Zanikající a zaplavovaná prérijní jezera

Poznámka: Tyto stránky fungují nejlépe v prohlížečích Firefox nebo Safari

Okolí Severních Velkých plání

Geomorfní provincie Severní Velké pláně (NGP) v západní Kanadě je rozsáhlá oblast Severní Ameriky o rozloze přes 350 000 km2. Tato oblast, která se táhne od prekambrického štítu poblíž Winnipegu v Manitobě směrem na západ v délce přes 1600 km až k úpatí Skalistých hor, je zemědělským srdcem Kanady a žije zde také většina obyvatel západní Kanady. NGP se vyznačuje rovinatým až mírně zvlněným reliéfem a chladným, polosuchým podnebím. Pleistocénní kontinentální zalednění vyústilo v silný sled nekonsolidovaných ledovcových, glacifluviálních a glaciolakustrinních sedimentů, které pokrývají obecně ploše ležící křídové a třetihorní sedimentární podloží.

Z hlediska geochemie slaných jezer jsou dvěma nejdůležitějšími fyzikálními rysy regionu vysoký poměr výparu ke srážkám a přítomnost velkých oblastí endorheického odvodnění. Ačkoli průměrná roční teplota ~3 °C by znamenala relativně nízkou míru výparu, silné větry, nízká vlhkost a vysoké letní teploty vytvářejí hodnoty poměru výparu a srážek obecně mezi 3 a 10. Vlivem vysoké vlhkosti vzduchu a vysokých letních teplot jsou hodnoty poměru výparu a srážek vyšší. Průměrný roční vláhový deficit v oblasti je přibližně 350 mm.

Tyto klimatické charakteristiky v kombinaci se špatně integrovaným odvodněním, kdy je téměř 45 % jižního Saskatchewanu a východní Alberty topograficky uzavřeno, vedou ke vzniku velkého počtu slaných jezer s různou morfologií a geochemickými vlastnostmi. Na rozdíl od mnoha jiných oblastí světa, kde se vyskytuje velké množství slaných jezer (např, viz shrnutí v Jones a Bowser, 1978; Jones a Deocampo, 2003), je oblast severních Velkých plání tektonicky velmi stabilní, nevykazuje nápadný topografický reliéf ani dramatickou litologickou rozmanitost ledovcových usazenin ani horninového podloží v místním či regionálním měřítku.

Geochemie slaných jezer

Slaný charakter povrchových vod a souvisejících jezerních usazenin severní části Velkých plání byl dobře znám místním domorodým skupinám v době evropské expanze a osídlení regionu v polovině 19. století. Ačkoli první chemické analýzy slaných jezerních vod z této oblasti byly publikovány v 90. letech 19. století, teprve téměř o půl století později byl rozpoznán plný rozsah a stupeň rozmanitosti slaných jezer. Více než třicet let po roce 1890 pocházely jediné vědecké snahy a údaje o těchto jezerech od hospodářských geologů, kteří se zajímali o využitelné zásoby původně dusičnanových a později sodných a hořečnatých solí v jezerech. Výsledky regionálního průzkumu těchto hospodářských ložisek, který provedla kanadská vláda na počátku 20. let 20. století (Cole, 1926), skutečně stále patří k nejlepším a nejrozsáhlejším shrnutím hydrogeochemie slaných jezer.

Ačkoli stále nejsou tak pokročilé jako v některých jiných částech Severní Ameriky, naše znalosti chemismu povrchových vod na Velkých kanadských pláních od těchto raných geologicko-geochemických průzkumů poněkud pokročily. V jednom z prvních systematických limnologických průzkumů v této oblasti podali Rawson a Moore (1944) zprávu o chemismu vody 53 jezer z jižního Saskatchewanu. Rutherford (1970) shromáždil údaje o složení několika set jezer v Saskatchewanu (včetně sladkých i slaných povodí). Hammer (1978) uvedl chemické složení vody pro 60 převážně slaných jezer s trvalým výskytem v jižním Saskatchewanu. Výsledky většiny těchto raných regionálních prací shrnuli Northcote a Larkin (1963), Hammer (1986) a Last (1989a).
Další významné příspěvky pokrývající menší geografické oblasti Velkých plání zahrnují např: Govett (1958), Bierhuizen a Prepas (1985), Derry et al. (2003) a Evans a Prepas (1996) ve střední a východní Albertě; Hartland-Rowe (1966) v jihovýchodní Albertě; Rozkowski (1967) a Roskowska a Roskowski (1969) v oblasti Moose Mountain v jižním Saskatchewanu; Lieffers a Shay (1983) a Driver a Peden (1977) ve středním Saskatchewanu; Driver (1965) a Barica (1975; 1977) v západní Manitobě. Novější zprávy Pham et al. (2008; 2009), Kelly a Holmden (2001) a Lemmen a Vance (1999) zahrnovaly údaje o chemismu vody ~65 slaných jezer v západním a středním Saskatchewanu.

Nyní máme k dispozici údaje o chemismu solanky z přibližně 800 slaných jezer na severu Velkých kanadských plání. Ačkoli většina těchto údajů představuje analýzy jednotlivých vzorků, některé jsou průměry z mnoha vzorků odebraných v průběhu měsíců, let nebo desetiletí. Obecně platí, že větší jezera (např. jezera Manitoba, Quill, Manito atd.) mají nejdelší časové záznamy, které v některých případech sahají až do počátku dvacátého století. Žádné jezero v kanadských prériích však nemá souvislý monitorovací záznam delší než čtyři desetiletí. Z jezer, pro která existují údaje, se 10 % nachází v Manitobě, 72 % v Saskatchewanu a 18 % v Albertě.

I když většina jezer na Velkých pláních západní Kanady má podobný celkový původ, přesto vody vykazují značnou rozmanitost z hlediska iontového složení a koncentrace. První badatelé (především ekonomičtí geologové, kteří se soustředili na nejkoncentrovanější slané solanky), zdůrazňovali silnou převahu Na a SO4 v jezerech (např. Cole, 1926; Tomkins, 1954a, b). Rutherford (1970) a Hammer (1978) podobně zdůrazňovali význam sodné, hořečnaté a síranové složky ve víceletých jezerech Saskatchewanu, ale také rozeznávali široké spektrum typů vod na základě iontových poměrů. Rutherford (1970) dokázal dát do souvislosti prostorovou variabilitu typů vod s klimatickými gradienty v provincii a se složením mělkých podzemních vod.

Nyní si uvědomujeme, že existuje nejen kompletní spektrum slanosti od relativně zředěné vody (0,1 ppt TDS) až po solanky o více než řád vyšší než mořská voda, ale také že v jezerech regionu je zastoupen prakticky každý chemický typ vody. Ačkoli je samozřejmě zavádějící zobecňovat uváděním průměrů a průměrných hodnot, „průměrná“ jezerní voda má asi 30 ppt TDS a vykazuje (v meq%): Na≈Mg>Ca>K a SO4>HCO3>Cl>CO3.

Není překvapivé, že jezerní vody severních Velkých plání vykazují tak značný rozsah iontového složení a koncentrace, vezmeme-li v úvahu obrovskou geografickou rozlohu a rozdílné hydrologické, geomorfologické a klimatické podmínky. Z tak velkého rozpětí slanosti vyplývá, že se značně liší i koncentrace jednotlivých iontových složek. Rozložení četností koncentrací Mg, Na, Cl a SO4 v jezerních vodách bývá multimodální, na rozdíl od iontů Ca a HCO3, které vykazují mnohem užší rozložení. Jezera bohatá na sírany a uhličitany jasně převažují na Velkých pláních, kde tvoří více než 95 % všech jezer. Tento nedostatek jezer bohatých na Cl činí tuto oblast neobvyklou ve srovnání s mnoha jinými oblastmi světa (např. Austrálie, západ USA; Eugster a Hardie, 1978; Williams, 1981). Poměry kationtů jsou mnohem rozmanitější, hojnost všech tří hlavních typů vykazuje přibližně subekvivalentní poměry.

Jak se dalo očekávat, koncentrace většiny rozpuštěných látek v jezerních vodách se zvyšuje s rostoucí celkovou salinitou. Sírany, chloridy a sodné ionty vykazují statisticky nejvýznamnější korelace s TDS, zatímco koncentrace vápníku a uhličitanů se salinitou souvisí méně přímo.
Podíly některých rozpuštěných látek rovněž vykazují systematické změny se salinitou. Relativní iontový podíl síranů se zvyšuje z méně než 30 % ekvivalentů ve zředěných jezerech na obecně více než 70 % v jezerech s více než 10 ppt TDS. Podíly vápníku a hydrogenuhličitanů + uhličitanů vykazují inverzní vztah se salinitou a klesají z více než 70 % ekvivalentů ve zředěných vodách na téměř 5 % v jezerech s více než 25 ppt TDS.

Poměrně rovnoměrné rozložení jezer v severní části Velkých plání, pro které jsou k dispozici údaje o chemismu vody, nám umožňuje zkoumat obsahy iontů na prostorovém základě. Last a Schweyen (1983) a Last (1988; 1989a) se zabývají těmito regionálními trendy a uvádějí izohalinové mapy pro slaná jezera Saskatchewanu, Alberty, Severní Dakoty a Montany. Jezera s nejvyššími koncentracemi Na, Mg a SO4 se obecně vyskytují ve východní části centrální Alberty, západní části centrální a jižní části Saskatchewanu, zatímco jezera s vysokou alkalitou a obsahem Cl se nacházejí v centrální části Alberty a západní části Saskatchewanu. Jezera s relativně nízkým podílem Ca a Mg se vyskytují v severní a centrální části planin.

Přístup statistické analýzy:
Složení a koncentrace hlavních iontů v těchto jezerech je výsledkem: (i) složité interakce mezi nekonsolidovanými ledovcovými sedimenty, horninovým podložím a srážkami/taveninou v povodí, (ii) složení a množství doplňování (a vypouštění) podzemních vod a průtoku v každém povodí a (iii) široké škály dalších fyzikálních, chemických a biologických procesů probíhajících v samotném vodním sloupci. Obecně bylo použito několik typů geochemických přístupů, které pomáhají pochopit hlavní faktory řídící chemismus povrchových vod. Patří mezi ně výpočty hmotnostní bilance, úvahy o termodynamické rovnováze a statistická hodnocení (viz přehled v Drever, 1988). V západní Kanadě se jak hmotnostní bilance, tak termodynamické výpočty ukázaly jako cenné při dešifrování mnoha vnitřních (v rámci povodí) procesů důležitých pro složení vody v místním měřítku (např. Roskowski, 1965; Wallick a Krouse, 1977; Wallick, 1981; Last, 1984). Naopak v regionálním měřítku byly úspěšně použity různé statistické techniky, které pomáhají pochopit vztahy mezi chemismem vody a vnějšími faktory prostředí, jako je klima, horninové podloží, geomorfologie a složení horniny (např. Dean a Gorham, 1976; Last, 1992; Winter, 1977). Tyto statistické přístupy však postrádají schopnost řešit často důležité lokální podmínky a procesy, které jsou však nezbytné pro naše celkové pochopení geochemického prostředí jezerní oblasti jako celku.
Jedním z nejjednodušších způsobů analýzy vzájemných vztahů v rámci souboru dat je zkoumání jednoduchých lineárních korelací, které existují mezi různými parametry. Koncentrace Na, Ca a Mg v solankách těchto jezer jsou významně pozitivně korelovány, stejně jako koncentrace SO4 a Cl. Kromě toho mají iontové páry Mg-SO4, Mg-Cl a Na-Cl tendenci silně koverovat. Důležité je, že koncentrace Na a SO4 nevykazují statisticky významnou lineární korelaci, což naznačuje, že na množství každého z těchto iontů mají vliv různé sady procesů. Podíly Ca a HCO3 vykazují významnou pozitivní kovariaci, zatímco podíly Mg a Na a HCO3 a SO4 jsou v nepřímém vztahu.

Pomocí shlukové analýzy Q-mode (asociace mezi jezery) Last (1992) rozdělil jezera do dvou hlavních kategorií: skupina jezer s vysokou salinitou (> 20 ppt TDS) a skupina charakterizovaná relativně nižšími hodnotami TDS. Každá z těchto hlavních skupin byla dále rozdělena na menší skupiny jezer podle složení hlavních iontů.
Kombinací řady morfologických (plocha povodí, maximální hloubka), geologických (typ horniny, hloubka do podloží, typ ruly), hydrologických (plocha povodí, počet toků vstupujících do jezera, nadmořská výška, složení podzemní vody) a klimatických (průměrné roční srážky, výpar, teplota) proměnných s databází chemismu jezer použil Last (1988, 1992) faktorovou analýzu v režimu R k identifikaci souboru sedmi statistických faktorů, které vysvětlovaly více než 90 % rozptylu dat. Tyto statistické faktory lze interpretovat z hlediska nejdůležitějších vnitřních a vnějších kontrolních faktorů složení a koncentrace vody na regionální bázi následovně: (i) Více než třetina celkového rozptylu údajů je vysvětlena složením přitékající podzemní vody. (ii) Poměr výparu a srážek v povodí vysvětluje přibližně 20 % rozptylu, následuje (iii) nadmořská výška nebo poloha jezera v povodí. Proměnné související s typem horninového podloží, složením ledovcových splavenin, fluviálním vstupem a morfologií jezera jsou statisticky méně významné.

Zdroj solí

Je obecně uznáváno, že podzemní voda hraje velmi důležitou roli nejen v celkové hydrologii slaných jezer, ale také v diktování jejich hydrochemie. Nicméně až na několik významných výjimek (např. Birks a Remenda, 1999; Freeze, 1969; Kelley a Holmden, 2001; Van der Kamp a Hayashi, 1998; Wallick, 1981) jsou procesy interakce podzemní vody s jednotlivými povodími slaných jezer v severní části Velkých plání stále málo známé. Naproti tomu regionální složení podpovrchové vody, její proměnlivost a hydrodynamika jsou poměrně dobře známy. Jak je shrnuto jinde (viz přehledy v Betcher et al. (1995), Brown (1967), Lennox et al. (1988), Pupp et al. (1981), Remenda a Birks (1999), Rutherford (1967)), složení podpovrchové vody v regionu je několika hlavních typů. Většina podzemních vod v nekonsolidovaných povrchových usazeninách má nízkou až střední salinitu (3 ionty. V oblastech s nejnižšími srážkami (jihozápadní Saskatchewan a jihovýchodní Alberta) v mělkých snosových podzemních vodách obvykle převažují ionty SO4 nad HCO3. Mělké horninové zvodně (svrchnokřídové a mladší horniny) jsou v jižní Albertě převážně sodno-bikarbonátové, v Saskatchewanu vápenato-hořečnato-sodno-sulfátové a v západní Manitobě vápenato-hořečnato-sodno-bikarbonátové. Hlubší paleozoické a kenozoické horniny obsahují vodu s mnohem vyšší salinitou (až 300 ppt TDS), ve které obvykle převládá Na a Cl.
Ačkoli není sporu o tom, že podzemní voda je důležitým faktorem v hydrologii slaných jezer, konkrétní původ a konečný zdroj iontů v jezerech severních Velkých plání jsou předmětem rozsáhlých diskusí. Některé z prvních prací naznačovaly, že možným zdrojem solí v jezerech by mohly být hluboko uložené paleozoické evapority, které se vyskytují v podzemí. Grossman (1968) ukázal, že existuje korelace mezi výskytem ložisek síranu sodného v jezerech na povrchu a přítomností a trendy různých solných jednotek v devonské prérijní formaci v regionu. Naopak mělké křídové a třetihorní podloží, na rozdíl od hlubokého paleozoického souvrství, bylo považováno za zdroj alespoň některých rozpuštěných složek v jezerech (Cole, 1926; Sahinen, 1948; Wallick a Krouse, 1997).
Nakonec, spíše než odvolávání se na zdroje horninového podloží existuje značná podpora pro to, že zdrojem iontů jsou čtvrtohorní usazeniny, v nichž se jezera bezprostředně nacházejí (Kelley a Holmden, 2001; Rozkowski, 1967; Rutherford, 1970). Lze doložit řadu fyzikálně-chemických a biochemických reakcí, včetně výměny kationtů, rozpouštění živců a srážení authigenních síranových, uhličitanových a křemičitanových fází v tillech, které podporují tuto druhou hypotézu. Kromě toho řada badatelů (např, Freeze, 1969; Last, 1984b; Rueffel, 1968a; Rueffel, 1968b; Witkind, 1952) zdůrazňovali těsné spojení slanějších jezerních solanek s pohřbenými preglaciálními a glaciálními údolími a dospěli k závěru, že tato pohřbená údolí fungují jako kanály pro podzemní vodu dodávající rozpuštěný materiál do jezer.

Další důležité úvahy

Krátkodobá časová proměnlivost:

Významným komplikujícím faktorem při charakterizování chemismu slaných jezer NGP je skutečnost, že mnoho jezer vykazuje vlastnosti playa, která se na jaře a počátkem léta plní vodou a koncem léta nebo na podzim zcela vysychají. Last a Ginn (2005) odhadují, že 85 % slaných jezer v této oblasti je ovlivněno tímto typem sezónního hydrologického cyklu. Tato výrazná sezónnost vodních hladin vede k dramatickým změnám koncentrací i poměrů iontů, jak dokazují četné studie. Například Cejlonské jezero, slaná playa v jižním Saskatchewanu, každoročně prochází změnami koncentrace od přibližně 30 ppt TDS do více než 300 ppt (Last, 1990). Toto jezero také vykazuje dramatické sezónní výkyvy iontových poměrů od typu Ma-(Mg)-SO4-HCO3 na začátku jara po složení Mg-(Na)-Cl-SO4 na podzim (Last, 1989b). Hammer (1978, 1986) a Last (1984a) shrnují krátkodobé časové změny salinity a chemismu několika dalších slaných jezer v regionu. Bohužel pouze v několika málo pánvích na severu Velkých plání byly prováděny pravidelné podrobné odběry vzorků po dobu několika let.

Vývoj slaných jezer:

Složení solanky v každé uzavřené pánvi je v konečném důsledku určováno dvěma hlavními faktory: (i) rozpuštěné látky jsou získávány zředěnými přítokovými vodami zvětrávacími procesy a atmosférickým spadem a (ii) následné odpařování a koncentrace iontů vede ke srážení minerálů, což dále ovlivňuje konečné složení solanky. Tato poslední změna složení jezerní vody se označuje jako vývoj solanky a je předmětem značného vědeckého zájmu (např. Jones, 1966; Jones a van Denburgh, 1966). Garrels a McKenzie (1967), kteří pracovali s přírodními vodami v oblasti Sierra Nevady na západě Spojených států, poprvé poukázali na to, že srážení minerálů, vyvolané koncentrací výparu, je hlavní kontrolou vývoje solanky. Hardie a Eugster (1970) následně evoluční schéma zobecnili a dospěli k závěru, že jsou tři hlavní cesty evoluce solanky, které vedou k pěti dominantním typům solanky v evaporitických jezerních pánvích.

Ačkoli došlo k mnoha modifikacím základního Hardieho-Eugsterova evolučního schématu, nejdůležitějším přínosem modelu je chemické dělení. Chemické dělení je bod ve vývojové posloupnosti solanky, v němž vysrážení minerálu ochuzuje vodu o určité kationty nebo anionty a další odpařování posouvá roztok po odlišné dráze. Výsledkem tohoto procesu je, že malé rozdíly v iontových poměrech ve zředěném výchozím složení jezera se při vývoji jezerní vody zesilují a vytvářejí solanky různého a rozmanitého složení.
V důsledku své relativně nízké rozpustnosti se obvykle jako první srážejí uhličitany vápníku (kalcit, aragonit); ty tvoří první rozdělení většiny kontinentálních solanek. Poměr Mg, Ca a HCO3 ve zředěném matečném roztoku pak určuje další cestu odpařování a poměr Mg/Ca určuje, který konkrétní uhličitanový minerál se vysráží. Pokud je vápník obohacen v poměru k zásaditosti uhličitanů, pak se solanka po rozdělení počáteční srážky CaCO3 bude řídit cestou I. Další odpařování tohoto typu solanky povede k druhému dělení: srážení sádrovce. Poté bude další vývoj řízen relativními poměry Ca a SO4 (tj. cesty III a IV).
Je-li však HCO3 ve zředěném přívodním roztoku obohacen ve srovnání s Ca, pak bude vývoj solanky po počátečním rozdělení probíhat cestou II. Při této cestě bude vápník nakonec vyčerpán a zůstane přebytek HCO3, který se zase může spojit s Mg a Na za vzniku různých komplexních Na-Mg-karbonát-sulfátových evaporitů. Druhým dělením v této vývojové cestě je dělení sepiolitu . Další vývoj solanky po tomto rozdělení je řízen relativní koncentrací Mg2+ versus HCO3-. Pokud je koncentrace hořčíku vyšší než zbývající alkalita, solanka se bude vyvíjet na síranový nebo chloridový koncový člen (V). Naopak, pokud je po vysrážení sepiolitu hořčíku méně než zásaditosti HCO3, stane se voda alkalickou uhličitanovou solankou (VI).
Ačkoli tento model teoreticky funguje dobře a principy chemických rozdělení a vývojových cest jsou platné, je zřejmé, že model je přílišným zjednodušením složité řady sedimentárních a geochemických procesů. Tuto složitost jsme začali chápat teprve relativně nedávno (např. Drever, 1988; Herczeg et al., 2001; Jones a Deocampo, 2003). Ve skutečnosti jen málo kontinentálních solanek ve skutečnosti sleduje některou z cest nastíněných v tomto modelu. Například v dráze II se Mg-silikát (sepiolit) vyskytuje jako primární minerál jen zřídka, a proto se nezdá jako rozumné rozdělení. Model také předpokládá, že z typického zředěného přítoku se vyvine pouze relativně malý počet typů solanek; to zjevně není pravda a existuje mnoho běžných typů solanek, které nejsou zastoupeny. Například typická solanka Na-Mg-SO4-HCO3, která je velmi běžná na severu Velkých plání, není zastoupena.
Však vzhledem k širokému spektru typů chemismu vody, které vykazují jezera Velkých plání, poskytují tato jezera zásadní informace, které pomáhají lépe pochopit vývoj kontinentálních solanek. Vzhledem k tomu, že solné minerály termodynamicky a kineticky reagují i na relativně malé změny ve složení solanky, poskytují pánve ve Velkých pláních, které mají relativně silné, souvislé sekvence holocenních evaporitů, pohled na složitou řadu vývojových sekvencí. Last (1995) použil analýzu Markovova řetězce k identifikaci čtyř zobecněných aniontových sekvencí a pěti kationtových sekvencí v holocenních evaporitech několika desítek jezer Velkých plání. Mezi anionty se nejčastěji vyskytuje cyklická sekvence (vyskytuje se v ~ 50 % jezer): CO3 → CO3-SO4 → SO4. Tato aniontová sekvence byla nejlépe zastoupena v Cejlonském jezeře v jižní části středního Saskatchewanu, a proto byla označena jako cejlonský typ. Další tři aniontové sekvence, které se vyskytují méně často, jsou:
Alsakovský typ (~20 %): CO3 → Cl-SO4 → SO4
Metiskowský typ (~10 %): SO4 → CO3-SO4 → CO3
Typ Waldsea (~10 %): SO4 → CO3
Kationtové vývojové sekvence přítomné ve 24 studovaných jezerech byly podstatně složitější než aniontové sekvence a přibližně 20 % stratigrafických úseků nevykazovalo žádné statisticky významné časové trendy složení. Nejčastější kationtové sekvence, přítomné v přibližně 60 % jezer, jsou lyddenského typu (33 %): Ca → Ca-Mg → Na → Na-Mg-Ca a Ingebrightův typ (28 %): Na-Mg → Ca-Na-Mg → Na-Mg → Na následuje:
Metiskowský typ (~15 %): (~10 %): Ca → Na-Mg → Ca-Mg-Na → Na
Typ Little Manitou (~10 %): (~5 %): Ca-Mg → Mg-Na → Mg
Typ Freefight (~5 %): Ca → Mg-Ca → Mg-Na
Vzhledem ke složitosti vzájemného působení vnitřních procesů (tj. sedimentárních, geochemických, hydrologických a biologických procesů probíhajících v samotné jezerní pánvi) a vnějších procesů (tj. „vnějších“ faktorů, jako jsou klimatické změny, modifikace povodí) není identifikace příčinných mechanismů těchto různých vývojových sekvencí jednoduchá. Je zřejmé, že je třeba shromáždit mnohem více kvantitativních údajů z evaporitů těchto a dalších slaných jezer v regionu, aby bylo možné vysvětlit a správně modelovat pozorované trendy složení.
Biologické procesy ovlivňující chemismus slaných jezer: Celkově jsou biologické procesy ve slaných jezerech západní Kanady podobné procesům ve sladkých stojatých vodách, nehledě na jejich fyzikální a chemické extrémy. Biota se však mezi sladkými a slanými jezery výrazně liší (Hammer, 1986). Při nízkých salinitách je druhové složení slaných jezer srovnatelné s jejich sladkovodními protějšky (Evans, 1993). Se zvyšující se salinitou druhová rozmanitost klesá (Haynes a Hammer, 1978) a při dosažení extrémně vysokých hodnot salinity se druhová rozmanitost stává velmi nízkou. Při těchto zvýšených salinitách v jezeře obvykle dominují pouze halotolerantní organismy.
Slaná a hyperslaná jezera mají jedny z nejvyšších naměřených hodnot organické produktivity na světě (Warren, 1986). Při střední až vysoké salinitě (30-100 ppt TDS) se na této biomase podílejí především zelené řasy a sinice. Při vyšší salinitě dominují v ekosystému halofilní bakterie.
Mnoho biologických procesů může ovlivnit chemismus slaných jezer. Například fotosyntéza vodních rostlin, amonifikace, denitrifikace, redukce síranů a anaerobní oxidace sulfidů způsobují zvýšení pH, protože flóra využívá oxid uhličitý, a zvýšení koncentrace HCO3. Rozklad organismů zase může vést k uvolňování iontů, jako je Mg a Ca, a také ke zvýšené hladině HCO3, což vytváří příznivé podmínky pro srážení uhličitanů (Castanier, 1999; Riding, 2000; Visscher et al., 1992).
Organismy, kterým se může dařit při vysoké salinitě ve slaném jezeře, jsou značně omezené. Život při vysokých koncentracích solí vyžaduje značné množství energie k udržení strmého iontového gradientu přes membránu, který je nutný pro osmoregulaci (Orhen, 2002). Konkrétní typ metabolismu také určuje hranici koncentrace soli, kterou organismus snese. Ve většině slaných jezerních prostředí tak s rostoucí salinitou klesá diverzita organismů.

Druhovou diverzitu ovlivňuje také iontové složení. Chloridy, hydrogenuhličitany a sírany jsou nejdůležitější při kontrole druhového složení slaných jezer (Herbst, 2001). Nápadný nárůst podílu SO4 s rostoucí salinitou v jezerech severních Velkých plání znamená, že dominantním taxonem jsou sulfát redukující bakterie (SRB). Redukce síranů SRB vede k produkci hydrogenuhličitanových iontů, a tím ke vzniku alkality podle: SO42- + 2CH2O → HS- + 2HCO3-, kde 2CH2O představuje organické látky. Přímé účinky, které mají SRB na životní prostředí (tj, redukce síranů a produkce H2S a alkality) mohou zase přímo ovlivňovat rozpustnost a srážení/rozpouštění široké škály minerálů, včetně karbonátů, silikátů, oxidů, sulfidů a mnoha evaporitů Bakteriální redukce síranů je tedy důležitým mineralizačním procesem v solných a hypersolných systémech západní Kanady.
Když vzniká konečný produkt redukce síranů, S2-, je osud sulfidu klíčový pro určení, zda se určité minerály vysráží či nikoli (Castanier, 1999). Pokud vzniklý sulfid odplyní, proces redukce síranů povede ke zvýšení pH ve vodném prostředí, což podpoří srážení uhličitanových minerálů. Podobně pokud je sulfid vychytáván sulfidooxidujícími mikroby, pH se rovněž zvýší a dojde ke srážení uhličitanů. Naopak, pokud je sulfid ve vodném prostředí oxidován zpět na síran, může vzniknout silná kyselina H2SO4, která snižuje pH a brání srážení uhličitanů. A konečně, pokud sulfid zůstane ve vodném prostředí, pH se sníží a karbonát se nebude srážet.
Úloha těchto organismů v ekosystémech slaných jezer na severu Velkých plání je kritickou oblastí výzkumu, zejména s ohledem na jejich potenciálně důležitou roli při tvorbě a diagenezi karbonátových minerálů. Lepší pochopení biomineralizačních procesů v těchto jezerech poskytuje důležitý vhled do vývoje solných systémů a umožní vyvinout kritické proxy pro změny podmínek prostředí. Navíc nám tyto biomineralizační procesy pomohou lépe pochopit, co hledat při hledání života v mimozemských prostředích.

• Barica, J., 1975. Geochemie a nutriční režim slaných eutrofních jezer v okrese Erickson-Elphinstone v jihozápadní Manitobě. Canadian Fisheries and Marine Services Research Development Technical Report 511.
• Barica, J., 1977. Variability in Ionic Composition and Phytoplankton Biomass of Saline Eutrophic Prairie Lakes within a Small Geographic Area [Proměnlivost iontového složení a biomasy fytoplanktonu slaných eutrofních prérijních jezer v malé geografické oblasti]. Archiv Fur Hydrobiologie, 81(3): 304-326.
• Batt, B.D., Anderson, M.G., Anderson, C.D. a Caswell, F.D., 1989. The use of prairie potholes by North American ducks [Využívání prérijních výmolů severoamerickými kachnami]. Northern Prairie Wetlands: 204 – 227.
• Betcher, R., Grove, G. a Pupp, C., 1995. Groundwater in Manitoba: Hydrogeology, Quality Concerns, Management (Podzemní vody v Manitobě: hydrogeologie, problémy s kvalitou, management). National Hydrology Research Institute Contribution No CS-93017.
• Bierhuizen, J.F.H. and Prepas, E.E., 1985. Relationship between Nutrients, Dominant Ions, and Phytoplankton Standing Crop in Prairie Saline Lakes (Vztah mezi živinami, dominantními ionty a porosty fytoplanktonu v prérijních slaných jezerech). Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 42(10): 1588-1594.
• Birks, S.J. a Remenda, V.H., 1999. Groundwater inputs to a closed-basin saline lake, Chappice Lake, Alberta (Vstupy podzemní vody do slaného jezera s uzavřeným povodím, jezero Chappice, Alberta). Holocénní změny klimatu a životního prostředí v Palliserově trojúhelníku, jižní kanadské prérie: Geological Survey of Canada Bulletin 534: 23 – 55.
• Brown, I.C., 1967. Podzemní vody v Kanadě. Economic Geology Report Number 24, 228 pp.
• Cameron, D.R., 1986. Saline waters: agricultural uses (Slaná voda: zemědělské využití). Evaluating Saline Waters in a Plains Environment [Hodnocení slaných vod v prostředí plání]. Canadian Plains Proceedings, 17: 75 – 100.
• Carpenter, 1978. Původ a chemický vývoj solanek v sedimentárních pánvích. Oklahoma Geological Survey Circular 79: 60-77.
• Castanier, S., 1999. Srážení Ca-karbonátů a geneze vápenců – pohled mikrobiogeologa. Sedimentární geologie, 126(1): 9-23.
• Cole, L.H., 1926. Síran sodný západní Kanady. Výskyt, použití a technologie. Canadian Department of Mines Publication Number 646, 155 pp.
• Conly, F. and van der Kamp, G., 2001. Monitoring hydrologie kanadských prérijních mokřadů za účelem zjištění účinků klimatických změn a změn ve využívání půdy. Monitoring a hodnocení životního prostředí, 67(1): 195-215.
• Dean, W.E. a Gorham, E., 1976. Hlavní chemické a minerální složky profundálních povrchových sedimentů n jezerech v Minnesotě. Limnol Ocean, 21: 259 – 284.
• Derry, A.M., Prepas, E.E. a Hebert, P.D.N., 2003. Srovnání společenstev zooplanktonu ve slané jezerní vodě s proměnlivým složením aniontů. Hydrobiologia, 505(1-3): 199-215.
• Desai, K. a Moore, E.J., 1969. Ekvivalentní stanovení NaCl z iontových koncentrací. Log Analyst, 10: 12-21.
• Drever, J.I., 1988. The Geochemistry of Natural Waters [Geochemie přírodních vod]. Prentice Hall, Inc, Englewood Cliffs, New Jersey, 437 str.
• Driver, 1965. Limnologické aspekty některých slaných jezer v západní části střední Manitoby. Journal of Fisheries Research Board of Canada, 22: 1165-1173.
• Driver, E.A. and Pedden, D.G., 1977. The chemistry of surface water in the pririe ponds [Chemismus povrchových vod v prérijních rybnících]. Hydrobiologia, 53: 33 – 48.
• Eugster, H.P. a Hardie, L.A., 1978. Solná jezera, jezera, chemie, geologie, fyzika. Springer, New York, s. 237-293.
• Evans, J., 1993. Paleolimnologické studie slaných jezer. Journal of Paleolimnology, 8(2): 97-101.
• Evans, J. a Prepas, 1996. Potential effects of climate change on ion chemistry and phytoplankton communities in prairie saline lakes [Potenciální vliv klimatických změn na chemismus iontů a společenstva fytoplanktonu v prérijních slaných jezerech]. Limnology and Oceanography: 1063-1076.
• Freeze, R.A., 1969. Regional groundwater flow – Old Wives Lake drainage basin, Saskatchewan (Regionální proudění podzemních vod – povodí jezera Old Wives, Saskatchewan). Scientific Series No. 5. Canadian Inland Waters Directorate, Burlington, Ontario, 234 pp.
• Garrels, R.M. and Mackenzie, F.T., 1967. Původ chemického složení některých pramenů a jezer. Equilibrium Concepts in Natural Water Systems (Rovnovážné koncepty v přírodních vodních systémech). Am. Chem. Soc. Adv. Chem. Ser, 67: 222-242.
• Govett, G.J.S., 1958. Sodium sulfate deposits in Alberta (Ložiska síranu sodného v Albertě). Alberta Research Council Preliminary Report 58-5. (Předběžná zpráva Alberta Research Council 58-5).
• Grossman, I.G., 1968. Origin of sodium sulfate deposits of the Northern Great Plains of Canada and the United States [Původ ložisek síranu sodného na severních Velkých pláních Kanady a Spojených států]. United States Geological Survey Professional Paper 600-B, 104-109 pp.
• Hammer, U.T., 1978. Saline Lakes of Saskatchewan .3. Chemická charakteristika. Internationale Revue der Gesamten Hydrobiologie, 63(3): 311-335.
• Hammer, U.T., 1986. Saline Lake Ecosystems of the World (Ekosystémy slaných jezer ve světě). Dr. W. Junk Publishers Dordrecht, Nizozemsko. 616 str.
• Hardie, L.A. a Eugster, H.P., 1970. The evolution of closed-basin solanky. Mineral. Soc. Am. Spec. Publ, 3: 273-290.
• Harrington, R., Johnson, B. a Hunter, F., 1997. Responding to Global Climate Change in the Prairies, Volume III of the Canada Country Study [Reakce na globální změny klimatu v prériích]: Climate Impacts and Adaptation (Dopady klimatu a adaptace). Environment Canada, Prairie and Northern Region.
• Hartland-Rowe, R., 1966. The fauna and ecology of temporary pools in western Canada [Fauna a ekologie dočasných tůní v západní Kanadě]. Verh. Internat. Verein. Limnol., 16: 577-584.
• Haynes, R.C. a Hammer, U.T., 1978. Saline Lakes of Saskatchewan .4. Primary Production by Phytoplankton in Selected Saline Ecosystems. Internationale Revue der Gesamten Hydrobiologie, 63(3): 337-351.
• Herbst, D.B., 2001. Gradienty salinitního stresu, stabilita prostředí a chemismus vody jako templát pro definování typů stanovišť a fyziologických strategií ve vnitrozemských slaných vodách. Hydrobiologia, 466: 209 – 219.
• Herczeg, A.L., Dogramaci, S.S. a Leaney, F.W.J., 2001. Původ rozpuštěných solí ve velkém polosuchém systému podzemních vod: Murray Basin, Austrálie. Marine & Freshwater Research, 52(1): 41-52.
• Jones, B.F., 1966. Geochemical evolution of closed basin water in the western Great Basin [Geochemický vývoj vody v uzavřené pánvi v západní části Velké pánve], Proceedings of the Second Symposium on Salt [Sborník příspěvků z druhého sympozia o soli]. Northern Ohio Geological Society, s. 181-200.
• Jones, B.F. and Bowser, C.J., 1978. The mineralogy and related chemistry of lake sediments [Mineralogie a související chemie jezerních sedimentů]. Lakes: Chemistry, Geology, Physics. Springer-Verlag, New York, 323: 179-235.
• Jones, B.F. a Deocampo, D.M., 2003. Kapitola 13: Geochemie slaných jezer. In: Sborník příspěvků k problematice lužních vod v České republice: Kanadské pobřeží v Kanadě: Zprávy o stavu a vývoji mořských jezer v České republice: Sborník příspěvků k problematice jezerních jezer: J.I. Drever (Editor), Treatise on Geochemistry. Elsevier Scientific Publishers.
• Jones, B.F. and van Denburgh, A.S., 1966. Geochemické vlivy na chemický charakter uzavřených jezer. Symposium of Garda, Hydrology of Lakes and Reservoirs, Sborník Mezinárodní asociace pro vědeckou hydrologii, publikace 70: 438 – 446.
• Kelley, L. a Holmden, C., 2001. Reconnaissance hydrogeochemistry of economic deposits of sodium sulfate (mirabilite) in saline lakes, Saskatchewan, Canada (Průzkumná hydrogeochemie hospodářských ložisek síranu sodného (mirabilitu) ve slaných jezerech, Saskatchewan, Kanada). Hydrobiologia, 466(1): 279-289.
• Last, W.M., 1984a. Modern Sedimentology and Hydrology of Lake Manitoba, Canada (Moderní sedimentologie a hydrologie jezera Manitoba, Kanada). Environmental Geology, 5(4): 177-190.
• Last, W.M., 1984b. Sedimentology of playa lakes of the northern Great Plains [Sedimentologie jezer playa severních Velkých plání]. Canadian Journal of Earth Sciences, 21(1): 107-125.
• Last, W.M., 1988. Salt lakes of western Canada: a spatial and temporal geochemical perspective [Slaná jezera západní Kanady: prostorová a časová geochemická perspektiva]. Proceedings of Symposium on Water Management Affecting the Wet-to-Dry Transition (Sborník příspěvků ze sympozia o vodním hospodářství ovlivňujícím přechod mezi mokrem a suchem): 99-113.
• Last, W.M., 1989a. Kontinentální solanky a evapority severních Velkých kanadských plání. Sedimentární geologie, 64: 207-221.
• Last, W.M., 1989b. Sedimentology of a saline playa in the northern Great Plains, Canada [Sedimentologie slaných playí na severu Velkých plání v Kanadě]. Sedimentology, 36(1): 109-123.
• Last, W.M., 1990. Paleochemistry and paleohydrology of Ceylon Lake, a salt-dominated playa basin in the northern Great Plains, Canada. Journal of Paleolimnology, 4(3): 219-238.
• Last, W.M., 1992. Chemical composition of saline and subsaline lakes of the northern Great Plains, western Canada (Chemické složení slaných a podslaných jezer na severu Velkých plání v západní Kanadě). International Journal of Salt Lake Research (Mezinárodní časopis pro výzkum slaných jezer), 1: 47 – 76.
• Last, W.M., 1994. Paleohydrology of playas in the northern Great Plains: perspectives from Palliser’s Triangle [Paleohydrologie jezer na severu Velkých plání: perspektivy z Palliserova trojúhelníku]. Paleoklima a vývoj pánevních systémů playí. Geological Society of America, Special Paper 289: 69 – 80.
• Last, W.M., 1995. Evolution of saline lakes in western Canada (Vývoj slaných jezer v západní Kanadě). In: I.D. Campbell, C. Campbell, D. Lemmen and B. Vance (Editors), Climate, Landscape, and Vegetation Change in the Canadian Prairie Provinces, Edmonton, pp. 55-64.
• Last, W.M. a Ginn, F.M., 2005. Saline systems of the Great Plains of western Canada: an overview of the limnogeology and paleolimnology (Solné systémy Velkých plání západní Kanady: přehled limnogeologie a paleolimnologie). Saline Systems, 1(1): 10.
• Last, W.M. a Schweyen, T.H., 1983. Sedimentologie a geochemie slaných jezer severní části Velkých plání. Hydrobiologia, 105: 245-263.
• Last, W.M. a Slezak, L.A., 1987. Sodium sulfate deposits of western Canada (Ložiska síranu sodného v západní Kanadě). Economic Minerals of Saskatchewan. Saskatchewan Geological Society Special Publication, 8: 197 – 205.
• Lemmen, D.S. and Vance, R.E., 1999. Holocene Climate and Environmental Changes in the Palliser Triangle, Southern Canadian Prairies [Holocenní změny klimatu a životního prostředí v Palliserském trojúhelníku, jižní kanadské prérie]. Geological Survey of Canada Bulletin 534. Geological Survey of Canada Bulletin 534, 295 pp.
• Lennox, D.H., Maathuis, H. and Pederson, D., 1988. Region 13, Western glaciated plains (Západní zaledněné pláně). The Geology of North America, volume O-2, Hydrogeology.
• Lieffers, V.J. and Shay, J.M., 1983. Ephemeral Saline Lakes on the Canadian Prairies – Their Classification and Management for Emergent Macrophyte Growth (Efemérní slaná jezera v kanadských prériích – jejich klasifikace a management pro růst emergenčních makrofyt). Hydrobiologia, 105(SEP): 85-94.
• Northcote, T.G. a Larkin, P.A., 1963. Kapitola 16: Západní Kanada. In: D.G. Frey (Editor), Limnology in North America. University of Wisconsin Press, Madison, Wisconson, s. 451-485.
• Orhen, A., 2002. Halophilic Microorganisms and Their Environments [Halofilní mikroorganismy a jejich prostředí]. Kluwer, Dordrecht, 575 str.
• Palliser, J., 1862. Deníky, podrobné zprávy a pozorování týkající se průzkumu části britské Severní Ameriky kapitánem Palliserem, Londýn, 325 s.
• Pham, S.V., Leavitt, P.R., McGowan, S. a Peres-Neto, P., 2008. Spatial variability of climate and land-use effects on lakes of the northern Great Plains [Prostorová proměnlivost vlivu klimatu a využití půdy na jezera severních Velkých plání]. Limnology And Oceanography, 53(2): 728-742.
• Pham, S.V., Leavitt, P.R., McGowan, S., Wissel, B. a Wassenaar, L., 2009. Prostorová a časová variabilita hydrologie prérijních jezer odhalená pomocí stabilních izotopů vodíku a kyslíku. Limnol. Oceanogr, 54(1): 101-118.
• Pupp, C., Maathuis, H. a Grove, G., 1981. Groundwater Quality in Saskatchewan: Hydrogeology, Quality Concerns, Management (Kvalita podzemních vod v Saskatchewanu: hydrogeologie, problémy kvality, management). National Hydrology Research Institute Contribution No CS-91028.
• Rawson, D.S. and Moore, G.E., 1944. The saline lakes of Saskatchewan [Slaná jezera v Saskatchewanu]. Kanadský časopis pro výzkum (série D), 22: 141 – 201.
• Remenda, V.H. and Birks, S.J., 1999. Groundwater in the Palliser Triangle: an overview of its vulnerability and potential to archive climate information (Podzemní vody v Palliserském trojúhelníku: přehled jejich zranitelnosti a potenciál pro archivaci klimatických informací). Holocénní změny klimatu a životního prostředí v Palliserově trojúhelníku, jižní kanadské prérie: Geological Survey of Canada Bulletin 534: 23 – 55.
• Riding, R., 2000. Mikrobiální karbonáty: geologický záznam kalcifikovaných bakteriálních a řasových rohoží a biofilmů. Sedimentologie, 47(s 1): 179 – 214.
• Rozkowska, A.D. a Roskowski, A., 1969. Seasonal changes of sludgh and lake water chemistry in southern Saskatchewan, Canada (Sezónní změny chemismu splachové a jezerní vody v jižním Saskatchewanu, Kanada). Journal of Hydrology, 7: 1 – 13.
• Rozkowski, A., 1967. The origin of hydrochemical patterns in hummocky morain (Původ hydrochemických vzorců v humózních morénách). Canadian Journal of Earth Sciences, 4: 1065 – 1092.
• Rueffel, P.G., 1968a. Vývoj největšího ložiska síranu sodného v Kanadě. Canadian Mining and Metallurgical Bulletin, 61: 1217-1228.
• Rueffel, P.G., 1968b. Natural sodium sulfate in North America, Third Symposium on Salt, Northern Ohio Geological Society, s. 429-451.
• Rutherford, A.A., 1967. Water Quality Survey of Saskatchewan Groundwaters [Průzkum kvality podzemních vod v Saskatchewanu]. Saskatoon: Saskatchewan Research Council, zpráva C-66-1, 267 str.
• Rutherford, A.A., 1970. Water quality survey of Saskatchewan surface waters (Průzkum kvality povrchových vod v Saskatchewanu), C-66-1. Saskatchewan Research Council, Saskatoon, 133 pp.
• Sahinen, U.M., 1948. Preliminary report on sodium sulfate in Montana (Předběžná zpráva o síranu sodném v Montaně). Bureau of Mines and Geology, Montana School of Mines Report, 9 pp.
• Scott, M.D. and Scott, S.A., 1986. Saline lake management for waterfowl resources in western North America: a review of concepts (Management slaných jezer pro zdroje vodního ptactva v západní části Severní Ameriky: přehled koncepcí). Evaluating Saline Waters in a Plains Environment [Hodnocení slaných vod v prostředí plání]. Canadian Plains Proceedings, 17: 23 – 38.
• Sorenson, L.G., Goldberg, R., Root, T.L. a Anderson, M.G., 1998. Potential Effects of Global Warming on Waterfowl Populations Breeding in the Northern Great Plains [Potenciální vliv globálního oteplování na populace vodního ptactva hnízdícího na severu Velkých plání]. Climatic Change, 40(2): 343-369.
• Tomkins, R.V., 1954a. Magnesium in Saskatchewan (Hořčík v Saskatchewanu). Saskatchewan Department of Mineral Resources Report No 11, 23 pp.
• Tomkins, R.V., 1954b. Natural sodium sulfate in Saskatchewan (Přírodní síran sodný v Saskatchewanu). Saskatchewan Department of Mineral Resources Report No 6, 71 pp.
• Van der Kamp, G. and Hayashi, M., 1998. The groundwater recharge function of small wetlands in the semi-arid northern prairies (Funkce malých mokřadů pro doplňování podzemní vody v polosuchých severních prériích). Great Plains Research, 8(1): 39-56.
• Visscher, P.T., Prins, R.A. a van Gemerden, H., 1992. Rychlost redukce síranů a spotřeby thiosíranů v mořské mikrobiální rohoži. FEMS Microbiol. Ecol, 86: 283-294.
• Wallick, E.I., 1981. Chemical evolution of groundwater in a drainage basin of Holocene age, east-central Alberta, Canada (Chemický vývoj podzemních vod v povodí holocenního stáří, východní část střední Alberty, Kanada). Journal of Hydrology, 54: 245 – 283.
• Wallick, E.I. a Krouse, H.R., 1997. Sulfur isotope geochemistry of a groundwater-generated Na2SO4/Na2CO3 deposit and the associated drainage basin of Horseshoe Lake, Metiskow, east central Alberta, Canada (Izotopová geochemie podzemní vody a souvisejícího povodí jezera Horseshoe Lake, Metiskow, východní střední Alberta, Kanada). Strasbourg, Francie: 2nd International Symposium on Water-rock Interaction: II56 – II64.
• Warren, J.K., 1986. Source rock potential of shallow-water evaporitic settings [Potenciál zdrojových hornin v mělkovodním evaporitickém prostředí]. American Association of Petroleum Geologists Bulletin, 70(5): 442-454.
• Williams, W., 1981. Inland Salt Lakes – an Introduction (Vnitrozemská slaná jezera – úvod). Hydrobiologia, 81(2): 1-14.
• Williams, W.D., 1967. The chemical characteristics of lentic surface waters in Australia [Chemické vlastnosti čočkových povrchových vod v Austrálii]. In: A.H. Weatherley (Editor), Australian Inland Waters and Their Fauna. The Australian National University Press, Canberra, s. 18-77.
• Williams, W.D. a Sherwood, J.E., 1994. Definice a měření salinity ve slaných jezerech. International Journal of Salt Lake Research, 3: 53 – 63.
• Winter, T.C., 1977. Classification of the hydrologic settings of lakes in the North Central United States (Klasifikace hydrologického prostředí jezer v severní části centrálních Spojených států). Water Resources Res, 13: 753 – 767.
• Witkind, I.J., 1952. The localization of sodium sulfate deposits in northeastern Montana and northwestern North Dakota [Lokalizace ložisek síranu sodného v severovýchodní Montaně a severozápadní Severní Dakotě]. American Journal of Science, 250: 667-676.