ostatní rozpuštěné látky: křemík, vápník, železo, síra

Transkript

1

2 uhlík dusík fosfor ostatní rozpuštěné látky: křemík, vápník, železo, síra

3 opakování z minulé lekce: uhličitanová rovnováha

4 CO 2 v povrchových vodách ne více než mg l -1 podzemní vody obvykle desítky mg l -1 (minerální vody stovky mg l -1 ) stratifikace CO 2 ve stojatých vodách vlivem fotosyntetické asimilace kde je tedy více/méně CO 2 na vertikálním profilu?

5 fotosyntéza v horní vrstvě uvolňování dekompozicí v hypolimniu cca ½ OM v hypolimniu mineralizuje a ½ končí v sedimentech

6

7 hlavní zásobník uhlíku = litosféra (souvisí s využitím fosilních paliv) v atmosféře asi 0,003% (vzestup z fosilních paliv vstup do vegetace a oceánů)

8 kritériem je hranice 0,45 µm POM = partikulovaná organická hmota (nad 0,45 µm) DOM = rozpuštěná organická hmota (pod 0,45 µm)

9 kritériem je hranice 0,45 µm POM = partikulovaná organická hmota (nad 0,45 µm) DOM = rozpuštěná organická hmota (pod 0,45 µm) POC = uhlík vázaný v organismech: primární produkce, biomasa, detrit (seston), terestrický opad DOC = huminové látky (terestrický a půdní výluh), exudáty řas důležité pojmy: autochtonní a allochtonní OM plynný metan (CH 4 ) jako produkt anaerobního rozkladu Cyklus uhlíku se významně liší ve stojatých a tekoucích vodách

10 Opakování: oxid uhličitý (CO 2 ) CO 2 dýchající organismy volný oxid uhličitý H 2 CO 3 * srážky skrze půdu s vyšším obsahem CO 2 + CO 2 z atmosféry + dýchající organismy fotosyntéza

11 přítok, odtok, uhličitanová rovnováha, fotosyntéza, respirace, sedimentace allochtonní C CO 2 odtok CO 2 HCO 3 - konzumenti primární producenti DOC sediment (+ dekompozice sedimenty)

12 základní (limitující) živina (spolu s P) fixace dusíku + denitrikace + nitrifikace

13 hlavní zásobník dusíku = atmosféra (plynný N 2 ) ve vodě většinou jako rozpuštěný N 2, zbytek v organických látkách, většina v nekromase (mrtvé biomase) přirozená tendence k deficitu (ztráty převažují nad přísuny) = limitace ekosystémů dusíkem atmosférická depozice, dálkový transport emisí

14 plynný N 2 = trojná vazba mezi atomy je velmi silná v půdě vážou N symbiotické bakterie na kořenech rostlin N 2 NH 4 + ve vodě váží N sinice a bakterie (enzym nitrogenáza) sezónní cykly proč? biologická fixace N je energeticky náročná (bakterie vyžadují přísun E, sinice si jí nafotosyntetizují) jedná se o striktně anaerobní proces

15 heterocyty = specializované buňky sinic dovolují difuzi N, ale brání difuzi O 2 obrana proti limitaci dusíkem N 2 NH 4 +

16 oxidace amoniaku na dusičnany zdroj energie dvě fáze: nitritace (dusitany) a nitratace (dusičnany) NH O 2 NO 3 + H 2 O + 2 H + nitrifikace zvyšuje koncentraci H + využití při odstraňování dusíku z odpadních vod (běží i v nízkých teplotách, nízkém ph, může běžet i blízko anaerobii, proces může být fotoinhibován)

17 respirace dusitanů a dusičnanů (= slouží jako zdroj energie) výsledkem reakcí je tvorba plynů NO 3 NO 2 NO + N 2 O N 2 podmínky: anaerobní prostředí, dostatek dusičnanů využití při odstraňování dusíku z odpadních vod (anammox = anaerobní oxidace amoniaku: NH 4+ + NO 2 N H 2 O)

18 ve vodách jako meziprodukt biologických procesů nitrifikace a denitrifikace, něco i ze srážek z atmosféry v čistých vodách setiny mg l -1 už takové koncentrace mohou být toxické pro ryby v kyselém prostředí zažívacího traktu mohou dát vznik karcinogenním N-nitrosaminům v málo kyselém zažívacím traktu kojenců: methemoglobinemie

19 přísun především ze zdrojů v povodí odnos z půdy v povodí, zejména obdělávané a hnojené minerálními hnojivy další zdroje: nitrifikace ve vodách, srážky oxidace N 2 až na NO 3 - atmosférickými výboji (tento přísun několik kg/ha/rok, výjimečně až desítky kg) v povrchových vodách jednotky až desítky mg l -1, ve srážkách desetiny až desítky mg l -1 výrazné sezónní změny s maximem obvykle na jaře splach z rozložené rostlinné nekromasy

20 amoniak (NH 3 ) je velmi dobře rozpustný ve vodě a s vodou tvoří amonný iont NH 4 + disociace amoniaku je závislá na ph vody: při ph < 8 jsou přítomny téměř výlučně amonné ionty NH 4+, které jsou netoxické a jsou významným zdrojem N pro fytoplankton, který je preferuje před dalším zdrojem N, t.j. NO 3 - při ph > 10,5 je přítomen téměř výlučně jen vysoce toxický amoniak NH 3 rozpuštěný ve vodě

21 vysoce toxický amoniak NH 3 rozpuštěný ve vodě působí otravy vodních živočichů náhlé úhyny ryb v rybnících v letním období: ve vodách s nízkou pufrační kapacitou (= nízkou alkalitou) a vysokým obsahem živin (= dobře hnojené rybníky) dochází k silnému rozvoji fytoplanktonu (řas a sinic) jeho intenzivní fotosyntézou se odčerpává CO 2 z vody během světelné části dne: to vede k růstu ph, které vrcholí v odpoledních hodinách způsobí uvolnění toxického NH 3 a následné otravy a hynutí ryb

22 fixace dusíku asimilativní redukce dusičnanů nitrifikace amonifikace nitrifikace asimilace denitrifikace

23 základní (limitující) živina potřeba pro adenosinfosfáty (ATP zásobárna energie), fosfolipidové membrány, nemá plynnou formu = žádná výměna s atmosférou formy fosforu vstupující do vod: rozpuštěný nebo partikulovaný orthofosfát = orthofosforečnan - základní forma anorganického fosforu (P i ) naprostá většina P ve vodě jsou organické fosfáty (PP)

24 hlavní zásobník fosforu = litosféra (apatit), sedimenty přirozená tendence k odnosu do oceánů = limitace ekosystémů fosforem

25 TP = celkový fosfor všechny formy, organický + anorganický PP = partikulovaný fosfor (filtrace 0.45 µm) P v organismech, seston (např. P navázaný na jílové částice) DP = RP = ortofosfát (zdroj pro řasy), polyfosfáty, organické koloidy, další (často labilní) sloučeniny P (např. hydrogenfosforečnan) SRP = rozpuštěný reaktivní fosfor, součást DP

26 TP = celkový fosfor všechny formy, organický + anorganický PP = partikulovaný fosfor (filtrace 0.45 µm) P v organismech, seston (např. P navázaný na jílové částice) DP = RP = ortofosfát (zdroj pro řasy), polyfosfáty, organické koloidy, další (často labilní) sloučeniny P (např. hydrogenfosforečnan) SRP = rozpuštěný reaktivní fosfor, součást DP zdroje z povodí přirozené (zvětrávání hornin) + antropogenní znečištění exkrece vodních organismů (ryby, zooplankton)

27 základní rozdělení vodních ekosystémů podle úživnosti = trofie koncentrace P úzce koreluje s koncentrací chlorofylu-a (mírou biomasy fytoplanktonu) oligotrofní vody mesotrofní vody eutrofní vody

28 partikulovaný organický P (organismy) (PP) lyze buňky rozpuštěný organický P (DP) asimilace fosfatázy rozpouštění anorganický P FePO 4 srážení

29 internal loading sedimentace samotných organismů + exkrece navázání do sedimentů

30 internal loading: vnitřní zatížení nádrže v přítomnosti kyslíku se P sráží s Fe 3+ za vzniku FePO 4 v anoxii se Fe 3+ redukuje na rozpustný Fe 2+ a P se uvolňuje ze sedimentu

31 dlouhodobý koloběh = přítok, odtok, epilimnion, hypolimnion, sedimenty krátkodobý koloběh P = mechanismus, který ustaluje koncentraci P v epilimniu utilizace (= využití) P řasami a bakteriemi a příjem P filtrujícím zooplanktonem + exkrece P všemi těmito organismy velmi rychlý proces, s dobou obnovení množství P v organismech řádově několik minut!

32

33 nezbytný pro zkřemenělou membránu rozsivek ¼ až ½ jejich hmotnosti v hloubce maxima jejich fotosyntézy bývá minimum SiO 2 ve vodě rozpustné orthokřemičitany, hlinitokřemičitanové komplexy i koloidní sloučeniny Si a dále nerozpustný Si v sestonu toho několikrát více množství v jednotkách až desítkách mg l -1 do vod přichází zvětráváním hornin (živce) působením oxidu uhličitého

34 vápník v kostře zejména mořských živočichů, ale i v rostlinách ve vodě jako ionty nebo vysrážené částice uhličitanu vápenatého do vody přichází jako kationt uvolněný z podkladu hydrogenuhličitanem z dešťové vody vstupuje do uhličitanového systému rovnováhy ph a alkality za intenzivní fotosyntézy zejména cévnatých ponořených rostlin vypadává v šupinkách vysráženého uhličitanu vápenatého

35 za aerobních podmínek v koncentracích μg l -1, a to jako : vločky hydroxidu železitého partikule fosforečnanu železitého za cirkulace v organických partikulích komplexně vázané v rozpuštěných organických látkách některé rostliny jen anorganický Fe, sinice umějí získat Fe i extracelulárními siderochromy, které jsou schopné vytvářet s Fe cheláty

36 v hypolimniu stratifikovaných hlubokých nádrží se uvolní Fe ze dna, když redox potenciál vody nad bahnem klesne na hodnoty kolem 0,2 V pokud se ale nad bahnem objeví sulfan H 2 S, vysráží se část Fe jako FeS to může za cirkulace ovlivnit uvolnění fosforu do vyšších vrstev : pokud bylo Fe vysráženo jako FeS, bude fosfátu nadbytek proti Fe a tudíž se fosfát nevysráží jako fosforečnan železitý, nýbrž se dostane do epilimnia

37 síranový anion bývá druhým nejhojnějším (ve vnitrozemských vodách po uhličitanech, v moři po chloridech), od 1 do 30 (až 60) mg l -1 některé mikroorganismy používají sírany jako akceptor H a uvolňují H 2 S totéž daleko více při rozkladu organické hmoty: v hlubokém hypolimniu bez kyslíku, ale také ve všech mělkých vodách u dna pod ledem z bahna s velkým obsahem organických látek, ze spadaného listí stromů není-li dost Fe, pak volný H 2 S u dna ve vodě pod ledem

38 síranový anion ve vodách přibývá z přísunu z dešťové vody ale jen část (asi třetina) pochází z průmyslových exhalací malá část i ze sopečných výbuchů, ale většina zejména z mořských aerosolů

39

40