego za ojca tej dyscypliny za jego wielki wkład w XIX wieku.

Limnologia, badanie wód śródlądowych. Źródło: www.flickr.com

Limnologia ewoluowała niezwykle w całej swojej historii; początkowo obejmował jedynie badania jezior, które uważano za nadorganizmy, bez wzajemnych powiązań ze środowiskiem. Obecnie badania wód kontynentalnych rozważają interakcje ze środowiskiem i ich znaczenie w cyklach materii i energii.

Historia

Starożytna limnologia

Pierwsze wkłady w wiedzę o jeziorach pojawiają się w starożytnej Europie, z pojedynczymi obserwacjami, bez wzajemnych powiązań między nimi.

W latach 1632-1723 A. van Leewenhoek dokonał pierwszych opisów mikroorganizmów wodnych dzięki pojawieniu się mikroskopu, co oznaczało ważny postęp w wiedzy o życiu wodnym.

W 1786 roku opublikowano pierwszą klasyfikację wodnych organizmów mikroskopijnych, przeprowadzoną przez duńskiego biologa Otto Friedricha Müllera, zwaną Animacula Infusoria Fluviatilia et Marina.

Wraz z pojawieniem się pierwszych stacji biologicznych wiedza limnobiologiczna osiągnęła pełnię. W 1888 roku w czeskich lasach założono pierwszą stację doświadczalną. Następnie liczba stacji biologicznych w Europie i Stanach Zjednoczonych gwałtownie wzrosła.

Naukowcy w tamtych czasach wnieśli wielki wkład w wiedzę o życiu w zbiornikach słodkowodnych. Wyróżniają się między innymi badania z zakresu taksonomii, mechanizmów żywienia, dystrybucji, migracji.

Nowoczesna limnologia

Nowoczesna limnologia pojawiła się pod koniec XIX wieku, wraz z odkryciem słodkowodnej społeczności planktonowej przez PE Müllera w 1870 roku.

W 1882 Ruttner ustala, że ​​limnologia obejmuje interakcje ekologiczne, wykraczające poza opisowe badanie asocjacji biotycznych, które występują w zbiorniku wodnym.

W 1887 roku SA Forbes opublikował esej pt. Jezioro jako mikrokosmos, w którym analizował jezioro jako układ w dynamicznej równowadze materii i energii z organizmami żywymi.

W 1892 roku FA Forel opublikował wyniki swoich badań w jeziorze Leman (Szwajcaria), koncentrując się na geologii, charakterystyce fizykochemicznej i opisie organizmów żywych w jeziorze.

W 1917 roku Cole objął drugi cel, dotyczący limnologii; badanie cykli materii, ze szczególnym uwzględnieniem cykli biogeochemicznych.

W 1935 roku Welch zdefiniował limnologię jako badanie produktywności biologicznej wód śródlądowych. Definicja ta po raz pierwszy obejmuje w limnologii nacisk na produktywność i badanie systemów lotnych (rzek i strumieni), a także systemów lentycznych (jezior).

W 1975 roku Hutchinson i Golterman scharakteryzowali limnologię jako naukę interdyscyplinarną zależną od geologii, meteorologii, fizyki, chemii i biologii.

W 1986 Lehman opisał dwa kierunki studiów związane z limnologią. Pierwsza dziedzina skupiała się na właściwościach fizykochemicznych (termodynamicznych) zbiorników wodnych. Druga dziedzina, która bada procesy biologiczne na poziomie populacji i społeczności, kontrolowane przez dobór naturalny.

W latach dziewięćdziesiątych XX wieku, w obliczu rosnącego zapotrzebowania na wodę i globalnego zagrożenia związanego z jej zmniejszeniem ilości i jakości, pojawiła się stosowana wizja limnologii, która koncentruje się na zarządzaniu środowiskiem.

Współczesna limnologia

Limnologia XXI wieku podtrzymuje wizję znaczenia znajomości systemów lentycznych i loticznych dla sprzyjania środowiskowemu gospodarowaniu wodą, które pozwala ludzkości cieszyć się zasobami wodnymi i korzyściami społecznymi, ekonomicznymi i przyrodniczymi.

Kierunek studiów

Limnologia jest uważana za gałąź ekologii, która koncentruje się na śródlądowych ekosystemach wodnych, w tym jeziorach, stawach, wodach podziemnych, stawach, strumieniach i rzekach.

Bada zarówno przepływ materii i energii, jak i skład, strukturę i dynamikę organizmów żywych obecnych w wodach kontynentalnych na poziomie osobników, gatunków, populacji i zbiorowisk.

Zrozumienie wszystkich procesów i mechanizmów składających się na bioróżnorodność oraz reakcje fizykochemiczne kontynentalnych środowisk wodnych wymaga integracji wielu dyscyplin naukowych, takich jak między innymi chemia, fizyka, biologia, klimatologia, hydrologia, geologia.

Limnologia integruje również procesy zachodzące w wodach kontynentalnych z ekosystemami lądowymi. Uwzględnia skutki odprowadzania wody oraz wkład materii i energii z basenów. Uwzględnia również wymiany zachodzące między zbiornikami wodnymi a atmosferą.

Badanie wód śródlądowych obejmuje również identyfikację zagrożeń środowiskowych i opis ich skutków dla ekosystemu. Oznacza to również poszukiwanie rozwiązań, takich jak łagodzenie zmian klimatycznych, kontrola gatunków egzotycznych i odbudowa ekosystemów.

Gałęzie

Gałęzie limnologii powstają w zależności od typu badanego zbiornika wodnego.

Limnologia wód stojących

Ta gałąź limnologii bada ekosystemy lentyczne, lepiej znane jako jeziora. Uwzględniono zarówno naturalne wody powierzchniowe, jak i sztuczne zbiorniki, stawy lub tamy.

Jezioro Tanganika, Zambia. Źródło: Worldtraveller, za Wikimedia Commons

Limnologia wód płynących

Limnologia wód płynących bada ekosystemy lotne, takie jak rzeki lub strumienie, charakteryzujące się przeważnie poziomym i jednokierunkowym przepływem wody.

Rzeka Amazonka. Źródło: Peter Angritt, źródło Wikimedia Commons

Limnologia wód podziemnych

Dział ten zajmuje się badaniem procesów zachodzących w podziemnych zbiornikach wodnych. Uwzględniono badania procesów biogeochemicznych, które kształtują właściwości chemiczne wód podziemnych.

Pomiar wód gruntowych. Źródło: www.pixabay.com

Limnologia jezior słonych

Branża ta zajmuje się badaniami słonych jezior, które stanowią 45% jezior śródlądowych na świecie. Jego badania koncentrują się na szczególnych cechach tych ekosystemów, w tym na ich opisach chemicznych, fizycznych i biologicznych.

Great Salt Lake, Stany Zjednoczone. Źródło: Użytkownik Draxfelton na en.wikipedia, z Wikimedia Commons.

Najnowsze badania

Badania w jeziorach tropikalnych

Większość badań w środowiskach lentycznych prowadzono na jeziorach w północnych regionach o umiarkowanym klimacie. Jednak dynamika biogeochemiczna dużych jezior tropikalnych różni się od dynamiki odnotowanej dla jezior strefy umiarkowanej.

Li i wsp. Opublikowali w 2018 roku pracę na temat geochemii osadów i ich udziału w obiegu węgla i składników odżywczych w tropikalnym jeziorze położonym w Malawi (Afryka Wschodnia).

Wyniki wskazują na istotny udział osadów w biogeochemicznych budżetach jeziora. Ponadto pokazują, że wskaźniki sedymentacji znacznie wzrosły w ciągu ostatnich dziesięciu lat.

Badania w sztucznych zbiornikach lub tamach

W ostatnich latach gwałtownie wzrosła liczba sztucznych stawów i tam.

Chociaż dobre zrozumienie naturalnych jezior może pomóc w zrozumieniu sztucznych ekosystemów, mogą one prezentować wiele cech, które odróżniają je od naturalnych ekosystemów. Z tego powodu badania w sztucznych środowiskach mają dziś ogromne znaczenie.

Znachor i in. (2018) przeanalizowali dane z 36 zmiennych środowiskowych zebranych w ciągu 32 lat w małym zbiorniku w Czechach. Celem badań było wykrycie trendów w charakterystyce klimatycznej i biogeochemicznej.

Prawie wszystkie zmienne środowiskowe wykazywały zmienne trendy w czasie. Stwierdzono również odwrócenie trendów. Na przykład rozpuszczony węgiel organiczny wykazywał tendencję do ciągłego liniowego wzrostu.

Badanie to wykazało również zmianę trendów pod koniec lat 80. i 90. Autorzy interpretują tę zmianę jako odpowiedź na pewne zmiany społeczno-gospodarcze, które zaszły w regionie.

Innym ważnym rezultatem tych badań jest zmiana warunków hydraulicznych zapory, jaka nastąpiła w 1999 roku. Nastąpiło to po zwiększeniu objętości retencyjnej zapory, w wyniku decyzji administracyjnej podjętej po okresie obfitych opadów.

Ten przykład pokazuje, jak badania limnologiczne mogą nam pokazać wpływ czynników społeczno-ekonomicznych i decyzji politycznych na funkcjonowanie sztucznych ekosystemów. To z kolei może pomóc nam zrozumieć wpływ na naturalne ekosystemy.

Badania nad paleolimnologią

Paleolimnologia to badanie osadów zdeponowanych w jeziorach w celu odtworzenia historii naturalnej lub zmiany zmiennych środowiskowych jeziora lub jego środowiska w przeszłości. W tym celu stosuje się różne metodologie, takie jak analiza mikroskamieniałości okrzemek, pyłków kwiatowych czy małżoraczków.

Novaes Nascimento i współpracownicy opublikowali w 2018 roku artykuł na temat paleobiologicznego dochodzenia w peruwiańskich Andach, które rekonstruuje historię jeziora Miski, małej słonowodnej ostoi położonej na wysokości 3750 metrów nad poziomem morza.

Wyniki stratygrafii węglanowej i zbiorowiska skamieniałości okrzemek wykazały spadek poziomu jeziora w środkowym holocenie, jednak nigdy nie wyschło ono całkowicie.

Historia pokazuje, że jezioro Miski było częścią krajobrazu od 12700 lat, mimo że wiele płytkich jezior andyjskich wyschło.

Bibliografia

1. Banderas, AG i González, R. (1996). Limnology, rewizja koncepcji. Inżynieria hydrauliczna w Meksyku, XI (1): 77-84.
2. Basavarajappa, SH, Raju, NS i Hosmani, SP (2014) Limnology: A Critical Review. Current World Environment, 9 (3), 741-759.
3. Li, J., Brown, ET, Crowe, SA i Katsev, S. (2018). Geochemia osadów i udział w obiegu węgla i składników odżywczych w głębokim meromiktycznym jeziorze tropikalnym: jeziorze Malawi (Afryka Wschodnia). Journal of Great Lakes Research 44 (6): 1221-1234
4. Novaes Nascimento, M., Laurenzi, AG, Valencia, BG, Van, R. and Bush, M. (2018). 12 700-letnia historia paleolimnologicznych zmian od andyjskiego mikrorefugium. Holocen.
5. Walijski PS (1952). Limnologia. McGraw Hill. Warszawa 538.
6. Znachor, P, Nedoma, J, Hejzlar J, Seďa J, Kopáček J, Boukal D and Mrkvička T. (2018). Wiele długoterminowych i odwróconych trendów dominuje w warunkach środowiskowych w sztucznym zbiorniku słodkowodnym. Science of the Total Environment 624: 24–33.