Voda - Chemické vlastnosti. Kyslík

Transkript

1 Voda - Chemické vlastnosti Významný pro: dýchání hydrobiontů, aerobní rozklad organické hmoty. Do vody se dostává: Kyslík difúzí při styku se vzduchem (vlnění, čeření), při fotosyntéze rostlin, přítokem. Rozpustnost kyslíku je nepřímo úměrná teplotě vody a přímo úměrná atmosférickému tlaku. Za normálních podmínek (tlak 101,3 Kpa) je 100 % nasycení vody v l litru při 0 stupních C = 14,65 mg O2. Při 30 stupních C - 7,44 mg O2.

2 Kyslík Na čem závisí procento nasycení vody kyslíkem? rychlosti výměny mezi vodou a atmosférou, propustnosti hladiny pro plyny (olej, led, okřehky), rychlosti výměny vody mezi jednotlivými vrstvami, intenzitě fotosyntézy a destrukčních pochodů. Tekoucí vody - jen malé rozdíly v obsahu O2 během dne a v noci. Stojaté vody značné kolísání (MINIMUM BRZY RÁNO, MAXIMUM ODPOLEDNE) Nároky ryb na obsah kyslíku: Studenomilné ryby (např. losos, pstruh) vyžadují přes 8 mg O2.l-1 Teplomilné ryby (např. karas, lín, piskoř) stačí jim 4,5-8 mg O2.l-1. Podobně to platí i pro ostatní vodní živočichy.

3 Reakce vody - ph Je významný abiotický faktor životního prostředí, který určuje rovnovážný stav mezi H2CO3, Ca(HCO3)2 a CaCO3 ve sladkých vodách. Chemicky je ph definováno jako: záporná hodnota dekadického logaritmu aktivity vodíkových iontů v roztoku. ph = - log ( H+) Pro ryby a většinu organismů je nejvhodnější reakce mezi 6,5-8,5. Hodnoty pod 5 a nad 9,5 jsou pro ryby nebezpečné.

4 ph Kdy a kde se objevuje nízké ph: na jaře při tání sněhu, v oblastech s kyselým geologickým podkladem, v povodí se smrkovými monokulturami, v místech vrchovištních rašelinišť. Kdy vysoké ph: objevuje se koncem jara a v létě v důsledku odčerpání volného CO2 a HCO3- fotosyntézou. Významné: při ph 8 se uvolňuje z amonných sloučenin NH3 což je nebezpečné pro ryby. Náprava: slabě kyselé vody se upravují vápněním, v rybnících je dobrá i aplikace močoviny, dobrá je i zvýšená mineralizace rybničního dna (bahna), přidávání uhličitanu amonného. Ke snížení ph se používá: uhlíkaté hnojení.

5 Oxid uhličitý Je nezbytný pro fotosyntézu, pro stavbu těl organismů a je důležitým regulátorem ekosystému vodních nádrží. Do vody se dostává: při rozkladu organických látek, dýcháním vodních živočichů, z ovzduší (se vzduchem a se srážkami). Ve vodě je přítomen v několika formách: volný CO2 a H2CO3 (té je ale málo), hydrouhličitan (HCO3-), uhličitan (CO3-), Suma těchto složek je označována jako celkový oxid uhličitý (celkový organický uhlík) a vyjadřuje se v mmol.l-1 nebo v mg.l-1 uhlíku. Významný je především poměr uhličitanového systému a ph.

6 Oxid uhličitý Při: ph 5 je asi 98 % CO2 ve volné formě, Při: ph 7-8 je asi 95 % CO2 ve formě HCO3-, Při: ph 10 je 100 % CO2 vázáno : 70 % jako HCO3-30 % jako CO3-. Hodnoty celkového CO2 se zpravidla počítají z alkality a ph. Do biologických procesů ve vodě je zapojena jen malá část uhlíku. Hlavním jeho rezervoárem je litosféra. Významné je hromadění uhlíku ve vodě (ve formě organických i anorganických sloučenin) na podzim. Při vypouštění rybníků tak s vodou uniká kg C/ha. Je třeba realizovat doplňování.

7

8 KNK (alkalita) Neboli kyselinová neutralizační kapacita je schopnost vody vázat určité látkové množství kyseliny do zvolené hodnoty. Hodnota KNK charakterizuje obsah rozpuštěného vápníku ve vodě a její ústrojnou schopnost. Měřítkem alkality je množství spotřebované desetinnomolární HCl na 100 ml zkoumané vody. Schopnost vody vázat kyseliny je v těsné souvislosti s obsahem CO2 ve vodě. Alkalita je závislá: na původu vody (voda dešťová, pramenitá aj.), geologickém útvaru, na obsahu CO2. Přiměřená alkalita vody je předpokladem pro bohatý rozvoj užitečných vodních organismů (rybí potravy). Optimum pro životní pochody ve vodě = 2-6. Na základě analýz KNK se v rybářství stanovuje aplikační dávka vápence nebo vápna.

9 Tvrdost vody Charakteristika vyjadřující obsah solí alkalických zemin (především vápníku a hořčíku) Velmi měkká destilovaná (0 dgh) Měkká - dešťová, rašeliništní Polotvrdá - říční Tvrdá - studny, spodní voda Velmi tvrdá - vápencové oblasti (nad 18d GH)

10 Dusík l) atmosférický dusík rozpuštěný ve vodě jsou schopny asimilovat některé mikroorganismy. Např. Azotobacter, Clostridium, Bacillus amylobacter a také některé druhy sinic. 2) organický dusík je vázán v tělech organismů, v detritu apod. Z organických sloučenin dusíku využívají řasy zvláště močovinu a z aminokyselin glycin. 3) amonné ionty vyskytují se jen v malých koncetracích v disociované nebo nedisociované formě - NH3, která je toxická pro ryby. Nejvyšší přípustná koncentrace NH3 pro kaprovité ryby je 0,05 mg.l-1. V současné době se vyjadřuje koncentrace v N-NH4 a N-NH3. Maximální přípustné množství znečištění povrchových vod: N-NH4 = 2,5 mg.l-1, N-NH3 = 0,5 mg.l-1. 4) dusitany vyskytují se jen v malých množstvích a jsou chemicky nestálé. 5) dusičnany jsou nejstálejší komponentou N - cyklu. Jejich zdroj v přírodě: aerobní rozklad organického materiálu bakteriemi, splachy ze zemědělsky obhospodařované půdy.

11 Dusitany a Dusičnany vyskytují se ve všech typech vod. Primárně jsou NO3- ve vodě pro člověka málo závadné, ale sekundárně (po bakteriální redukci v gastrointestinálním traktu), jako dusitany mohou být příčinou dusičnanové methemoglobinemie. Proto v současné době je přípustná koncentrace stanovena na hodnotě N-NO3 = 11mg. l-1. Dusitany jsou ve vodě nestálé. Při dostatku kyslíku ve vodě plynule přecházejí v dusičnany. Jejich přípustná koncentrace je stanovena na hodnotě N-NO2 = 0,05 mg. l-1.

12 Fosfor Ve vodě se vyskytuje v mnoha podobách. Rozlišujeme zejména: 1) orthofosfáty - PO4-, 2) polyfosfáty - většinou allochtonního původu, 3) organický fosfor nebo polyfosfáty, - vázaný v organismech jako ortho- 4) živé a neživé částice obsahující P organicky vázaný, 5) vločky vysrážených fosforečnanů (hlavně železitého a vápenatého), 6) minerální částice obsahující P (v zakalených vodách), Rostliny přijímají P jen v rozpuštěné nebo koloidně rozptýlené formě. Zooplankton odfiltrovává suspendované sraženiny s P a mění je v koloidně rozptýlené. Celkové množství P je ve vodě udržováno metabolismem hydrobiontů. Jejich vytrávením klesne organický fosfor na nepatrné hodnoty, neboť se většinou vysráží na dně jako fosforečnan železa a hořčíku. Fosfor je sedimentární prvek. Ze dna se uvolňuje za neutrální až kyselé reakce při absenci O2 a výskytu H2S.

13 Fosfor V povrchových vodách se koncentrace fosforečnanů pohybují v rozmezí 0,1-0,5 mg.l-1. Obsah P ve vodě ovlivňují především: splachy z aplikace P-hnojiv do zemědělství, fosfor v používaných detergentech, komunální odpad. Značná část celkového fosforu v podobě tzv. organického P. Část P - splavování do moří a ukládání v sedimentech šelfů a hlubin. Recyklace části P tzv. "atmosférickou cestou" v trusu mořských ptáků (lokální ložiska guána), nebo rybolovem a těžbou jiných mořských produktů. Fosfor deponovaný v hlubinách moří je pro sladkovodní a terestrické ekosystémy jeho dlouhodobou ztrátou (tzv. "propad fosforu").

14 Organické látky jejich množství se vyjadřuje v BSK5 nebo CHSK a stanovení organického uhlíku. Organické látky působí příznivě jako zdroj oxidu uhličitého a dalších biogenů pro rozvoj fytoplanktonu a zooplanktonu, na produkci ryb. Nadměrné množství organických látek způsobuje nedostatek kyslíku. Doporučené hodnoty pro: Pstruhařství K - hospodářství BSK5 do 2 mg.l-1 do 8 mg.l-1, CHSKMn do 5 mg.l-1 do 18 mg.l-1. Hodnotami BSK5, CHSK i organického C se posuzuje samočistící schopnost povrchových vod. Stanovení organického C se používá hlavně při výzkumu.

15 BSK biochemická spotřeba kyslíku Je definována jako množství O2 spotřebovaného mikroorganismy při biochemických pochodech na rozklad organických látek. Hodnoty se vyjadřují v mg. l-1. Slouží k nepřímému stanovení organických látek, a proto z těchto hodnot lze usuzovat na stupeň organického znečištění vody. Ke zjišťování používáme stanovení O2 Winklerovou metodou. BSK5 vodárenské toky 4 mg. l-1 povrchové vody 8 mg. l-1

16 CHSK chemická spotřeba kyslíku Je definována jako množství O2, které se za přesně stanovených podmínek spotřebuje na oxidaci organických látek ve vodě silným oxidačním činidlem. Udává se opět v mg O2. l-1. CHSK je tedy mírou celkového obsahu organických látek ve vodě. Je nedílnou součástí každého rozboru všech typů vod. CHSKMn vodárenské toky 7 mg. l-1 povrchové vody 20 mg. l-1 CHSKCr - vodárenské toky 20 mg. l-1 povrchové vody 50 mg. l-1

17 Koloběhy prvků Kyslík Kyslík ve vodě pochází: z ovzduší, z fotosyntetické činnosti rostlin. Z vody je kyslík odčerpáván: živočichy a rostlinami při dýchání, bakteriemi při rozkladu (dekompozici) organické hmoty, bublinami ostatních plynů při průchodu vodním sloupcem, vzestupem teploty (snižuje se procento nasycení), kombinací několika uvedených faktorů. Maximální koncentrace kyslíku: - v eufotické vrstvě v pozdním odpoledni, Minimální koncentrace kyslíku: - ráno těsně před rozedněním.

18 Kyslík Ve vodním sloupci dochází k výrazné kyslíkové stratifikaci. Eufotická vrstva (trofogenní zóna) - fotosyntetická produkce O2 Afotická vrstva (trofolytická zóna) - respirační odčerpávání O2 Kyslíkové pulzy tak označujeme kolísání obsahu kyslíku ve vodě v průběhu 24 hodin. Denní křivky kyslíkového režimu spolu s CO2 a ph-režimem ve vodním sloupci nám dávají obraz o fotosyntetické aktivitě vodního ekosystému. Kyslíkový režim - důležité kriterium pro hodnocení kvality vody. Na dostatku kyslíku ve vodě je závislý proces samočistění.

19 Kyslík Jak získávají kyslík z vody aerobní organismy? Protozoa difuzí přes buněčné membrány, Bezobratlí celým povrchem těla, adaptací tracheálního systému (žábry, plastrón aj.), Obratlovci specifickými chemickými nosiči (krev železo, měď apod.), žábry. Při fotosyntéze je O2 uvolňován z molekuly vody.

20 Acidifikace vodních ekosystémů V globálním měřítku se negativní vlivy projevily po roce Termín kyselý déšť je známý téměř 150 let. Prokázána stoupající kyselost srážek a jejich negativní vliv na životní prostředí. Hlavní zdroje acidifikujících polutantů Spalování fosilních paliv (emise oxidu siřičitého a oxidů dusíku) Evropská dešťová voda (bez antropického ovlivnění) má ph 5-6 Dnes na rozsáhlých územích má ph 4,0-4,5. Lokálně klesá na ph 3. Pokles ph je indikátorem acidity. Oxidy S a N jsou vymyty buď deštěm (mokrý spad) nebo se usazují na vegetaci a vlhkých podkladech (suchý spad). V atmosféře se mohou šířit na sta až tisíce kilometrů. Během transportu reagují s vodou, mění se na kyseliny a přetrvávají ve formě kapének. Celková suma světových emisí antropických polutantů do atmosféry činila v r asi milionů tun síry.

21 Tři stupně acidifikace 1) Území má vysokou pufrační kapacitu, nedochází k výraznému trvalému poklesu ph. Nedochází k biologickým změnám ve druhové složení biocenóz. 2) Při poklesu obsahu hydruhličitánů začíná klesat ph. Běhen roku jsou velké výkyvy tohoto faktoru a někdy dochází k masovému hynutí ryb. Druhé stadium nastává když voda má po určitou dobu v roce ph 5,5. 3) Reakce vody je trvale na hodnotě kolem 4,5 a méně. Dalším okyselováním stoupá množství hliníkových iontů ve vodě. Hliník je silně toxický pro mnoho organismů a vyvolává jejich masové hynutí. Voda se stává závadnou a toxickou i pro člověka. Zvyšuje se průhlednost vody na m. Ryby často zcela zmizí. Daří se zde rašeliníku, který vytlačuje ostatní vegetaci a fixuje živiny. U nás jsou acidifikována některá jezera na Šumavě. Vysoké Tatry asi 130 jezer projevuje známky acidifikace.