Ostrov Ostrov Vilm
Vilm
5. KOLOBĚH HMOTY
Sedimentace
eroze
sedimentace
Půdní eroze
zaniklý záliv
5.1 ZÁKLADNÍ POJMY KOLOBĚHU HMOTY Zaniklý záliv
1
ZÁSOBNÍKY A ROZHRANÍ
Složka zásobník
5.1.1. ZÁSOBNÍK
prostředí
rozhraní
ROZDĚLENÍ NA ZÁKLADNÍ SLOŽKY
CHARAKTERISTIKA ZÁSOBNÍKU Základní charakteristiky: 1. objem zásobníku (V) – objemové jednotky, m3
ZÁSOBNÍKY OVZDUŠÍ
2. hmotnost zásobníku (M) – hmotnostní jednotky - v geochemii zásadně gramech - hlavní jednotkou 1 Tg (teragram) = 1012 g FLÓRA
3. množství látky v zásobníku (m) - počet molů, hmotnost, objem, aktivita VODA
PŮDA
4. koncentrace látky v zásobníku = množství látky vztažené na velikost zásobníku - hmotnostní a objemové koncentrace - relativní koncentrace: %, promile, ppm (1 milióntina)
FAUNA
CO – koncentrace v ovzduší
CHARAKTERISTIKA ZÁSOBNÍKU Základní charakteristiky: 5. Průměrná doba setrvání látky v zásobníku = množství látky / rychlost vstupu (=výstupu)
(STATISTICKÁ ROČENKA ŽP ČR, 2004)
2
5.1.2. ROZHRANÍ
VELIKOST PLOCHY - KRAJINA
CHARAKTERISTIKA ROZHRANÍ Základní charakteristiky: 1. velikost plochy
VELIKOST PLOCHY – EKOSYSTÉM
velikost ploch na jednotlivých hierarchických úrovních (1) regionální úroveň – krajina
(2) lokální úroveň – ekosystém
• překážkou jsou geomorfologické tvary
• překážkou jsou krajinné prvky - větrolamy, lesní porosty, obydlí
• skutečný povrch je větší než mapový průmět
• povrch je dán především povrchem vegetace
VELIKOST PLOCHY - ORGANISMUS 3. Úroveň organismu:
AKTIVNÍ POVRCHY POVRCH KŮŽE ČLOVĚKA JE CCA 1,7 m2
3
AKTIVNÍ POVRCHY
AKTIVNÍ POVRCHY
VNITŘNÍ POVRCH DÝCHACÍ SOUSTAVY ČLOVĚKA JE CCA 100 m2
VNITŘNÍ POVRCH TRAVICÍ SOUSTAVY ČLOVĚKA JE CCA 200 m 2
INDEX LISTOVÉ PLOCHY
VELIKOST PLOCHY - ORGANISMUS 3. Úroveň organismu:
MNOŽSTVÍ LISTOVÍ – ZÁKLADNÍ EKOLOGICKÝ PARAMETR
• vnější povrch
Vyjádření: LA – celková listová plocha [m 2]
• vnitřní povrchy
LAI – index listové plochy = LA : P
živočichové:
trávicí soustava
ingesce
dýchací soustava inhalace rostliny
parenchym v listech
LAD – hustota listoví = LA : V P [m 2]
Příklady LAI • porosty kulturních rostlin
4-8
• středně husté smrkové porosty
3-5
• borovice lesní 20 let – bez přihnojování
2,8-4,4
• borovice lesní 20 let – s přihnojováním
5,5-9,4
CHARAKTERISTIKA ROZHRANÍ Základní charakteristiky: 1. velikost plochy 2. odpor (rezistence) rozhraní
V
Odpor rozhraní zásobník A
Da
tok látky
zásobník B
Db
Propustnost (permeabilita) Db P = --------Da
Odpor (rezistence) Da - Db R = ----------Db
4
Tok látky tok látky = množství látky, které přejde přes rozhraní za zvolenou časovou jednotku
5.2 BILANCE LÁTKOVÉHO TOKU
1 rok je definován jako 3,1536 . 107 s
• emise látek ze zdroje (g/s, kg/rok, ..) • průtok vody v říčním profilu (m3/s)
Vývoj látkových odtoků - Vltava
Hustota toku látky hustota toku látky = tok látky vztažený na jednotku plochy rozhraní Příklady: • prašný spad (tj. přestup mezi atmosférou a pedosférou) 1 g.m-2.rok-1 = 10 kg.ha.rok-1 = 1 t.km-2.rok-1 • množství dešťových srážek - běžně se udává jako výška vodního sloupce = m3.m-2. rok-1
(STATISTICKÁ ROČENKA ŽP ČR, 2004)
Roční srážky 2003
Bilance látkového toku zdroj (vznik) - mn vstup (input) mi výstup (output) me propad (zánik) - mm
∆m = mi + mn - me - mm (STATISTICKÁ ROČENKA ŽP ČR, 2004)
5
Bilance látkového toku ∆m = mi + mn - me - mm ∆m = 0 ∆m > 0 ∆m < 0
rovnováha kumulace – riziko překročení meze tolerance vymývání – riziko u ztráty živin
5.3 BIOGEOCHEMICKÉ CYKLY
ZÁKLADNÍ ÚDAJE
HRANICKÁ PROPAST
LOKALIZACE V RÁMCI ČR
q NPR Hůrka u Hranic q na pravém břehu Bečvy u Hranic na Moravě q vyhlášena 1952 q rozloha 37,45 ha q součástí rezervace je Hranická propast
HLOUBKA PROPASTI
q celková hloubka není známa q sondou dosaženo 330 m q předpoklad asi 700 m
Hranická propast
6
VZNIK KRASOVÝCH JEVŮ Základní princip: q rozpouštění vápence kyselinou uhličitou (= oxid uhličitý + voda)
VZNIK HRANICKÉ PROPASTI q působení termálních minerálních vod z hlubin země
Dva zdroje oxidu uhličitého: q v dešťových srážkách – ve většině krasových oblastí - rozpouštění z povrchu
q rozpouštění vápence zespodu
q z minerálních vod – Hranická propast - rozpouštění zespoda Minerální vody
TOK ENERGIE A KOLOBĚH HMOTY
5.3.1. CYKLUS UHLÍKU
ENERGIE SLUNEČNÍHO ZÁŘENÍ
ENERGIE CHEMICKÉ VAZBY
SLUNEČNÍ ZÁŘENÍ
ENERGIE TEPELNÁ
PRODUCENTI
KONZUMENTI
DESTRUENTI
TEPLO
JEDNOSMĚRNÝ TOK ENERGIE
KOLOBĚH UHLÍKU
KRÁTKÝ A DLOUHÝ CYKLUS a) Koloběh uhlíku
atmosféra
spalování fosilních paliv
odběr CO 2 fotosyntézou
PRODUCENTI
dýchání
využívání krajiny
terestická společenstva CO2, , VODA, MINERÁLNÍ LÁTKY
KONZUMENTI
organický C v odtokových vodách
voda půda
DESTRUENTI
řeky, jezera, oceány
fotosyntéza a odběr. organismy
lidské aktivity
vodní společenstva
těžba fosilních paliv
KRÁTKÝ CYKLUS DLOUHÝ CYKLUS
POUZE NĚKOLIK % PRODUKCE VSTUPUJE DO DLOUHÉHO CYKLU
horniny
sedimenty oceánů
(Begon, Harper, Wowsend: Ekologie, 1997)
7
CELULÓZA
5.3.2. CYKLUS DUSÍKU
ZÁKLADNÍ STAVEBNÍ KÁMEN ROSTLINNÉ ŘÍŠE
KOLOBĚH DUSÍKU b) Koloběh dusíku atmosféra
spalování zvyšuje NO
využívání krajiny zemědělství, hnojiva
terestická společenstva
lidské aktivity
EUTROFIZACE
rybářství
voda půda
řeky, jezera, oceány
vodní společenstva
horniny
sedimenty oceánů
(Begon, Harper, Wowsend: Ekologie, 1997)
PASTVA V APLÍNSKÉM PÁSMU
vodní květ sinic
Švýcarské Alpy
8
KRKONOŠE – BUDNÍ HOSPODÁŘSTVÍ
BUDNÍ HOSPODÁŘSTVÍ 16. – 19. STOLETÍ • Počátek 19. stol
- asi 2 600 bud - 20 000 ks hovězího dobytka - 10 000 ks koz
Rezek
KRKONOŠE – BUDNÍ HOSPODÁŘSTVÍ
EUTROFIZACE RAŠELINIŠŤ
•DŮSLEDKY •Vykácení 30% ploch kleče •Pohyb dobytka destrukce původního pokryvu •hnojení (statková i průmyslová hnojiva) eutrofizace •odmítání organické hmoty ochuzování půd •vznik komunikací změna vodního režimu
• ZÁSADY ZMĚNY V KOLOBĚHU HMOTY (N, P, H2O) •Dnešní horské louky se vzácnými rostlinami (violka sudetská, zvonek český, jestřábník oranžový)
• DŮSLEDEK LIDSKÉHO HOSPODAŘENÍ
EUTROFIZACE HORSKÝCH EKOSYSTÉMŮ př. VYSOKÉ TATRY – TOMANOVÁ DOLINA NEDOSTATEK ŽIVIN (N) + KLIMATICKÉ PODMÍNKY
EMISE
POMALÉ MIKROBIOLOGICKÉ PROCESY HROMADĚNÍ VRSTEV RAŠELINÍKU (až 60 cm vrstvy) (společenstvo Sphagno-Empetrum)
NÁHRADA
ROSTL. SPOLEČENSTVA KYSELÉ DEŠTĚ
Oreochloetum distichae
ZMĚNA HYDROLOGICKÝCH POMĚRŮ LIKVIDACE
ZVÝŠENÝ PŘÍSUN DUSÍKU
RETENČNÍ SCHOPNOSTI LETNÍCH PRŮTOKŮ
ROSTL. SPOLEČENSTVA
URYCHLENÍ ROZKLAD. PROCESŮ
POVODNÍ
Oreochloetum distichae
9
ZMĚNY V DEKOMPOZIČNÍM ŘETĚZCI př. CHVOSTOSKOCI společenstvo CALAMAGROSTIS VILLOSAE
KYSELÉ DEŠTĚ počet jedinců [jedn/m2]
rok PŘÍSUN DUSÍKU 1977 1990
počet druhů
80 000 300 000
12 24
ZVÝŠENÁ PRIMÁRNÍ PRODUKCE ZVÝŠENÝ ODPAD NÁRŮST POČETNOSTI PŮDNÍ FAUNY
KOLOBĚH FOSFORU
5.3.3. CYKLUS FOSFORU
a) Koloběh fosforu atmosféra lidské aktivity odpadní vody
terestická společenstva
odlesňování hnojiva rybářství
voda
vodní společenstva
řeky, jezera, oceány
půda
sedimenty oceánů
horniny (Begon, Harper, Wowsend: Ekologie, 1997)
KOLOBĚH SÍRY
5.3.4. CYKLUS SÍRY
c) Koloběh síry atmosféra SO2 ze spalování fosilních paliv
sopečná činnost
terestická společenstva
voda půda
tříšť mořské vody
řeky, jezera, oceány
horniny
lidské aktivity
vodní společenstva
sedimenty oceánů
(Begon, Harper, Wowsend: Ekologie, 1997)
10
