Järven ekosysteemi sisältää bioottisia (eläviä) kasveja, eläimiä ja mikro -organismeja sekä abioottisia (elottomia) fysikaalisia ja kemiallisia vuorovaikutuksia. [yksi]
Järvien ekosysteemit ovat hyviä esimerkkejä pysähtyneistä ekosysteemeistä. Pysyvät tai matalasti virtaavat vedet ovat pysähtyneitä (latinasta Lentus - hidas). Kiinteä vesi vaihtelee lammista , järvistä kosteikkoon . Pysyviä ekosysteemejä voidaan verrata juokseviin ekosysteemeihin, joihin kuuluvat virtaava pohjavesi, kuten joet ja purot. Yhdessä nämä kaksi alaa muodostavat laajemman makean veden tai vesiekologian tutkimusalan.
Pysähdyksissä olevat järjestelmät vaihtelevat pienestä, muutaman senttimetrin tilapäisestä sadevesialtaasta syvään Baikal -järveen , jonka enimmäissyvyys on 1740 m. [2] Yleinen ero lampi- ja järvialtaiden välillä on epäselvä, mutta Brown [1] toteaa, että lammilla ja altailla on valaistu pohja-alue, kun taas järvissä ei. Lisäksi jotkut järvet alkoivat kerrostua kausiluonteisesti (käsitellään tarkemmin alla). Lammilla ja altailla on kaksi aluetta: avoveden pelaginen vyöhyke ja pohjavesi, joka sisältää pohja- ja ranta-alueen. Koska järvillä on alempia syviä alueita, jotka eivät ole alttiina valolle, näissä järjestelmissä on lisävyöhyke, syvä ( profundaalit ). [3] Näillä kolmella alueella voi olla hyvin erilaisia abioottisia olosuhteita ja siksi monia lajeja, jotka ovat erityisesti sopeutuneet elämään siellä. [yksi]
Valo tuottaa aurinkoenergiaa, joka tarvitaan fotosynteesin ohjaamiseen , joka on seisovien järjestelmien pääenergialähde (Bronmark ja Hanson, 2005). Vastaanotetun valon määrä riippuu useiden tekijöiden yhdistelmästä. Pienet lammet voivat johtua ympäröivien puiden varjosta, ja pilvisyys voi vaikuttaa valon saatavuuteen kaikissa järjestelmissä koosta riippumatta. Kausi- ja päivävaihtelut vaikuttavat myös saavutettavuuden helppouteen, sillä mitä pienemmässä kulmassa valo osuu veteen, sitä enemmän valoa heijastuu. Tämä tunnetaan Beerin laina (Giller ja Malmquist, 1998). Kun valo on tunkeutunut pintaan, se voi myös sirotaa vesipatsaan suspendoituneiksi hiukkasiksi. Tämä sironta vähentää valon kokonaismäärää syvyyden kasvaessa (Moss 1998, Kalff 2002). Järvet on jaettu valo- ja afoottisiin vyöhykkeisiin, jotka ensin vastaanottavat valoa ja sitten hajottavat sen kokonaan, mikä tekee niistä vailla fotosynteettistä potentiaalia (Bronmark ja Hanson, 2005). Järven vyöhykevyöhykkeen mukaan pelagisten ja pohjaeläinalueiden katsotaan olevan vaalean alueen sisällä, kun taas syvät ovat afoottisella vyöhykkeellä (Brown, 1987).
Lämpötila on tärkeä abioottinen tekijä pysähtyneissä ekosysteemeissä, koska suuri osa eliöstöstä on poikilotermistä , jossa kehon ydinlämpötila määräytyy ympäröivän järjestelmän mukaan. Vettä voidaan lämmittää tai jäähdyttää pinnasta tulevalla säteilyllä ja johtamalla ilmasta tai ympäröivästä substraatista (Giller ja Malmquist, 1998). Matalissa vesistöissä on usein jatkuva lämpötilagradientti pinnan lämpimistä vesistä pohjan kylmiin vesiin. Lisäksi lämpötilanvaihtelut voivat olla hyvin suuria näissä järjestelmissä, sekä vuorokausi- että vuodenaikojen (Brown, 1987).
Suurissa järvissä lämpötilat ovat hyvin erilaisia (kuva 1). Lauhkeilla alueilla esimerkiksi ilman lämpötilan noustessa järven pinnalle muodostunut jääkerros hajoaa jättäen veden lämpötilaan noin 4 °C. Tässä lämpötilassa veden tiheys on suurin. Vuodenajan edetessä lämpimämpi ilma lämmittää pintavettä, mikä tekee siitä vähemmän tiheää. Syvemmät vedet pysyvät kosketettaessa viileinä ja tiheinä, koska valon tunkeutuminen on vähentynyt. Kun kesä alkaa, kaksi erillistä kerrosta, joiden välillä on niin suuri lämpötilaero, jää kerrostuneeksi . Järven alempaa kylmävyöhykettä kutsutaan hypolimnioniksi. Ylempää lämmintä vyöhykettä kutsutaan epilimnioniksi. Näiden vyöhykkeiden välissä on nopean lämpötilan muutoksen vyöhyke, jota kutsutaan termokliiniksi . Kylmemmän syyskauden aikana pintalämpöhäviö jäähdyttää myös epilimnionia. Kun lämpötila molemmilla vyöhykkeillä on suunnilleen sama, vedet alkavat sekoittua uudelleen luodakseen tasaisen lämpötilan, jota kutsutaan järven kaatumiseksi. Talvella tapahtuu käänteistä kerrostumista, pinnan lähellä oleva vesi jäähtyy, jäätyy ja lämpenee, mutta tiheä vesi pysyy lähellä pohjaa. Termokliini asettuu ja sykli toistuu (Brown 1987; Bronmark ja Hansson 2005).
Avoimmissa järjestelmissä tuuli voi luoda pyörteisiä, kierteisiä pintavirtoja, joita kutsutaan Langmuir-kierroksiksi. Näitä virtoja ei vielä ymmärretä hyvin, mutta on selvää, että niihin liittyy jonkin verran vuorovaikutusta vaakasuuntaisten pintavirtojen ja pintapainoaaltojen välillä. Näiden pyörien näkyvä tulos, joka näkyy missä tahansa järvessä, on tuulen suunnan suuntaisten linjojen pinta. Kelluvat hiukkaset ja pienet organismit keskittyvät pinnalle vaahtoihin, ei-keljuvat esineet ovat nousussa kahden kierroksen välillä. Neutraalien kelluvien esineiden tulisi yleensä olla tasaisesti jakautuneita vesipatsaan (Kalff, 2002; Bronmark ja Hansson, 2005). Tämä turbulenssi sekoittaa ravinteita vesipatsaassa, mikä tekee siitä tärkeän monille pelagisille lajeille, mutta sen vaikutus pohja- ja pohjaeliöihin on minimaalinen (Kalff, 2002). Ravinteiden kiertokulku riippuu useista tekijöistä, kuten tuulen voimakkuudesta ja kestosta sekä järven tai altaan syvyydestä ja tuottavuudesta.
Happi on välttämätöntä organismien hengittämiselle. Seisovan veden hapen määrä riippuu: 1) kirkkaan veden pinta-alasta, jolla on pääsy ilmaan, 2) veden kierrosta järjestelmässä ja 3) organismien tuottaman ja käyttämän hapen määrästä. (Brown, 1987). Matalissa, kasvillisissa altaissa voi esiintyä suuria vaihteluita korkeissa happipitoisuuksissa, jotka johtuvat fotosynteesistä päivällä ja erittäin alhaisia arvoja yöllä, jolloin hengitys on hallitseva alkutuotantoprosessi. Terminen kerrostuminen suurissa järjestelmissä voi myös vaikuttaa hapen määrään eri vyöhykkeillä. Epilimnion on happirikas vyöhyke, koska se kiertää nopeasti ja saa happea kosketuksesta ilman kanssa. Hypolymnion puolestaan kiertää hyvin hitaasti eikä sillä ole kosketusta ilmakehään. Lisäksi hypolimnionissa on vähemmän vihreitä kasveja, joten fotosynteesin kautta vapautuu vähemmän happea . Keväällä ja syksyllä, kun epilimnion ja hypolimnion sekoittuvat, happi jakautuu tasaisemmin koko järjestelmään (Brown, 1987). Alhaiset happipitoisuudet ovat tyypillisiä profundaaleille johtuen pelagisista ja bentaalivyöhykkeistä sataavien lahoavien kasvi- ja eläinjäänteiden kerääntymisestä ja alkutuottajien kyvyttömyydestä tukea (Brown, 1987).
Fosfori on tärkeä kaikille organismeille, koska se on osa DNA:ta ja RNA :ta ja osallistuu solujen aineenvaihduntaan osana ATP:tä ja AUTOMAATTISTA KÄSITTELYä. Lisäksi fosforia ei löydy suuria määriä makean veden järjestelmissä, koska se rajoittuu tärkeimpien tuottajien fotosynteesiin, mikä tekee siitä merkittävän pysähtyneen systeemisen tuotannon määräävän tekijän. Fosforin kiertokulku on monimutkainen, mutta alla oleva malli hahmottelee perusasiat. Fosfori pääsee vesistöihin tai järveen pääasiassa valumavesien tai ilmakehän laskeuman kautta. Järjestelmään joutuessaan fosforin reaktiivisen muodon ottavat yleensä levät ja makrofyytit, jotka vapauttavat ei-reaktiivista fosforiyhdistettä fotosynteesin sivutuotteena. Tämä fosfori voi ajautua alaspäin ja tulla osaksi pohja- tai syvää sedimenttiä, tai vesipatsaan mikrobit voivat remineralisoida sen reaktiiviseen muotoon. Samoin sedimentissä oleva ei-reaktiivinen fosfori voidaan remineralisoida reaktiiviseen muotoon (Brenmark ja Hansson, 2005). Sedimentit ovat yleensä fosforirikkaampia kuin järvivedet, mutta on kuitenkin otettava huomioon, että tämä ravinne voi viipyä siellä pitkään ennen kuin se remineralisoituu ja joutuu järjestelmään (Kalff, 2002).
Bakteereja on kaikilla seisovien vesien alueilla. Vapaasti eläviä muotoja löytyy hajoavista orgaanisista materiaaleista, biofilmistä vesipatsaan suspendoituneista kivi- ja kasvipinnoista sekä pohja- ja syvävyöhykkeiden sedimenteistä. Myös muita muotoja löytyy pysähtyneiden eläinten suolistosta loisina tai seuralaisina . [3] Bakteereilla on tärkeä rooli systeemisessä aineenvaihdunnassa ravinteiden kierrätyksen kautta, [2] jota käsitellään troofisia suhteita käsittelevässä osiossa.
Merilevät, mukaan lukien kasviplanktoni ja perifytoni , ovat tärkeimpiä fotosyntetisaattoreita vesistöissä ja järvissä. Monien lajien tiheys on suurempi kuin veden, minkä vuoksi ne uppoavat ja jäävät pohjaeliöstöön . Tämän torjumiseksi kasviplankton on kehittänyt mekanismin tiheyden muuttamiseen muodostamalla tyhjiä ja kaasukuplia tai muuttamalla niiden muotoa aiheuttaen vetoa ja hidastaen niiden laskeutumista. Erittäin hienostunut sopeutuminen, jota harvat lajit käyttävät, on häntämäinen ruoska, joka voi asettaa pystysuoran asennon ja sallia liikkumisen mihin tahansa suuntaan. [2] Kasviplanktoni voi myös säilyttää läsnäolonsa vesipatsaassa olemalla runsasta Langmuir-kierrossa. [3] Perifyyttiset levät sen sijaan ovat kiinnittyneet pohjaan. Järvessä ja tekoaltaissa ne voivat peittää kaikki pohjapinnat. Molemmat planktontyypit ovat tärkeitä ravinnon lähteinä ja hapen tuottajina. [2]
Sekä pohja- että merialueilla elävät vesikasvit voidaan ryhmitellä niiden kasvumallin mukaan: 1) kelluvat = kiinnittyneet pohjaan, mutta lehdet ja kukat sijaitsevat pinnalla, 2) kelluvat lehdet = kiinnittyneet pohjaan, mutta kelluvat lehdet, 3) vedenalainen = kasvavat pinnan alla ja 4) vapaasti kelluvat makrofyytit = ei upotettu tyveen ja kelluu pinnalla. [1] Näitä makrofyyttien eri muotoja esiintyy yleensä pohjavyöhykkeen eri alueilla yhdessä kelluvan kasvillisuuden kanssa lähellä rantaviivaa, kun taas uivien lehtimakrofyyttien mukana on vedenalainen kasvillisuus. Vapaasti uivia makrofyyttejä voi esiintyä missä tahansa järjestelmän pinnalla. [2]
Vesikasvit ovat liikkuvampia kuin maanpäälliset vastineensa, koska veden tiheys on suurempi kuin ilman. Tämä tekee kasvien rakenteellisesta jäykkyydestä merkityksettömän järvissä ja altaissa (lukuun ottamatta ilmassa olevia varsia ja lehtiä). Siten useimpien vesikasvien lehdet ja varret käyttävät vähemmän energiaa puumaisen kudoksen rakentamiseen ja ylläpitämiseen, sen sijaan investoivat ylimääräisen energian nopeaan kasvuun. [1] Kasvien on oltava sekä joustavia että jäykkiä kestämään tuulen ja aaltojen aiheuttamaa painetta. Valo, veden syvyys ja substraattityypit ovat tärkeimmät vedenalaisten vesikasvien leviämistä säätelevät tekijät. [4] Makrofyytit ovat ravinnon, hapen ja elinympäristön lähteitä pohjavyöhykkeellä, mutta ne eivät voi tunkeutua afoottisen vyöhykkeen syvyyksiin, joten niitä ei löydy sieltä. [1] [5]
Eläinplanktonit ovat pieniä eläimiä, jotka ovat tilapäisesti suspendoituneet vesipatsaan. Kasviplanktonina näille lajeille on kehittynyt mekanismeja, jotka estävät niitä uppoamasta syvemmille vesille, mukaan lukien vastustuskykyiset kehon muodot ja aktiivisesti napsauttavat lisäkkeet, kuten antennit tai piikit. [1] Vesipatsaan esiintymisellä voi olla ravitsemuksellisia etuja, mutta tältä vyöhykkeeltä puuttuu saalistukselle alttiita refugia zooplanktonin lehtiä. Vastauksena jotkin lajit, erityisesti Daphnia -lajit, tekevät päivittäin pystysuuntaisia vaelluksia vesipatsassa, laskeutuen passiivisesti pimeämmälle, matalammalle syvyydelle päivällä ja liikkuen aktiivisesti kohti pintaa yöllä. Lisäksi, koska olosuhteet ei-virtaavassa järjestelmässä voivat vaihdella eri vuodenaikoina, eläinplanktonilla on kyky siirtyä normaalista munimisesta lepääviin muniin, kun ei ole ruokaa, lämpötila laskee alle 2 °C tai petoeläinten runsaus on suuri. . Näillä lepäävillä munilla on lepotila tai lepojakso, jolloin eläinplankton voi odottaa selviytymiselle suotuisampia olosuhteita, kun ne lopulta kuoriutuvat. [6] Pohjavyöhykkeellä elävät selkärangattomat hallitsevat pääasiassa pieniä lajeja ja ovat lajirikkaita verrattuna avoveden eläinplanktoniin. Näitä ovat äyriäiset (esim. taskuravut, ravut ja katkaravut), nilviäiset (esim. simpukat ja etanat) ja useat erityyppiset hyönteiset. [2] Näitä organismeja esiintyy enimmäkseen makrofyyttien kasvualueilla, joilla on runsaasti luonnonvaroja, runsaasti happipitoista vettä ja ekosysteemin lämpimimmällä alueella. Makrofyyttien rakenteellisesti erilliset "pedit" ovat tärkeitä paikkoja orgaanisen aineen kerääntymiselle, mikä tarjoaa ihanteellisen alueen kolonisaatiolle. Sedimentit ja kasvit tarjoavat myös erinomaisen suojan petokaloilta. [3]
Hyvin harvat selkärangattomat pystyvät asumaan kylmällä, pimeällä ja happiköyhällä syvällä vyöhykkeellä. Ne, jotka voivat olla, ovat usein punaisia, koska niissä on suuria määriä hemoglobiinia, mikä lisää huomattavasti soluihin kuljetetun hapen määrää. [1] Koska happipitoisuus tällä vyöhykkeellä on melko alhainen, useimmat lajit rakentavat tunneleita tai lainaavat sitä niiltä, jotka voivat vetää sen vesipatsaan läpi minimaalisella energiahäviöllä. [yksi]
Kaloilla on erilaisia fysiologisia sietokykyjä, jotka riippuvat lajista, johon ne kuuluvat. Heillä on erilaiset tappavat lämpötilat, liuenneen hapen vaatimukset ja kututarpeet, jotka perustuvat niiden tasoon, aktiivisuuteen ja käyttäytymiseen. Koska kalat ovat erittäin liikkuvia, ne pystyvät muuttamaan sopimattomia abioottisia tekijöitä yhdellä vyöhykkeellä yksinkertaisesti siirtymällä toiselle. Esimerkiksi syvävyöhykkeellä oleva roskansyöjä, joka on altistunut alentuneelle happipitoisuudelle, voi ruokkia lähempänä pohjavyöhykettä. Kalat voivat myös vaihtaa asuinpaikkaansa eri elinkaarensa aikana: asettua ensin pesään, sitten siirtyä heikolle pohjavyöhykkeelle kehittyäkseen suojeltuun ympäristöön ravintovaroineen ja lopulta merivyöhykkeelle aikuisena.
Myös muut selkärankaiset taksonit elävät pysähtyneissä järjestelmissä. Niihin kuuluvat sammakkoeläimet (esim. salamanterit ja sammakot), matelijat (esim. käärmeet, kilpikonnat ja alligaattorit) ja suuri määrä vesilintulajeja. [5] Suurin osa näistä selkärankaisista viettää osan ajastaan maanpäällisissä elinympäristöissä, eivätkä järven tai lammen abioottiset tekijät siten vaikuta niihin suoraan. Monet kalalajit ovat tärkeitä suurimpien (edellä mainittujen) selkärankaisten kuluttajina ja saalislajeina.
Ei-virtaavat järjestelmät saavat suurimman osan energiastaan fotosynteesistä, jonka toteuttavat vesikasvit ja levät. Tämä juuriprosessi sisältää hiilidioksidin, veden ja aurinkoenergian yhdistämisen hiilihydraattien ja liuenneen hapen tuottamiseksi. Järvessä tai vesistössä fotosynteesin potentiaalinen nopeus yleensä laskee syvyyden myötä valon voimakkuuden heikkenemisen vuoksi. Fotosynteesi tapahtuu kuitenkin usein pääosin muutaman millimetrin sisällä pinnasta, luultavasti ultraviolettisäteilyn aiheuttaman häiriön vuoksi. Tämän käyrän tarkka syvyys ja fotosynteesinopeus on erityinen järjestelmä ja riippuu: 1) fotosynteettisten solujen kokonaisbiomassasta, 2) säteitä vähentävien materiaalien määrästä ja 3) valoa absorboivien pigmenttien määrästä ja taajuusalueesta ( eli klorofyllit) solujen fotosynteesissä. [5] Näiden alkutuottajien tuottama energia on tärkeää yhteisölle, koska se siirtyy kulutuksen kautta korkeammalle trofiatasolle.
Suurin osa järvien ja altaiden bakteereista saa energiaa käsittelemällä eläinten ja kasvillisuuden jäänteitä. Merivyöhykkeellä kuolleet kalat ja satunnainen alloktoninen kuivike ovat esimerkkejä karkean orgaanisen aineksen makrohiukkasista (CPOM>1 mm). Bakteerit prosessoivat ne orgaanisen aineen mikrohiukkasiksi (FPOM<1 mm) ja sitten edelleen sulaviksi ravintoaineiksi. Pienet organismit, kuten planktonia, luonnehditaan myös FPOM:ksi. Hyvin pienet ravintoainepitoisuudet menetetään hajoamisen aikana, koska bakteerit käyttävät niitä oman biomassansa rakentamiseen. Alkueläimet kuluttavat kuitenkin bakteereja, joita puolestaan kuluttaa eläinplankton ja sitten trofiatasoja korkeammalla. Ravinteet, mukaan lukien hiiltä ja fosforia sisältävät, joutuvat takaisin vesipatsaan tämän ravintoketjun millä tahansa tasolla organismin erittymisen tai kuoleman kautta, jolloin ne ovat jälleen bakteerien käytettävissä. Tämä regeneraatiosykli tunnetaan mikrobisilmukana, ja se on pysähtyneiden ravintoverkkojen avainkomponentti. [2]
Orgaanisten aineiden hajoaminen voi jatkua pohja- ja pohjaeliöstöllä, jos jäännökset putoavat vesipatsaan läpi ennen kuin meren bakteerit sulavat ne kokonaan. Bakteereja esiintyy eniten sedimenteissä, joissa niitä on tyypillisesti 2-1 000 kertaa enemmän kuin vesipatsaassa. [6]
Lajien suuren monimuotoisuuden vuoksi pohjaselkärangattomilla on monia menetelmiä saaliin pyytämiseen. Suodattimet luovat virtaa sifonien tai lyövien ripsien läpi vetäen vettä ja sen ravintosisältöä niitä kohti rasitusta varten. Kasvinsyöjät käyttävät puhdistus-, silppuamis- ja silppuamisvälineitä levien ja makrofyyttien ruokkimiseen. Kerääjät kampaavat sedimentin läpi ja poimivat tiettyjä hiukkasia saalistuslisäkkeineen. Sedimenttiä syövät selkärangattomat syövät sedimenttiä umpimähkäisesti ja sulattavat sen sisältämän orgaanisen materiaalin. Lopuksi jotkut selkärangattomat saalistavat eläviä eläimiä ja syövät niitä. [2] [7] Pohjavyöhykkeellä asuu ainutlaatuinen ryhmä suodatinsyöttölaitteita, jotka käyttävät pieniä kehon liikkeitä vetääkseen virtaa sedimenttiin luomiensa kolojen läpi. Tämä ruokintamenetelmä vaatii vähiten liikettä, jolloin nämä lajit voivat säästää energiaa. [1] Pieni osa selkärangattomista taksoneista on pohjapetoja. Nämä lajit ovat luultavasti muilta alueilta ja tulevat näille syvyyksille vain syömään. Suurin osa tällä vyöhykkeellä olevista selkärangattomista ruokkii sedimenttiä ja saa energiaa ympäröivistä jäännöksistä. [7]
Kalojen koon, liikkuvuuden ja aistinvaraisten kykyjen ansiosta niillä on laaja saalispohja, joka kattaa useita vyöhykealueita. Kuten selkärangattomien, kalojen ruokailutottumukset voidaan luokitella killoihin. Merivyöhykkeellä kasvinsyöjät laiduntavat pohjaeläviä makrofyyttejä tai vesipatsaasta otettua kasviplanktonia. Lihansyöjiä ovat kalat, jotka ruokkivat vesipatsaan eläinplanktonia (eläinplanktonia syövät eläimet), veden pinnalla, pohjarakenteissa tai sedimentissä olevat hyönteiset (hyönteissyöjät) ja muita kaloja (petoeläimet). Kaloja, jotka kuluttavat jäännöksiä ja saavat energiaa käsittelemällä tätä orgaanista materiaalia, kutsutaan detritivoreiksi. Kaikkiruokaiset syövät monenlaista saalista, mukaan lukien kasvi-, eläin- ja orgaanista materiaalia. Lopuksi loiskiltan jäsenet kuluttavat ruokaa eri isännistä, yleensä muista kaloista tai suurista selkärankaisista. [2] Kalataksonit ovat joustavia ravitsemusrooleissaan ja muuttavat ruokavaliotaan saaliin saatavuuden ja ympäristöolosuhteiden mukaan. Monet lajit käyvät läpi myös ruokavaliomuutoksia kehittyessään. Siksi on todennäköistä, että yksi kala toimii useissa ruokintakiltaissa koko elämänsä ajan. [kahdeksan]
Kuten aiemmissa osissa todettiin, pysähtynyt biomateriaali liittyy monimutkaiseen troofisten suhteiden verkkoon. Näiden organismien voidaan katsoa liittyvän löyhästi tiettyihin troofisiin ryhmiin (esim. alkutuottajat, kasvinsyöjät, primaariset lihansyöjät, toissijaiset lihansyöjät jne.). Tiedemiehet ovat kehittäneet useita teorioita ymmärtääkseen mekanismeja, jotka hallitsevat näiden ryhmien runsautta ja monimuotoisuutta. Hyvin todennäköisesti ylhäältä alas suuntautuvat prosessit viittaavat siihen, että saalistaksonien runsaus riippuu kuluttajien toimista korkeammalla trofiatasolla. Tyypillisesti nämä prosessit toimivat vain kahden troofisen tason välillä vaikuttamatta muihin. Joissakin tapauksissa vesijärjestelmät kokevat kuitenkin troofisen kaskadin; Tämä voi tapahtua esimerkiksi, jos alkutuottajiin kohdistuu vähemmän painetta kasvinsyöjien taholta, koska lihansyöjät valtaavat nämä kasvinsyöjät. Alhaalta ylöspäin suuntautuvat prosessit toimivat, kun korkeamman trofitason jäsenten runsaus tai monimuotoisuus riippuu resurssien saatavuudesta tai laadusta alemmilla tasoilla. Lopuksi yhtenäinen sääntelyteoria, alhaalta ylös ja ylhäältä alas, yhdistää ennustetut resurssien saatavuuden ja kuluttajien vaikutukset. Tämä ennustaa, että nousevat voimat vaikuttavat eniten trofiatasoihin, jotka ovat lähellä alinta trofiatasoa, kun taas laskevien vaikutusten pitäisi olla voimakkaimpia korkeammilla tasoilla. [2]
Pysähtyneen järjestelmän biologinen monimuotoisuus kasvaa järven tai säiliön pinta-alan myötä. Tämä johtuu suuremmasta todennäköisyydestä löytää maanpäällisiä lajikkeita suuressa järjestelmässä. Lisäksi, koska suuremmilla järjestelmillä on yleensä suurempi populaatio, lajien sukupuuttoon kuolemisen mahdollisuus pienenee. [9] Lisätekijät, kuten lämpötila, pH, ravinnon saatavuus, elinympäristön monimutkaisuus, lajitteluprosentti, kilpailu ja saalistus, liittyvät järjestelmissä esiintyvien lajien määrään. [2] [4]
Järvijärjestelmien kasviplanktoni- ja eläinplanktonyhteisöt käyvät läpi kausiluonteisen sekvenssin ravinteiden saatavuuden, saalistuksen ja kilpailun suhteen. Sommer ym. [10] kuvasivat näitä malleja osana Plankton Ecology Groupin (PEG) mallia, jossa on 24 väitettä, jotka on rakennettu useiden järjestelmien analysoinnista. Seuraava sisältää osajoukon näitä väitteitä, kuten Brenmark ja Hansson selittävät [2] ja jotka kuvaavat sekvenssiä yhden kausisyklin läpi:
Talvi: 1. Lisääntynyt ravinteiden ja valon saatavuus johtaa kasviplanktonin nopeaan kasvuun talven loppua kohden. Hallitsevat lajit, kuten piilevät, ovat pieniä ja niillä on nopeat kasvumahdollisuudet. 2. Eläinplankton kuluttaa tätä planktonia, josta tulee hallitseva planktontakson.
Kevät: 3. Vedenpuhdistusvaihe tapahtuu, kun kasviplanktonpopulaatio vähenee lisääntyneen eläinplanktonin määrän lisääntyneen saalistuksen vuoksi.
Kesä: 4. Eläinplanktonin runsaus vähenee kasviplanktonin vähenemisen ja lisääntyneen nuorten saalistusten seurauksena. 5. Ravinteiden saatavuuden lisääntyessä ja eläinplanktonin saalistusten vähenemisen myötä kehittyy monimuotoinen kasviplanktonyhteisö. 6. Kesän edetessä ravinteet vähenevät ennustettavassa järjestyksessä: fosfori, piidioksidi ja sitten typpi. Eri kasviplanktonlajien runsaus vaihtelee suhteessa niiden biologiseen näiden ravinteiden tarpeeseen. 7. Pienikokoisesta eläinplanktonista tulee hallitseva eläinplanktontyyppi, koska se on vähemmän herkkä petoeläinten pyydystämiselle.
Väheneminen: 8. Kalojen saalistus vähenee, lämpötilat laskevat ja kaikenkokoiset eläinplanktonit lisääntyvät.
Talvi: 9. Alhaiset lämpötilat ja heikentynyt saavutettavuus vähentävät perustuotantoa ja vähentävät kasviplanktonin runsautta. 10. Eläinplanktonin lisääntyminen vähenee lämpötilan laskun ja saaliiden määrän vähenemisen vuoksi.
PEG-malli edustaa idealisoitua versiota tästä sarjasta, kun taas luonnollisten järjestelmien tiedetään muuttavan niitä. [2]
On olemassa hyvin dokumentoitu globaali esimerkki, joka korreloi kasvien ja eläinten monimuotoisuuden vähenemisen lisääntyvän leveysasteen kanssa, eli vähemmän lajeja liikkuu napoja kohti. Tämän esimerkin syy on yksi ympäristönsuojelijan suurimmista mysteereistä. Teorioita sen selittämiseksi ovat energian saatavuus, ilmaston vaihtelu, levottomuudet, kilpailu ja niin edelleen. [2] Tästä maailmanlaajuisesta monimuotoisuusgradientista huolimatta tämä esimerkki voi olla epäselvä makean veden järjestelmille verrattuna maailmanlaajuisiin meri- ja maajärjestelmiin. [11] Tämä voi varmasti liittyä toisiinsa, sillä Hillebrand ja Azovsky [12] havaitsivat, että pienemmät organismit (alkueläimet ja plankton) eivät juurikaan seuranneet odotettua suuntausta, kun taas suuremmat lajit (selkärankaiset) seurasivat. He katsoivat tämän johtuvan pienempien organismien paremmasta leviämiskyvystä, mikä johti korkeaan maailmanlaajuiseen väestömäärään. [2]
Järvet voidaan muodostaa useilla tavoilla, mutta yleisimpiä käsitellään lyhyesti alla. Vanhimmat ja suurimmat järjestelmät ovat tektonisen toiminnan tulosta. Esimerkiksi Afrikan rakojärvet ovat seurausta seismisestä aktiivisuudesta kahden tektonisen levyn jakolinjalla. Jään muotoisia järviä syntyi, kun jäätiköt vetäytyivät jättäen jälkeensä aukkoja pinnanmuotoihin, jotka sitten täyttyivät vedellä. Lopuksi oxbow-järvet ovat jokijärviä, jotka syntyvät, kun vaeltava joen mutka leikataan pois pääkanavasta. [2]
Kaikki järvet ja tekoaltaat saavat sadetta. Koska nämä järjestelmät eivät varsinaisesti laajene, on loogista olettaa, että niistä tulee yhä matalampia ja lopulta muuttuvat kosteikoksi tai maan kasvillisuudeksi. Tämän prosessin keston tulisi riippua sedimentaatiotason ja syvyyden yhdistelmästä. Moss [5] antaa esimerkin Tanganyika-järvestä, jonka syvyys on 1500 metriä ja sedimentaationopeus 0,5 mm/vuosi, mikä viittaa siihen, että jos sedimentti laskeutuu ilman ihmisen toimintaa, tämän järjestelmän pitäisi kadota noin 3 miljoonassa vuodessa. [5]
Rikkidioksidia ja typen oksideja tulee luonnollisesti tulivuorista , maaperän, kosteikkojen ja merijärjestelmien orgaanisista yhdisteistä, mutta suurin osa näistä yhdisteistä muodostuu hiilen, öljyn, bensiinin poltosta ja rikkiä sisältävien malmien sulatuksesta. [3] Nämä aineet hajoavat ilmakehän kosteudessa ja pääsevät pysähtyneisiin järjestelmiin happosateiden kautta. [1] Järvet ja lammet, jotka sisältävät runsaasti karbonaattia sisältävää emästä, sisältävät luonnollisen puskurin, jonka seurauksena pH ei muutu. Järjestelmät, joissa ei ole tätä emästä, ovat kuitenkin erittäin herkkiä happolisäyksille, koska niillä on alhainen neutralointikyky, mikä johtaa pH:n laskuun jopa pienillä happomäärillä. [3] pH:ssa ≈ 5-6 monet levälajit tuhoutuvat ja biomassa vähenee, mikä johtaa veden läpinäkyvyyden lisääntymiseen, mikä on hapettuneiden järvien ominaispiirre. Kun pH laskee, koko eläimistön monimuotoisuus vähenee. Merkittävin piirre on kalojen lisääntymisen tuhoutuminen. Näin ollen populaatio koostuu viime kädessä muutamasta vanhoista yksilöistä, jotka lopulta kuolevat ja jättävät järjestelmät ilman kaloja. [2] [3] Happamat sateet ovat olleet erityisen haitallisia järville Skandinaviassa, Länsi-Skotlannissa, Länsi-Walesissa ja Yhdysvaltojen koillisosissa.
Rehevöityneet järjestelmät sisältävät korkeita pitoisuuksia fosforia (~30 +µg/L), typpeä (~1500 +µg/L) tai molempia. [2] Fosfori pääsee seisovaan veteen jätevedestä, raa'asta jätevedestä tai viljelysmaan valumasta. Typpi tulee pääasiassa maatalouden lannoitteista valumassa tai huuhtoutuneessa ja sitä seuranneessa pohjaveden valumassa. Tämä alkutuottajien tarvitsemien ravinteiden lisääntyminen johtaa kasviplanktonin kasvun massiiviseen lisääntymiseen, jota kutsutaan planktonkukinnaksi. Tämä kukinta vähentää veden läpinäkyvyyttä, mikä johtaa vedenalaisten kasvien katoamiseen. Elinympäristön rakenteen heikkeneminen vaikuttaa kielteisesti sitä lisääntymiseen, kypsymiseen ja elämään käyttäviin lajeihin. Lisäksi suuri määrä lyhytikäistä kasviplanktonia johtaa siihen, että pohjalle kertyy suuri määrä kuollutta biomassaa. [5] Bakteerit tarvitsevat suuren määrän happea käsitelläkseen tätä materiaalia, mikä johtaa happipitoisuuden laskuun vedessä. Tämä on erityisen voimakasta kerrostuneissa järvissä, joissa termokliini estää happipitoista vettä sekoittumasta alemmille kerroksille. Matalat tai hapettomat olosuhteet tuhoavat monien taksonien olemassaolon, jotka eivät fysiologisesti siedä näitä olosuhteita. [2]
Aggressiivisia lajeja on tuotu pysähtyneisiin järjestelmiin kohdistetuilla toimilla (esim. hankintahankkeet ja ravintoloiden kautta) sekä tahattomilla tapahtumilla (esim. painolastivedessä). Nämä organismit voivat vaikuttaa alkuperäisiin eliöihin kilpailemalla saaliista tai elinympäristöstä, saalistuksesta, elinympäristön muuttamisesta, hybridisaatiosta tai haitallisten sairauksien ja loisten käyttöönotosta. [13] Mitä tulee kotoperäiseen lajiin, hyökkääjät voivat aiheuttaa muutoksia kokoon ja ikämalliin, levinneisyyteen, tiheyteen, populaation kasvuun ja voivat jopa ajaa populaation sukupuuttoon. [2] Esimerkkejä tunnetuista pysähtyneiden järjestelmien hyökkääjistä ovat seeprasimpukka ja merinahkiainen Suurten järvien alueella .