Hydrobiologia

Chemizm wód

Gazy w środowisku
wodnym: tlen,
dwutlenek węgla;
Sole mineralne; azot i
fosfor;
Materia organiczna;
Wpływ zlewni na chemizm
wód;

Specyfika chemizmu

wody naturalnej

• Woda w przyrodzie

nie występuje nigdy
jako czysty związek
chemiczny

• Stosunki

chemiczne w wodzie
naturalnej są ściśle
powiązane z
zachodzącymi w
niej procesami
biologicznymi

•

Stopień rozpuszczalności

substancji chemicznych
zależy od stałej
rozpuszczalności i od
temperatury. Dla ciał
stałych zależność od
temperatury jest wprost
proporcjonalna, natomiast
dla gazów odwrotnie
proporcjonalna, tzn. w
wyższej temperaturze
rozpuszczalność gazów
maleje.

Gazy w środowisku

wodnym

• Gazy w wodzie

naturalnej pochodzą

z trzech źródeł:

z atmosfery,

są produktem

procesów życiowych

organizmów albo

wytworem przemian

chemicznych

zachodzących w

samej wodzie.

• Z atmosfery przedostaje

się do wody tlen, azot,
dwutlenek węgla i gazy
szlachetne.

• W samej wodzie na skutek

procesów biologicznych i
chemicznych wytwarza
się, poza trzema wyżej
wymienionymi,
siarkowodór, wodór,
amoniak, dwutlenek siarki
oraz tlenek węgla.

Zawartość trzech

podstawowych gazów w

różnych środowiskach

Pochodzenie tlenu w

wodzie

• Rozpuszczony w

wodzie naturalnej
tlen pochodzi z
dwóch źródeł: z
atmosfery (drogą
dyfuzji) oraz z
procesu
biologicznego -
fotosyntezy.

• Przenikanie z atmo- sfery

jest procesem mało
efektywnym (w stałej
temperaturze znalazłby
się tlen na głęb. 6 m, po
roku, w stęż. 0,25 cm

3

/l).

• W rzeczywistości proces

przenikania tlenu do wody
jest znacznie szybszy
dzięki falowaniu.

• Na rozprzestrzenianie się

tlenu w wodzie wpływa
turbulencja i prądy.

Tlen w wodzie naturalnej

• Teoretyczne

nasycenie wody
tlenem w temp.
+4°C = 13 mg (9
cm

3

) w litrze.

• Rzeczywista ilość

tlenu w wodzie
zależy od
temperatury i
żyzności zbiornika.

Ilość tlenu w wodzie

naturalnej

(w mg albo w cm

3

na litr lub w %

nasycenia)

• Stan, w którym w wodzie, w danych

warunkach fizycznych (szczególny wpływ
ma temperatura), zawarta jest największa
możliwa ilość tlenu to stan nasycenia.

• Procent nasycenia jest to stosunek

rzeczywistej zawartości do stanu nasycenia.

• Różnicę między możliwym stanem

nasycenia a rzeczywistą zawartością tlenu
określa się jako deficyt tlenowy.

Deficyt tlenowy - przyczyny

powstania

•

oddychanie (trwa dniem i nocą);

•

rozkład substancji organicznej
(utlenianie);

•

reakcje chemiczne (wiązany na stałe w
pewnych solach np. żelazawe w żelazowe);

•

banieczkowanie (gwałtowne zmiany
temperatury lub unoszeniem się do atmosfery
w postaci banieczek tlenu zmieszanego z
innymi bardziej rozpuszczalnymi gazami.

Tlenowa typologia jezior

wg Thienemanna

(różnice w ilości tlenu w

hypolimnionie)

• Typ podalpejski (2) -

duża zawartość tlenu
aż do dna;

• Typ bałtycki (1) - w

hypolimnionie, też w
metalimnionie
czasem, zaznacza się
deficyt tlenowy, który
przy dnie może
oznaczać całkowity
brak tlenu.

Uwarstwienie tlenowe

• Warstwa trofogeniczna, czyli

wytwórcza;.

• Głębokość, gdzie dwa typy procesów się

równoważą (produkcja tlenu i jego ubytki
są zbilansowane) nazywa się poziomem
kompensacyjnym (odczyt widzialności
krążka Secchiego pomnożony przez 1,5).

• Warstwa trofolityczna - warstwa

rozkładu materii organicznej.

Stosunki tlenowe w

oceanach

• Atlantyk: w strefie międzyzwrotnikowej-

w górnej warstwie znaczne ilości tlenu,
głębiej zawartość bardzo znacznie spada,
nieraz nawet poniżej 1 cm

3

/l, wody głębiej

od 1500 m zawierają około 5-6 cm

3

/l;

• w wodach arktycznych - warstwy górne

prawie 100% nasycenia, równomierny,
wolny spadek w głąb (na głębokości ponad
3000 m deficyt wynosi zaledwie 15%).

Stosunki tlenowe w

morzach

• Morze Czarne - warstwa dobrze

natleniona sięga do około 150 m, głębiej
ilości tlenu są znikome lub go brak.

• Bałtyk - od wielu lat stwierdza się duże

obszary dna z zalegającym siarkowodorem.
Są to tzw. pustynie azoiczne - tam gdzie
występuje siarkowodór brak jest tlenu,
stąd formy życia tlenowego w tych
rejonach są niemożliwe.

Pochodzenie dwutlenku węgla w
wodzie

• Pochodzi głównie z procesów

fermentacyjnych zachodzących w mule
dna, z oddychania zwierząt i w niedużej
ilości z rozpuszczania się w wodzie
gazowego CO

2

zawartego w powietrzu.

• Ilość CO

2

zależy od intensywności

fotosyntezy (

niekiedy w ciepłe dni już w południe jest

wyczerpany cały zapas wolnego dwutlenku węgla)

.

• Wahania dobowe mogą być bardzo duże.

Zachowanie się dwutlenku węgla w

wodzie

• Dwutlenek węgla rozpuszczony w wodzie

wchodzi w połączenia z wodą dając słaby kwas
węglowy H

2

CO

3

, który szybko ulega dysocjacji na

jony H

+

i HCO

3-

.

• Jon HCO

3-

łatwo reaguje z jonami metali lekkich,

szczególnie z wapniem, dając dwuwęglan wapnia
Ca(HCO

3

)

2

(rozpuszczalność - 1170 mg/l). Jest to

związek nietrwały, łatwo rozpadający się z wy-
tworzeniem słabo rozpuszczającego się w wodzie
węglanu wapnia CaCO

3

, którego rozpuszczalność

w wodzie wynosi jedynie 13 mg/l.

Równowaga węglanowo -

wapniowa

• Utrzymanie się dwuwęglanu wapnia w

roztworze uzależnione jest od ilości
CO

2

. Gdy jest ona odpowiednia

wówczas ustala się pewien stan
równowagi. Dwutlenek węgla
powodujący tę równowagę, czyli
potrzebny do utrzymania dwuwęglanu
wapnia w roztworze, nazywany jest
CO

2

równowagi lub CO

2

przynależny.

Biologiczne odwapnianie

wody

efekt fotosyntezy

• Rozkład dwuwęglanu odbywa się głównie w

trakcie procesu fotosyntezy roślin, które w dzień
wykorzystują go w dużych ilościach. Powodują
one przez to zmniejszenie się ilości CO

2

przynależnego, a w efekcie rozpad dwuwęglanu
wapnia z wytrąceniem węglanu wapnia,
mogącego istnieć w roztworze tylko w ilości do
13 mg/l. Tak więc cały nadmiar wytrąca się z
wody i osadza w postaci drobnego pyłu
najczęściej na powierzchni roślin.

• Ca(HCO

3

)

2

<=> CaCO

3

+ CO

2

+ H

2

O

Oddychanie - biologiczna
produkcja CO

2

• Oddychanie, szczególnie nocą, może

doprowadzić do zwiększenia ilości CO

2

.

• Gdy ilość dwutlenku węgla jest większa

niż CO

2

przynależnego nadwyżka ta

powoduje rozpuszczanie węglanu wapnia
do formy dwuwęglanu (

ponad przynależna

ilość CO

2

.).

• Nazywany często CO

2

agresywny -

(

powoduje rozpuszczanie kamieni wapiennych na dnie

lub brzegach, a także korozję umocnień betonowych).

Dwuwęglan wapnia - regulator
pH wody

•

Dwuwęglan wapnia jako sól słabego kwasu
zapobiega silniejszym wahaniom pH.

•

W obecności mocnych kwasów lub zasad
wchodzi z nimi w reakcję, zobojętniając je.

•

Ca(HCO

3

)

2

+ 2HCl => CaCl

2

+ 2CO

2

+ 2H

2

O

•

Ca(HCO

3

)

2

+ 2KOH => CaCO

3

+ K

2

CO

3

+ 2H

2

O

•

Podczas tych reakcji nie następuje uwolnienie
ani jonów H

+

, ani OH

-

, od których proporcji

zależy odczyn wody.

Procentowy udział różnych

form CO

2

w zależności od pH

wody

• Przy pH około 4 dwutlenek

węgla występuje w 100% w
postaci wolnej, która znika
prawie zupełnie już przy
pH=8. Inaczej zachowuje
się jon HCO

3-

, który wraz

ze wzrostem pH wymienia
się z wolnym CO

2

, aby go w

pełni zastąpić przy pH=8.
Natomiast przy dalszym
wzroście pH jego zwartość
maleje, a jego miejsce
zajmuje jon CO

3--

.

Zmienność dobowa

zawartości CO

2

oraz innych

parametrów w wodzie

powierzchniowej latem

Rozkład pionowy stężenia

CO

2

i O

2

na przełomie

przemieszania wiosennego i

uwarstwienia letniego

Odczyn wody

jako czynnik ekologiczny

• Organizmy wodne nie znoszą dużych

wahań odczynu wody (pH 6,5 a 8,5).

• Woda w warstwie powierzchniowej oceanów i wielu otwartych

mórz ma odczyn zasadowy od pH 7,8 do 8,4 lub nawet 8,0-8,3.

• Większe jeziora o normalnej zawartości węglanów mają także

wodę zasadową o pH 8 lub nieco wyższym.

• Podobnie kształtuje się odczyn wody w wielu większych

rzekach.

• Jednakże istnieją również zbiorniki wodne, w których poprzez

nagromadzenie wolnego CO

2

lub znaczną zawartość kwasów

mineralnych lub organicznych (np. humusowych) odczyn wody
jest mniej lub bardziej kwaśny.

Ilość CO

2

w wodzie

a produkcja biologiczna

• Przed zbyt silnymi wahaniami odczynu

zabezpiecza wodę wapń. Jest więc on bardzo
ważnym czynnikiem w procesie produkcji
biologicznej w wodzie. Wody o małej zawartości
wapnia są zwykle zakwaszone i nieurodzajne.
Wody o zawartości wapnia powyżej 65 mg/l
CaCO

3

są silnie buforowane o wahaniach

odczynu w granicach 2,5 stopnia pH. Duże
zapasy

CO

2

związanego

w

węglanach

zapewniają dużą produkcję roślinną, tym
samym dużą urodzajność.

Skład chemiczny wód

zawartość podstawowych soli w 1

litrze wody

• W wodach naturalnych

mogą być obecne
teoretycznie wszystkie
pierwiastki i związki
chemiczne notowane w
skorupie ziemskiej.

• Tak jest w przypadku

wody morskiej.

• W wodzie morskiej

przewaga soli kuchennej,
wody słodkie - przewaga
węglanów nad innymi
solami.

Zasolenie

• Zasolenie rozumie się jako całkowitą ilość

rozpuszczonych elektrolitów w litrze wody.

• Stopień zasolenia podaje się w promilach (S

‰).

Zasolenie S=10‰ oznacza, że w 1 litrze wody

rozpuszczonych jest 10 g soli

.

Aktualnie stosuje się

jednostki PSU = tyle co ‰.

• Stopień zasolenia wód jest zróżnicowany.

Można go uszeregować od zbiorników ze

śladową ilością soli do zbiorników o bardzo

dużym jej stężeniu. Różne są w literaturze

naukowej systemy klasyfikacji wód ze względu

na ich zasolenie

Kategorie wód wg stopnia

zasolenia system wenecki

•

Wody miksohalinowe

(słonawe) zostały

dalej podzielone na

trzy podkategorie:

•

miksopolihalinowe -

zasolenie 30-18‰,

miksomezohalinowe

- zasolenie 18-5‰,

miksooligohalinowe

- 5-0,5‰.

Biologiczne konsekwencje
gradacji zasolenia w
Bałtyku I

• Bałtyk jest typowym morzem

słonawym o zmniejszającym się

zasoleniu w kierunku północno-

zachodnim. W rejonie Cieśnin

Duńskich zasolenie wód

powierzchniowych wynosi 19-

20‰, w okolicach wyspy Rugia

8,5‰, przy Helu 7,75‰, w

Zatoce Botnickiej 2-5‰. Tak

duża gradacja zasolenia ma

swoje konsekwencje

biologiczne. Jedną z nich jest

ubożenie gatunków flory

i fauny morskiej w

miarę obniżania się

stopnia zasolenia.

Biologiczne konsekwencje

gradacji zasolenia w

Bałtyku II

Zjawisko karlenia

wyraźnie widoczne

jest u małży. U

mięczaków morskich

żyjących w obniżonym

zasoleniu, poza

zmniejszoną

wielkością ciała,

zaznacza się również

zmniejszenie grubości

muszli. Wskazywałoby

to na fakt, iż niższe

zasolenie obniża

tempo metabolizmu.

Pochodzenie elektrolitów w
wodzie

• Elektrolity dostają się do wód w wyniku procesu

rozpuszczania podłoża zbiornika.

• Wnoszone są także z dopływami i z opadami

atmosferycznymi.

• Odzyskiwane są także w procesie rozkładu

obumarłych organizmów.

• Zawartość elektrolitów w wodzie określa się

ważąc pozostałość po spaleniu przefiltrowanej i

odparowanej próby uzyskanej z określonej

objętości wody.

• Również mierząc przewodnictwo elektrolityczne

wody.

Zawartość elektrolitów

w wodach słodkich

• Zawartość soli mineralnych w wodach słodkich

nie jest duża i waha się w granicach 50-600 mg/l.

• Najuboższe są zbiorniki wykształcone na podłożu

skalistym, np. granitowym (ok. 50 mg/l),

• bogatsze są jeziora górskie, ale o podłożu

wapiennym (100-200 mg/l).

• więcej soli w jeziorach na niżu (200-400 mg/l).
• W rzekach zawartość soli od 50 do 600 mg/l.
• Zbiorniki wykształcone na podłożu torfowym,

tzw. wody kwaśne, zawierają bardzo mało

elektrolitów, za to dużo materii organicznej.

Twardość wody

parametr jakości wody

• Zawartość elektrolitów w wodzie

decyduje o jej jakości, co określa
się mianem twardości ogólnej.

• Woda miękka zawiera poniżej 50

mg soli w litrze, większe wartości
soli odnoszą się do wód średnio
twardych i twardych.

Znaczenie biologiczne

elektrolitów

• Jedne np. węgiel, azot, fosfor, siarka, magnez

wapń, potas, żelazo, krzem, zużywane są przez

rośliny w dużych ilościach (makroelementy).

• Inne potrzebne są w bardzo małych ilościach

(mikroelementy), jak np. bar, mangan,

molibden, miedź, brom, jod, fluor, glin, cynk.

•

Obecność pierwszych działa stymulująco na wzrost

roślin, drugie zaś w większych ilościach go hamują.

• Specyficzną rola w środowisku odgrywają

związki tlenowe azotu i fosforu, jako

elementy biogenne (biogeny, nutrieny).

Azot jako element

biogenny

•

Rośliny zużywają w dużej ilości sole kwasu

azotowego i sole amonowe. Bardzo rzadko

natomiast korzystają z wolnego azotu

rozpuszczonego w wodzie.

•

Wolny azot bywa pobierany przez niektóre

bakterie, sinice oraz glony, przez co zwiększa

się ogólna pula tego pierwiastka w wodzie.

•

Azot w wodzie pochodzi niemal wyłącznie z

atmosfery. Źródłem wolnego azotu w wodzie

mogą być również bakteryjne procesy

redukcji amoniaku.

Cykl przemian azotowych w

wodzie

Zawartość azotu w

morzach

(mg N/No

3

w m

3

)

• W wodach powierzchniowych oceanu za średnią przyjmuje

się ok. 10 mg/m3 azotu. W rejonach otwartych azotu jest

zazwyczaj mniej, a w basenach przybrzeżnych więcej (np.

w Morzu Północnym powyżej 15 mg/m3).

• W rozmieszczeniu pionowym zaznacza się wyraźny wzrost

wraz z głębokością. W Atlantyku u wybrzeży francusko-

hiszpańskich w warstwie 0-50 m stwierdzono 90 mg

N/NO3 w 1 m3, na głębokości 200 m - 150, 400 m - 230, a

na 2000 m aż 325 mg.

• Wyjątkowo duże ilości azotu stwierdzono w głębszych

warstwach Morza Czarnego, gdzie ogólna jego zawartość,

głównie w postaci amoniaku, wynosi 1500 mg/m3. Jest to

oczywiście związane z brakiem cyrkulacji pionowej i

brakiem możliwości jego biologicznego zużytkowania.

Zawartość azotu w wodach

słodkich

(mg N/No

3

w m

3

)

• W głębokich jeziorach

, np. w jeziorze

Górnym Lunz na powierzchni stwierdzono 1 mg,

natomiast nad dnem 820 mg.

• W jeziorach górskich

azotu jest bardzo

mała.

• W jeziorach niżowych

znacznie więcej, np.

w hypolimnionie latem może być go ponad 1000

mg (azot amoniakalny).

• W rzekach

zawartość azotu jest różna w

zależności od odcinka biegu rzeki - w dolnym

jego ilości mogą być znaczne.

Zmienność sezonowa

zawartości azotu w wodzie

• Jest ściśle związana z cyklicznością sezonową w

rozwoju fitoplanktonu.

• W strefie umiarkowanej, niezależnie czy w morzach, czy

w zbiornikach śródlądowych, następuje ostry spadek

stężenia azotu w wodzie tuż po zakwicie wiosennym.

• W okresie letnim wegetacja jest na ogół nieco mniejsza,

co powoduje nieznaczne odnowienie zapasów

naruszanych niekiedy przez jesienny, znacznie zresztą

mniejszy od wiosennego, zakwit okrzemek.

• W okresie zimy, kiedy wegetacja jest zahamowana,

następuje odbudowanie zapasów rozpuszczonych soli

azotowych, które znowu zostaną wykorzystane na

wiosnę.

Fosfor jako element

biogenny

• Fosfor jest pierwiastkiem regulującym

produkcję biologiczną i jako przenośnik

energii jest elementem nieodzownym w

procesach życiowych.

• Występuje w małych ilościach w wodzie

naturalnej, a jego niedobór może ograniczać

lub hamować produkcję.

• W porównaniu do azotanów, fosforany

występują w wodach w znacznie mniejszych

ilościach (0,001-0,1 mg/l P

2

O

5

). Są także w

mniejszym stopniu zużywane przez rośliny.

Dynamika przemian
fosforanów

• Rozmieszczenie fosforanów w zbiorniku

wodnym jest na ogół odwrotnie proporcjonalne

do stężenia tlenu.

• W okresie stagnacji letniej w epilimnionie fosfor jest szybko

zużywany przez fitoplankton, natomiast wobec braku tlenu

w hypolimnionie, sole żelazowe kwasu fosforowego ulegają

redukcji na łatwiej rozpuszczalne żelazawe.

• Jesienią podczas cyrkulacji, przy dobrym natlenieniu,

wytrąca się z wody prawie cały zapas fosforu i osadza na

dnie w postaci nierozpuszczalnego fosforanu żelazowego.

• Jest to zjawisko występujące cykliczne w zbiornikach z

okresami przemieszania i stagnacji

.

Cykl przemian fosforu w
wodzie

• Fosfor rozpuszczony w wodzie pochodzi z lądu,

jest wymywany z gleby (trudniej od azotu), oraz

z rozkładu organizmów.

• Pierwiastek ten uwalnia się także z połączeń

organicznych za pośrednictwem bakterii, oraz

znacznie efektywniej w czasie rozkładu (autolizy)

obumarłych organizmów wodnych.

W procesie

autolizy czynny udział bierze enzym fosfataza, który odczepia fosfor

z nukleoproteidów. Jest to proces szybki - już po 10 minutach z ciała

nieżywych organizmów zaczyna wydzielać się fosfor nieorganiczny.

Po 30 minutach od chwili śmierci już 12%, a po 24 godzinach 50-

60% ogólnej ilości fosforu przechodzi w fosforany. Stąd też tempo
cyrkulacji fosforu w wodzie jest szybsze niż azotu.

Zawartość fosforu w wodach

naturalnych

• W Morzu Północnym na powierzchni notuje się przeciętnie

około 20 mg fosforu w m

3

. Wraz z głębokością zawartość

stopniowo rośnie.

• W jeziorach zawartość fosforu jest dość zróżnicowana. W

próbie 494 jeziorach w stanie Wisconsin (USA) stwierdzono

w 20% jezior ślady fosforu lub jego brak, w 40% -2-3 mg/m3,

w 18% - 4 mg, a w 6% - 6,7 mg w m3 wody - w warstwie

powierzchniowej w okresie stagnacji letniej.

• W jeziorach Pojezierza Bałtyckiego latem w epilimnionie

zawartość fosforu wynosi przeciętnie 0-4 mg/m3, zaś w

hypolimnionie 15-30 mg/m3. Natomiast podczas cyrkulacji

zawartość jest wyrównana - wiosną 9-10 mg/m3, jesienią 6-8

mg/m3.

• W jeziorach meromiktycznych w monimolimnionie dochodzi

do 800 mg/m3.

Wahania sezonowe
zawartości fosforu w
wodach naturalnych

• Wahania sezonowe zawartości

fosforu mają podobny przebieg jak
azotu.

•Uderzająca

jest

zależność

między rozwojem fitoplanktonu
a zasobami fosforu.

Materia organiczna

• Pojęcie

materii

organicznej

odnosi się do:

• -postaci

uorganizowanej

jako

składnika organizmów,

• -zawiesiny obumarłych szczątków

organicznych,

• -związków organicznych w stanie

koloidalnym lub rozpuszczonych

w wodzie.

Pochodzenie materii
organicznej

• Materia organiczna allochtoniczna -naniesiona

przez dopływy, opady atmosferyczne lub zmyta

z brzegów, czyli pochodzi spoza zbiornika.

• Materia organiczna autochtoniczna -

powstaje w samym zbiorniku, jako wynik

produkcji biologicznej.

• W substancji autochtonicznej stosunek C:N

wynosi 10-12:1, a w allochtonicznej 45-50:1.

Materiał allochtoniczny jest ubogi w białka -

najprawdopodobniej transport powoduje ich

wyługowanie.

Metody określania

zawartości materii

organicznej w wodzie

• Wyliczenie różnicy między pozostałością a wagą

przed spaleniem odparowanej wody.

• Oznaczenie tzw. utlenialności, czyli zużycia tlenu

potrzebnego do utlenienia materii organicznej w

określonych warunkach.

• Okreslebnie biochemicznego zapotrzebowania tlenu

(BZT). Wyrażone jest ono przez ilość tlenu zużytego w

określonym czasie do utlenienia związków organicznych

obecnych w wodzie, przy współudziale mikroorganizmów.

• Zawartość materii może być także wyrażana poprzez

zawartość węgla organicznego lub azotu organicznego,

względnie wzajemnego ich stosunku.

• Oznaczanie składu chemicznego jest bardzo trudne.

Wykorzystanie materii

organicznej przez organizmy

wodne

• Jest ona przede wszystkim podstawą rozwoju

bakterii i grzybów wodnych, gdyż dla nich stanowi

źródło energii.

• Osmotycznie korzystają z niej miksotrofy, do

których należą niektóre glony i drobne zwierzęta

planktonowe.

• Również ryby w pewnym zakresie mogą korzystać

z rozpuszczonej materii organicznej. Duże ilości

materii organicznej sprzyjają rozwojowi flory

bakterii saprofitycznych będących doskonałym

pożywieniem

dla

filtrujących

zwierząt

planktonowych - podstawy pokarmu wielu ryb.

Otoczenie zbiornika
wodnego

• Zlewnia jest to obszar, na którym zbierają się i

z którego spływają do zbiornika wodnego

wszystkie wody powierzchniowe i podziemne.

• Zlewnia, jeśli dotyczy rzeki, często nazywana

jest dorzeczem. Analogiczny obszar, odnoszący

się do morza, nosi nazwę zlewiska. Ze zlewni

do

zbiornika,

wskutek

rozpuszczającego

oddziaływania wody, przenoszone są różne jej

składniki.

• Obszar, z którego zwiewane są wiatrem różnego

typu zawiesiny, określa się nazwą zwiewni.

Wymywanie z podłoża
substancji

• Rozpuszczanie, czyli wyciąganie z sieci

krystalicznej minerału jakiegoś jonu,

wymaga przezwyciężenia siły wiążącej go w

tej sieci. (dokonują tego naładowane

dwubiegunowo cząsteczki wody).

• Gdy tzw. energia hydratacji - energia ładunku cząsteczki wody w

procesie rozpuszczania - jest dostatecznie duża, następuje wyrwanie

z sieci krystalicznej danego jonu i przeniesienie go do roztworu. Jony

takie otoczone są otoczką z cząsteczek wody, czyli tzw. obwódką

hydratacyjną.

• Proces ten może być w wodzie stojącej zahamowany z chwilą, gdy

wyrówna się energia łączących się jonów i wytworzy się roztwór

nasycony.

• W wodzie bieżącej przybywają coraz to nowe cząsteczki wody,

włączając się do procesu rozpuszczania podłoża.

Postaci materii

organicznej

• Wymyte z podłoża substancje mogą

pozostawać w postaci:

• zdysocjowanej,
• koloidów, gdy składowe części rozpuszczonego

związku są większe od 0,001 µm,

Roztwór

koloidalny bywa zabarwiony lub opalizujący (nieco

mętnawy). W wodach naturalnych koloidy tworzy

krzemionka i humus o ładunkach ujemnych oraz

wodorotlenki żelaza i glinu o ładunkach dodatnich.

• zawiesiny - gdy części składowe są większe

od 0,1 µm.

Zdolność do
rozpuszczania skał

• Zależy od:
• Charakteru rozpuszczalnika (Zdolność do

rozpuszczania skał przez wodę jest
wzmacniana wskutek obecności w niej CO2,
która staje się wtedy kwasem węglowym. W
takiej formie rozpuszcza ona prawie
wszystkie minerały skało- i glebotwórcze.)

• Typu skał (Stopień rozpuszczania się skał

jest zróżnicowany.

Minerały w skali od

najłatwiej do najtrudniej

rozpuszczalnych

• Minerały w skali od najłatwiej do najtrudniej

rozpuszczalnych można ułożyć następująco:

• sól kamienna> gips> kalcyt> dolomit>

skaleniowce (nefelin, oliwin)> pirokseny i
amfibole> serpentyn> plagioklazy bogate w
anortyt (z Ca)> plagioklazy ubogie w anortyt
(z Na)> ortoklaz> biotyt> kwarc> muskowit.

• Dwa ostatnie są praktycznie

nierozpuszczalne w wodzie.

Zdolność jonów do

migracji

do wody jest

zróżnicowana

• Stosunkowo łatwo migrują do wody jony NO

3

, S,

Cl, Br, w średnim stopniu jony Ca, Na, Mg, F, Sr,

Zn, natomiast trudno większość metali i

krzemionka.

• Tę różną zdolność do migracji pierwiastków

określa stosunek zawartości danego pierwiastka w

wodzie do jego całkowitej zawartości w podłożu.

Jest to tzw. wartość klarkowa pierwiastka.

Składa się na nią: rozpuszczalność związków,

właściwości rozpuszczalnika oraz wielkość kompleksu

sorpcyjnego podłoża zlewni i związana z tym łatwość

przepływu wody w podłożu. Substancje ilaste i organiczne

w podłożu będą stanowiły duży kompleks sorpcyjny.

Kształtowanie się chemizmu wód
naturalnych

• W kształtowaniu się chemizmu wód

biorą udział:

• elementy naturalne, takie jak:
• podłoże,
• szata roślinna;
• elementy zewnętrzne:
• klimat i
• działalność człowieka.

Rola podłoża w

kształtowaniu się

chemizmu wód

naturalnych

• W zależności od struktury skał proces natężenia

infiltracji będzie różny:

•

Szybko zachodzić będzie w skałach

porowatych i przepuszczalnych

, takich jak

żwiry, piaski, zlepieńce i niektóre piaskowce.

•

Trudniej w skałach porowatych i

nieprzepuszczalnych

, takich jak iły, gliny, margle

i łupki ilaste.

•

Praktycznie nie zachodzi w skałach

nieporowatych i nieprzepuszczalnych

-

granitach, gnejsach, kwarcytach, łupkach

krystalicznych i wapieniach.

Rola roślinności w

kształtowaniu się

chemizmu wód

naturalnych

• Roślinność wpływa stabilizująco

poprzez zatrzymywanie wody.

• Lasy zapobiegają wymywaniu z podłoża

składników mineralnych, zmniejszają
także erozję podłoża.

• Lasy iglaste mogą wpłynąć na

zakwaszenie wody, gdyż z ich ściółki
wymywane są fulwokwasy, będące
składnikiem związków humusowych

Rola klimatu w

kształtowaniu się

chemizmu wód

naturalnych

• Oddziaływanie klimatu związane jest z ilością

opadów.

• Powodzie przyspieszają i sprzyjają wymywaniu.
• Stopień wpływu wód opadowych uzależniony

jest od specyfiki skał zlewni i wykształcenia
szaty roślinnej. Z opadów część wody spływa
bezpośrednio do zbiornika, część przesącza się
tworząc wody gruntowe i wgłębne, które po
jakimś czasie także docierają do zbiorników.

Rola człowieka w

kształtowaniu się chemizmu

wód naturalnych

• Zrzut zanieczyszczeń komunalnych i przemysłowych.
• Wyręby na wielką skalę lasów prowadzą do zaniku jezior

wskutek obniżenia lustra wód gruntowych.

• Wyręby o zasięgu mniejszym powodują przyspieszenie

erozji,

• Zalesianie iglastymi gatunkami drzew prowadzi do

zakwaszenia wody.

• Niewłaściwie wykonana melioracja jest klęską dla wód

naturalnych, gdyż ułatwia przemieszczanie się

składników biogennych.

•

Stwierdzono, że stosunkowo łatwo wymywany jest azot w postaci

azotanów, fosfor zaś trudniej ze względu na jego dużą sorbcję przez

glebę oraz wytrącanie się z żelazem i glinem. Fosfor do wód dostaje
się głównie ze ściekami komunalnymi i przemysłowymi

.

Wpływ wód gruntowych

na chemizm wody

naturalnej

• Wody gruntowe są głównym źródłem wapnia, żelaza, manganu,

glinu i krzemionki. Pierwiastki te, znalazłszy się w zbiorniku

wodnym, podlegają dalszym reakcjom chemicznym i biologicznym,

a w efekcie osadzają się na dnie.

• Wapń wytrąca się jako węglan wapnia w procesie biologicznego

odwapniania wody. Również przy tej okazji wytrąca się częściowo

fosfor w postaci fosforanu wapniowego.

• Rozpuszczone w wodzie sole żelazawe wytrącają się w postaci

wodorotlenku żelazowego, przechodząc w obecności tlenu w

środowisku alkalicznym z formy dwuwartościowej do

nierozpuszczalnej trójwartościowej. Wodorotlenek ten osadzając się

na dnie, gdzie są duże pokłady mułu organicznego, w obecności

siarkowodoru tworzy czarny siarczek żelaza. Natomiast w wodach

dobrze natlenionych z odczynem alkalicznym osadza się na dnie w

postaci wodorotlenku żelaza, przechodząc w osad żelazisty, który z

biegiem czasu tworzy pokłady rudy bagiennej lub jeziornej.

Typy osadów dennych

• .

Sapropel jest osadem tworzącym się w wodach bardzo

żyznych, w których przy dnie brak jest tlenu. Powstaje w

wyniku procesów redukcyjnych i zawiera substancje

organiczne nierozłożone. Osady te są zwykle czarne, kleisto-

maziste, tłustawe.

• Gyttja (czytaj jüttia), powstaje w jeziorach eutroficznych. Przy

jej tworzeniu grają rolę procesy redukcyjno-utleniające. Jest to

szarozielona lub szara masa o zróżnicowanej ziarnistości,

zawsze ze szczątkami organizmów lub odchodami.

• Dy są to osady powstające w ubogich jeziorach humusowych.

Tworzą się w wyniku strącania się substancji humusowych pod

wpływem soli, szczególnie wapiennych. Stanowią one

ciemnobrunatną, zwykle gruboziarnistą, masę z brunatnymi

wtrętami koloidów humusowych. Brak w nich szczątków i

odchodów zwierzęcych.

Procesy bakteryjne w
osadach

• W

osadach

zachodzą

złożone

procesy

bakteryjnego rozkładu materii organicznej i

tym samym powrotu do obiegu biologicznego

związków

nieorganicznych,

potrzebnych

roślinom do produkcji.

• Jest to tzw. osad (biologicznie) czynny,

zasiedlony przez tzw. reducentów. Dolną

granicę zasiedlenia określa obecność substancji

pokarmowych oraz możliwość odprowadzania

produktów przemiany materii, które zalegając

zatruwają otoczenie i eliminują życie