fosfor

Obieg fosforu w przyrodzie - jeden z cykli biogeochemicznych, w którym fosfor krąży pomiędzy środowiskiem nieożywionym i organizmami żywymi.

W środowisku fosfor występuje w postaci fosforanów w skałach pochodzenia organicznego i nieorganicznego oraz resztkach kości i produktach wydalania.

Fosfor znajdujący się w glebie jest przyswajany przez bakterie fosforowe, a rozpuszczony w toni wodnej przez plankton. Organizmy te przetwarzają związki fosforu w formy dostępne dla roślin i zwierząt.

Rozpuszczalne w wodzie związki fosforu są pobierane przez rośliny, które wbudowują go w związki budujące komórki. Dla konsumentów źródłem fosforu są rośliny zielone oraz, ewentualnie, niższe w piramidzie troficznej poziomy konsumentów. Ostatnim ogniwem organizmów wykorzystujących fosfor są reducenci, organizmy te uwalniają także ten pierwiastek do środowiska w postaci rozpuszczalnych w wodzie fosforanów.

Część fosforu może wypaść z obiegu , gdy dostanie się do głębinowych osadów oceanicznych. Jednocześnie może być uzupełniany przez wietrzenie lub wymywanie ze skał zawierających związki fosforanowe rozpuszczalne w wodzie.

Eutrofizacja – proces wzbogacania zbiorników wodnych w substancje pokarmowe (nutrienty, biogeny) skutkujący wzrostem trofii, czyli żyzności wód. Proces ten dotyczy nie tylko zbiorników wodnych, ale również cieków.

Biorąc pod uwagę geologiczną historię jezior, najczęściej uważa się, że eutrofizacja jest procesem naturalnym (według innych autorów naturalnym procesem jest dystrofizacja, a eutrofizacja uważana jest za proces antropogeniczny, spowodowany zmianami w zlewni). Większość jezior zwłaszcza polodowcowych na początku była oligotroficzna, jednak ciągły dopływ do nich substancji z zewnątrz (np. ze zlewni i atmosfery), powodował wzrost koncentracji biogenów, a tym samym zwiększał trofię zbiornika. Jest to tzw. harmoniczna sukcesja jezior. Normalnie jest to proces powolny, ale został on mocno przyśpieszony w wyniku działań człowieka, takich jak zrzuty ścieków przemysłowych i komunalnych oraz w wyniku intensyfikacji rolnictwa. W szczególnie drastycznych przypadkach, np. przy zrzucaniu do jezior surowych ścieków komunalnych czy gnojówki, dochodzi do osiągnięcia przez zbiornik stanów niespotykanych w naturze: politrofii i hypertrofii (zobacz też jezioro saprotroficzne). Następuje wtedy niemal całkowity zanik organizmów wyższych poza cienką, kilkudziesięciocentymetrową warstwą wody stykającą się z atmosferą.

Specyficznie przebiega proces eutrofizacji w wodach torfowiskowych. Dopływające z otaczającego je torfowiska substancje humusowe, tworzą stałe kompleksy ze związkami fosforu i azotu, czyniąc je niedostępnymi dla roślin i glonów. W razie jego degradacji, zwykle przez przesuszenie, następuje szczególnie szybka eutrofizacja: do wody dostają się zarówno biogeny ze zlewni, jak i te uwolnione z torfowiska i związków humusowych.

Główną przyczyną ---eutrofizacji jest wzrastający ładunek pierwiastków (biogenów), przede wszystkim fosforu. Wzrost dopływu pierwiastków biogennych, w tym wypadku fosforu, obejmuje nie tylko wzrost zrzutów ścieków, ale także wzrost zawartości środków piorących i innych detergentów zawierających fosfor w ściekach. Większa ilość tego biogenu związana jest także z intensyfikacją nawożenia oraz wzrostem erozji w zlewni. Wzrost dopływu azotu, drugiego z biogenów, związany jest z wzrastającą emisją tlenków azotu do atmosfery, a tym samym dużą ich zawartością w opadach atmosferycznych. Nawożenie ziemi poddanej pod uprawę, również przyczynia się do wzrostu ładunku azotu, ponieważ fosfor znajdujący się w glebie nie jest pierwiastkiem silnie mobilnym. Silne opady deszczu mogą łatwo wypłukiwać azot z powierzchniowej warstwy gleby oraz z nawozów, przy czym do zbiornika mogą być też wniesione znaczne ilości fosforu

Na początku procesu eutrofizacji następuje umiarkowany wzrost produkcji biologicznej, co jest korzystne i przekłada się na wzrost liczebności ryb, ale po przekroczeniu pewnej granicy obserwuje się już wiele niepożądanych następstw tego procesu takich jak:

  1. Masowy rozwój organizmów fitoplanktonowych powodujących w powierzchniowej warstwie wody tzw. zakwity i zmniejszających przezroczystość tej wody. W zbiorniku wzrasta przede wszystkim ilość sinic, które utrzymując się na powierzchni tworzą często kożuchy. Masowe nagromadzenia tych glonów powodują nie tylko śmiertelność ich samych, ale również występującej tam fauny. Ponadto niektóre szczepy sinic wydzielają toksyny i nierzadko powodują uczulenia. Wydzielanie przez glony organicznych substancji psujących smak i zapach wody dyskwalifikuje takie zbiorniki jako źródła wody pitnej. Do organizmów powodujących takie problemy należą Anabaena sp. oraz Aphanisomenon sp. wiążące azot, oraz niezdolne do wiązania azotu gatunki z rodzaju Microcystis, Limnotrix i Planktotrix. Zakwity występują nie tylko w zbiornikach, ale również w rzekach. W przypadku tych ostatnich powodowane są zwykle przez zielenice lub okrzemki, które są jednak mniej uciążliwe niż sinice, których miejscem występowania są przeważnie wody stojące.

  2. Ustępowanie roślinności zanurzonej z powodu pogarszających się warunków świetlnych w strefie przybrzeżnej – litoral. Postępujące zanikanie światła pośrednio prowadzi także do przebudowy fauny tam występującej. Kożuchy glonów w tej strefie zupełnie uniemożliwiają rekreacyjne użytkowanie wody.

  3. Wyczerpanie zasobów tlenu w warstwie przydennej – hypolimnionie, a zwłaszcza profundalu i w osadach dennych prowadzi do zaniku fauny głębinowej, w tym także gatunków reliktowych. Również tarło niektórych ryb nie dochodzi do skutku, co prowadzi do ustępowania cennych gatunków np. łososia. Często zdarza się, że ryby giną zimą pod pokrywą lodową w wyniku braku tlenu. W warunkach anaerobowych dochodzi dodatkowo do różnych procesów chemicznych (amonifikacja, denitryfikacja) i powstawania metanu.

  4. Występowanie siarkowodoru, który podczas całkowitego braku tlenu może przechodzić do warstw powierzchniowych wody, ulatniać się i zatruwać atmosferę w okolicy.

Prostym sposobem kontroli trofii zbiornika jest badanie widzialności krążka Secchiego: białego krążka o średnicy 30 cm, opuszczanego na wyskalowanej lince. Jego widzialność (ang. Secchi depth) zależy od ilości zawiesiny w wodzie, a ta z kolei – głównie od ilości glonów. Na podstawie widzialności krążka Secchiego można obliczyć tzw. wskaźnik Carlsona[1][2], na podstawie którego porównuje się trofię poszczególnych zbiorników lub zmiany trofii danego zbiornika w czasie. Tenże wskaźnik można też obliczyć, mając do dyspozycji dane o ilości chlorofilu a (pomiary fotometryczne) lub związków fosforu.

Najskuteczniejszą metodą walki z procesem eutrofizacji jest ograniczenie antropogenicznego dopływu biogenów do wód – kompostowanie odchodów w miejsce odprowadzania ich do ujścia kanalizacyjnego, redukcja zawartości fosforanów w środkach piorących używanych w gospodarstwach domowych, ograniczanie stosowania nawozów sztucznych w rolnictwie.

Cykl biogeochemiczny

Cykl biogeochemiczny – krążenie pierwiastka lub związku chemicznego w obrębie całej ekosfery, łącznie z biosferą. W każdym cyklu dość łatwo można wyróżnić dwie części zasobów danego pierwiastka:

Obieg fosforu w wodzie – zespół reakcji chemicznych i biochemicznych dotyczących krążenia związków fosforu w zbiornikach wodnych.

Źródła fosforu w wodzie:

Fosfor, który trafia do zbiornika wodnego, krąży między poszczególnymi warstwami wody w rozmaity sposób, co jest zależne od typu miktycznego jeziora i od jego stanu troficznego. W zbiorniku wodnym wyróżnia się 2 obiegi fosforu: obieg mały i duży.

Mały obieg fosforu ma miejsce w okresie stagnacji, gdy wyraźnie zaznaczone jest uwarstwienie wody. Całość procesu przebiega w epilimnionie. W natlenionej i naświetlonej powierzchniowej warstwie wody znajdują się jony fosforanowe, które są pobierane przez fitoplankton i wbudowywane w ich organizm. Zachodzące ruchy cyrkulacyjne w epilimnionie nie pozwalają organizmom planktonowym opaść do głębszych warstw wody, dlatego też forma organiczna fosforu zostaje rozłożona przy udziale enzymów ponownie do jonów fosforanowych, które mogą być ponownie zasymilowane. Proces ten może powtarzać się wielokrotnie.

Jeśli fosfor w formie organicznej zdoła opaść do głębszych warstw wody poprzez metalimnion do hypolimnionu, dopiero w tych głębszych warstwach ulega mineralizacji. Przemiany chemiczne fosforu w wodzie prowadzą do jego wytrącania i jest on akumulowany w osadach dennych. Z górnych partiach wody fosfor do dna opada nie tylko w postaci obumarłej materii organicznej, ale również w powiązaniu z jonami wapnia, żelaza, glinu oraz z zawiesinami mineralnymi. Jeżeli w strefie zetknięcia osadów dennych z wodą panują warunki tlenowe, to jony żelaza Fe3+ wiążą trwałe jony fosforanowe stanowiąc dla nich pułapkę, i w takiej formie odkładane są w osadach dennych. Jeżeli w hypolimnionie zaczyna brakować tlenu, żelazo trójwartościowe przechodzi do dwuwartościowego Fe2+. Ponieważ fosforany żelaza(2+) są lepiej rozpuszczalne, następuje uwalnianie fosforu z osadów dennych do wody – jest to proces wzbogacania wewnętrznego.

W warunkach skrajnie redukujących siarczany, które znajdują się w wodzie, przechodzą w siarkowodór i wtedy duża część żelaza Fe2+ tworzy nierozpuszczalne siarczki na powierzchni osadów dennych i zostaje wyłączone ze strącania fosforu, nawet w okresie cyrkulacji. W zdegradowanych jeziorach w warunkach skrajnie redukujących w osadach dennych powstaje metan. Pęcherze metanu unoszące się do góry, mimo stabilnego uwarstwienia termicznego transportują znaczne ilości fosforu do warstwy produkcyjnej jeziora. Zjawisko konwekcji metanowej to główny mechanizm nawożenia wewnętrznego, a powstanie siarkowodoru w wodzie jest momentem, od którego eutrofizacja jeziora przebiega w sposób lawinowy.

I PRAWO(LAMBERTA):ABSORBANCJA JEST PROPORCJONALNA DO GRUBO¦CI WARSTWY
ABSORBUJ¡CEJ, JE¦LI WI¡ZKA PROMIENIOWANIA MONOCHROMATYCZNEGOPRZECHODZI PRZEZ
JEDNORODNY O¦RODEK ABSORBUJ¡CY.
A=logIo/I ab
A-absrobancja
Io-natê¿enie wi±zki promieniowania monochromatycznego padaj±cego na jednorodny
o¶rodek absorbuj±cy
I- nate¿enia promieniowania monochromat.po przej¶ciu przez o¶rodek absorbujacy
b-grubo¶æ warstwy absorbuj±cej
a=0,4343k, k-wspólczynnik absorpcji


II PRAWO(LAMBERTA-BEERA):JE¯ELI WSPÓ£CZYNNIK ABSORPCJI ROZPUSZCZALNIKA JEST
RÓWNY ZERU, TO ABSORBANCJA WI¡ZKI PROMIENIOWANIA MONOCHROMATYCZNEGO
PRZECHODZ¡CEJ PRZEZ JEDNORODNY ROZTWÓR JEST WPROST PROPORCJONALNA DO STʯENIA
ROZTWORU c I DO GRUBO¦CI WARSTWY ABSORBUJ¡CEJ b.
A=logIo/I=abc


III PRAWO: aBSORBANCJA ROZTWORU WIELOSK£ADNIKOWEGO RÓWNA SIÊ SUMIE ABSORBANCJI
POSZCZEGÓLNYCH SK£ADNIKÓW.
A=A1+A2+...An


Wyszukiwarka