Hypertrofinen järvi
Hypertrofinen järvi on limnologiassa hyvin runsasravinteinen eli ylirehevä järvi. Vedessä olevat ravinteet kykenevät kasvattamaan järven perustuotannon jopa eutrofisen järven perustuotantoakin suuremmaksi. Järvi voi päätyä hypertrofiseksi, jos se sijaitsee eutrofisessa ympäristössä ja siihen lasketaan vieläkin lisää ravinteita. Tällaisia ravinnelähteitä voisivat olla puhdistamattomat jätevedet tai runsas ja pitkäaikainen hajakuormitus. Tällöin veden ekosysteemi alkaa käyttämään ulkopuolelta tulevien ravinteiden lisäksi omia ravinteita, jotka liukenevat järven veteen sen omasta pohjasta käsin. Hypertrofinen järvi uhkaa pilantua täysin, ellei sen kuormitukseen pystytä vaikuttamaan riittävän ajoissa.
Hypertrofinen järvi voi syntyä eutrofiseen ympäristöön, kun siihen kulkeutuu lisää ravinteita enemmän, kuin siitä poistuu. Suomessa, missä enemmistö järvistä ovat oligotrofisia, hypertrofia syntyy ihmisten saastuttamisen seuratuksina. Suomessakin on eutrofisia ympäristöjä erityisesti Lounais-Suomen savikoilla. Siellä järvi voi muuttua hypertrofiseksi esimerkiksi maanviljelyn hajakuormituksen seurauksena. Myös pistekuormittajat, jollaisia olivat aiemmin jätevesien laskupaikat tai likaisten jokien suistot, voivat pilata järven toiminnallaan. Hypertrofia on yleisempää Euroopassa ja Aasiassa, missä on lämpimämpää ja enemmän ravinteita tarjolla.
Esimerkiksi Espoon Matalajärvi on viime aikoina ollut hypertrofian takia kunnostettavana. Köyliönjärvi on kuuluisa järvi, joka on ollut hypertrofinen satoja vuosia. Muita vastavasti rehevöityneitä järviä ovat Mannerjärvi, Iidesjärvi, Littoistenjärvi ja Illoistenjärvi.
Järven perustuotanto alkaa nousta hypertrofiseen tilaan, kun vedessä olevan fosforipitoisuus ylittää 100 μg/l (mikrogrammaa litrassa vettä). Erityisesti päällysvedessä kasviplanktonin fotosynteesi tarvitsee fosforia noin seitsemäsosan tarvitsemansa typen määrästä, joten fosforin vähyys ei ole esteenä ravinteiden hyödyntämisessä ja lisääntymisessä kuten se tavallisesti on. Yhteyttäminen saattaa kiihtyä auringonvalossa niin paljon, että veteen kertyy liuennutta happea enemmän kuin siihen voi kylläisenä liueta. Hapen ylikylläisyys on eräs merkki kiihtyneestä perustuotannosta.
Eliöiden kuollessa niihin varastoitunut fosfori vapautuu päällysveteen ja osallistuu ravinteiden kierrätyksessä jo siellä. Osa ravinteista vajoaa kuitenkin järven pohjalle. Siellä hajottajabakteerit ja pohjahyönteiset käyttävät sen siellä ravintonaan. Muu osa fosforista tarttuu vedessä olevaan rautaan ja sedimentoituu järven pohjalle. Ylirehevässä järvessä kasvis- ja eliöjätteestä koostuva aines muodostaa sedimenttiä, jota kertyy normaalia huomattavasti enemmän. Ylirehevöitynyt järvi saattaa sedimentaatiosta johtuen mataloitua sadoissa vuosissa toistakymmentä metriä. Näin on tapahtunut esimerkiksi Köyliönjärvelle. Toinen erityispiirre on hajoamisesta johtuva happikato. Kun happipitoisuus laskee alle 0,5 mg/l, alkaa fosfori irrota raudan sidoksista ja fosfori liukeneen sedimentistä takaisin veteen (sisäinen kuormitus). Näin syntyy järveen uutta fosforia, joka alkaa heti osallistua eliöiden ravinneketjuun. Tästä seuraa fosforipitoisuuden äkillinen kasvaminen ja perustuotannon lisääntyminen (resantti eutrofoituminen). Kaikki se liukoinen fosfori, joka poistuu sedimentistä, osallistuu viimeistään seuraavassa täyskierrossa koko vesimassan perustuotantoon.
Järven rehevyyttä arviotaessa määritetään myös veden kokonaistypen pitoisuudet. Typpeä liukenee veteen epäorganisina ja organisina yhdisteinä. Tärkeimmät epäorganiset typen yhdisteet ovat nitraatit (NO), nitriitit (NO) ja ammoniumit (NH). Kasveista ja kuolleista eläimistä irtoaa organisia typen yhdisteitä, joiden kirjo ja lukumäärä on suuri.
Dystrofisissa järvissä on korkeat humuspitoisuudet, joista syntyy samalla suuret typpipitoisuudet. Kirkkaiden vesien pitoisuudet ovat yleensä 200–500 μg/l, dystrofisissa järvissä ne ovat 400–800 μg/l tai huomattavasti enemmän, ja runsasravinteisilla eutrofisilla järvillä ne kohoavat arvoihin 2000–5000 μg/l. Kun pitoisuudet kasvavat näitäkin arvoja korkeammiksi, puhutaan hypertrofisesta järven ravinnetilanteesta.
Veden normaali happamuudentaso on pH 7 eli neutraali. Vedessä tätä alemmat arvot ilmaisevat happamuutta ja ylemmät emäksisyyttä. Suomessa järvien happamuudentaso on lievästi happaman puolella ja saattaa ilmankehän laskeutumien tuoman lisäkuormityksen vuoksi happamoitua lisää. Suomessa savikoiden ja viljelysmaiden äärellä järvien pH voi nousta yli 7. Näin käy erityisesti kesäisin, kun sadevalumien tuomat ravinteet käynnistävät levien perustuotannon. Levät käyttävät yhteyttäessään hyväkseen veden hiilidioksidin ja vetykarbonaatin, jotka ovat vesiliuoksissa happamia. Tällöin veden pH-arvot kohoavat emäksisyyden puolelle. Erittäin rehevöityneellä järvellä päällysveden pH onkin korkea. Hypertrofisten järvien pH on kesäkaudella 8–10, vaikka ne olisivat talvella lähellä neutraalia. Järven veden alkaliteetti on runsaiden ravinteiden takia hyvä tai tyydyttävä (yli 0,1 mmol litrassa vettä).
Karun järven happipitoisuus säilyy pintavedessä ja pohjan lähellä samansuuruisena keväällä, kesällä ja syksyllä. Talvella, kun jääpeite katkaisee happitäydennyksen, saattaa veden happipitoisuus laskea järven pohjan lähellä enemmän kuin pinnan tuntumassa. Kun vedessä on enemmän ravinteita ja järven perustuotanto kiihtyy, syntyy järven pohjalle sedimenttiä. Sedimentin käynnistämät hajoamisprosessit kuluttavat pohjan lähellä happea. Jos järvessä on lämpötilakerrostumisesta johtuva harppauskerros, jakaa se vesimassan alusveteen ja päällysveteen. Nämä kerrokset eivät sekoitu helposti keskenään, jolloin alusvedessä alkaa happipitoisuus laskemaan. Mitä enemmän vedessä on ravinteita ja mitä enemmän pohjaan vajoaa kuolutta elomassaa, sitä nopeammin kuluttavat hajoamisprosessit alusveden happitoisuuden alhaiseksi. Erittäin rehevissä ja hypertofisissa järvissä talvi- ja kesäkaudet ovat riittävän pitkiä aiheuttamaan alusveteen hapettomuuden. Silloin hapettomuus alkaa pian tai heti harppauskerroksen alapuolelta. Pohjan lähellä ei voi silloin elää happea kuluttavia eliöitä ja sedimenteissä käynnistyy sisäinen kuormitus, joka osaltaan lisää järven rehevyyttä. Lopulta ravinteiden sisäisen kuormituksen kierre pilaa järven lopullisesti.
Kuten edellä todettiin, päällysvedessä kasviplanktonin perustuotanto kiihtyy auringon valossa runsaiden ravinnevarantojen turvin niin voimmakkaaksi, että yhteyttämisessä syntyvä happi lisää ennestään hapekasta tilannetta pahemmaksi. Samalla tavoin, kuin hapenpuute rasittaa happea käyttäviä eliöitä, rasittaa liikahappi ylikylläisessä tilanteessa samoja eliöitä. Esimerkiksi kalojen kidukset kärsivät liiasta hapesta ja jo viisi prosenttiyksikköä liikaa happea vaurioittaa niiden kiduksia.
Tutkimuksien klorofylli-a arvot mittaavat lehtivihreällisten planktonlevien runsautta vedessä. Saatu mittaustulos on verrannollinen levän määrään järvessä ja samalla järven rehevyystasoon. Yleensä levää on niin vähän vedessä, että niiden pitoisuudet klorofylli-a:na mitattuna on 0–10 mg/l. Kun järvet rehevöityvät, nousevat arvot yli 10 mg/l ja alle 50 mg/l luetaan vielä eutrofisen järven pitoisuudeksi. Raja-arvon 50 mg/l ylittävät arvot luetaan hypertrofisiksi pitoisuuksiksi . Carlssonin luokityksessa klorofylli-a on hypertrofisessa järvessä yli 56 mg/l ja jopa enemmän kuin 155 mg/l .
Hypertrofisen järven perustuotanto käy ylikierroksilla. Ylirehevässä tilanteessa tietyt kasviplanktonin lajit alkavat lisääntyä vähäravineiseen tilaan tottuneiden lajien kustannuksella. Nämä niin sanotut eutrofiset lajit ovat lajistossa enemmistönä ja sama pätee planktonyksilöiden lukumäärissä. Erityisesti syanobakteerit eli sinilevät alkavat dominoida yksilömäärissä. Kiihtynyt planktontuotanto lisää levien määrää 30 kilogramman hehtaarilta tai kohoaa sitäkin arvoa korkeammalle. Kasviplanktonin määriä voidaan mitata myös niiden sisältämän klorofylli-a:n määristä, joiden pitoisuus ylittää ylirehevissä tapauksissa raja-arvon 40μg/l . Eläinplankton muodostuu niistä mikroskooppisista eläimistä, jotka syövät pääasiassa kasviplanktonia. Myös niissä alkavat eutrofiset lajit dominoida sekä lajillisesti että yksilömäärissä.