Voda - Chemické vlastnosti Kyslík
Významný pro:
Do vody se dostává:
dýchání hydrobiontů, aerobní rozklad organické hmoty.
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.
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.
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.
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.
Oxid uhličitý
Je nezbytný pro fotosyntézu, pro stavbu těl organismů a je důležitým regulátorem ekosystému vodních nádrží.
Do vody se dostává:
Ve vodě je přítomen v několika formách:
při rozkladu organických látek, dýcháním vodních živočichů, z ovzduší (se vzduchem a se srážkami). 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.
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 HCO330 % 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 250-2 000 kg C/ha. Je třeba realizovat doplňování.
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.
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)
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.
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.
Fosfor
Ve vodě se vyskytuje v mnoha podobách. Rozlišujeme zejména: 1) orthofosfáty PO4-, 2) polyfosfáty většinou allochtonního původu, 3) organický fosfor vázaný v organismech jako orthonebo polyfosfáty, 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.
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").
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:
BSK5 CHSKMn
Pstruhařství
K - hospodářství
do 2 mg.l-1 do 5 mg.l-1
do 8 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.
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 povrchové vody
4 mg. l-1 8 mg. l-1
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
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.
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.
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.
Acidifikace vodních ekosystémů
V globálním měřítku se negativní vlivy projevily po roce 1960. 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. 1980 asi 75 – 100 milionů tun síry.
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 15-20 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.
