A felszíni vizek fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságai, a benne lezajló folyamatok, a víz mint élőhely jellemzése
A víz körforgása a Földön
ezer km3 óceánok és tengerek sarki és hegyvidéki jég és hó felszín alatti vizek édesvizű tavak sós vizű tavak talajnedvesség folyóvizek vízpára az atmoszférában
1 380 000
újratermelődési idő 97,61 37 000 év
%
29 000
2,08
16 000 év
4 000 125 104 67 1,2
0,29 0,009 0,008 0,005 0,00009
300 év 1-100 év 1-1000 év 280 nap 10-20 nap
14
0,0009
9 nap
A víz fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságai
A víz általános hatású tulajdonságai
1. Sűrűség: vázrendszer helyváltoztatás súrlódás, aljzat nélküli élet
http://library.thinkquest.org/03oct/01539/ magyar/halak/amur.htm
http://www.3bscientific.hu/Hal-csontvaz-pontyCyprinus-carpioT30001,p_1208_194_198_221_222_571.html
http://www.horgasz.hu/page/200/art/492 /akt/492/html/harcsa.html
A víz általános hatású tulajdonságai
2. az édesvizek kis összesionkoncentrációja → kiválasztás
3. A víz nagyfokú és általános oldóképessége – CO2, O2 oldódása, növ-i tápanyagok
4. Mélyebb vizek függőleges tagoltsága
Dimiktikus tavak
5. A víz magas fajhője
Fizikai tulajdonságok
• Kémiailag tiszta víz tulajdonságai
• Fényviszonyok - átlátszóság - rétegek: fotikus, kompenzációs, afotikus - Secchi átlátszóság
Mozgás • Nehézségi erő, szél, hőmérséklet különbség hozza létre Két fajtája: - aperiodikus (áramlások) → nyugalmi állapot irányába törekszik szél keltette sűrűségi áramlások
Langmuir áramás A víz egymással párhuzamos spirálisok mentén halad, melyeknek hossztengelye párhuzamos a szél irányával, forgásiránya pedig felváltva megegyező vagy ellenkező irányú az óramutató járásával.
Mozgás II. • Periodikus: határozott időközönként ismétlődik tólengés hullámzás ár-apály jelenségek • A felszíni vizek mindenfajta mozgására jellemző a turbulencia (különböző irányú és erősségű áramlások változó sebességgel)
Hőmérséklet - vízi
élőlények poikilotermek - meghatározó az élőlények elterjedésében - a víz fajhője magas: 1 (cal*-1*oC-1) - víz sűrűségi viszonyainak kialakítása - halak a nagy hőmérséklet különbségre érzékenyek (szállítás) - hőmérsékleti anomália
Folyóvizek hőforgalma
Az Amazonas és a Rio Negro találkozása
Jegesedés
Mongólia, Fekete-tó
Kémiai tulajdonságok
pH Definíció: a pH a folyadékokban lévő hidrogén ionok (H+) koncentrációjának 10-es alapú negatív logaritmusa.
CaCO3+CO2+H2O → Ca(HCO3)2
Összes oldott szervetlen anyag halobitás édesvíz: <500 mg/l oldott szervetlen anyag átmeneti (brack) víz: 500-3000 mg/l sós víz: 3000 mg/l < tengervíz: 35.000 mg/l Minőségi összetétel: uralkodó ionok meghatározása (Ca, Mg, K, Na, CO3, HCO3, Cl, SO4) Mérése: vezetőképesség (μS/cm) átszámítás: 1 mS/cm = 500 mg/l oldott szervetlen anyag
Összes oldott szervetlen anyag minőségi összetétele
Maucha csillagdiagram
Összes oldott szervetlen anyag minőségi összetétele Maucha csillagdiagram
Szerves anyagok Mérőszámai: KOI TOC, IC BOI – szaprobitás Humuszanyagok: nehezen hozzáférhető, stabil vegyületek Elsősorban a mikroorganizmusok hasznosítják, melyek termelik, átalakítják, lebontják őket.
Oldott oxigén • Oldódását a vízben elsősorban a hőmérséklet befolyásolja • A vízbe a levegőből beoldódással, valamint a növények fotoszintetizációjának következtében kerül • Fotoszintézis:
A víz hőmérséklete és a maximálisan oldható oxigén (Antalfi-Tölg, 1971) Vízhőmérséklet oC-ban 0 2 4 8 10 12 15 17 20 25 27 30
Telítettség mg/liter 14,5 13,5 13 11,5 11 10,5 10 9,5 9 8,5 8 7,5
6CO2 + 12H2O + fényenergia = C6H12O6 (szénhidrát) + 6O2 + 6H2O
Oldott oxigén napi ritmusa •Az oxigénkoncentráció napszakos ingadozást mutat
Szén (C) és körforgása
Szén (C) és körforgása • Metán (CH4) • Anaerob fázisban keletkezhet erjesztő, redukáló baktériumok hatására • Lebontásuk végterméke a metán, légnemű buborékok formájában az üledékben kumulálódhat a légnyomás függvényében • Légnyomás csökkenés hatására kipezseghet a vízből, oxigént elvonva, miközben szén-dioxiddá oxidálódik • Ezért a tóboronálást a napfényes órákban végezzük, amikor az elvont oxigén a növényi asszimiláció következtében gyorsan pótlódik.
Nitrogén Vízben jelen levő nitrogénformák: • elemi nitrogén (N2) • nitrit (NO2-) • ammónia (NH3) • nitrát (NO3-) • ammóniumion (NH4+) • szerves nitrogén-vegyületek • fehérjék bomlástermékei oldott vagy alakos állapotban
Nitrogén körforgás Nitrogén-kötéssel indul a folyamat. Erre mikroorganizmusok képesek- Azotobacter, Clostridium, illetve a virágos növényekkel szimbiózisban élő gyökérgümőbaktériumok, cianobaktériumok (kékalgák). Az élő szervezetek pusztulása után a lebontó mikroorganizmusok az aminosavak deaminálása után a vegyületek N-tartalmát ammóniává alakítják.
Nagy gyakoriságú, rendszeresen vizsgált vízminőségi komponensek fajlagos vezetés (20oC) µS/cm pH oldott oxigén mg/l ammóniumion mg/l KOI mg/l nitrition mg/l nitrátion mg/l ortofoszfátion mg/l MI-10-172/3-85
kívánatos tűrhető határérték határérték 800 6,5-8,0 6 1 8 0,1 20 0,3
1600 6,5-8,0 4 2,5 15 0,3 40 2
Foszfor • Tavak eutrofizálódásáért leginkább felelős • Halastavakban növeli a természetes hozamot, de nagyobb mennyisége vízvirágzást idézhet elő • Mérni az ortofoszfátot lehet, ami a foszfor oxidált vegyülete • Egyensúlyban lévő tápanyag ellátás mellett az algák számára a C 106 : N 16: P1 arányok a megfelelőek.
Nagy gyakoriságú, rendszeresen vizsgált vízminőségi komponensek o
fajlagos vezetés (20 C) µS/cm pH oldott oxigén mg/l ammóniumion mg/l KOI mg/l nitrition mg/l nitrátion mg/l ortofoszfátion mg/l MI-10-172/3-85
kívánatos tűrhető határérték határérték 800 6,5-8,0 6 1 8 0,1 20 0,3
1600 6,5-8,0 4 2,5 15 0,3 40 2
Foszforciklus • Kiinduló elem: ortofoszfát, elsősorban külső forrásból kerül a rendszerbe a lebontók ásványosító tevékenysége mellett • A foszfort a növények beépítik saját szervezetükbe, így kerül a felszálló ágba • A tavak üledéke gyakran foszforcsapdaként működik, vas-, és kalcium-karbonát vegyületekhez kötődik a foszfor. • Fontos szerepe van a pontynak, Tubifexnek
Kén (S) • Felszíni vizeinkben a második-harmadik legfontosabb ion a szulfát (SO4) • Ezt hasznosítják a növényi szervezetek, aminosavakat, fehérjéket hozva létre • Anaerob lebontáskor nagy mennyiségű kénhidrogén keletkezhet, üledékben felhalmozódik
Biológiai vízminősítés
Magyarországon használt biológiai minősítő rendszerek 1. Négy tulajdonságcsoportra (halobitás, trofitás, szaprobitás, toxicitás) épülő módszer, 10 fokozatú skála (Felföldy, 1987) 2. MSZ 12749 (1996) oxigén, nitrogén és foszfortartalom jellemzői, mikrobiológiai és toxikológiai tulajdonságokon alapszik, 5 fokozatú skála 3. Ökológiai sokváltozós vízminősítő rendszer (Dévai és mtsai, 1992) 4. Magyar Makrozoobenton Család Pontrendszer (Csányi, 1997)
A biológiai vízminősítés A minősítés és a kategorizálás a vízi élőlények szempontjából fontos paraméterek alapján történik. Azoknak a tényezőknek az összessége, amik a vízi ökoszisztémák életét meghatározzák, létrehozzák, és fenntartják azokat, másrészt a víz felhasználásakor biológiai jelenségekhez kapcsolódnak. A biológiai vízminőséget négy tulajdonságcsoport alapján határozzuk meg: 1. 2. 3. 4.
HALOBITÁS TROFITÁS SZAPROBITÁS TOXICITÁS
Halobitás A víz biológiai szempontból fontos szervetlen kémiai tulajdonságainak összessége (sótartalom és ionösszetétel) - halobitási-fok meghatározás: víz elektromos vezetőképessége (µS/cm) - Az élővilág alkalmazkodik hozzá, alakítani csak ritkán tudja A halobitás fokozatai Dévai I. szerint
3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
ahalóbikus béta-oligohalóbikus béta-alfa-oligohalóbikus alfa-oligohalóbikus oligo-mezohalóbikus béta-mezohalóbikus béta-alfa-mezohalóbikus alfa-mezohalóbikus mezo-polihalóbikus polihalóbikus
összes ion g/m vezetőképesség μS/cm desztillált víz, esővíz 0 0 híg esővíz 150 250 közepes édesvíz 150-350 250-550 tömény édesvíz 350-600 550-1000 édes-sós átmeneti víz 600-900 1000-1500 híg sós víz 900-1200 1500-2000 közepes sós víz 1200-1700 2000-2700 tömény sós víz 1700-2500 2700-4000 sós-nagyon sós átmenet 2500-4000 4000-6000 4000< 6000< nagyon sós víz
Trofitás
• A víz szervesanyag termelő képességének kifejezője • A fény, a szervetlen növényi tápanyagok és az autotróf növények jelenléte • A vízi növények tevékenységét lehet közvetlenül (biomassza, klorofill-a) illetve közvetve (oldott oxigénszint emelkedés) mérni • Hazai sekély vizekben a szervetlen növényi tápanyagok közül a P és N vegyületek a legfontosabbak.
TROFITÁSI TÁBLÁZAT
Szaprobitás • A víz szervesanyag-bontó képessége • Fő szerepet a vízi baktériumok és gombák játsszák DE: ide sorolhatók még a törmelékevő, és állati hullákkal táplálkozó fejlettebb vízi élőlények is (az üledéklakó rovarlárvák, a csigák, a fenéklakó halak közül a harcsa) • Fő kategóriái: →Oligoszaprób: baktériumszám 100 egyed/ml alatti →ß-mezoszaprób: 10.000 egyed/ml alatt →α-mezoszaprób: 100.000 egyed/ml alatt →Poliszaprób: 100.000 egyed/ml felett
• KOI, a kémiai oxigén igény meghatározása során a szerves anyagok kémiai oxidációjához felhasznált oldott oxigén mennyiségének változását mérjük (1 liter vízben lévő oldott vagy szuszpendált szervesanyag kémiai oxidációjához szükséges) A KOI mérését leggyakrabban kétféle oxidáló vegyülettel szokták végezni: kálium-permanganáttal, és káliumdikromáttal. • BOI, vagy biokémiai oxigén igény mérésekor az asszimilációmentes közegben a mikróbák oxigén fogyasztását, valamint a mikroalgák disszimilációjával kivont oldott oxigén mennyiségét összevontan határozzuk meg • TOC: a szerves anyagokban lévő szén mennyisége
Toxicitás • A víz mérgezőképessége • A vízben oldott anyagok ártó vagy pusztulást okozó hatása. • Két típus: autochton toxicitás: természetes mérgezőképesség allochton toxicitás: mesterséges mérgezőképesség
AMMÓNIA MÉRGEZÉS - szabad ammónia (NH3) okozza
- ammónium-ion (NH4+) mindig jelen van (tűrhető határérték 2,5 mg/l) —mérgezővé akkor válik, ha szabad ammóniává alakul - pH növekedése miatt ammónia - ammónium-ion átalakulás következik be (8,4 felett) -toxikus hatása 0,3-0,4 mg/l (pontynál 24 órán belül az 1 mg/l koncentráció letális) -vízszennyezésekkel, mű-,hígtrágya bemosódással kerülhet a vízbe vagy ha sok az alga, keményszárú növények elhalása következményeként - halaknál fehérje anyagcsere végtermékeként szabad ammónia keletkezik
KÉNHIDRODÉN MÉRGEZÉS -eredete : fehérjebomlás közben, anaerob körülmények között - lebontó folyamatok során a légnyomás-csökkenés hatására nagy mennyiségben törhet fel - gyorsan lezajló folyamat, lokális hatású méreg ALGA-TOXIN MÉRGEZÉS -bizonyos algafajok (Microcystis, Anabaena, Aphanizomenon) tömeges elszaporodása következtében termelt toxikus anyagok -emberre is veszélyes lehet toxint akkumuláló hal elfogyasztása
Toxikológiai tesztek • • • • •
Baktériumtenyészetek (P. fluorescens) Algatenyészetek Csíranövények Nagy vízibolha (Daphnia magna) Hal (különböző faj: szivárványos pisztráng, fogassüllő, ezüstkárász, zebradánió)
Belga Biotikus Index - BISEL • Biotic Index at Secondary Education Level • Alapelvei: - a vízmin. vált. hatással van a flórára és a faunára -minél érzékenyebb egy élőlény, annál tisztább vízben tud csak életben maradni -minél tisztább a víz, annál többféle élőlény található benne • Indikátorszervezetek azonosítása család vagy nem szintig történik
I.
Indikátorcsoportok
II.
III.
érzékenység
taxonszám
IV. összes taxon száma 0-1
2-5
6 - 10
11- 15
>16
Biotikus Index ≥2
-
7
8
9
10
1
5
6
7
8
9
≥2
-
6
7
8
9
1
5
5
6
7
8
≥2
-
5
6
7
8
1
3
4
5
6
7
4
≥1
3
4
5
6
7
5
≥1
2
3
4
5
-
6
≥1
1
2
3
-
-
7
≥1
0
1
1
-
-
1 Álkérészek (Plecoptera)
Erezett kérészek (Heptageniidae)
2 Házas tegzesek (Trichoptera)
3 Sapkacsigák (Ancylidae)
ékjáró poloska phelocherius)
Víziászka (Asellus)
Szitakötők (Odonata)
Piócák (Hirudinea)
Kérészek (Ephemeroptera) kivétel a Heptageniidae
Bolharák (Gammaridae)
Puhatestűek (Mollusca)
kivétel Sphaeridae és Ancylidae
Gömbkagylók Poloskák (Sphaeridae) (Hemiptera) (kivétel az Aphelocheirus)
ővájó féreg (Tubificidae) Árvaszúnyogok (Chironomus thummi–plumosus)
Herelégy / pocikféreg (Syrphidae)
Vízminőség meghatározása BISEL-ből Osztály I.
Biotikus index 10-9
Szín kék
II.
8-7
zöld
III.
6-5
sárga
IV.
4-3
narancs
V.
2-1
vörös
Megnevezés nem szennyezett enyhén szennyezett mérsékelten szennyezett – kritikus helyzet erősen szennyezett nagyon erősen szennyezett
A vízminőség magában foglalja a víz fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságait is.
A vízi anyagforgalom
A biológiai produkció
Termelői szint
Cianobaktériumok • morfológiailag a baktériumokhoz hasonlóak (prokarióták) • N-kötésre alkalmasak • toxin-, kellemetlen ízés szaganyagok termelése • védekezni kell ellenük
Mikroalgák • eukarióta szervezetek • 3 nagy csoport: kovamoszatok, ostoros moszatok, zöldmoszatok
Makrofiton • Fontos szerepük van • De: jelenlétük általában nem kívánatos Víz fölé emelkedő Víz felszínén úszó Víz alatt élő, legyökerező
Fogyasztó szervezetek
Elsődleges fogyasztók Zooplankton: 3 nagy csoport: 1. Kerekesférgek 2. Ágascsápú rákok 3. Evezőlábú rákok Nekton szervezetek közül: fehér busa, paduc
Másodlagos fogyasztói szint • Mindenevés • Tipikus példa: ponty
Csúcsragadozók • A táplálékpiramis élén áll, nincs további ragadozója
Lebontó szervezetek • A szerves anyag lebontása vízi környezetben gyorsan bekövetkezik • Autolízis → bakteriális, gombás közreműködéssel • Baktérium → zooplankton → felszálló ág • Leggyakoribb gombák: Chytridiales és Saprolegniales rend, elhalt szerves anyagot fogyasztanak, vagy élősködők
Mikrobiális hurok
Köszönöm a figyelmet!
