Lake - Kosho (English spelling) lake

Japanese: 湖沼 - こしょう（英語表記）lake

A lake or marsh is a body of water stored in a depression in the land. Even if a lake is on the coast and there is some water exchange between the coast and the sea, it is considered a lake if it is surrounded by land from a topographical perspective. Generally, a lake is a large and deep body of water, while a narrow and shallow body of water is a swamp or pond. Artificial reservoirs are also often called ponds. In limnology, a lake is a body of water with a deep basin where coastal plants cannot grow, a swamp is a shallow body of water where submerged plants can grow all over, and a marsh is an even shallower body of water where emergent plants (plants with part of their stems underwater but most of their stems and leaves exposed to the air) grow all over. In terms of water depth, a lake is 5 meters or more, a swamp is 3 to 5 meters, and a marsh is 2 to 3 meters or less, but these classifications are not complete.

The proper names of lakes and ponds do not always match this classification. Deep lakes are sometimes called ponds or swamps. Coastal lagoons are often called lagoons, and crater lakes are sometimes called kama.

[Tadashi Arai]

Distribution and origin of lakes and ponds

Lakes and ponds tend to be concentrated in certain regions. This is because water is essential for the formation of lakes and ponds, and because topographical changes are necessary for the formation of lake basins, and these occur in relatively limited areas. Looking at the world, lakes and ponds are distributed in humid regions such as tropical, temperate, and polar regions, but are rarely found in dry subtropical regions.

The following processes are the main causes of the formation of depressions that become water-filled. In some cases, two or more processes are combined:

(1) Crustal movement Lakes and marshes that are created by depressions created by faults and folds are generally called tectonic lakes. Tectonic lakes are further divided into rift lakes, fault lakes, and fold lakes. Many of the tectonic lakes are large, including Lake Biwa in Shiga Prefecture, Lake Baikal in Russia, the Caspian Sea that spans Russia, Kazakhstan, Iran, and other parts of the world, and the lakes and marshes of the Great Rift Valley in Africa.

(2) Glaciers Lakes that have accumulated in depressions caused by glacial erosion, or lakes created by the damming of moraines, are generally called glacial lakes. There are many glacial lakes in North America and Northern Europe, which were covered by ice sheets during the ice age. There are also large glacial lakes, such as the Great Lakes of North America.

(3) Volcanoes Lakes created by volcanoes are called volcanic lakes, and are further divided into crater lakes, crater floor lakes, caldera lakes, volcanic dammed lakes, etc. Volcanic lakes are generally small in area, but there are quite a few deep lakes like caldera lakes (Lake Tazawa in Akita Prefecture, Lake Shikotsu in Hokkaido, Lake Ikeda in Kagoshima Prefecture, etc.).

(4) Dissolution Lakes are depressions formed by the dissolution of limestone, such as doline lakes and Uvale Lake, which are formed by the dissolution of limestone. In Japan, there are a group of dissolution lakes on the islands of Minami and Kita Daito in Okinawa Prefecture.

(5) River erosion and sedimentation When the former course of a river becomes a stagnant water area, it is called a riverbed lake, but since it is often a meandering section, it is also called an oxbow lake because of its shape. Also, when sediment and gravel from the main stream at a confluence dams the outlet of a tributary, a lake is formed on the tributary side. Lake Inbanuma and Lake Teganuma in Chiba Prefecture are examples of this.

(6) Landslides and landslides Dammed lakes can form due to earthquakes, volcanic eruptions, landslides caused by heavy rain, landslides, and debris flows. Lake Shinsei in Kanagawa Prefecture and Lake Wakuike and Lake Yanagikubo in Nagano Prefecture were formed by earthquakes, while Lake Taisho in Kamikochi and the lakes and marshes of Urabandai were formed by eruptions.

(7) Other effects The damming of coastal sand and gravel bars, and the damming of coastal and internal sand dunes are important effects. Sand dunes are eolian landforms, so they should be considered separately from coastal drift sand.

Depressions caused by meteorites can also be the cause of lakes and ponds. Other biological causes include fallen trees, damming of peat, and beaver dammed lakes. Reservoirs and reservoirs are the result of human intervention.

[Tadashi Arai]

Lake basin morphology

The depth distribution of lakes is measured by methods such as acoustic sounding and compiled into lake maps (lake basin maps). Lake maps of major lakes in Japan have been published by the Geospatial Information Authority of Japan, but there are still many lakes in Japan and around the world that do not have complete lake maps.

Numerical values that indicate lake basin characteristics include area, average water depth, maximum water depth, maximum length, average width, maximum width, volume, water level-area curve, water level-volume curve, etc. For lakes and ponds with large water level changes, the relationship between the above numerical values and the water level must also be shown.

Average depth is the volume divided by the area. Maximum length is the length of the lake along its long axis, along a line that does not cross any land other than islands. Average width is the area divided by the maximum length. Alternatively, the maximum width perpendicular to the long axis may be used. Water level-area curves are lines that show the relationship between water level (depth) and area at each water level, and, along with water level-volume curves which are constructed in a similar manner, are necessary in examining the various properties of lakes and ponds. Both curves are essential for water utilization and management, particularly in man-made reservoirs.

Other characteristics of a lake basin include limb volume (a quantity that represents the morphological differences in the shoreline, i.e., headlands and bays), average slope, cross-sectional shape, shoreline length, and number of islands.

Generally, lake shores have flat, shallow areas called lake shelves. In large lakes, offshore from the lake shelf there is a shelf cliff that suddenly becomes deeper, and in the center of the lake there is a deep, flat lake bottom plain. This type of topography is not seen in shallow marshes. Furthermore, this type of lake basin shape does not apply to artificial lakes. Aquatic plants grow in the shallow coastal zone, creating an environment that is completely different from the deep offshore zone. Many lakes and marshes have developed shoreline terraces and lake bottom terraces. These terrace topography provides important clues for elucidating the development history of lakes and marshes.

[Tadashi Arai]

Water volume and water balance

The amount of water in the world is estimated at about 1.35 billion cubic kilometers, most of which is seawater, with lakes and ponds accounting for only about 200,000 cubic kilometers. However, their importance far exceeds that of seawater.

Lakes can be broadly divided into those located at the source or upstream of a river system, and those located downstream or at the end of the system. The water balance and various properties of lakes differ depending on their location in the system. Upstream lakes are recharged by springs, streams, and glaciers, and the surplus water becomes rivers. In such lakes, the water level generally changes little and the salinity is low. In some inland river basins, lakes are at the end of the river system. In these cases, there is no outflow and the lake water is lost through evaporation. In such lakes, salt accumulates over the years and becomes a salt lake (brine lake) like the Dead Sea or the Caspian Sea. The water level change of an inland salt lake is a good indicator of climate change and human activity in the river basin. Coastal lakes can also be at the end of a river basin, but in these cases seawater generally invades and they become brackish lakes where salt and fresh water coexist. The water level change of a brackish lake is greatly influenced by the ocean tides.

When looking at changes in lake water levels in relation to the world's climate, there are larger changes in the tropics, where there are alternating rainy and dry seasons, and in polar and cold zones, where meltwater flows into the lake. Temperate zone lakes generally experience smaller changes in water level, but the water level rises during periods of snowmelt and heavy rain. Changes in the water level of lakes in Japan are generally small, but in Southeast Asia, large changes are common.

Japan's lakes and ponds belong to the temperate zone type, which can be further classified into the Japan Coast type (including northern Japan), whose water levels rise during the snowmelt season, and the Pacific Coast type, whose water levels rise during the summer rainy season. The water level changes of reservoirs vary considerably depending on the purpose of each reservoir.

The length of time water stays in a lake varies, from just a few days to hundreds of years, depending on the size of the lake and its water balance. Water in lakes changes over a much slower rate than in rivers, so efforts must be made to conserve these bodies of water.

[Tadashi Arai]

water temperature

Water temperature has a strong influence on the physical and chemical phenomena and biological activity of lakes and ponds. Lake water temperature is determined primarily by climatic conditions and secondarily by the lake basin morphology.

Surface water is heated by solar radiation, but as the water temperature rises, more heat is lost from the water surface into the atmosphere through infrared radiation, thermal conduction (sensible heat), and evaporation (latent heat). As a result, a certain temperature appears where the amount of heat received and the amount of heat released are balanced. This value is called the equilibrium water temperature, and all water temperatures change in the direction approaching the equilibrium water temperature.

The water temperature in shallow swamps and puddles is nearly isothermal above and below, and the average over a day or several days is almost equal to the equilibrium water temperature. However, in deep lakes, the rate at which heat moves downward from the surface is slow, so during the heating period in spring and summer, only the surface layer heats up, while the deep layer is left in a winter or near-winter state. As a result, in spring and summer, the lake is separated into a high-temperature surface layer and a low-temperature deep layer, creating a thermocline (hydrocline) between which the water temperature changes suddenly. In the thermocline, the large vertical density difference results in a very stable stratification, and the vertical exchange of heat and materials is reduced. This further exacerbates the difference between the surface and deep layers.

During the cooling period from autumn to winter, cooling from the surface gradually reaches deeper layers, causing an isothermal layer to develop from the surface and pushing down the thermocline. As winter approaches, the cooling reaches the entire layer, and the upper and lower layers of the lake become isothermal. At this time, convection of water masses, or circulation, occurs throughout the entire layer. In deep lakes, the only time the water mixes completely up and down is the period of isothermal circulation. It is also at this time that nutrients from the lake bottom are distributed throughout the entire layer, and oxygen entering from the surface reaches the lake bottom.

In regions where winter cooling is severe, the surface water temperature can drop below 4°C and may even freeze. However, in deep lakes, this cooling does not reach the deep layers. As 4°C water remains in the middle and lower layers, winter stratification is created by the light surface water at 0-4°C. In such lakes, when the temperature starts to rise in spring, the entire layer once again reaches 4°C and total circulation occurs. In other words, circulation occurs twice a year. On the other hand, in warm regions where the temperature does not drop below 4°C in winter, the entire layer is isothermal and the water temperature continues to drop during the winter, so the circulation continues throughout the winter but only occurs once a year. The former is called a bicyclic lake (temperate lake), and the latter is a warm monocyclic lake (tropical lake). A lake that never exceeds 4°C is a cold monocyclic lake (polar lake), but this only exists under special conditions. In summer, stratification develops and the vertical exchange weakens, and this state is called stagnation. In terms of lake water circulation and stagnation, a year can be divided into a full circulation period (early winter to early spring in monocirculating lakes, early winter and early spring in bicirculating lakes), a partial circulation period (summer to autumn), and a stagnation period (spring to summer in monocirculating lakes, spring to summer and winter in bicirculating lakes).

Near the equator, the amount of solar radiation, air temperature, etc. are almost constant throughout the year, so the annual change in water temperature is small, at most about 3°C. Because there is almost no annual change, the difference in water temperature between the deep and surface layers is always small. In other words, the upper and lower layers are nearly isothermal all year round, and water temperature stratification is weak, so strong circulation occurs when there is a disturbance such as a typhoon. However, without such disturbance, there is no strong cooling in the equatorial zone, so circulation is unlikely to occur. Therefore, lakes and ponds near the equator are either polycyclic lakes, which see circulation several times a year, oligocyclic lakes, which lack circulation, or meliocyclic lakes, where only the surface layer circulates.

In temperate lakes, the thickness of the epithermal layer during the summer stagnation season and the depth of the thermocline layer also vary depending on the size of the lake. In Japanese lakes, the depth of the center of the thermocline layer in summer is 2 to 10 meters, but it is deeper in larger lakes and shallower in narrower lakes. This is because the larger the lake, the stronger the eddies that transport heat in the water. In autumn, narrow and shallow lakes cool rapidly in accordance with changes in equilibrium water temperature because there is little heat stored during the summer. However, in wide and deep lakes, the summer heat storage compensates for the cooling, so the lake water temperature is less likely to drop. Lakes that store a lot of heat during the summer, i.e. wide and deep lakes, may not drop below 4°C in winter even in cold regions.

In addition, complex vertical distributions of water temperature are created in brackish lakes, salt lakes, and meromictic lakes. Complex distributions of water temperature can also be seen under the lake ice in winter.

[Tadashi Arai]

Transparency

One method for measuring the turbidity of lake water is to lower a white disk 25 to 30 centimeters in diameter into the water and measure the depth at which the disk becomes indistinguishable. This measurement method was put into practical use through the research of Italian astronomer and physicist Secchi, and the white disk is called the "Secchi disk" and the measured value is called "transparency" or "Secchi disk transparency."

Transparency varies depending on the amount of suspended solids and plankton in the water. As a guideline, a lake with a transparency of 5 meters or less is considered to be a eutrophic lake with a lot of plankton, while a lake with a transparency of 7 to 8 meters or more is considered to be oligotrophic. The light in the water decreases to about 1% of the water surface at a depth of 2 to 2.5 times the transparency, and this position is considered to be close to the compensation depth (the boundary between the nutrient production layer and the nutrient decomposition layer).

Lakes with high transparency include Lake Mashu in Hokkaido and Lake Baikal in Russia. Many Japanese lakes used to be very clear, and at the beginning of the Showa era, Lake Tazawa and Lake Inawashiro had a transparency of over 20 meters. However, today, the transparency of these lakes is often only around 5 to 6 meters.

[Tadashi Arai]

Lakes and seiches

Unlike oceans, lakes and marshes have small tides, so there are almost no tidal currents, and wind and the horizontal distribution of water temperature are the causes of lake currents. Lake currents develop in the summer when temperature stratification develops and there is a significant difference in the horizontal distribution of water temperature, and are not clear in the winter. For example, in Lake Biwa, two large gyres corresponding to the horizontal distribution of water temperature are formed in the summer, but are not clear in the winter.

When the wind blows, wind-driven currents are generated on the surface. The speed of wind-driven currents is 2-3% of the wind speed or less. Wind-driven currents push warm water from the surface downwind, causing differences in water temperature distribution. The differences in water temperature distribution are then the cause of lake currents. In addition, lake currents are also created by inflows and outflows of water, which is important in the case of man-made reservoirs.

The vibration of lake water is called seiche, and each lake has its own seiche with its own period. There are surface seiches, which are vibrations of the water surface, and internal seiches, which are vibrations of the thermocline layer. In addition to vibrations along the major and minor axes, there are also rotational vibrations.

[Tadashi Arai]

Dissolved oxygen

Water has the ability to dissolve many different substances, including atmospheric gases. In the case of lakes and ponds, the most important ones are oxygen and carbon dioxide.

Dissolved oxygen (DO) in water is an essential component for many aquatic organisms. There are two ways that oxygen is supplied to water: one is through contact with the atmosphere at the water surface, and the other is through photosynthesis by phytoplankton and aquatic plants, both of which occur at the surface. While oxygen is supplied to water in this way, it is constantly consumed by the respiration of plants and animals and the decomposition of organic matter.

When temperature stratification develops, dissolved oxygen also becomes stratified. Dissolved oxygen stratification is most noticeable in eutrophic lakes, which have many nutrients in the water and many living organisms. In eutrophic lakes, phytoplankton activity is active in the summer, so dissolved enzymes often become supersaturated in the epilimnion and thermocline layers. However, in the deeper layers of eutrophic lakes, there are many decomposing organisms, so oxygen is consumed in large quantities, and the lake becomes hypoxic or anoxic near the bottom. On the other hand, in oligotrophic lakes, which have few nutrients, there is no significant supersaturation in the epilimnion or significant shortage in the deep layer, and all layers are close to saturation.

Dissolved oxygen is expressed as the weight (milligrams) in 1 liter of water, but it can also be expressed as the actual amount of oxygen relative to the saturation level at each temperature, i.e., the degree of saturation.

When the autumn circulation begins, dissolved oxygen also mixes up and down, and the entire layer approaches 100% saturation. In deep lakes, oxygen is only replenished to the bottom during the winter or winter circulation periods.

In eutrophic lakes with vigorous biological activity and in tropical and equatorial lakes, the amount of decomposition is high, so the oxygen deficiency in the deep water layer becomes noticeable. Even in meromictic lakes where the water mass at the bottom is always stagnant, the deep layer becomes anoxic. The anoxic layer is in a reducing state, so a strong sulfurous odor is produced by hydrogen sulfide. In shallow lakes, when the anoxic water mass at the bottom rises to the surface due to lake currents such as drift, it can cause mass fish deaths. In Lake Suwa in Nagano Prefecture, this phenomenon is called "soot water" and is feared by fishermen. The oxygen deficiency in the deep layer progresses as the lake becomes polluted. Furthermore, in recent years, there have been cases where the winter circulation has not developed sufficiently due to warm winters, leading to a worsening oxygen deficiency in the deep layer.

[Tadashi Arai]

Hydrogen ion concentration

The hydrogen ion concentration (pH) indicates the degree of acidity or alkalinity, with 7 being neutral, below 7 being acidic, and above 7 being alkaline. Normal lakes and ponds have a pH of around 6 or 7, while seawater has a pH of around 8.2. However, this value can vary considerably depending on the geology of the surrounding lake, the water source, and the biological activity in the lake water.

Acidic lakes include volcanic lakes, especially active crater lakes. There are acidic lakes in Japan, including Shiraneyama Yukama in Gunma Prefecture, which has a pH of 0.9 to 1.1, Katanuma in Miyagi Prefecture, which has a pH of 1.8 to 2.1, Zao Okama, which has a pH of 2.9, and Lake Usoriyama (Lake Osorezan) in Aomori Prefecture, which has a pH of 3.4 to 3.6. In peat bogs (humus-nutrient lakes), organic acids precipitate out because plants do not completely decompose, making the lake acidic. In this case, the pH is 4 to 5.

In general, pH is determined by the ratio of carbon dioxide and bicarbonate in the water, and it also changes with photosynthesis. During the daytime in summer, when photosynthesis is active, the pH of the surface water layer can reach 9 or higher.

[Tadashi Arai]

Water quality

Many substances are dissolved in water, and many are suspended in it, such as soil particles and plant fragments. The former are called dissolved substances, and the latter are called suspended substances. The total amount of dissolved substances is generally called salt, and is measured as the weight of the residue left after filtration. Water quality is generally expressed in milligrams per liter of water (expressed as mg/l, the same as ppm). Lakes and ponds with a salinity of 500 milligrams per liter or less are called freshwater lakes, and those with a salinity of 500 milligrams per liter or more are called salt lakes.

There are many freshwater lakes in areas with a lot of rain, such as Japan, North America, and Europe, but there are many salt lakes in inland basins with little rain. The salinity of most Japanese lakes is less than 100 milligrams per liter, but in the Dead Sea in the Middle East it can reach a maximum of 345 grams. Brackish lakes on the coast contain salt due to the intrusion of seawater, but they are often divided into two layers, a lower layer with a high concentration and an upper layer with a low concentration. The lower layer becomes stagnant, but rainwater and river water flow into the upper layer, allowing circulation. Brackish lakes make up a significant proportion of Japan's lakes.

Salinity can also be calculated from electrical conductivity, but electrical conductivity itself is often used as an indicator of salinity. Pure water does not conduct electricity at all, but water that contains salt does, and the more salt there is, the easier it is for electricity to pass through. Ordinary natural water has an electrical conductivity of 1 to 20 mS·m ^-1 (millisiemens per meter; siemens is a unit of conductivity), while seawater is around 4000 mS·m ^-1 .

Chemical components contained in the lake water include sodium, calcium, magnesium, chloride, phosphorus, nitrogen, silicic acid, sulfate, carbonate, etc. In areas directly affected by volcanic activity, there are many chloride and sulfate ions. These are also discharged in large quantities by human activity.

Except for areas with special geological features such as volcanoes, or dry areas where evaporation causes concentration, the important components in general lakes and ponds are nitrogen and phosphorus. These two components are nutrients for phytoplankton, and are the standards for biological production or pollution in lakes and ponds. 0.20 milligrams of nitrogen and 0.02 milligrams of phosphorus per liter are considered to be the boundary between eutrophic lakes with many living organisms and low transparency, and oligotrophic lakes with few living organisms and clear water.

Nitrogen is contained in the lake in the form of ammonia produced by the decomposition of organic matter in the lake, and its converted forms, nitrite and nitrate. However, today both nitrogen and phosphorus are largely caused by human activity, flowing into the lake as wastewater, fertilizer runoff from fields, or as detergents containing phosphorus. Once eutrophication begins, biological activity in the lake becomes more active, which leads to further eutrophication. Since the 1960s, many lakes have become eutrophic due to domestic and agricultural wastewater. In 1980, Shiga Prefecture banned prefectural residents and businesses from using detergents containing phosphorus in order to prevent eutrophication of Lake Biwa (Shiga Prefecture Ordinance No. 37).

Hydrogen sulfide and manganese are found in the bottom layers of eutrophic and meromictic lakes. Lake Harutori in Hokkaido once recorded 670 milligrams of hydrogen sulfide per liter.

The amount of oxygen required to forcibly oxidize organic matter in water is called COD (chemical oxygen demand), and is used as a criterion for judging water quality. The amount of oxygen required for organic matter in water to be broken down by microorganisms is called BOD (biochemical oxygen demand), and is used as a water quality standard like COD. In addition, the aforementioned dissolved oxygen (DO) and suspended solids (SS) are also used as water quality criteria. In the case of lakes and ponds, water that is considered to be good quality (Waterworks/Fisheries Grade 1 (AA)) is one with a COD of 1 milligram or less, SS of 1 milligram or less, and DO of 7.5 milligrams or more per liter.

[Tadashi Arai]

Biology and Production

The majority of lake and pond organisms are born and spend their entire lives in this closed world. Plankton is the basis of lake and pond organism activity, which can be divided into phytoplankton and zooplankton. Phytoplankton include blue-green algae, diatoms, green algae, zygophytes, and flagellates (phytoflagellates), while zooplankton include crustaceans and rotifers.

Higher plants include aquatic plants on the lake shore. The area close to the shore, within a depth of about one meter, is an emergent plant zone, where plants such as reeds, water plantains, and cattails grow, which grow large above the water surface. At depths of one to three meters, there is a group of floating-leaf plants whose leaves float on the water surface, such as water chestnut, water shield, and water hyacinth. Further offshore, there are groups of submerged plants that live in the water, such as Japanese laurel and shrimp algae, with charophyte growing at the deepest depths. The minimum growth limit for charophytes is said to be about twice the water transparency. Charophytes, which require little light, are decreasing in number due to the recent decline in water transparency and predation by invasive species. Coastal plants are important for fish spawning and growth.

Swimming organisms such as fish are called nekton, but each species has a different habitat. The bottom of the lake is home to benthic animals such as chironomid larvae, tubifex worms, and shellfish, collectively known as benthos. There are also bacteria that help break down organic matter.

Phytoplankton and aquatic plants are called primary producers because they produce organic matter through photosynthesis. Light and temperature are necessary for photosynthesis, or primary production, but the aforementioned nutrients are also essential. Nitrogen and phosphorus are the limiting factors for primary production. The layer where primary production is dominant is called the nutrient production layer. In deeper areas where light does not reach sufficiently, decomposition is dominant. For this reason, this area is called the nutrient decomposition layer. The boundary between these two layers is the compensation depth, and a depth 2 to 2.5 times the transparency is close to this position.

Phytoplankton are preyed upon by zooplankton, which are in turn preyed upon by fish. The growth of organisms that feed on plants is called secondary production. Secondary producers are consumers of primary production, and the more primary production there is, the more secondary production there is. The remains of organisms are decomposed by bacteria and reduced to inorganic salts, which are then used again for primary production. In this way, the food chain of organisms in lakes and ponds is completed. Organisms in lakes and ponds are divided into producers, consumers, and decomposers, maintaining a balance.

Since different organisms have different water qualities suitable for their growth, a method of determining water quality using organisms as an indicator has also been adopted. An index is created from the number of different organisms, and water quality is classified as poor saprophytic, alpha-medium saprophytic, beta-medium saprophytic, or strongly saprophytic. Trout species live in clear, poor saprophytic waters, while carp and crucian carp live in moderate saprophytic waters. Fish cannot survive in strongly saprophytic waters, and tubifex worms and leeches can be found there. There are also clear water plankton and those that are resistant to pollution.

[Tadashi Arai]

Lake markings

Lakes and ponds are classified as harmonious or disharmonious depending on whether the nutrients necessary for biological production are in a balanced state. The former are divided into oligotrophic and eutrophic lakes, while the latter are divided into humus trophic lakes, acidotrophic lakes, alkali trophic lakes, and others depending on their characteristics. In recent years, based on factors such as the amount of chlorophyll, mesotrophic lakes are classified as lakes between oligotrophic and eutrophic lakes, and hypertrophic lakes are classified as lakes with an excess of nitrogen and phosphorus that cause a large amount of plankton to grow.

Eutrophic lakes are generally shallow, with a large proportion of the nutrient production layer relative to the total volume. In contrast, oligotrophic lakes are dominated by the deep water layer, or nutrient decomposition layer. Eutrophic lakes have a high amount of plankton, so transparency is generally low, less than 5 meters, and the water color is yellow-green or green. Oligotrophic lakes are generally highly transparent, more than 7 to 8 meters, and the water color is blue. Humus-trophic lakes are found in peat bogs where decomposition is slow, have a brown water color, and are widely distributed in cold regions. Oxyotrophic lakes are found in volcanic regions and have low productivity. Alkaline-trophic lakes have a pH that is always above 9, and are found in limestone and dry areas.

[Tadashi Arai]

Lake bottom sediments

The lake bottom is made up of the remains of organisms that have died in the lake, sediment from erosion of the lake shore, and gravel and dead leaves from the inflowing rivers. The center of the lake is dominated by fine-grained sediments of silt and clay, but the shore is also rich in gravel and sand. In some volcanic lakes, the lake bottom is covered with volcanic ash and sand.

Many deposits are caused by living organisms, and can be divided into skeletal mud made up of dead bodies, decayed sapropel, and humus mud. Sapropel is what we commonly call black "sludge," while humus mud is brown and found in marsh ponds.

The deposition rate of new sediments in oligotrophic lakes is very slow and they are consolidated after deposition, so even if the old lake bottom sediments are only slightly thick, they retain a record of the depositional environment over many years.

[Tadashi Arai]

Changes in the lake

If we look at lakes and ponds on a geological time scale and model their evolution, we can see that it looks like this:

Suppose that there was a deep, poor nutritional lake at first. This lake gradually becomes shallower due to the influx of sediment and organic matter deposition, and transforms into a lake or humus lake. The vegetation zone on the lakeshore also develops, and the lake gradually becomes shallower, becoming a marsh or a marsh. Next becomes a marsh, and finally becomes a grassland. If there is no climate or crust change over a long period, the lake will undergo this kind of change. However, since various changes will be added in reality, this transition is merely a model.

になったんです。 English: The first thing you can do is to find the best one to do. Inside lakes are attached small lakes located on the shores of large lakes and directly exchange waters, and Lake Biwa has multiple inner lakes. In lakes that have been converted to reservoirs, inflows and outflows and changes in water levels, while in lakes in plains, artificial lake shores change the original form of the lake.

[Tadashi Arai]

Vegetation

Vegetation in lakes and marsh differs slightly depending on the origin of the lake, but this is due to differences in depth, water temperature, water quality, and water bottom condition. When viewed from an ecological perspective, lakes can generally be broadly divided into coastal zones, deep-bottom zones, and offshore zones, but the problem is the vegetation in coastal zones.

Most of the vegetation in the coastal zone is large aquatic plants (aquatic plants). These vegetation develops from the lake shore towards the lake's heart, with waters of 0.2-1 meter deep and floating plant zones (fine water plant zones), water bodies of 1-3 meters wide, water bodies of 1-5 meters wide, and axle algae plant zones in the waters of 1-10 meters wide.

The water-boiled plant belt usually forms a village from the lakeshore, reeds, macaws, sarcaws, and sarcaws, and the water-boiled roe are found in the order of reeds (reeds), macaws, sarcaws, and sarcaws, and the water-boiled raccoons, as well as floating dwarf wee and salamanders, as well as the floor-boiled raccoons, and submerged plants such as blackfish, sarcaws, and cocaws. The floating plant belt often includes sarcaws, sarcaws, sarcaws, sarcaws, sarcaws, sarcaws, sarcaws, sarcaws, sarcaws, and sheep roe. In the water-boiled plant belt, the naturalized aquatic plants, Cocabata, Macaws, and sarcaws, often form a pure community. The water-boiled bottom of the axle algae plant belt is low, so the axle algae and flasks grow.

When the water reaches a deep water area of more than 10 meters, the light becomes extremely weak, so the distribution of aquatic plants is hardly visible in deep water areas known as deep-bodied zones or offshore zones.

[Otaki Sueo]

Life and faith of lakes and the ethnic groups

になったんです。 English: The first thing you can do is to find the best one to do. The fact that rice was placed in a bamboo tube and poured into the lake water to worship the kutsugen (politician from Chu during the Warring States period) who poured into the lake, which was a legend that tells the origins of the rendezvous, and this was also believed to have been based on the ritual ceremony dedicated to the water god on May 5th.

になったんです。 English: The first thing you can do is to find the best one to do. In Vietnam, it is said that Taizu of the Rei Dynasty defeated Ming's army through the power of the sword obtained from the lake in Hanoi. In Japan, the existence of the Lord of the Swamp, the Swamp God, and the Water God are conveyed, and both are described as harmful to humans, or as bringing wealth and benefits.

The Finns say that there is a bottomless place within the lake, and from there it leads to the kingdom of the water god, which lives in castles full of treasure. The idea that the lake is the entrance to a foreign country, and legends of foreign lands at the bottom of the lake are found everywhere, and it is also linked to legends that the village was cave down and became a lake by violating a taboo. There are stories about the creation of lakes, such as stories of the creation of lakes, which are said to have been created from the footprints of giants, and that cows ripped through the earth at a large horn to drain the water into a lake. In this way, lakes are the setting for myths, legends and popular beliefs in various ethnic groups.

になったんです。 English: The first thing you can do is to find the best one to do.

[Tamura Katsumi]

"Yoshimura Nobuyoshi, "Lake Studies" (1937, Sanseido / Expanded Edition, 1976, Production Technology Center) " ▽ "Tsuda Matsunae, "Diagnosis of Lakes and Swamps" (1975, Kyoritsu Publishing)" ▽ "Arai Masaru, "Japanese Water: The Science of Its Climate" (1980, Sanseido)" ▽ "Mizuno Toshihiko, "Ecology of Ponds" (1982, Tsukiji Shokan)" ▽ "Water Quality and Regulations Study Group, "The Current Situation and New Systems" (1986, Geoshousha)" ▽ "Handa Nobuhiko et al., "Lake Survey Method" (1987, Kokinshoin)" ▽ "Okuda Setsuo, Kurata Ryo et al., "Science Chronology Reader: Lakes and Swamps Viewed from the Sky" (1991, Maruzen) " ▽ "National Geospatial Information Authority of Japan's Lakes and Swamps" (1991, Japan Map Center)" ▽ " "Lakes as Microcosms by Saijo Yatsuka (1992, Otsuki Shoten)" ▽ "Tanaka Masaaki, "The Journal of Lakes as a Microcosm - The Current Situation of Eutrophication from Plankton" (1992, Nagoya University Press)" ▽ "Iwakuma Toshio, "Reading Lakes (How to Read Natural Landscapes 10)" (1994, Iwanami Shoten)" ▽ "Hirai Yukihiro, "The Environmental Studies of Lakes" (1995, Kokinshoin)" ▽ "Saijo Yatsuka and Mitamura Osatake, "New Edition of Lake Survey Methods" (1995, Kodansha)" ▽ "Ecology of Lake Biology: Introduction to Eutrophication and Human Life" (1998, Kyoritsu Publishing)" ▽ "A.J. Horn, C. R. Goldman, translated by Tezuka Yasuhiko, "Rikusui Studies" (1999, Kyoto University Academic Publishing)" ▽ "Lake Studies by Tanaka Masaaki (2000, Sankeisha)" ▽ "Lake Studies of the World by Kurata Ryo (2001, Seizando Bookstore)" ▽ "Lake Studies of Lakes and Water Environments by Okino Wai Teruo (2002, Kyoritsu Publishing)" ▽ "Lake Studies of Lakes 0-II - The Current Situation of Eutrophication from Plankton" (2004, Nagoya University Press)" ▽ "Encyclopedia of Land Water" edited by the Japan Society of Architecture and Water Science (2006, Kodansha)"

Example of lake map (lake basin map)
©Shogakukan ">

Example of lake map (lake basin map)

Vertical distribution of lake water temperature (simplified diagram)
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Vertical distribution of lake water temperature (simplified diagram)

Food chain in the lake (simplified diagram)
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Food chain in the lake (simplified diagram)

Lake Tazawa
The deepest lake in Japan (423.4m). Caldera lake was created by the sinking of Tazawa Volcano. The legendary statue of Princess Tatsuko (Funakoshi Yasutakesaku) is located on the shore. The back of the photo is Akita Komagatake. Senboku City, Akita Prefecture © Akita Prefecture Tourism Division ">

Lake Tazawa

Lake Inban
A dammed lake formed by sediment from the main stream of the Tone River. In 1968 (Showa 43), the center of the swamp was reclaimed, and it was divided into North Inbanuma and West Inbanuma. The photo shows West Inbanuma as seen from the southwest. There is a wide variety of fish and wild birds, and many people visit the lake, including families who enjoy hiking and anglers. Sakura City, Inba Village, Inba District, Chiba Prefecture ©Shogakukan ">

Lake Inban

Taisho Pond
This pond was created when the Azusa River was dammed up by the massive eruption of Mt. Yakedake in 1915 (Taisho 4). The majestic Hotaka mountain range is reflected on the water's surface. It is one of the most representative views of Kamikochi. Matsumoto City, Nagano Prefecture ©Shogakukan ">

Taisho Pond

Lake Mashu
The central crater cone Kamuinupuri fills part of the caldera and forms a lake formed by accumulating water in the depression. It is known for its high transparency and the frequent occurrence of fog. Near the center of the lake is Kamuish Island (Benten Island). Akan Mashu National Park area. Teshikaga-cho, Kawakami-gun, Hokkaido ©Fam. Kanagawa ">

Lake Mashu

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

湖沼とは、陸の窪地(くぼち)に貯留された水域をいう。海岸にあって海との間に若干の水の交流があっても、地形的にみて陸に囲まれていれば湖沼としている。一般に面積が広く深い場合に湖とよび、狭く浅い場合には沼または池、人工的な溜池(ためいけ)なども池とよぶことが多い。湖沼学では、沿岸植物が生育できない深い湖盆がある場合を湖、全面にわたって沈水植物が生育しうる浅い水域を沼、さらに浅く、抽水植物(ちゅうすいしょくぶつ)（茎の一部は水中にあるが、茎と葉の大部分は空気中に出ている植物）が全面的に生育する水域を沼沢(しょうたく)としている。水深としては、湖が5メートル以上、沼が3～5メートル、沼沢が2～3メートル以下とされているが、この区分も完全なものではない。

　各湖沼の固有名詞としての呼び名は、この分類と一致しない場合がある。池あるいは沼の名がつけられた深い湖も存在する。海岸の潟湖(せきこ)にはしばしば潟(かた)または浦の名が、火口湖には釜(かま)の名が使われることがある。

［新井　正］

湖沼の分布と成因

湖沼は、ある地域に集中的に分布する傾向がある。これは、湖沼の形成には水が不可欠であること、湖盆の形成には地形変化が必要であり、これが比較的限られた地域に発生すること、などの理由によっている。世界的にみると、湖沼は、熱帯、温帯、寒帯などの湿潤地域に分布し、亜熱帯の乾燥地域にはほとんどない。

　貯水される窪地の成因のおもなものとして、次の各作用があげられる。二つ以上の作用が複合している例もある。

(1)地殻運動　断層や褶曲(しゅうきょく)で窪地がつくられ、これによって生まれた湖沼を一般に構造湖とよぶ。構造湖は、地溝湖、断層湖、褶曲湖などに細分される。構造湖には大規模な湖沼が多く、滋賀県の琵琶湖(びわこ)、ロシアのバイカル湖、ロシア、カザフスタン、イランなどにまたがるカスピ海、アフリカ大地溝帯の湖沼などがこれに属する。

(2)氷河　氷河の侵食による窪地にたまった湖、モレーンmoraine（堆石(たいせき)）による堰(せき)止めによってつくられた湖などを一般に氷河湖とよぶ。氷期に氷床(ひょうしょう)に覆われた北米や北欧には多くの氷河湖がある。氷河性の湖沼にも北米の五大湖のように大規模なものがある。

(3)火山　火山によってつくられた湖沼は火山湖とよばれ、火口湖、火口原湖、カルデラ湖、火山性の堰止(せきとめ)湖などに細分される。火山湖の面積は一般に狭いが、カルデラ湖のように深い湖（秋田県の田沢湖、北海道の支笏(しこつ)湖、鹿児島県の池田湖など）が少なくない。

(4)溶食　石灰岩地帯の溶食作用でつくられた窪地に水がたまったドリーネ湖やウバーレ湖などを溶食湖という。日本では沖縄県の南・北大東島(だいとうじま)に溶食湖沼群がある。

(5)河川の侵食と堆積　河川の流路跡が停滞水域になったものを河跡湖(かせきこ)とよぶが、多くの場合曲流部にあたるので、その形状から三日月湖(みかづきこ)ともいわれる。また、合流点で本流からの土砂や礫(れき)が支流の出口を堰止めると、支流側に湖沼がつくられる。千葉県の印旛沼(いんばぬま)、手賀沼(てがぬま)などがこれに属する。

(6)地すべりと山崩れ　地震や火山噴火、大雨による地すべり、山崩れ、土石流などにより、堰止湖が生ずることがある。神奈川県の震生(しんせい)湖、長野県の涌池(わくいけ)と柳久保(やなぎくぼ)池は地震により、上高地(かみこうち)の大正池や裏磐梯(うらばんだい)の湖沼群は噴火により生じた。

(7)その他の作用　沿岸の砂州や礫州(れきす)による堰止め、および海岸や内部の砂丘による堰止めが重要な作用としてあげられる。砂丘は風成地形であるから、沿岸の漂砂とは区別して考える。

　隕石(いんせき)が落下してできた窪地も、湖沼の原因となる。このほか生物の作用も考えられ、倒木、泥炭による堰止め、ビーバーダムbeaver dammed lakeなどがあげられる。溜池、貯水池は人間による堰止めである。

［新井　正］

湖盆形態

湖沼の深度分布は音響測深などの方法で測量され、湖沼図（湖盆図）としてまとめられる。日本の主要な湖沼の湖沼図は国土地理院より発表されているが、日本、世界ともに、いまだに完全な湖沼図のない湖が多い。

　湖盆の特徴を示す数値としては、面積、平均水深、最大水深、最大長、平均幅、最大幅、容積、水位面積曲線、水位容積曲線などがある。水位変化の大きい湖沼では、前記の数値と水位との関係も示す必要がある。

　平均水深とは、容積を面積で割った値である。最大長とは、湖沼の長軸方向の長さであるが、島以外の陸地を横切らない線に沿うものとしている。平均幅は、面積を最大長で割った値である。このほか、長軸に直交する最大幅を使うこともある。水位面積曲線は、水位（水深）と各水位における面積との関係を示す線で、同様にしてつくられる水位容積曲線とともに、湖沼の諸性質の検討に必要である。とくに人造貯水池では、両曲線は水利用、水管理に不可欠である。

　このほかにも、肢節量（湖岸線の形態、すなわち岬や湾の形態上の差異を表す量）、平均勾配(こうばい)、断面形、湖岸長、島の数なども、湖盆の特徴を示すために使われる。

　一般に湖岸には平坦(へいたん)で浅い部分があり、ここを湖棚(こほう)という。大きな湖では湖棚の沖に急に深くなる湖棚崖(がい)があり、湖心部には深く平坦な湖底平野がある。浅い沼ではこのような地形はみられない。また人造湖でもこのような湖盆形態は当てはまらない。浅い沿岸帯では水草が生育し、深い沖帯とはまったく異なった環境がつくられている。湖岸段丘や湖底段丘が発達する湖沼も多い。これらの段丘地形は、湖沼の発達史を解明する有力な手掛りとなる。

［新井　正］

水量と水収支

世界の水の量は約13億5000万立方キロメートルと推定されているが、そのほとんどが海水であり、湖沼の水量はわずかに約20万立方キロメートルにすぎない。しかし、その重要性は海水をはるかにしのぐ。

　湖沼は、水系の水源あるいは上流部に位置するものと、水系の下流部あるいは末端に位置するものに大別できる。このような水系内の位置によって、湖沼の水収支や諸性質に違いが現われる。上流の湖沼は湧水(わきみず)、渓流、氷河などで涵養(かんよう)され、余剰水は河川になる。このような湖では一般に水位変化は小さく、塩分濃度は低い。内陸流域では湖沼が水系の末端になる例がある。この場合には流出水はなく、湖水は蒸発で失われる。このような湖沼では長年にわたって塩分が蓄積し、死海やカスピ海のような塩湖（鹹湖(かんこ)）になる。内陸塩湖の水位変化は、流域の気候変動および人間活動のよい指標となる。海岸の湖沼も流域末端の場合であるが、ここでは一般に海水が浸入し、塩・淡水が共存する汽水湖になる。汽水湖の水位変化には海の潮汐(ちょうせき)の影響が大きい。

　世界の気候との関係で湖沼の水位変化をみると、雨期・乾期の交代がある熱帯と、雪融(ど)け水が流入する寒帯や冷帯では変化が大きい。温帯の湖沼は一般に水位変化は小さいが、融雪期や多雨期には水位が上昇する。日本の湖沼の水位変化は一般に小さいが、東南アジアでは水位変化が大きいのが普通である。

　日本の湖沼は温帯型の水位変化に属するが、それをさらに分類すると、融雪期に水位が上昇する日本海岸型（北日本を含む）と、夏の多雨期に水位が上昇する太平洋岸型とに分かれる。貯水池の水位変化は、各貯水池の利用目的によって相当な違いがある。

　湖沼中の水の滞留時間は一定していない。わずか数日の場合もあれば数百年の場合もあり、それぞれの湖沼の規模と水収支によって異なる。湖沼では河川と比べると水の交代速度がきわめて遅いので、水域の保全に力を注ぐ必要がある。

［新井　正］

水温

水温は、湖沼の物理・化学現象、生物活動に強く影響する。湖沼水温は、第一には気候条件により、第二には湖盆形態により決められる。

　地表水は日射により温められるが、水温が上昇するにしたがい、赤外放射、熱伝導（顕熱）、蒸発（潜熱）によって水面から大気中に失われる熱が増加する。その結果、受熱と放熱とがつり合う一定の温度が出現する。この値を平衡水温とよび、すべての水温は平衡水温に接近する方向で変化する。

　浅い沼や水たまりの水温は上下等温に近く、1日ないしは数日間の平均をとると、平衡水温にほぼ一致する。ところが深い湖では、表面から下方への熱の移動速度が遅いために、春・夏の加熱期には表層のみが昇温し、深層は冬またはそれに近い状態で取り残される。そのため春・夏には、高温な表水層と低温な深水層とに分かれ、その間に水温が急変する変温層（変水層、躍層(やくそう)）が生ずる。変温層では鉛直方向の密度差が大きいために非常に安定な成層となり、熱や物質の上下交換が減少する。これによって表層と深層との違いはさらに大きくなる。

　秋から冬にかけての冷却期には、表面からの冷却がしだいに深層に及ぶために、表面から等温層が発達し、変温層は押し下げられる。冬が近づくと冷却は全層に達し、湖は上下等温になる。このときには全層にわたって水塊の対流、すなわち循環が生ずる。深い湖で湖水が完全に上下混合するのは、上下等温の循環期のみである。湖底からの栄養物質が全層に行き渡るのも、水面から入る酸素が湖底にまで達するのも、このときである。

　冬の冷却が厳しい地方では、表面水温は4℃以下になり、結氷することもある。しかし深い湖ではこの冷却は深層には及ばない。中層以下には4℃の水が残るので、0～4℃の軽い表層水により冬の成層がつくられる。このような湖では春に昇温が始まると、もう一度全層が4℃になり全循環が生ずる。すなわち年2回の循環がみられる。一方、冬に4℃以下にならない温暖な地方では、冬の間は全層等温で水温が下り続けるので、循環は冬中続くが年1回しか発生しない。前者を二回循環湖（温帯湖）、後者を温暖な一回循環湖（熱帯湖）という。つねに4℃以上にならない湖沼が寒冷な一回循環湖（寒帯湖）であるが、これは特殊な条件でのみ存在する。なお、夏には成層が発達して上下交換が弱くなるので、この状態を停滞とよぶ。湖水の循環、停滞からみると、1年間を全循環期（一回循環湖では初冬～初春、二回循環湖では初冬と初春）、部分循環期（夏～秋）、停滞期（一回循環湖では春～夏、二回循環湖では春～夏と冬）に分けることができる。

　赤道付近では日射量、気温などが年間ほとんど一定であるため、水温の年変化も小さく、せいぜい3℃程度である。このように年変化がほとんどない状態になるために、深層と表層との水温差もつねに小さい。すなわち、一年中、上下等温に近く、水温成層が弱いので、台風などによる攪乱(かくらん)があると強い循環が生ずる。しかし、このような攪乱がなければ、赤道帯では強い冷却もないので、循環は生じにくい。したがって、赤道付近の湖沼は年間に数回の循環をみる多循環湖か、あるいは循環を欠く貧循環湖か、表層のみ循環する部分循環湖のいずれかになる。

　温帯付近の湖沼では、夏季停滞期の表水層の厚さおよび変温層の深さは、湖の広さによっても変わる。日本の湖沼では、夏の変温層中心部の深さは2～10メートルであるが、広い湖沼では深く、狭い湖沼では浅い。これは、水中で熱を輸送する渦動(かどう)が、広い湖ほど強いためである。秋になると、狭い湖沼や浅い湖沼では、夏の間の熱貯留(ちょりゅう)が少ないために、平衡水温の変化に追従する形で急速に冷却する。しかし広く深い湖では、夏の貯熱が冷却を補うために、湖水温は低下しにくい。夏の間の貯熱量が多い湖、すなわち広く深い湖は、寒冷地でも冬に4℃以下にならない場合がある。

　なお、汽水湖や塩湖、あるいは部分循環湖では、複雑な水温鉛直分布がつくられる。冬の湖氷(こひょう)の下でも、複雑な水温分布がみられる。

［新井　正］

透明度

湖水の濁りの度合いを計測する一方法として、直径25～30センチメートルの白色円板を水中に降ろして、円板の判別ができなくなる深さを測定するものがある。この測定法はイタリアの天文学者・物理学者セッキの研究により実用化したもので、この白色円板を「セッキ円板」、測定値を「透明度」あるいは「セッキ円板透明度」とよぶ。

　透明度は、水中の懸濁(けんだく)物質やプランクトンの量により変動する。一つの目安として、透明度5メートル以下がプランクトンの多い富栄養湖、7～8メートル以上が貧栄養湖とされている。水中の光は透明度の2～2.5倍の深度で水面の約1％にまで減少し、この位置が補償深度（栄養生成層と栄養分解層の境）に近いとされている。

　透明度が大きい湖としては、北海道の摩周湖(ましゅうこ)やロシアのバイカル湖などがあげられる。日本の湖はかつて澄んだものが多く、昭和の初めごろには田沢湖、猪苗代湖(いなわしろこ)などでも20メートル以上の値が得られた。しかし現在では、これらの湖の透明度は5～6メートル程度の場合が多い。

［新井　正］

湖流とセイシュ

湖沼では海洋と異なり潮汐が小さいので潮汐流はほとんどなく、風と水温水平分布とが湖流の原因になる。湖流は、水温成層が発達し、水温の水平分布に顕著な差がみられる夏に発達し、冬には明瞭(めいりょう)ではない。たとえば琵琶湖では、夏には水温水平分布に対応した二つの大きな環流が生ずるが、冬は不明瞭になる。

　風が吹くと表面に吹送流が発生する。吹送流の速さは風速の2～3％以下である。吹送流は表面の温水を風下側に吹き寄せ、水温分布に差が生ずる。次には水温分布の差が湖流の要因となる。そのほか、流入水や流出水によっても湖流がつくられるが、これは人造貯水池の場合に重要である。

　湖水の振動をセイシュ（静振(せいしん)）といい、各湖沼にはそれぞれ特有な周期のセイシュがある。セイシュには水面の振動である表面静振と、変温層の振動である内部静振がある。また長軸あるいは短軸方向の振動のほかに、回転性の振動もある。

［新井　正］

溶存酸素

水にはいろいろな物質を溶かす性質があるが、大気中のガス成分も水に溶け込む。湖沼の場合に重要なのは酸素と二酸化炭酸である。

　水中の溶存酸素（DO）は多くの水中生物にとって不可欠な成分である。水中への酸素の補給は二つあり、一つは水面における大気との接触、他は植物プランクトンや水草などの光合成による発生で、いずれも表層で行われる。このようにして酸素が水中に補給される一方で、動植物の呼吸作用や有機物の分解によってつねに消費される。

　水温成層が発達するときには、溶存酸素にも成層が現れる。溶存酸素の成層は、水中の栄養物質が多く生物も多い富栄養湖で顕著である。富栄養湖では、夏には植物プランクトンの活動が盛んになるため、表水層・変温層で溶存酵素が過飽和になる場合が多い。しかし、富栄養湖の深層では、分解される生物の死骸(しがい)も多いので、酸素は大量に消費され、湖底近くでは貧酸素ないし無酸素になる。一方、栄養物質が少ない貧栄養湖では、表水層の大幅な過飽和も、深水層での大幅な不足もなく、全層にわたって飽和に近い。

　溶存酸素は水1リットル中の重量（ミリグラム）で示すほか、各温度の飽和量に対する実際の酸素量、すなわち飽和度で示すことがある。

　秋の循環期が始まると、溶存酸素も上下混合し、全層が飽和度100％に近づく。深い湖で湖底にまで酸素が補給されるのは、冬あるいは冬の前後の全循環期のみである。

　生物活動が盛んな富栄養湖や熱帯・赤道帯の湖沼では、分解量も多いので深水層の酸素不足が顕著になる。下層の水塊がつねに停滞性となる部分循環湖でも、深層は無酸素になる。無酸素層では還元状態になるために、硫化水素による強い硫黄(いおう)臭が発生する。浅い湖沼で、底層の無酸素水塊が吹き寄せなどの湖流により表層に湧昇(ゆうしょう)すると、魚の大量斃死(へいし)を招くことがある。この現象は、長野県の諏訪湖(すわこ)では「すす水」とよばれ、漁業者に恐れられている。深層の酸素不足は湖沼の汚濁に伴って進行する。さらに近年では、暖冬のために冬の循環が十分に発達せず、深層の酸素不足が進行する例がみられる。

［新井　正］

水素イオン濃度

水素イオン濃度（pH）は酸性やアルカリ性の程度を示し、7が中性、7以下が酸性、7以上がアルカリ性である。普通の湖沼ではおよそ6ないし7、海水はおよそ8.2である。しかし、湖沼付近の地質、水源、湖水中の生物活動によって、この値はかなり変化する。

　酸性の湖沼としては火山湖、とくに活動中の火口湖があげられる。群馬県の白根山(しらねさん)湯釜(ゆかま)のpH0.9～1.1をはじめ、宮城県潟沼(かたぬま)のpH1.8～2.1、蔵王御釜(ざおうおかま)のpH2.9、青森県宇曽利山(うそりやま)湖（恐山(おそれざん)湖）のpH3.4～3.6など、日本には酸性湖が分布する。泥炭地の沼（腐植栄養湖）では、植物が完全に分解しないために、有機酸が析出して酸性となる。この場合pHは4～5である。

　一般には、pHは水中の二酸化炭素と重炭酸などとの割合で決まり、これは光合成によっても変化する。光合成が盛んな夏の昼間には、表水層のpHは9以上になる場合もある。

［新井　正］

水質

水中には多くの物質が溶け込んでいるほか、土粒子や植物片のように水中にただよっている物質も多い。前者を溶存物質、後者を浮遊物質とよぶ。溶存物質の総量を一般に塩分とよび、濾過(ろか)水の蒸発残留物の重量として測定される。一般に水質は、水1リットル中のミリグラム数（mg/lと表示。ppmに同じ）で表される。塩分が1リットル当り500ミリグラム以下の湖沼を淡水湖、1リットル当り500ミリグラム以上の場合を塩湖（鹹湖）とよぶ。

　日本をはじめ北米、ヨーロッパなどの多雨地域では淡水湖が多いが、雨が少ない内陸流域では塩湖が多い。日本の多くの湖沼の塩分濃度は、1リットル当たり100ミリグラム以下であるが、中東の死海では最大345グラムにも達する。海岸の汽水湖では海水の浸入による塩分を含むが、濃度が高い下層と濃度が低い上層の2層に分かれる場合が多い。下層は停滞性になるが、上層には雨水や河川水の流入があり循環が行われる。日本の湖沼中、汽水湖の占める割合は少なくない。

　塩分濃度は電気伝導度からも換算されるが、電気伝導度自体を塩分の指標とすることが多い。純水は電気をまったく通さないが、塩分を含む水は電気を通し、塩分が多いほど電気は通りやすくなる。電気伝導度は普通の天然水で1～20mS・m^-1（ミリジーメンス・パー・メートル。ジーメンスは導電率の単位）、海水で4000mS・m^-1ぐらいである。

　湖水に含まれる化学成分としては、ナトリウム、カルシウム、マグネシウム、塩化物、リン、窒素(ちっそ)、ケイ酸、硫酸塩、炭酸物質などがあげられる。火山活動の影響を直接に受ける所では塩化物イオンや硫酸イオンが多い。これらは人為的にも大量に排出される。

　火山などの特殊な地質の地域、あるいは蒸発による濃縮が作用する乾燥地域などを除けば、一般の湖沼で重要な成分は窒素とリンである。この2成分は植物プランクトンの栄養物質で、湖沼中の生物生産あるいは汚濁の基準となる。1リットル当り窒素0.20ミリグラム、リン0.02ミリグラムが、生物が多く透明度が低い富栄養湖と生物が少なく水が澄んでいる貧栄養湖の境界と考えられている。

　窒素は湖中の有機物の分解から生ずるアンモニアと、それが変化した亜硝酸、硝酸として含まれる。しかし、現在では窒素、リンともに人為的な原因が大きく、汚水や畑からの肥料の流出、あるいはリンを含む洗剤などとして湖沼に流入する。富栄養化が開始されると、湖沼中の生物活動が盛んになり、それがさらに富栄養化を招く。1960年代以降、生活系・農業系の排水により、多くの湖沼が富栄養化した。1980年（昭和55）に滋賀県は、琵琶湖の富栄養化を防止するために、県民および事業者に対しリンを含む洗剤の使用を禁止した（滋賀県条例第37号）。

　富栄養湖や部分循環湖の底層では、硫化水素やマンガンがみられる。かつて、北海道春採(はるとり)湖では1リットル当り670ミリグラムの硫化水素を記録した。

　水中の有機物を強制的に酸化させるときに必要な酸素量がCOD（化学的酸素要求量）で、水質の判定基準に使われる。また水中の有機物が微生物によって分解されるときに必要な酸素量がBOD（生物化学的酸素要求量）で、COD同様に水質基準に使われる。このほか、前述の溶存酸素（DO）、浮遊物質（SS）なども水質の判定基準に使われる。湖沼の場合に良好な水とされる水道・水産1級（AA）は、1リットル当りCODが1ミリグラム以下、SSが1ミリグラム以下、DOが7.5ミリグラム以上である。

［新井　正］

生物および生産

湖沼の生物の大部分が、その閉じられた世界のなかで生まれ、生涯を終える。湖沼の生物の活動のうち基本となるのはプランクトンであるが、これは植物プランクトンと動物プランクトンに分けられる。植物プランクトンには藍(らん)藻、珪(けい)藻、緑藻、接合藻、鞭毛(べんもう)藻（植物性鞭毛虫類）などが、動物プランクトンには甲殻類、ワムシ類などがある。

　高等植物としては湖岸の水草がある。岸近くの水深約1メートル以内は抽水植物帯で、水面上に大きく伸びるヨシ、マコモ、ガマなどが生育する。水深1～3メートルの所は水面に葉を浮かばせる浮葉植物群でヒシ、ジュンサイ、ヒツジグサなどが生育する。それより沖は水中で生活する沈水植物群でクロモ、エビモなどが分布し、もっとも深い所にシャジクモが生育する。シャジクモの生育下限は透明度のおよそ2倍の深さといわれている。わずかな光で生活するシャジクモは近年の透明度の低下や外来魚による食害のために減少しつつある。沿岸植物は魚の産卵や成育にとってたいせつである。

　魚類などの遊泳する生物はネクトンとよばれるが、種類によって生息域が異なる。湖底にはユスリカの幼虫やイトミミズ、貝などの底生動物がいるが、これはベントスと総称される。そのほかにバクテリアがおり、有機物の分解に役だっている。

　植物プランクトンや水草は光合成を行い有機物をつくりだすので、一次生産者とよばれる。光合成作用、すなわち一次生産には光と温度とが必要であるが、それに加えて前述の栄養塩が不可欠である。一次生産の制限因子となるのは窒素とリンである。一次生産が卓越する層を栄養生成層という。光が十分に到達しない深い部分では、分解が卓越する。そのため、この部分を栄養分解層という。両層の境界が補償深度で、透明度の2～2.5倍の深さがこの位置に近い。

　植物プランクトンは動物プランクトンによって捕食され、これらは魚類によって捕食される。植物を餌とする生物の生育を二次生産という。二次生産者は一次生産物の消費者であり、一次生産が多ければ二次生産も多くなる。生物の死骸はバクテリアによって分解され、無機塩類に還元され、ふたたび一次生産に使われる。このようにして、湖沼中の生物の食物連鎖が完成する。湖沼中の生物は、生産者、消費者、分解者に分かれ、バランスを保っている。

　生物によって成育に適合する水質に違いがあることから、生物を指標にして水質を判別する手法も採用されている。生物の種類数から指数をつくり、貧腐水性、α中腐水性(アルファちゅうふすいせい)、β中腐水性(ベータちゅうふすいせい)、強腐水性の区分が用いられる。清冽(せいれつ)な貧腐水性水域にはマスの仲間が、中腐水性水域にはコイやフナがすむ。強腐水性水域には魚は生存できず、イトミミズやヒルなどがみられる。プランクトンにも清水性のものと汚濁に強いものとがある。

［新井　正］

湖沼標式

湖沼は、生物生産に必要な栄養物質がバランスのとれた状態か否かによって、調和型湖沼と非調和型湖沼に分けられる。前者は貧栄養湖と富栄養湖に分けられ、後者はそれぞれの特色により腐植栄養湖、酸栄養湖、アルカリ栄養湖、その他に分けられる。近年ではクロロフィル量などに基づいて、貧栄養湖と富栄養湖の中間に中栄養湖を、窒素やリンが過多でプランクトンが大量に発生する湖を過栄養湖とする区分も行われている。

　富栄養湖は一般に浅く、全容量に対する栄養生成層の容積の割合が大きい。それに対して貧栄養湖では、深水層すなわち栄養分解層の占める割合が大きい。富栄養湖ではプランクトンが多いために透明度は一般に5メートル以下と低く、水色は黄緑ないし緑である。貧栄養湖の透明度は一般に7～8メートル以上と大きく、水色は青である。腐植栄養湖は分解が遅い泥炭地などにみられ、水色は茶色で寒冷地に広く分布する。酸栄養湖は火山地域に分布し、その生産性は低い。アルカリ栄養湖はpHがつねに9以上のもので、石灰岩地域や乾燥地域に分布する。

［新井　正］

湖底堆積物

湖底には、その湖で生涯を終えた生物の死骸、湖岸の侵食で生じた土砂、流入河川よりもたらされる砂礫(されき)や枯れ葉などが堆積する。湖心部ではシルトや粘土の細粒の堆積物が多いが、湖岸では礫や砂も多い。火山湖では、火山灰、火山砂で湖底が覆われている例もある。

　生物に原因をもつ堆積物も多く、遺骸からなる骸泥(がいでい)、腐食した腐泥および腐植泥に分けられる。腐泥は一般にいう黒い「ヘドロ」、腐植泥は褐色で湿原の池などでみられる。

　貧栄養湖の新生堆積物の堆積速度は非常に遅く、しかも堆積後圧密するので、古い湖底堆積物はわずかな厚さであっても、長年の堆積環境の記録を残している。

［新井　正］

湖沼の変遷

湖沼を地質学的な時間尺度でみて、その変遷を模型的にとらえると、次のようになる。

　最初に深い貧栄養湖があったと仮定する。この湖は土砂の流入や有機物の堆積でしだいに浅くなり、富栄養湖あるいは腐植栄養湖に変化する。湖岸の植物帯も発達し、湖はしだいに浅くなり、沼あるいは沼沢になる。次には湿原となり、最後には草原になる。もし長い時間の間に気候や地殻の変動がなければ、湖沼はこのような変遷をすると考えられている。しかし、現実にはいろいろな変化が加わるので、この変遷はあくまでも模型である。

　自然の変遷の速度は微々たるものであるが、人為による変化がそれとは比較にならない速度で進行している。都市・村落、農地などからの排水の流入による富栄養化が各地で発生した。また、湖に流入する河川流量の人為的な変更も、湖に大きな変化をもたらす。たとえば、秋田県田沢湖では発電利用のために酸性河川の水を導入したが、これにより生態系が大きく変化し、透明度も低下した。大規模な変化としては、カザフスタンとウズベキスタンにまたがるアラル海をあげることができる。ここでは、流入河川から農業用水が取水されたために湖への流入量が減り、水面の大部分が失われ、深刻な環境問題となっている。湖沼の埋立ても無視できない。秋田県八郎潟(はちろうがた)、千葉県印旛沼、京都府巨椋池(おぐらいけ)、琵琶湖の内湖(ないこ)など、消えた水面は少なくない。なお、内湖とは大きな湖沼の岸にあり、これと直接水の交流がある付属的な小湖沼で、琵琶湖には複数の内湖がある。貯水池化された湖沼では、流入・流出水や水位変化が、平野部の湖では人工湖岸が、元来の湖の姿を変えている。

［新井　正］

植生

湖沼における植生は、平地と山地とでは、湖沼の成因によって多少異なるが、それは、水深や水温、水質、水底の状態などの差異によるものである。湖沼は生態的にみた場合、一般に沿岸帯、深底帯、沖帯に大別されるが、とくに問題になるのは沿岸帯の植生である。

　沿岸帯の植生の大部分は大形水生植物（水草）である。その植生は湖岸から湖心に向かって、水深が0.2～1メートルの水域には挺水植物帯(ていすいしょくぶつたい)（抽水植物帯）、1～3メートルの水域には浮葉植物帯、1～5メートルの水域には沈水植物帯、1～10メートルぐらいの水域には車軸藻植物帯が発達する。

　挺水植物帯には、普通、湖岸からヨシ（アシ）、マコモ、ヒメガマ、フトイ、ミツガシワの順に群落をつくり、水面には浮漂性のウキクサやサンショウモなどのほか、浮遊性のタヌキモ類、沈水植物のクロモ、フサモ、コカナダモなどがみられる。浮葉植物帯には、アサザやガガブタ、ヒシ、オニビシ、トチカガミ、ジュンサイ、ヒツジグサなどが群落をつくることが多い。沈水植物帯には、ヒルムシロ、ササバモ、イバラモのほか、帰化水草のコカナダモ、オオカナダモ、ハゴロモモがしばしば純群落をつくる。車軸藻植物帯の水底は、透明度が低いので、車軸藻やフラスコモの仲間が生育する。

　水深が10メートル以上の深い水域になると、極端に光が弱くなるので、深底帯や沖帯といわれる深い水域には、水生植物の分布はほとんどみることはできない。

［大滝末男］

湖沼と諸民族の生活・信仰

古代エジプトの象形文字では、湖が超自然的なもの、神秘的なものを意味していたように、湖や沼は、古くから人々に神秘の思いや畏怖(いふ)の念を与え、それらをめぐってさまざまな神話・伝説や俗信を生み出してきた。古代のイラン人は、生命の樹(き)の下、世界の山の上に「中心の湖」があるという観念をもっていた。この世界観は中央・北アジアの諸民族にも伝わり、天にあってすべての川の出発点である大きな湖の存在などが語られる。水が生命や世界創造の源であるという観念は広範にみられ、湖に関しても、たとえば南米アンデスのチブチャ人の伝説上の女神は、湖から息子を抱いて出現し、この子と結婚して人々を産み出したという。水はまた豊饒(ほうじょう)の源であり、フィン・ウゴル系諸民族の間では、農民の祭りの日に川や湖に供え物をする風習がある。中国の洞庭湖(どうていこ)に投身した屈原(くつげん)（戦国時代、楚(そ)の政治家）を祀(まつ)るために、竹筒に米を入れ湖水に投じたことは、粽(ちまき)の起源を語る伝説であるが、これも5月5日に水神を祀る豊饒儀礼がもとにあったと思われる。

　他方で、湖や沼は恐ろしい神怪の住む所とも観念される。「湖の国」ともいわれるフィンランドのフィン人は、河海湖沼の至る所に水の精ネッキの存在を伝える。さまざまな形をとるこの水怪は、人間や動物、ことにウマを水中に引き込むと信じられ、これから身を守るには、呪文(じゅもん)を唱えたり、金属片を水中に投じるとよいという。同様の水の精や水怪の存在は、ヨーロッパから中央・北アジアの諸民族の間で好んで語られる。それらのあるものは、狩りや漁の際に好機を与えたり、病気を治したり、悪霊から人々を守る存在でもある。中世ヨーロッパの伝説のアーサー王の神剣エクスキャリバーは、湖中から「湖の姫」によって授けられたもので、王に超自然的力をもたらした。またこの剣が王の死にあたって湖に返されたことは、湖と生命との関連を示している。ベトナムにおいても、黎(れい)朝の太祖は、ハノイの湖から得た剣の力によって明(みん)の軍を退けたという。日本の湖沼についても、沼の主や沼神、水の神などの存在が伝わり、人間に危害を加えるものとして、あるいは富や恩恵をもたらすものとして、両様に語られている。

　フィン人は、湖の中に底なしの場所があり、そこから財宝に満ちたりっぱな城に住む水の神の王国への道が通じていると伝える。湖が異郷への入口との観念や湖底の異郷の伝説も各地にみられるところであり、禁忌を犯すなどして村中が陥没して湖になったという伝説にもつながっている。湖沼の生成については、巨人の足跡からできたとする話や、ウシが大きな角で大地を裂き破って水を出し湖となったという話などがある。このように湖沼は、諸々の民族において神話・伝説や俗信の舞台となっている。

　他方で、湖を実際の生活の場とする民族も存在する。南米アンデス山中のティティカカ湖（チチカカ湖）はインカ帝国発祥の伝説をもつ湖であるが、ここに住むウロ人にとっては生活の場である。約1000人の人々が、イグサに似た植物トトラの切り株の上に支えられ、トトラや水草でつくられた浮島の上で漁業を主にした生活を営む。ビルマ（ミャンマー）のシャン高原に住む民族インダー（「湖の人」の意味）は、インレー湖の岸や湖で生活を送っている。彼らは、藻や水草の寄り集まってできた浮遊物を集め、それらに土や泥をのせて「土地」をつくる。湖上の場合、竹竿(たけざお)を突き通し湖底に刺して浮き島を固定させる。彼らは、漁業を生業とするほかに農業も行い、浮き島の上で蔬菜(そさい)畑を経営している。

［田村克己］

『吉村信吉著『湖沼学』（1937・三省堂／増補版・1976・生産技術センター）』▽『津田松苗編『日本湖沼の診断』（1975・共立出版）』▽『新井正著『日本の水――その風土の科学』（1980・三省堂）』▽『水野寿彦著『池沼の生態学』（1982・築地書館）』▽『水質法令研究会編『湖沼の水質保全　その現状と新しい制度』（1986・地球社）』▽『半田暢彦ほか著『湖沼調査法』（1987・古今書院）』▽『奥田節夫・倉田亮ほか編『理科年表読本　空からみる日本の湖沼』（1991・丸善）』▽『国土地理院監修『日本の湖沼アトラス』（1991・日本地図センター）』▽『西條八束著『小宇宙としての湖』（1992・大月書店）』▽『田中正明著『日本湖沼誌――プランクトンから見た富栄養化の現状』（1992・名古屋大学出版会）』▽『岩熊敏夫著『湖を読む（自然景観の読み方10）』（1994・岩波書店）』▽『平井幸弘著『湖の環境学』（1995・古今書院）』▽『西條八束・三田村緒佐武著『新編　湖沼調査法』（1995・講談社）』▽『宝月欣二著『湖沼生物の生態学――富栄養化と人の生活にふれて』（1998・共立出版）』▽『A・J・ホーン、C・R・ゴールドマン著、手塚泰彦訳『陸水学』（1999・京都大学学術出版会）』▽『田中正明著『湖沼学』（2000・三恵社）』▽『倉田亮著『世界の湖と水環境』（2001・成山堂書店）』▽『沖野外輝夫著『湖沼の生態学』（2002・共立出版）』▽『田中正明著『日本湖沼誌0-Ⅱ――プランクトンから見た富栄養化の現状』（2004・名古屋大学出版会）』▽『日本陸水学会編『陸水の事典』（2006・講談社）』

[参照項目] | アサザ | アシ | アラル海 | アルカリ栄養湖 | 池 | 猪苗代湖 | イバラモ | 印旛沼 | ウバーレ | 栄養塩類 | 塩湖 | 温帯湖 | 化学当量 | ガガブタ | 火口原湖 | 火口湖 | カスピ海 | 霞ヶ浦 | 河跡湖 | 潟沼 | カナダモ | カルデラ湖 | 寒帯湖 | 木崎湖 | 汽水湖 | クロモ | 珪藻類 | 甲殻類 | 構造湖 | 湖沼学 | 湖沼法 | 五大湖 | 湖底堆積物 | 湖底平野 | ササバモ | 酸栄養湖 | サンショウモ | 死海 | 支笏湖 | 車軸藻類 | 植物性鞭毛虫類 | シルト | 人造貯水池 | 水系 | 水質汚濁 | 水質基準 | 水色 | 水神 | 水素イオン濃度 | 諏訪湖 | セイシュ | 潟湖 | 堰止湖 | セッキ | 田沢湖 | タヌキモ | 溜池 | 淡水湖 | 断層湖 | 地溝湖 | 貯水池 | ティティカカ湖 | 手賀沼 | 洞庭湖 | 透明度 | トチカガミ | ドリーネ | 十和田湖 | 沼 | ネクトン | 熱帯湖 | バイカル湖 | バクテリア | ハゴロモモ | 春採湖 | ヒシ | ヒツジグサ | 氷河湖 | ヒルムシロ | 琵琶湖 | 貧栄養湖 | 富栄養化 | 富栄養湖 | フォーレル | フォーレル水色標準液 | フサモ | 腐植栄養湖 | 腐植泥 | フトイ | フラスコモ | プランクトン | ベントス | マコモ | 摩周湖 | 水収支 | ミツガシワ | ユスリカ | 藍藻植物 | 緑藻植物 | ワムシ

湖沼図（湖盆図）の例

湖沼水温の垂直分布（模式図）

湖水中の食物連鎖（模式図）

田沢湖

印旛沼
利根川本流の堆積物によって生じた堰止湖。1968年（昭和43）に沼の中央が干拓され、北印旛沼と西印旛沼に二分された。写真は南西上空から見た西印旛沼。魚や野鳥の種類も豊富で、ハイキングを楽しむ家族連れや釣り客など、訪れる人も多い。千葉県佐倉市・印旛郡印旛村©Shogakukan">

印旛沼

大正池

摩周湖
中央火口丘カムイヌプリがカルデラの一部を埋め、その窪地に水がたまって形成された湖。透明度の高いことと霧の発生の多いことで知られる。湖の中央付近にはカムイシュ島（弁天島）がある。阿寒摩周国立公園域。北海道川上郡弟子屈町©Fam. Kanagawa">

摩周湖

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について　情報 | 凡例

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