Strefa hyporeiczno-interstycjalna (ang. hyporheic zone) – podpowierzchniowa część koryta cieku i jego bezpośredniego podłoża, w której zachodzi wymiana pomiędzy wodą powierzchniową a wodami podziemnymi. Obejmuje przede wszystkim przestrzenie pomiędzy ziarnami osadów rzecznych, wypełnione wodą porową. Jest strefą przejściową pomiędzy środowiskiem powierzchniowym cieku a środowiskiem podpowierzchniowym i stanowi miejsce jednoczesnego zachodzenia procesów hydrologicznych, biogeochemicznych i biologicznych.
thumb|Schemat strefy hyporeicznej i wymiany wody pomiędzy ciekiem a jego podłożem.
Charakterystyka Strefa hyporeiczno-interstycjalna nie jest jednorodną warstwą o określonej głębokości. Jej zasięg zależy między innymi od litologii i uziarnienia osadów, ich porowatości i przepuszczalności, gradientu hydraulicznego, przepływu cieku oraz morfologii jego koryta.
Woda znajdująca się w strefie może pochodzić zarówno z koryta cieku, jak i z wód podziemnych. Nie występuje więc jedna, wyraźna granica pomiędzy wodą rzeczną i wodą podziemną. Ich udział zmienia się przestrzennie i czasowo, tworząc układ gradientów temperatury, tlenu rozpuszczonego, pH, przewodności elektrycznej oraz składu chemicznego.
Określenie „interstycjalna” odnosi się do przestrzeni pomiędzy ziarnami osadu. Występują w nich zarówno woda porowa, jak i organizmy, dla których przestrzeń między ziarnami stanowi środowisko życia. Termin „hyporeiczna” podkreśla natomiast funkcjonalne połączenie tej przestrzeni z ciekiem i zachodzącą w niej wymianę wody.
Położenie geograficzne Strefa występuje przede wszystkim w obrębie dolin rzecznych, pod dnem rzek i strumieni oraz w osadach brzegowych. Jej rozwój jest szczególnie wyraźny tam, gdzie dno cieku zbudowane jest z przepuszczalnych osadów, takich jak żwir, piasek lub mieszaniny frakcji mineralnych. W układach o małej przepuszczalności wymiana wody pomiędzy korytem i podłożem jest ograniczona.
Zasięg strefy może być powiązany z budową tarasów rzecznych, obecnością równiny zalewowej oraz charakterem osadów budujących dno i brzegi. W dużych systemach rzecznych strefa hyporeiczna może być związana nie tylko z bezpośrednim podłożem koryta, lecz także z obszarami aktywnej wymiany pomiędzy ciekiem, osadami i wodami podziemnymi znajdującymi się w obrębie doliny.
Wymiana hyporeiczna Wymiana hyporeiczna polega na przemieszczaniu się wody pomiędzy korytem cieku a jego podłożem. Woda rzeczna może przenikać w głąb osadów, przepływać pomiędzy ich ziarnami, a następnie powracać do koryta. Jednocześnie wody podziemne mogą przedostawać się do strefy hyporeicznej i następnie zasilać ciek.
W obrębie koryta występują obszary o różnym kierunku przepływu podpowierzchniowego. W miejscach, gdzie woda powierzchniowa jest wtłaczana w osad, występuje przepływ typu downwelling, natomiast w miejscach, gdzie woda podpowierzchniowa powraca do koryta, przepływ typu upwelling. Rozmieszczenie takich stref może być związane z morfologią dna, między innymi z występowaniem form dna, łach, zagłębień i zmian nachylenia koryta.
Przepływ przez osad wydłuża drogę wody i zwiększa czas jej kontaktu z ziarnami osadu oraz organizmami znajdującymi się w przestrzeniach interstycjalnych. Z tego względu strefa hyporeiczna może pełnić funkcję miejsca czasowego magazynowania wody oraz rozpuszczonych substancji transportowanych przez ciek.
Warunki fizykochemiczne Woda przemieszczająca się przez osady podlega zmianom fizycznym i chemicznym. Jednym z najważniejszych czynników jest tlen rozpuszczony, którego stężenie może zmniejszać się w miarę aktywności metabolicznej mikroorganizmów. W różnych częściach strefy mogą dzięki temu powstawać środowiska o odmiennym stopniu natlenienia i różnym potencjale oksydacyjno-redukcyjnym.
W strefie hyporeicznej zachodzą intensywne przemiany materii organicznej i biogenów. Aktywność mikroorganizmów może prowadzić między innymi do przemian związków azotu i węgla, w tym do nitryfikacji i denitryfikacji. Znaczenie tych procesów zależy między innymi od czasu przebywania wody w osadach, dostępności tlenu i ilości materii organicznej.
Strefa może również wpływać na warunki termiczne cieku. Temperatura wody podziemnej jest zwykle bardziej stabilna niż temperatura wody powierzchniowej, dlatego wymiana pomiędzy obiema strefami może prowadzić do powstawania lokalnych gradientów temperatury w obrębie osadów.
Hyporheos Hyporheos – zespół organizmów związanych ze strefą hyporeiczną. Obejmuje przede wszystkim bezkręgowce wodne, ale również liczne mikroorganizmy, w tym bakterie, archeony i grzyby. Skład hyporheosu zależy między innymi od rodzaju i wielkości ziaren osadu, dostępności tlenu, przepływu wody oraz stopnia połączenia podłoża z wodą powierzchniową.
W strefie mogą występować organizmy typowe dla bentosu, które przemieszczają się między powierzchnią osadu a jego wnętrzem, jak również organizmy wyspecjalizowane w zasiedlaniu środowiska podziemnego. Z tego względu skład hyporheosu może tworzyć kontinuum pomiędzy zespołami organizmów powierzchniowych a fauną związaną z wodami podziemnymi.
Wielkość przestrzeni interstycjalnych ma bezpośredni wpływ na możliwość przemieszczania się organizmów. Zamulanie osadów drobną frakcją mineralną może zmniejszać objętość pustych przestrzeni, ograniczać przepływ wody oraz zmieniać warunki siedliskowe hyporheosu. Badania nad strefą hyporeiczną wskazują, że wzrost kolmatacji może prowadzić do zmian liczebności i składu związanych z nią zespołów organizmów.
Znaczenie ekologiczne Strefa hyporeiczno-interstycjalna łączy procesy zachodzące w ekosystemie wodnym z procesami zachodzącymi w osadach i środowisku podziemnym. Przepływ wody transportuje przez nią między innymi tlen, materię organiczną i związki biogenne, natomiast organizmy i mikroorganizmy obecne w osadach wpływają na ich dalsze przemiany.
Znaczenie strefy nie ogranicza się więc do funkcji hydrologicznej. Zachodzące w niej procesy wpływają na obieg azotu, obieg węgla i retencję materii organicznej, a także na właściwości wody powracającej do koryta.
Strefa hyporeiczna może być również ważnym elementem siedliska organizmów związanych z ciekiem. W okresach zaburzeń środowiska powierzchniowego, takich jak wezbrania, część organizmów bentosowych może wykorzystywać podłoże jako miejsce schronienia. Po ustąpieniu zaburzenia organizmy te mogą ponownie zasiedlać powierzchniową część koryta.
Zmienność przestrzenna i czasowa Rozmiar i właściwości strefy zmieniają się wraz z warunkami hydrologicznymi. Zwiększenie przepływu może zmieniać intensywność wymiany pomiędzy korytem a podłożem, podobnie jak zmiany poziomu wód podziemnych, opady atmosferyczne i zmiany morfologii koryta.
Również w obrębie jednego odcinka rzeki strefa może być bardzo niejednorodna. Osady o dużej przepuszczalności mogą umożliwiać intensywną wymianę wody, podczas gdy osady silnie zagęszczone lub pokryte drobną frakcją mogą ograniczać przepływ. W efekcie w niewielkiej odległości mogą występować różne warunki tlenowe, termiczne i chemiczne.
Znaczenie dla ekologii rzek Strefa hyporeiczna jest jednym z elementów ciągłości ekologicznej cieku. Łączy środowisko wody płynącej z osadami dna, wodami podziemnymi i miejscami zasilania lub odpływu wody. Z tego względu jej funkcjonowanie jest związane zarówno z hydrologią, jak i ekologią i geomorfologią fluwialną.
Jej znaczenie jest brane pod uwagę również w badaniach nad renaturyzacją rzek. Zachowanie przepuszczalnych osadów i pionowej łączności pomiędzy wodą powierzchniową a podłożem może mieć znaczenie dla utrzymania procesów zachodzących w strefie hyporeicznej oraz organizmów ją zasiedlających.
Metody badań Strefę hyporeiczno-interstycjalną można badać metodami hydrologicznymi, hydrochemicznymi i biologicznymi. Wykorzystuje się między innymi pomiary temperatury, przewodności elektrycznej, stężenia tlenu, pH oraz innych substancji rozpuszczonych. Analizowany może być także kierunek przepływu wody oraz skład organizmów występujących w osadach.
W zależności od celu badań granice strefy mogą być wyznaczane na podstawie kryteriów hydrologicznych, chemicznych albo biologicznych. Takie podejście wynika z tego, że granica pomiędzy wodą powierzchniową i podziemną jest dynamiczna i może zmieniać się wraz z warunkami przepływu.
Terminologia Angielski termin hyporheic zone odnosi się do strefy podpowierzchniowej związanej z wymianą wody pomiędzy ciekiem a podłożem. Termin hyporheos odnosi się natomiast do zespołu organizmów związanych z tą strefą. Określenie „interstycjalna” podkreśla znaczenie przestrzeni pomiędzy ziarnami osadu, podczas gdy „hyporeiczna” odnosi się do jej połączenia funkcjonalnego z ciekiem.
Przypisy
Kategoria:Ekologia Kategoria:Hydrologia Kategoria:Hydrogeologia