Гиполимнион

Гиполимнион — это нижний, наиболее холодный слой воды в стратифицированном водоёме (озере, водохранилище, глубоком пруду), расположенный ниже термоклина (слоя температурного скачка) и характеризующийся устойчивым температурным режимом, слабой циркуляцией и, как правило, дефицитом растворённого кислорода в придонной части.

Общая характеристика

В стратифицированных водоёмах умеренных широт в летний период выделяют три основных слоя: верхний прогреваемый слой — эпилимнион, промежуточный слой резкого изменения температуры — металимнион (или термоклин), и нижний холодный слой — гиполимнион. Термин происходит от греческих слов «hypo» (под, внизу) и «limne» (озеро).

Главная особенность гиполимниона — его температурная однородность и стабильность. Вода в этом слое, как правило, имеет температуру около 4 °C — температуры максимальной плотности пресной воды. Это объясняется тем, что более плотная холодная вода опускается вниз и не смешивается с тёплой, менее плотной водой эпилимниона. Толщина гиполимниона может варьироваться от нескольких метров в мелких озёрах до десятков и сотен метров в глубоких водоёмах (например, в озере Байкал).

Формирование и сезонная динамика

Гиполимнион формируется в результате процессов сезонной термической стратификации. Весной, после таяния льда, вода в озере прогревается равномерно, и происходит весенняя гомотермия (полное перемешивание). По мере дальнейшего прогрева поверхностных вод их плотность уменьшается, и они остаются наверху. Нижележащие слои прогреваются медленнее, и между тёплым эпилимнионом и холодным гиполимнионом образуется резкий градиент температуры — термоклин.

Летом гиполимнион изолирован от атмосферы и поверхностного перемешивания. В осенний период, когда эпилимнион охлаждается, его плотность увеличивается, и он начинает опускаться. При достижении температуры 4 °C вода эпилимниона становится такой же плотной, как вода гиполимниона, что приводит к осенней гомотермии и полному перемешиванию всей водной толщи. В зимний период, при образовании ледового покрова, может наблюдаться обратная стратификация: у поверхности — вода около 0 °C, а на глубине — около 4 °C, и гиполимнион вновь формируется, но уже как самый тёплый слой.

Физико-химические свойства

Температура

Температура гиполимниона в течение летнего периода остаётся практически постоянной, близкой к 4 °C. В тропических и глубоких озёрах она может быть несколько выше, но всё равно значительно ниже температуры поверхностного слоя.

Кислородный режим

Одной из ключевых характеристик гиполимниона является дефицит растворённого кислорода. Поскольку слой изолирован от атмосферы, а фотосинтез в нём невозможен из-за отсутствия света, единственным источником кислорода является его поступление из эпилимниона через термоклин, которое крайне ограничено. В то же время в гиполимнионе активно протекают процессы бактериального разложения органического вещества, оседающего из верхних слоёв, что потребляет кислород. В результате к концу летнего периода в гиполимнионе многих эвтрофных озёр может наблюдаться полное исчезновение кислорода — аноксия. В олиготрофных (бедных питательными веществами) озёрах содержание кислорода в гиполимнионе может оставаться достаточно высоким в течение всего лета.

Химический состав

В условиях аноксии в гиполимнионе активизируются восстановительные процессы. В донных отложениях и придонном слое воды накапливаются такие соединения, как:

Сероводород (H₂S) — продукт сульфатредукции, придающий воде характерный запах тухлых яиц.
Аммоний (NH₄⁺) — продукт разложения органических азотсодержащих веществ.
Фосфаты (PO₄³⁻) — высвобождаются из донных отложений при восстановлении железа. Этот процесс называется внутренней фосфорной нагрузкой и является одной из причин эвтрофикации водоёмов.
Метан (CH₄) — образуется в результате метаногенеза.

Экологическое значение

Гиполимнион играет критическую роль в экосистеме озера. Он служит рефугиумом (убежищем) для холодолюбивых организмов, таких как некоторые виды рыб (например, сиг, омуль, палия), которые избегают тёплой воды эпилимниона. Однако в условиях аноксии гиполимнион становится непригодным для жизни большинства аэробных организмов.

В период осеннего перемешивания накопленные в гиполимнионе биогенные элементы (фосфор, азот) и токсичные газы (сероводород) распределяются по всей толще воды. Это может приводить к массовым заморам рыбы и цветению воды в следующем сезоне.

Типы озёр по характеру гиполимниона

В лимнологии выделяют три основных типа озёр по интенсивности перемешивания и состоянию гиполимниона:

Голомиктические озёра — перемешиваются полностью хотя бы один раз в год. К ним относится большинство озёр умеренных широт. В летний период у них формируется устойчивый гиполимнион.
Меромиктические озёра — не перемешиваются полностью никогда. В них гиполимнион (называемый монимолимнионом) постоянно содержит солёную, более плотную воду, которая не смешивается с верхним слоем. В таком гиполимнионе часто наблюдается постоянная аноксия и накопление сероводорода (например, в Чёрном море — крупнейшем меромиктическом водоёме мира).
Диктиогенные озёра — перемешиваются нерегулярно, в зависимости от погодных условий.