W skali geologicznej jeziora należą do utworów krótkotrwałych. Jeziora mogą być różnego pochodzenia, na obszarze Polski, istnieją jeziora wytworzone podczas okresu zlodowacenia, przez 10-11 tysięcy lat zanikło około 2/3 powierzchni tych jezior. Jeziora wypełniają przede wszystkim zagłębienia terenu, wypełniając je różnego rodzaju materiałem, może on pochodzić ze zlewni (materia allochtoniczna), są to głównie fragmenty organizmów, cząstki mineralne pochodzące ze zlewni a także materia, którą stanowią szkielety i szczątki zwierząt i roślin żyjących w jeziorach (materia autochtoniczna).

Produkcja substancji organicznej i soli mineralnych w zbiorniku częściowo wchodzi do obiegu materii

a częściowo zostaje odkładana na dnie jeziora. Odkładanie materii prowadzi z czasem do zmiany głębokości zbiornika, stopniowe wypłycanie oraz do lądowienia. Materia, która występuje w nadmiarze, pozostaje nie odłożona na dnie powoduje, że wzrasta poziom żyzności jeziora, co przejawia się wzrostem ilość soli mineralnych, nutrientów a tym samym prowadzi do intensywnego rozkwitu fitoplanktonu. Nadmiar substancji odżywczych w zbiornikach można zauważyć po zakwitach, które niosą za sobą wiele negatywnych skutków.

Procesy intensywnego wzrostu żyzności w zbiornikach oraz skutki, jakie za sobą niosą są nazywane procesami eutrofizacji. W przypadku, gdy eutrofizacja ma umiarkowanych przebieg, prowadzi do użyźnienia zbiornika natomiast w przypadku intensywnego przebiegu, prowadzi do niekorzystnych, nieodwracalnych zmian

w zbiornikach. Wzrost żyzności w jeziorach, prowadzi w pewnym stopniu do zwiększenia ilości organizmów żywych w jeziorze, zwiększenia różnorodności gatunkowej. Do pewnego momentu następuje wzrost bogactwa gatunkowego oraz obfitości życia. W przypadku, gdy przekroczona zostanie pewna ilość organizmów, ich nadmiar powoduje zmiany w naturalnym ekosystemie. Objawia się to wzrostem ilości siarkowodoru a spadkiem ilości tlenu. Siarkowodór jest gromadzony w poszczególnych warstwach jeziora: głównie w hipolimnionie oraz okresowo w epilimnionie. Zbiornik, w którym substancja organiczna występuje w nadmiarze, tak, że zbiorniki nie jest w stanie jej zużyć nazywany jest stanem sapotrofii.

Ze względu na zawartość nutrientów w jeziorach wyróżniamy:

- jeziora eutroficzne, - w których ilość substancji odżywczych (ilość substancji organicznej w suchej masie wynosi od 18,1% do 60,9%) jest duża, intensywna produkcja materii organicznej głównie w warstwie litoralu, częste zakwity planktonu, niezbyt głębokie.

- jeziora oligotroficzne - ilość substancji odżywczych bardzo niska (ilość substancji organicznej w suchej masie wynosi od 11,2% do 20%), produkcja materii organicznej w warstwie litoralu, niska, brak zakwitów, dość głębokie.

- jeziora dystroficzne - w osadach dennych ilość substancji organicznych może dochodzić do 90%, duża ilość substancji humusowych, zabarwienie brązowawe, zatorfione i zabagnione.

Podział jeziora na strefy:

- strefa litoralu - strefa, która w naszych jeziorach jest porośnięta roślinnością, która pełni rolę bariery dla substancji spoza zbiornika, litoralu i poziom jego rozwoju ma zasadniczy wpływ na funkcjonowanie jeziora ora na procesy eutrofizacji.

- strefa pelagialu - strefa ta obejmuje otwartą toń wodna jeziora, stanowi główną powierzchnię, objętość, zasoby wodne zbiornika. Do strefy pelagialu, dostaje się większa część materii allochtonicznych, które biorą udział

w procesach eutrofizacji, dostają się one do strefy pelagialu przez litoral. Do strefy tej dostają się również substancje z atmosfery, które opadają na powierzchnie jeziora.

- strefa profundalu - strefa głębinowa w zbiornikach, zalicza się do niej osady denne oraz przyległe do nie jej warstwy wody, strefie tej w dłuższych okresach, następuje odkładanie substancji lub ich wytrącanie. Tutaj również następuje ich magazynowanie, mogą one być wykorzystywane w sprzyjających warunkach, włączane do naturalnego obiegu materii.

Stratyfikacja termiczna jezior

Mieszanie się wód w zbiorniku ma zasadniczy wpływ na stan troficzny wód powierzchniowych.

W jeziorach płytkich, stan termiczny jest wyrównany gdyż woda ulega ciągłemu mieszaniu do dna. Występuje również jednolitość pod względem cech fizykochemicznych. Inaczej sytuacja wygląda w jeziorach głębokich, gdzie temperatura jest zróżnicowana. W okresie wiosennym zwanym homotermii, temperatura zostaje wyrównana

w całym profilu jeziora, wiosenna cyrkulacja prowadzi do zróżnicowania masy wód jeziornych na trzy warstwy:

- warstwa powierzchniowa (epilimnion) - temperatura w tej warstwie jest wyrównana, ulega ciągłemu mieszaniu przez wiatr, zróżnicowane czynniki fizykochemiczne, dynamiczny rozkwit procesów życiowych.

- warstwa głębinowa (hipolimnion) - temperatura zmienia się w niewielkim stopniu, jest jednolita i względnie niska, ruchy wody są niewielkie.

- warstwa pośrednia (metalimnion) - zwana również warstwą skoku termicznego, temperatura zmienia się od 20ºC latem w warstwie epilimnion, do poniżej 10ºC w warstwie hipolimnionu.

Dla strefy klimatycznej, w której znajduje się Polska, charakterystyczne są jeziora dimiktyczne, czyli mieszane w okresie wiosennym do dna a potem w okresie późnej jesieni. Występują również jeziora polimiktyczne, w których następuje stałe mieszanie w ciągu roku lub wielokrotne. Do tego typu zaliczane są przede wszystkim jeziora płytkie. W których wiatry nie są w stanie wytworzyć stałej stratyfikacji termicznej.

W naszej strefie rzadko spotka się jeziora meromiktycznych, do których zalicza się głębokie zbiorniki, w których strefa głębinowa nigdy nie ulega mieszaniu ze strefą powierzchniową.

Tempo akumulacji osadów w jeziorach

Tempo gromadzenia się osadów w zbiornikach, średnio wynosi od 0,5 do 1 mm, maksymalnie dochodzi do 4 mm na rok w najgłębszych miejscach mis jeziornych. Jeziora w wolnym tempie zostają wypełniane osadami. W jeziorze do głębokości około kilku metrów, światło dociera do dna, co sprzyja rozwojowi miękkiej roślinności niższej, w przypadku, gdy jezioro ulega znacznemu spłyceniu od około 2 metrów, rozpoczyna się rozwój roślinności mikrolitycznej, czyli przybrzeżnej, wysokiej roślinności. Ich rozwój jest bardzo intensywny

i sprzyja rozwojowi drobnych organizmów o wysokiej produktywności, unoszą się one na powierzchni wody tworzą tzw. plankton lub rosną na podłożu tzw. perifiton. Szybkie zarastanie jeziora prowadzi w ostateczności od wkraczania roślinności lądowej i powstania torfowiska.

Główne substancje eutrofizujące

Jednym z najważniejszych substancji eutrofizujących jest fosfor, również azot o węgiel mają zasadniczy wpływ na ten proces. Dla dynamicznego rozwoju fitoplanktonu oraz roślinności litoralnej, jednymi z najważniejszych składników odżywczych są sole fosforu i azotu.

Tabela 1. Ilość azotu i fosforu w opadzie organicznym

Nazwa jeziora

Strefa litoralu

Całe jezioro

Sucha masa

Azot

Fosfor

Sucha masa

Azot

Fosfor

Jezioro Mikołajskie

101,45

1,22

0,07

15,22

0,18

0,01

Jezioro Majcz Wielki

24,32

0,29

0,02

10,24

0,12

0,01

Jezioro Głębokie

194,57

0,14

-

37,84

0,45

0,01

Aby zapobiec powstaniu około 1 tony świeżych glonów w zbiorniku, należałoby usunąć około 1 kg fosforu, w przypadku, gdy usunięcia 1 kg węgla nie powstałoby około 25 kg glonów. Usunięcie węgla jest bardzo nieefektowne gdyż jest on cały czas dostarczany z atmosfery oraz z zachodzących procesów destrukcyjnych w jeziorze. Usuwanie nadmiaru fosforu, jest stosowane w praktyce i przynosi znaczne korzyści. Do usuwania fosforu wykorzystuje się metodę chemiczna oraz metodę oczyszczania gleby w oczyszczalniach III stopnia. Fosfor jest związkiem łatwo absorbowanym przez cząsteczki organicznej i nieorganicznej zawiesiny, tworzy związki z żelazem, glinem oraz wapniem, należą one do trudno rozpuszczalnych, dzięki temu ma zdolność długiego utrzymywania się w glebie, dość łatwo można go usunąć ze ścieków, poprzez reakcje wytrącenia chemicznego. W większości przypadków ścieki są głównym źródłem fosforu, co jest korzystne gdyż jego usuniecie i neutralizacja jest dość prosta i łatwa do opanowania.

Skutki procesu eutrofizacji:

- w pierwszym etapie następuje nieznaczny wzrost produkcji biologicznej, rozwój ryb, co jest korzystne z punktu widzenia rybołówstwa.

- w późniejszych etapach następują intensywne zakwity, glonów (bardzo niebezpieczne zakwity sinic), przeźroczystość wody znacznie się zmniejsza, pogarsza się smak, zapach i inne właściwości wody, zmniejsza się ilość tlenu w wodzie, co powoduje stopniowe wymieranie ryb i innych organizmów.

- pogarszające się warunki świetlne powodują wymieranie roślinności zanurzonej w strefie litoralnej. Spowodowane jest to głównie przez wzrost ilości biogenów, następuje intensywny wzrost fitoplanktonu, który zarasta i przysłania rośliny zanurzone. Roślinność makrofizyczna jest przez to wypierana przez nitkowatą postać fitoplanktonu m.in.: Cladophora, Spirogyra.

- w warstwie hipolimnionu i w osadach dennych warunki przekształcają się na beztlenowe, co powoduje,

że żyjące wcześniej w tych warstwach organizmy tlenowe umierają m.in. ryby pelagiczne

- w warunkach beztlenowych, rozpoczyna się produkcja metanu i siarkowodoru, działają takie procesy jak: desulfurykacja, denitryfikacja, amonikfikacja.

- jeziora zostają nawożone, w wynik dostarczania z osadów dennych ładunków fosforu, który przyczynia się do pogłębiania procesu eutrofizacji.

Charakterystyka Jeziora Mikołajskiego

Jeziora zostało utworzone około 10 800 lat temu. Jedne z pierwszych osadów, które zostały odkładane

w jeziorze zawierają nieznaczne ilości substancji organicznych, wapnia. Ilość tych składników w kolejnych warstwach osadów wzrasta. Masa jeziora jest obecnie wypełniona w 25% osadami. Pasmo makrolitów, przede wszystkim trzciny, sięga do około 10-15 metrów wokół jeziora, strefa to stanowi naturalna bariera dla jeziora należy również do najbardziej produktywnych. Do jeziora trafia rocznie około 263 tony materii alochtonicznej,

z czego prawie większość to ścieki komunalne.

Tabela 2. Główne składniki materii allochtonicznej pochodzącej ze zlewni (Jezioro Mikołajskie)

Źródło pochodzenia materii

Zawartość suchej masy

ton/rok

%

Ścieki komunalne

220

83,6

Erozja ze zlewni

34

12,9

Opadające szczątki roślin lądowych

7

2,7

Erozja brzegowa

2

0,8

Razem

263

100

Ilość znajdującego się w ściekach fosfory odrywa zasadniczą role w rozwoju fitoplanktonu a tym samym w intensywności procesów eutrofizacji. Makrolity rosnące w strefach przybrzeżnych, w pobliżu uchodzących ścieków ulęgają zatruciu, w dalszej odległości są użyźniane, co powoduje wzrost ich produktywności.

Tabela 3. Zawartość makrolitów zanurzonych na trzech różnych stanowiskach w warstwie litoralnej (Jezioro Mikołajskie)

Biomasa makrolitów na poszczególnych stanowiskach (g/m2)

Data

A-czyste

B- bliskie spustu (4m)

C-dalsze od spustu (6m)

5 VI

173

170

344

15VII

708

140

1600

28VIII

315

53

1210

W Jeziorze Mikołajskie rocznie produkowane jest około 2483 kcal/m2 materii organicznej, do tego należy dodać około 170 kcal materii allochtonicznej, łącznie do obiegu w ciągu roku wchodzi 2653 kcal/m2. fitoplanktonu produkuje aż 77% całej materii organicznej, widoczne jest znaczne zróżnicowanie produkcji

w ciągu roku. W okresie wczesnej wiosny ilość biomasy fitoplanktonu jest redukowana poprzez rozkład

i osadzanie, natomiast od maja do czerwca biomasa jest spożytkowana przez intensywnie się rozwijający zooplankton, w okresie od lipca od sierpnia biomasa fitoplanktonu zostaje gromadzona, w okresie od września

i października, biomasa podlega intensywnym procesom spalania, rozkładu oraz sedymentacji. Osądzające się na dnie resztki i fragmenty roślin i zwierząt tylko w około 20% mogą ulec dalszemu rozkładowi, zostają one przykryte warstwami osadu, który uniemożliwia rozkład.

Jezioro Mikołajskie posiada ekosystem, cechujący się wysoką produktywnością oraz intensywnym rozkładem materii organicznej. Proces gromadzenia się na dnie szczątków roślinnych i zwierzęcych jest powolny, średnio osady denne w ciągu roku, są odkładane na całej powierzchni jeziora w ilości około 0,5 mm.