Hydrobiologia Chemizm wód

Gazy w środowisku wodnym: tlen, dwutlenek węgla;Sole mineralne; azot i fosfor;Materia organiczna;Wpływ zlewni na chemizm wód;

Specyfika chemizmu wody naturalnej

• Woda w przyrodzie nie występuje nigdy jako czysty związek chemiczny

• Stosunki chemiczne w wodzie naturalnej są ściśle powiązane z zachodzącymi w niej procesami biologicznymi

• Stopień rozpuszczalności substancji chemicznych zależy od stałej rozpuszczalności i od temperatury. Dla ciał stałych zależność od temperatury jest wprost proporcjonalna, natomiast dla gazów odwrotnie proporcjonalna, tzn. w wyższej temperaturze rozpuszczalność gazów maleje.

Gazy w środowisku wodnym

• Gazy w wodzie naturalnej pochodzą z trzech źródeł: z atmosfery, są produktem procesów

życiowych organizmów albo wytworem

przemian chemicznych zachodzących w samej

wodzie.

• Z atmosfery przedostaje się do wody tlen, azot, dwutlenek węgla i gazy szlachetne.

• W samej wodzie na skutek procesów biologicznych i chemicznych wytwarza się, poza trzema wyżej wymienionymi, siarkowodór, wodór, amoniak, dwutlenek siarki oraz tlenek węgla.

Zawartość trzech podstawowych gazów w różnych środowiskach

Pochodzenie tlenu w wodzie

• Rozpuszczony w wodzie naturalnej tlen pochodzi z dwóch źródeł: z atmosfery (drogą dyfuzji) oraz z procesu biologicznego - fotosyntezy.

• Przenikanie z atmo- sfery jest procesem mało efektywnym (w stałej temperaturze znalazłby się tlen na głęb. 6 m, po roku, w stęż. 0,25 cm3/l).

• W rzeczywistości proces przenikania tlenu do wody jest znacznie szybszy dzięki falowaniu.

• Na rozprzestrzenianie się tlenu w wodzie wpływa turbulencja i prądy.

Tlen w wodzie naturalnej• Teoretyczne

nasycenie wody tlenem w temp. +4°C = 13 mg (9 cm3) w litrze.

• Rzeczywista ilość tlenu w wodzie zależy od temperatury i żyzności zbiornika.

Ilość tlenu w wodzie naturalnej

(w mg albo w cm3 na litr lub w % nasycenia)• Stan, w którym w wodzie, w danych warunkach

fizycznych (szczególny wpływ ma temperatura), zawarta jest największa możliwa ilość tlenu to stan nasycenia.

• Procent nasycenia jest to stosunek rzeczywistej zawartości do stanu nasycenia.

• Różnicę między możliwym stanem nasycenia a rzeczywistą zawartością tlenu określa się jako deficyt tlenowy.

Deficyt tlenowy - przyczyny powstania

• oddychanie (trwa dniem i nocą);• rozkład substancji organicznej

(utlenianie);• reakcje chemiczne (wiązany na stałe w

pewnych solach np. żelazawe w żelazowe);• banieczkowanie (gwałtowne zmiany

temperatury lub unoszeniem się do atmosfery w postaci banieczek tlenu zmieszanego z innymi bardziej rozpuszczalnymi gazami.

Tlenowa typologia jezior wg Thienemanna

(różnice w ilości tlenu w hypolimnionie) • Typ podalpejski (2) -

duża zawartość tlenu aż do dna;

• Typ bałtycki (1) - w hypolimnionie, też w metalimnionie czasem, zaznacza się deficyt tlenowy, który przy dnie może oznaczać całkowity brak tlenu.

Uwarstwienie tlenowe• Warstwa trofogeniczna, czyli wytwórcza;.• Głębokość, gdzie dwa typy procesów się

równoważą (produkcja tlenu i jego ubytki są zbilansowane) nazywa się poziomem kompensacyjnym (odczyt widzialności krążka Secchiego pomnożony przez 1,5).

• Warstwa trofolityczna - warstwa rozkładu materii organicznej.

Stosunki tlenowe w oceanach

• Atlantyk: w strefie międzyzwrotnikowej- w górnej warstwie znaczne ilości tlenu, głębiej zawartość bardzo znacznie spada, nieraz nawet poniżej 1 cm3/l, wody głębiej od 1500 m zawierają około 5-6 cm3/l;

• w wodach arktycznych - warstwy górne prawie 100% nasycenia, równomierny, wolny spadek w głąb (na głębokości ponad 3000 m deficyt wynosi zaledwie 15%).

Stosunki tlenowe w morzach

• Morze Czarne - warstwa dobrze natleniona sięga do około 150 m, głębiej ilości tlenu są znikome lub go brak.

• Bałtyk - od wielu lat stwierdza się duże obszary dna z zalegającym siarkowodorem. Są to tzw. pustynie azoiczne - tam gdzie występuje siarkowodór brak jest tlenu, stąd formy życia tlenowego w tych rejonach są niemożliwe.

Pochodzenie dwutlenku węgla w wodzie• Pochodzi głównie z procesów fermentacyjnych

zachodzących w mule dna, z oddychania zwierząt i w niedużej ilości z rozpuszczania się w wodzie gazowego CO2 zawartego w powietrzu.

• Ilość CO2 zależy od intensywności fotosyntezy (niekiedy w ciepłe dni już w południe jest wyczerpany cały zapas wolnego

dwutlenku węgla). • Wahania dobowe mogą być bardzo duże.

Zachowanie się dwutlenku węgla w wodzie

• Dwutlenek węgla rozpuszczony w wodzie wchodzi w połączenia z wodą dając słaby kwas węglowy H2CO3, który szybko ulega dysocjacji na jony H+ i HCO3

- .

• Jon HCO3- łatwo reaguje z jonami metali lekkich,

szczególnie z wapniem, dając dwuwęglan wapnia Ca(HCO3)2 (rozpuszczalność - 1170 mg/l). Jest to związek nietrwały, łatwo rozpadający się z wy- tworzeniem słabo rozpuszczającego się w wodzie węglanu wapnia CaCO3, którego rozpuszczalność w wodzie wynosi jedynie 13 mg/l.

Równowaga węglanowo - wapniowa

• Utrzymanie się dwuwęglanu wapnia w roztworze uzależnione jest od ilości CO2. Gdy jest ona odpowiednia wówczas ustala się pewien stan równowagi. Dwutlenek węgla powodujący tę równowagę, czyli potrzebny do utrzymania dwuwęglanu wapnia w roztworze, nazywany jest CO2 równowagi lub CO2 przynależny.

Biologiczne odwapnianie wody

efekt fotosyntezy• Rozkład dwuwęglanu odbywa się głównie w trakcie

procesu fotosyntezy roślin, które w dzień wykorzystują go w dużych ilościach. Powodują one przez to zmniejszenie się ilości CO2 przynależnego, a w efekcie rozpad dwuwęglanu wapnia z wytrąceniem węglanu wapnia, mogącego istnieć w roztworze tylko w ilości do 13 mg/l. Tak więc cały nadmiar wytrąca się z wody i osadza w postaci drobnego pyłu najczęściej na powierzchni roślin.

• Ca(HCO3)2 <=> CaCO3 + CO2 + H2O

Oddychanie - biologiczna produkcja CO2

• Oddychanie, szczególnie nocą, może doprowadzić do zwiększenia ilości CO2.

• Gdy ilość dwutlenku węgla jest większa niż CO2 przynależnego nadwyżka ta powoduje rozpuszczanie węglanu wapnia do formy dwuwęglanu ( ponad przynależna ilość CO2.).

• Nazywany często CO2 agresywny - (powoduje rozpuszczanie kamieni wapiennych na dnie lub brzegach, a także korozję umocnień betonowych).

Dwuwęglan wapnia - regulator pH wody• Dwuwęglan wapnia jako sól słabego kwasu zapobiega

silniejszym wahaniom pH. • W obecności mocnych kwasów lub zasad wchodzi z nimi

w reakcję, zobojętniając je.• Ca(HCO3)2 + 2HCl => CaCl2 + 2CO2 + 2H2O• Ca(HCO3)2 + 2KOH => CaCO3 + K2CO3 + 2H2O• Podczas tych reakcji nie następuje uwolnienie ani jonów

H+, ani OH-, od których proporcji zależy odczyn wody.

Procentowy udział różnych form CO2 w zależności od pH

wody• Przy pH około 4 dwutlenek

węgla występuje w 100% w postaci wolnej, która znika prawie zupełnie już przy pH=8. Inaczej zachowuje się jon HCO3

-, który wraz ze wzrostem pH wymienia się z wolnym CO2, aby go w pełni zastąpić przy pH=8. Natomiast przy dalszym wzroście pH jego zwartość maleje, a jego miejsce zajmuje jon CO3

--.

Zmienność dobowa zawartości CO2 oraz innych

parametrów w wodzie powierzchniowej latem

Rozkład pionowy stężenia CO2 i O2 na przełomie

przemieszania wiosennego i uwarstwienia letniego

Odczyn wody jako czynnik ekologiczny

• Organizmy wodne nie znoszą dużych wahań odczynu wody (pH 6,5 a 8,5).

• Woda w warstwie powierzchniowej oceanów i wielu otwartych mórz ma odczyn zasadowy od pH 7,8 do 8,4 lub nawet 8,0-8,3.

• Większe jeziora o normalnej zawartości węglanów mają także wodę zasadową o pH 8 lub nieco wyższym.

• Podobnie kształtuje się odczyn wody w wielu większych rzekach. • Jednakże istnieją również zbiorniki wodne, w których poprzez

nagromadzenie wolnego CO2 lub znaczną zawartość kwasów mineralnych lub organicznych (np. humusowych) odczyn wody jest mniej lub bardziej kwaśny.

Ilość CO2 w wodzie a produkcja biologiczna

• Przed zbyt silnymi wahaniami odczynu zabezpiecza wodę wapń. Jest więc on bardzo ważnym czynnikiem w procesie produkcji biologicznej w wodzie. Wody o małej zawartości wapnia są zwykle zakwaszone i nieurodzajne. Wody o zawartości wapnia powyżej 65 mg/l CaCO3 są silnie buforowane o wahaniach odczynu w granicach 2,5 stopnia pH. Duże zapasy CO2 związanego w węglanach zapewniają dużą produkcję roślinną, tym samym dużą urodzajność.

Skład chemiczny wód zawartość podstawowych soli w 1 litrze wody

• W wodach naturalnych mogą być obecne teoretycznie wszystkie pierwiastki i związki chemiczne notowane w skorupie ziemskiej.

• Tak jest w przypadku wody morskiej.

• W wodzie morskiej przewaga soli kuchennej, wody słodkie - przewaga węglanów nad innymi solami.

Zasolenie• Zasolenie rozumie się jako całkowitą ilość

rozpuszczonych elektrolitów w litrze wody. • Stopień zasolenia podaje się w promilach (S ‰).

Zasolenie S=10‰ oznacza, że w 1 litrze wody rozpuszczonych jest 10 g soli. Aktualnie stosuje się jednostki PSU = tyle co ‰.

• Stopień zasolenia wód jest zróżnicowany. Można go uszeregować od zbiorników ze śladową ilością soli do zbiorników o bardzo dużym jej stężeniu. Różne są w literaturze naukowej systemy klasyfikacji wód ze względu na ich zasolenie

Kategorie wód wg stopnia zasolenia system wenecki

• Wody miksohalinowe (słonawe) zostały dalej podzielone na trzy podkategorie:

• miksopolihalinowe - zasolenie 30-18‰, miksomezohalinowe - zasolenie 18-5‰, miksooligohalinowe - 5-0,5‰.

Biologiczne konsekwencje gradacji zasolenia w Bałtyku I • Bałtyk jest typowym morzem

słonawym o zmniejszającym się zasoleniu w kierunku północno-zachodnim. W rejonie Cieśnin Duńskich zasolenie wód powierzchniowych wynosi 19-20‰, w okolicach wyspy Rugia 8,5‰, przy Helu 7,75‰, w Zatoce Botnickiej 2-5‰. Tak duża gradacja zasolenia ma swoje konsekwencje biologiczne. Jedną z nich jest ubożenie gatunków flory i fauny morskiej w miarę obniżania się stopnia zasolenia.

Biologiczne konsekwencje gradacji zasolenia w

Bałtyku II Zjawisko karlenia wyraźnie

widoczne jest u małży. U mięczaków morskich żyjących w obniżonym zasoleniu, poza zmniejszoną wielkością ciała, zaznacza się również zmniejszenie grubości muszli. Wskazywałoby to na fakt, iż niższe zasolenie obniża tempo metabolizmu.

Pochodzenie elektrolitów w wodzie• Elektrolity dostają się do wód w wyniku procesu

rozpuszczania podłoża zbiornika. • Wnoszone są także z dopływami i z opadami

atmosferycznymi. • Odzyskiwane są także w procesie rozkładu obumarłych

organizmów. • Zawartość elektrolitów w wodzie określa się ważąc

pozostałość po spaleniu przefiltrowanej i odparowanej próby uzyskanej z określonej objętości wody.

• Również mierząc przewodnictwo elektrolityczne wody.

Zawartość elektrolitów w wodach słodkich

• Zawartość soli mineralnych w wodach słodkich nie jest duża i waha się w granicach 50-600 mg/l.

• Najuboższe są zbiorniki wykształcone na podłożu skalistym, np. granitowym (ok. 50 mg/l),

• bogatsze są jeziora górskie, ale o podłożu wapiennym (100-200 mg/l).

• więcej soli w jeziorach na niżu (200-400 mg/l). • W rzekach zawartość soli od 50 do 600 mg/l.• Zbiorniki wykształcone na podłożu torfowym, tzw. wody

kwaśne, zawierają bardzo mało elektrolitów, za to dużo materii organicznej.

Twardość wody parametr jakości wody

• Zawartość elektrolitów w wodzie decyduje o jej jakości, co określa się mianem twardości ogólnej.

• Woda miękka zawiera poniżej 50 mg soli w litrze, większe wartości soli odnoszą się do wód średnio twardych i twardych.

Znaczenie biologiczne elektrolitów

• Jedne np. węgiel, azot, fosfor, siarka, magnez wapń, potas, żelazo, krzem, zużywane są przez rośliny w dużych ilościach (makroelementy).

• Inne potrzebne są w bardzo małych ilościach (mikroelementy), jak np. bar, mangan, molibden, miedź, brom, jod, fluor, glin, cynk.

• Obecność pierwszych działa stymulująco na wzrost roślin, drugie zaś w większych ilościach go hamują.

• Specyficzną rola w środowisku odgrywają związki tlenowe azotu i fosforu, jako elementy biogenne (biogeny, nutrieny).

Azot jako element biogenny

• Rośliny zużywają w dużej ilości sole kwasu azotowego i sole amonowe. Bardzo rzadko natomiast korzystają z wolnego azotu rozpuszczonego w wodzie.

• Wolny azot bywa pobierany przez niektóre bakterie, sinice oraz glony, przez co zwiększa się ogólna pula tego pierwiastka w wodzie.

• Azot w wodzie pochodzi niemal wyłącznie z atmosfery. Źródłem wolnego azotu w wodzie mogą być również bakteryjne procesy redukcji amoniaku.

Cykl przemian azotowych w wodzie

Zawartość azotu w morzach

(mg N/No3 w m3)• W wodach powierzchniowych oceanu za średnią przyjmuje się

ok. 10 mg/m3 azotu. W rejonach otwartych azotu jest zazwyczaj mniej, a w basenach przybrzeżnych więcej (np. w Morzu Północnym powyżej 15 mg/m3).

• W rozmieszczeniu pionowym zaznacza się wyraźny wzrost wraz z głębokością. W Atlantyku u wybrzeży francusko-hiszpańskich w warstwie 0-50 m stwierdzono 90 mg N/NO3 w 1 m3, na głębokości 200 m - 150, 400 m - 230, a na 2000 m aż 325 mg.

• Wyjątkowo duże ilości azotu stwierdzono w głębszych warstwach Morza Czarnego, gdzie ogólna jego zawartość, głównie w postaci amoniaku, wynosi 1500 mg/m3. Jest to oczywiście związane z brakiem cyrkulacji pionowej i brakiem możliwości jego biologicznego zużytkowania.

Zawartość azotu w wodach słodkich (mg N/No3 w m3)

• W głębokich jeziorach, np. w jeziorze Górnym Lunz na powierzchni stwierdzono 1 mg, natomiast nad dnem 820 mg.

• W jeziorach górskich azotu jest bardzo mała.• W jeziorach niżowych znacznie więcej, np. w

hypolimnionie latem może być go ponad 1000 mg (azot amoniakalny).

• W rzekach zawartość azotu jest różna w zależności od odcinka biegu rzeki - w dolnym jego ilości mogą być znaczne.

Zmienność sezonowa zawartości azotu w wodzie• Jest ściśle związana z cyklicznością sezonową w rozwoju

fitoplanktonu. • W strefie umiarkowanej, niezależnie czy w morzach, czy w

zbiornikach śródlądowych, następuje ostry spadek stężenia azotu w wodzie tuż po zakwicie wiosennym.

• W okresie letnim wegetacja jest na ogół nieco mniejsza, co powoduje nieznaczne odnowienie zapasów naruszanych niekiedy przez jesienny, znacznie zresztą mniejszy od wiosennego, zakwit okrzemek.

• W okresie zimy, kiedy wegetacja jest zahamowana, następuje odbudowanie zapasów rozpuszczonych soli azotowych, które znowu zostaną wykorzystane na wiosnę.

Fosfor jako element biogenny

• Fosfor jest pierwiastkiem regulującym produkcję biologiczną i jako przenośnik energii jest elementem nieodzownym w procesach życiowych.

• Występuje w małych ilościach w wodzie naturalnej, a jego niedobór może ograniczać lub hamować produkcję.

• W porównaniu do azotanów, fosforany występują w wodach w znacznie mniejszych ilościach (0,001-0,1 mg/l P2O5). Są także w mniejszym stopniu zużywane przez rośliny.

Dynamika przemian fosforanów• Rozmieszczenie fosforanów w zbiorniku wodnym jest

na ogół odwrotnie proporcjonalne do stężenia tlenu. • W okresie stagnacji letniej w epilimnionie fosfor jest szybko

zużywany przez fitoplankton, natomiast wobec braku tlenu w hypolimnionie, sole żelazowe kwasu fosforowego ulegają redukcji na łatwiej rozpuszczalne żelazawe.

• Jesienią podczas cyrkulacji, przy dobrym natlenieniu, wytrąca się z wody prawie cały zapas fosforu i osadza na dnie w postaci nierozpuszczalnego fosforanu żelazowego.

• Jest to zjawisko występujące cykliczne w zbiornikach z okresami przemieszania i stagnacji.

Cykl przemian fosforu w wodzie• Fosfor rozpuszczony w wodzie pochodzi z lądu, jest

wymywany z gleby (trudniej od azotu), oraz z rozkładu organizmów.

• Pierwiastek ten uwalnia się także z połączeń organicznych za pośrednictwem bakterii, oraz znacznie efektywniej w czasie rozkładu (autolizy) obumarłych organizmów wodnych. W procesie autolizy czynny udział bierze enzym fosfataza, który odczepia fosfor z nukleoproteidów. Jest to proces szybki - już po 10 minutach z ciała nieżywych organizmów zaczyna wydzielać się fosfor nieorganiczny. Po 30 minutach od chwili śmierci już 12%, a po 24 godzinach 50-60% ogólnej ilości fosforu przechodzi w fosforany. Stąd też tempo cyrkulacji fosforu w wodzie jest szybsze niż azotu.

Zawartość fosforu w wodach naturalnych

• W Morzu Północnym na powierzchni notuje się przeciętnie około 20 mg fosforu w m3. Wraz z głębokością zawartość stopniowo rośnie.

• W jeziorach zawartość fosforu jest dość zróżnicowana. W próbie 494 jeziorach w stanie Wisconsin (USA) stwierdzono w 20% jezior ślady fosforu lub jego brak, w 40% -2-3 mg/m3, w 18% - 4 mg, a w 6% - 6,7 mg w m3 wody - w warstwie powierzchniowej w okresie stagnacji letniej.

• W jeziorach Pojezierza Bałtyckiego latem w epilimnionie zawartość fosforu wynosi przeciętnie 0-4 mg/m3, zaś w hypolimnionie 15-30 mg/m3. Natomiast podczas cyrkulacji zawartość jest wyrównana - wiosną 9-10 mg/m3, jesienią 6-8 mg/m3.

• W jeziorach meromiktycznych w monimolimnionie dochodzi do 800 mg/m3.

Wahania sezonowe zawartości fosforu w wodach naturalnych• Wahania sezonowe zawartości

fosforu mają podobny przebieg jak azotu.

•Uderzająca jest zależność między rozwojem fitoplanktonu a zasobami fosforu.

Materia organiczna• Pojęcie materii organicznej odnosi się do:• -postaci uorganizowanej jako składnika

organizmów,• -zawiesiny obumarłych szczątków

organicznych,• -związków organicznych w stanie

koloidalnym lub rozpuszczonych w wodzie.

Pochodzenie materii organicznej• Materia organiczna allochtoniczna -naniesiona

przez dopływy, opady atmosferyczne lub zmyta z brzegów, czyli pochodzi spoza zbiornika.

• Materia organiczna autochtoniczna - powstaje w samym zbiorniku, jako wynik produkcji biologicznej.

• W substancji autochtonicznej stosunek C:N wynosi 10-12:1, a w allochtonicznej 45-50:1. Materiał allochtoniczny jest ubogi w białka - najprawdopodobniej transport powoduje ich wyługowanie.

Metody określania zawartości materii

organicznej w wodzie• Wyliczenie różnicy między pozostałością a wagą przed

spaleniem odparowanej wody.• Oznaczenie tzw. utlenialności, czyli zużycia tlenu potrzebnego

do utlenienia materii organicznej w określonych warunkach.• Okreslebnie biochemicznego zapotrzebowania tlenu (BZT).

Wyrażone jest ono przez ilość tlenu zużytego w określonym czasie do utlenienia związków organicznych obecnych w wodzie, przy współudziale mikroorganizmów.

• Zawartość materii może być także wyrażana poprzez zawartość węgla organicznego lub azotu organicznego, względnie wzajemnego ich stosunku.

• Oznaczanie składu chemicznego jest bardzo trudne.

Wykorzystanie materii organicznej przez organizmy

wodne• Jest ona przede wszystkim podstawą rozwoju bakterii i

grzybów wodnych, gdyż dla nich stanowi źródło energii.

• Osmotycznie korzystają z niej miksotrofy, do których należą niektóre glony i drobne zwierzęta planktonowe.

• Również ryby w pewnym zakresie mogą korzystać z rozpuszczonej materii organicznej. Duże ilości materii organicznej sprzyjają rozwojowi flory bakterii saprofitycznych będących doskonałym pożywieniem dla filtrujących zwierząt planktonowych - podstawy pokarmu wielu ryb.

Otoczenie zbiornika wodnego• Zlewnia jest to obszar, na którym zbierają się i z

którego spływają do zbiornika wodnego wszystkie wody powierzchniowe i podziemne.

• Zlewnia, jeśli dotyczy rzeki, często nazywana jest dorzeczem. Analogiczny obszar, odnoszący się do morza, nosi nazwę zlewiska. Ze zlewni do zbiornika, wskutek rozpuszczającego oddziaływania wody, przenoszone są różne jej składniki.

• Obszar, z którego zwiewane są wiatrem różnego typu zawiesiny, określa się nazwą zwiewni.

Wymywanie z podłoża substancji• Rozpuszczanie, czyli wyciąganie z sieci krystalicznej

minerału jakiegoś jonu, wymaga przezwyciężenia siły wiążącej go w tej sieci. (dokonują tego naładowane dwubiegunowo cząsteczki wody).

• Gdy tzw. energia hydratacji - energia ładunku cząsteczki wody w procesie rozpuszczania - jest dostatecznie duża, następuje wyrwanie z sieci krystalicznej danego jonu i przeniesienie go do roztworu. Jony takie otoczone są otoczką z cząsteczek wody, czyli tzw. obwódką hydratacyjną.

• Proces ten może być w wodzie stojącej zahamowany z chwilą, gdy wyrówna się energia łączących się jonów i wytworzy się roztwór nasycony.

• W wodzie bieżącej przybywają coraz to nowe cząsteczki wody, włączając się do procesu rozpuszczania podłoża.

Postaci materii organicznej

• Wymyte z podłoża substancje mogą pozostawać w postaci:

• zdysocjowanej, • koloidów, gdy składowe części rozpuszczonego

związku są większe od 0,001 µm, Roztwór koloidalny bywa zabarwiony lub opalizujący (nieco mętnawy). W wodach naturalnych koloidy tworzy krzemionka i humus o ładunkach ujemnych oraz wodorotlenki żelaza i glinu o ładunkach dodatnich.

• zawiesiny - gdy części składowe są większe od 0,1 µm.

Zdolność do rozpuszczania skał• Zależy od:• Charakteru rozpuszczalnika (Zdolność do

rozpuszczania skał przez wodę jest wzmacniana wskutek obecności w niej CO2, która staje się wtedy kwasem węglowym. W takiej formie rozpuszcza ona prawie wszystkie minerały skało- i glebotwórcze.)

• Typu skał (Stopień rozpuszczania się skał jest zróżnicowany.

Minerały w skali od najłatwiej do najtrudniej

rozpuszczalnych• Minerały w skali od najłatwiej do najtrudniej rozpuszczalnych można ułożyć następująco:

• sól kamienna> gips> kalcyt> dolomit> skaleniowce (nefelin, oliwin)> pirokseny i amfibole> serpentyn> plagioklazy bogate w anortyt (z Ca)> plagioklazy ubogie w anortyt (z Na)> ortoklaz> biotyt> kwarc> muskowit.

• Dwa ostatnie są praktycznie nierozpuszczalne w wodzie.

Zdolność jonów do migracji

do wody jest zróżnicowana• Stosunkowo łatwo migrują do wody jony NO3, S, Cl,

Br, w średnim stopniu jony Ca, Na, Mg, F, Sr, Zn, natomiast trudno większość metali i krzemionka.

• Tę różną zdolność do migracji pierwiastków określa stosunek zawartości danego pierwiastka w wodzie do jego całkowitej zawartości w podłożu. Jest to tzw. wartość klarkowa pierwiastka. Składa się na nią: rozpuszczalność związków, właściwości rozpuszczalnika oraz wielkość kompleksu sorpcyjnego podłoża zlewni i związana z tym łatwość przepływu wody w podłożu. Substancje ilaste i organiczne w podłożu będą stanowiły duży kompleks sorpcyjny.

Kształtowanie się chemizmu wód naturalnych• W kształtowaniu się chemizmu wód

biorą udział: • elementy naturalne, takie jak: • podłoże, • szata roślinna; • elementy zewnętrzne: • klimat i • działalność człowieka.

Rola podłoża w kształtowaniu się chemizmu wód

naturalnych• W zależności od struktury skał proces natężenia infiltracji będzie różny:

• Szybko zachodzić będzie w skałach porowatych i przepuszczalnych, takich jak żwiry, piaski, zlepieńce i niektóre piaskowce.

• Trudniej w skałach porowatych i nieprzepuszczalnych, takich jak iły, gliny, margle i łupki ilaste.

• Praktycznie nie zachodzi w skałach nieporowatych i nieprzepuszczalnych - granitach, gnejsach, kwarcytach, łupkach krystalicznych i wapieniach.

Rola roślinności w kształtowaniu się chemizmu wód

naturalnych• Roślinność wpływa stabilizująco poprzez zatrzymywanie wody.

• Lasy zapobiegają wymywaniu z podłoża składników mineralnych, zmniejszają także erozję podłoża.

• Lasy iglaste mogą wpłynąć na zakwaszenie wody, gdyż z ich ściółki wymywane są fulwokwasy, będące składnikiem związków humusowych

Rola klimatu w kształtowaniu się chemizmu wód

naturalnych• Oddziaływanie klimatu związane jest z ilością opadów.

• Powodzie przyspieszają i sprzyjają wymywaniu.

• Stopień wpływu wód opadowych uzależniony jest od specyfiki skał zlewni i wykształcenia szaty roślinnej. Z opadów część wody spływa bezpośrednio do zbiornika, część przesącza się tworząc wody gruntowe i wgłębne, które po jakimś czasie także docierają do zbiorników.

Rola człowieka w kształtowaniu się chemizmu

wód naturalnych• Zrzut zanieczyszczeń komunalnych i przemysłowych. • Wyręby na wielką skalę lasów prowadzą do zaniku jezior wskutek

obniżenia lustra wód gruntowych. • Wyręby o zasięgu mniejszym powodują przyspieszenie erozji, • Zalesianie iglastymi gatunkami drzew prowadzi do zakwaszenia

wody.• Niewłaściwie wykonana melioracja jest klęską dla wód

naturalnych, gdyż ułatwia przemieszczanie się składników biogennych.

• Stwierdzono, że stosunkowo łatwo wymywany jest azot w postaci azotanów, fosfor zaś trudniej ze względu na jego dużą sorbcję przez glebę oraz wytrącanie się z żelazem i glinem. Fosfor do wód dostaje się głównie ze ściekami komunalnymi i przemysłowymi.

Wpływ wód gruntowych na chemizm wody

naturalnej• Wody gruntowe są głównym źródłem wapnia, żelaza, manganu, glinu i krzemionki. Pierwiastki te, znalazłszy się w zbiorniku wodnym, podlegają dalszym reakcjom chemicznym i biologicznym, a w efekcie osadzają się na dnie.

• Wapń wytrąca się jako węglan wapnia w procesie biologicznego odwapniania wody. Również przy tej okazji wytrąca się częściowo fosfor w postaci fosforanu wapniowego.

• Rozpuszczone w wodzie sole żelazawe wytrącają się w postaci wodorotlenku żelazowego, przechodząc w obecności tlenu w środowisku alkalicznym z formy dwuwartościowej do nierozpuszczalnej trójwartościowej. Wodorotlenek ten osadzając się na dnie, gdzie są duże pokłady mułu organicznego, w obecności siarkowodoru tworzy czarny siarczek żelaza. Natomiast w wodach dobrze natlenionych z odczynem alkalicznym osadza się na dnie w postaci wodorotlenku żelaza, przechodząc w osad żelazisty, który z biegiem czasu tworzy pokłady rudy bagiennej lub jeziornej.

Typy osadów dennych• . Sapropel jest osadem tworzącym się w wodach bardzo żyznych, w

których przy dnie brak jest tlenu. Powstaje w wyniku procesów redukcyjnych i zawiera substancje organiczne nierozłożone. Osady te są zwykle czarne, kleisto-maziste, tłustawe.

• Gyttja (czytaj jüttia), powstaje w jeziorach eutroficznych. Przy jej tworzeniu grają rolę procesy redukcyjno-utleniające. Jest to szarozielona lub szara masa o zróżnicowanej ziarnistości, zawsze ze szczątkami organizmów lub odchodami.

• Dy są to osady powstające w ubogich jeziorach humusowych. Tworzą się w wyniku strącania się substancji humusowych pod wpływem soli, szczególnie wapiennych. Stanowią one ciemnobrunatną, zwykle gruboziarnistą, masę z brunatnymi wtrętami koloidów humusowych. Brak w nich szczątków i odchodów zwierzęcych.

Procesy bakteryjne w osadach• W osadach zachodzą złożone procesy bakteryjnego

rozkładu materii organicznej i tym samym powrotu do obiegu biologicznego związków nieorganicznych, potrzebnych roślinom do produkcji.

• Jest to tzw. osad (biologicznie) czynny, zasiedlony przez tzw. reducentów. Dolną granicę zasiedlenia określa obecność substancji pokarmowych oraz możliwość odprowadzania produktów przemiany materii, które zalegając zatruwają otoczenie i eliminują życie