Vesi elinympäristönä ja sen ominaisuudet
Vesi
Vesi on luonnossa siitä erikoinen yhdiste, että sillä on elämälle tärkeitä ominaisuuksia. Sen kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet tekevät siitä tärkeän vesiekosysteemin biokemialle. Vedellä on kohtuullisen suuri lämpökapasiteetti, joten se pystyy sitomaan lämpöenergiaa esimerkiksi Auringosta. Tällöin pintavesi lämpenee huomattavasti enemmän kuin sen alla oleva vesi, jolloin pintavesissä on hyvät olosuhteet kasvien ja levien entsyymitoiminnalle. Myös mikrobit ja hieman suuremmat planktonit viihtyvät tämän ja auringonvalon läsnäolon takia pintavedessä.
Vesi myös absorboi auringonvaloa melko tehokaasti, jolloin auringonvalo ei etene kovin syvälle vesistössä. Pohjalla on yleensä kylmät ja pimeät olosuhteet. Vedestä erikoista tekee myös se, että se on raskaimmillaan noin neljä asteisena, jolloin se painuu vesikerroksista pohjimmaisimmaksi. Veden liuenneen hapen määrä laskee nopeasti pinnalta pohjallepäin mentäessä. Eliöt jotka elävät pohjalla kamppailevat siis lähes hapettomissa oloissa läpi vuoden. Pohjalla olevassa sedimenttikerroksessa on osittain hapettomat olosuhteet, jolloin siellä voi metanogeneesissä muodostua metaania. Metaanin muodostuminen on yleistä ravinteikkaissa järvissä, joissa humusta on paljon ja veden happipitoisuus on pohjalla nolla.
Talvella vesi jäätyy pinnasta, ja päinvastoin kuin monella muulla aineella, vedellä kiinteä muoto, eli jää, on kevyempää kuin sen nestemäinen muoto. Tämän takia jääkansi on vedenpinnan päällä, koska se ei ole niin tiheää kuin nestemäinen vesi. Jääkansi estää vettä sekoittumasta tuulen vaikutuksesta, jolloin vesi kerrostuu talvella. Vesi kerrostuu normaalisti myös kesällä. Kerrostuneisuus tarjoaa eri kalalajeille otollisia lämpölokeroita, joissa ne voivat elää optimaalisissa olosuhteissa, jonka määrittää muun muassa juuri veden lämpötila. Syksyisin ja keväisin vesikerroksett kokevat täyskierron, eli vesi alkaa virtaamaan vesipatsaassa vertikaalisesti. Avoimen veden aikaan, kun jääkantta ei ole, kaasut pääsevät vaihtumaan vedenpinnan ja ilmakehän välillä. Tästä seuraa veden hiilidioksidipitoisuuden laskeminen ja happipitoisuuden nouseminen.
Veden pH määräytyy monesti sen perusteella, minkälainen on siihen tuleva terrestinen kuormitus, ja minkälainen maaperä alueella on. pH on suomalaisissa järvissä matala, johtuen happamasta maaperästä, havupuista ja usein rehevästä ympäristöstä. Kun pH laskee alle 6, esiintyy vedessä oleva hiili enemmän hiilidioksidina. Neutraaleissa olosuhteissa hiili liukenee veteen hiilikarbonaattina, ja emäksisissä vesistöissä karbonaatti-ioneina. Liuenneen hiilen muoto vaikuttaa siihen, kuinka helposti autotrofit pystyvät käyttämään sitä ravintona. Alkaliniteetti on veden laadullinen muuttuja, joka kuvaa veden puskurikykyä. Korkea alkaliniteetti vastustaa veden pH:n muutosta.
Suurin osa kemiallisesta energiasta, eli käytännössä hiilestä ja ravinteista tulee vesistöön valumana terrestisestä elinympäristöstä. Huuhtoutuminen sadeveden avulla lisää ravinteiden ja eloperäisen aineen liukenemista jokiin, ja sitä kautta isompaan vesistöön. Jos valuma-alue on suuri alaltaan, tai jos siellä sijaitsee paljon kasvistoa tai maanviljelyä, on yleensä vesistökin rehevä. Ihminen on muuttanut maankäytöllään vesistöjen tilaa huonommaksi rehevöitymisen ja happamoitumisen seuraksena. Vesistöt ovat harvoin niiden luonnollisessa tilassa, jolloin alkuperäiset lajit ovat voineet hävitä vesistöstä.
Vesistön hydrologia kertoo sen luonteesta. Nopeasti virtaavissa koskissa veden vaihtuvuus on suuri, jolloin ravinteet eivät kerkeä sitoutua kosken ekossyteemiin. Vesi on yleensä hapekasta ja puhdasta, jolloin monet simpukat ja lohikalat viihtyvät virtaavassa vedessä. Koskissa elää myös erilaisia selkärangattomia, jotka ovat oppineet kalastamaan ravintonsa virtauksen mukana kulkeutuvista ravinnepartikkeleista.