1. Fizyczne i Chemiczne właściwości wody.

Woda to jeden z najbardziej rozpowszechnionych związków występujących w przyrodzie. Jej właściwości zarówno fizyczne jak i chemiczne wynikają z samej budowy jej cząsteczek. Cecha wody którą określamy jako zdolność do rozpuszczania innych substancji wynika stąd, że woda posiada silny moment dipolowy. Sprawia to że cząsteczki wody z dużą łatwością tworzą wielocząsteczkowe skupienia, co powoduje zdolność do rozpuszczania innych substancji.

Szczególne właściwości wody jako środowiska życia wynikają ze struktury cząsteczek wody. Kąt między wiązaniami obu atomów wodoru w cząsteczce wody wynosi ok. 105º. Wynika stąd silny moment dipolowy cząsteczki wody. Moment dipolowy sprawia, że cząsteczki wody mają skłonność do tworzenia wielocząsteczkowych skupień i do rozpuszczania innych substancji. W wyniku łączenia się cząsteczek w asocjaty, woda zyskuje niezwykłe właściwości. Ma ona największą gęstość w temperaturze 4º C. Napięcie powierzchniowe czystej wody jest większe niż innych cieczy, z jednym wyjątkiem rtęci. Umożliwia to wielu organizmom (np. glonom i owadom) życie na lub przy powierzchni wody. Znaczna lepkość ma istotne znaczenie dla organizmów poruszających się w wodzie. Skłonność cząsteczek wody do tworzenia połączeń sprawia, że ciepło topnienia, ciepło parowania i temperatura wrzenia są podwyższone. Gdyby te wielocząsteczkowe skupienia wody nie powstawały, temperatura wrzenia wody wynosiłaby - 80ºC.

Woda ma duże ciepło właściwe. W temperaturze 15ºC wzrost temperatury 1 kg wody o 1ºC wymaga energii 4,8186 kJ. Jest to bardzo duża wartość; jedynie do podgrzania o 1ºC gazowego amoniaku i ciekłego wodoru potrzeba więcej energii (odpowiednio 5,15 i 14,23 kJ). Ciepło jest natomiast bardzo powoli oddawane dlatego też woda może gromadzić znaczne jego ilości. Powoduje to buforujące działanie dużych zbiorników wodnych na klimat i relatywnie powolne i przewidywalne zmiany temperatury w zbiornikach w ciągu roku; oba zjawiska w istotny sposób określają możliwość występowania żywych organizmów. Woda charakteryzuje się małą przewodnością cieplną. W związku z tym w zbiornikach wodnych transport ciepła na skutek dyfuzji molekularnej jest ograniczony. W konsekwencji ciepło powinno pozostawać tam, gdzie zostało zaabsorbowane, przede wszystkim w ogrzewanych promieniowaniem słonecznym wodach powierzchniowych. Jednak tak się nie dzieje. Wiatry i ruchy wody przyczyniają się do transportu ciepła na skutek dyfuzji turbulentnej tak dalece, jak oddziaływanie ich sięga w głąb. Powstają w ten sposób charakterystyczne gradienty temperatury, na których tle kształtują się gradienty rozmieszczenia związków chemicznych i organizmów.

W następstwie tworzenia się asocjatów, woda nie przepływa swobodnie; „wewnętrzne tarcie”, inaczej nazwane lepkością dynamiczną lub po prostu lepkością, przeciwdziała swobodnemu przepływowi. Gdy woda płynie lub gdy jakieś ciało porusza się w wodzie, siły lepkości, a więc opór, który stawia woda, musi być przezwyciężony. W porównaniu z innymi cieczami woda ma stosunkowo małą lepkość. Zależy ona od zawartości rozpuszczonych soli i od temperatury. Lepkość wody i związane z nią zjawiska mają ogromne znaczenie dla życia w wodach, to jest dla przestrzennych zmian temperatury i stężenia substancji, biernego opadania ciał i aktywnego poruszania się organizmów, filtracji cząsteczek pokarmu i utrzymywania się w nurcie wód płynących.

Z uwagi na specyficzną strukturę cząsteczek (niesymetryczne rozmieszczenie atomów wodoru wokół atomów tlenu) woda ma wysoka względną przenikalność elektryczną, inaczej stałą dielektryczną: ε = 80 w 20ºC). Oznacza to silne działanie dysocjacyjne na połączenia heteropolarne; dlatego właśnie woda jest dobrym rozpuszczalnikiem. Rozpuszczanie oraz transport gazów i jonów odgrywają ważną rolę dla organizmów żyjących w wodzie.

Kolejną właściwością wody jest jej mała przewodność cieplna. W związku z tym w zbiornikach wodnych transport ciepła na skutek dyfuzji molekularnej jest ograniczony. W konsekwencji ciepło powinno pozostawać tam, gdzie zostało zaabsorbowane, czyli w wodach powierzchniowych.

Wyżej opisane właściwości fizyczne i chemiczne wody dają obraz życia w środowisku wodnym. Zapewne bywa ono trudne, lecz właśnie część z tych własności sprawiają, że to życie i przebywanie w środowisku wodnym staje się łatwiejsze a niektóre są do tego życia niezbędne.

2. Analiza Biologiczna Prób wody.

Potok Straconka został podzielony na trzy odcinki. W poszczególnych odcinkach występowały różne organizmy a co się z tym wiąże różne klasy czystości wody.

PIERWSZY ODCINEK:

- 3 widelnice

- 1 muchówka

- 2 kiełże

W pierwszym odcinku występuje pierwsza klasa czystości

DRUGI ODCINEK:

- 12 jętek

- 2 muchówki

- 2 nicienie

-1 chruścik domkowy

W tym odcinku zostały pobrane dwie próby z różnych miejsc.

W drugim odcinku występuje druga klasa czystości

TRZECI ODCINEK

- wylinki muchówek

W trzecim odcinku występuje trzecia klasa czystości

3. Wpływ czynników biotycznych i abiotycznych na rozmieszczenie organizmów wodnych.

Ogromny wpływ na rozmieszczenie organizmów wodnych mają czynniki biotyczne i abiotyczne. Czynniki abiotyczne czyli nieożywione elementy składowe środowiska ( temperatura, pH, naświetlenie itp. ) w znacznym stopniu warunkują czynniki biotyczne (żywe elementy środowiska wywierające wpływ na procesy życiowe innych organizmów). Do czynników abiotycznych środowisk wodnych decydujących o rozwoju i formie życia w danym zbiorniku należy zaliczyć przede wszystkim:

• warunki świetlne

• termiczne

• ruchy wody

Jednym z podstawowych czynników niezbędnych dla życia w środowiskach wodnych jest światło. Od niego bowiem zależy fotosynteza roślin i gospodarka cieplna zbiorników. Tylko część promieni słonecznych docierających do powierzchni wody przenika dalej w głąb, spowodowane jest to wieloma czynnikami: kątem padania promieni, porą dnia, przezroczystością wody, barwą wody. Znaczącą rolę w rozwoju i rozmieszczeniu organizmów mają warunki termiczne związane z promieniowaniem słonecznym. Zależą one między innymi od ciepłoty powietrza nad wodą, deszczu, działalności życiowych organizmów. Woda bezpośrednio nagrzewa się tylko w warstwie powierzchniowej, ale potoki i rzeki mają w zasadzie równomierną temperaturę od powierzchni aż do dna. Ogólnie temperatura wzrasta wraz z odległością od źródła - najzimniejsze wody mają przeważnie źródła, najcieplejsze - dolne biegi rzeki. Temperatura wody wpływa w decydującej mierze na życie większości organizmów wodnych. Wahania temperatury mają wpływ na przebieg procesów fizjologicznych, a tempo tych procesów podwaja się przy podniesieniu temperatury o każde 10^o. Tak więc między innymi od temperatury zależy tempo wzrostu, intensywność oddychania i aktywność organizmów. Temperatury, przy których dany organizm najlepiej się rozwija, czyli optima termiczne różnych gatunków są bardzo różne.

Kolejnym czynnikiem biotycznym, którego nie można pominąć przy omawianiu tego zagadnienia jest tlen. Większość organizmów wymaga tlenu w procesach przemiany materii. Organizmy oddychają powietrzem atmosferycznym mają zawsze do dyspozycji dostateczną ilość tlenu, natomiast w wodzie może się stać czynnikiem ograniczającym. Tlen wodzie pochodzi z wymiany z atmosferą lub z fotosyntezy roślin zielonych i sinic. Tlen zostaje zużyty w procesie oddychania tlenowego ( aerobowego ) gdy substancje organiczne ulegają spaleniu. Następny czynnik nie bez wpływu na rozmieszczenie organizmów wodnych to prąd, który jest czynnikiem decydującym o tym, że środowisko wód płynących w zasadniczy sposób różni się od środowiska wód stojących. Małe organizmy jeśli nie są przytwierdzone są transportowane z biegiem prądu i nie mają szansy by ponownie znaleźć się w tym samym miejscu. Jedno kierunkowy przepływ oznacza, że zasoby, np. pierwiastki biogenne lub cząstki pokarmu, które nie zostają natychmiast zużyte przez osiadłe glony lub zwierzęta, są bezpowrotnie stracone. Oczywiście w tym samym tempie, w którym część zasobów porywa prąd, z góry są nanoszone kolejne ich porcje. Prędkość prądu w zasadniczy sposób decyduje o jakości podłoża i możliwościach jego zasiedlenia. Prąd sortuje cząstki zgodnie z ich wielkością i ciężarem.

Do czynników biotycznych zaliczamy między innymi: neutralizm, komensalizm, mutualizm, konkurencje, protokooperacje, drapieżnictwo, pasożytnictwo.

Jeden z tych czynników, neutralizm polega na zupełnej obojętności gatunków, występuje rzadko, w przypadku gdy zagęszczenie populacji jest niskie, a zasoby pokarmowe wysokie. W takim przypadku obie populacje różnią się wymaganiami warunków potrzebnych im do wzrostu i nie muszą konkurować o zasoby pokarmowe czy też o inne składniki.

Kolejne interakcje pływające na rozmieszczenie organizmów wodnych to komensalizm (współbiesiadnictwo) i mutualizm (symbioza).

W komensalizmie jeden z partnerów osiąga zyski ze współżycia z drugim organizmem. Korzystający nie wywiera jednak ani dodatniego, ani ujemnego wpływu na ten organizm. Drugi partner zapewnia organizmowi osiągającemu korzyść - komensalowi warunki sprzyjające, a nierzadko nieodzowne dla jego pomyślnego rozwoju. Powszechnie komensalizm występuje pomiędzy producentami określonych metabolitów i organizmami je wykorzystującymi. W przypadku mutualizmu populacje dwóch gatunków oddziałują na siebie korzystnie. W pewnych przypadkach jest możliwa symbioza dwóch zupełnie nie spokrewnionych mikroorganizmów.

Bardzo ważnymi czynnikami biotycznymi są: konkurencja, drapieżnictwo i pasożytnictwo. W przypadku konkurencji (współzawodnictwa) dwa gatunki ubiegające się o to samo np. światło, sole mineralne, pokarm itp. Jest to bardzo ważny czynnik wpływający na rozmieszczenie i liczebność organizmów. Współzawodniczące gatunki nie szkodzą sobie bezpośrednio w tym sensie, że jeden organizm żywi się komórkami konkurenta. Niekorzystny charakter jest tu raczej pośredni, polega on na walce o zaspokojenie potrzeb. Jedynie dwa gatunki konkurują ze sobą tylko gdy zasoby wspólnie wykorzystywanej substancji są za małe, aby zaspokoić potrzeby obu konkurentów.

W przypadku drapieżnictwa jeden osobnik (ofiara), ponosi szkodę, a drugi (drapieżnik) osiąga korzyść, bez której nie mógłby istnieć. Przy drapieżnictwie jeden organizm żywi się drugim, zwykle powodując jego śmierć lub zniszczenie. W miarę rozwijania się tych cech ofiary, które zwiększają jej zdolność do unikania pochwycenia, drapieżnik doskonali bardziej skuteczne sposoby polowania. Jeśli drapieżnik wyeksploatuje liczebnie ofiarę to zarówno ofiara jak i drapieżnik giną. Podobną interakcją ( bo jeden osobnik szkodzi drugiemu) jest pasożytnictwo. Pasożytem nazywamy organizm żywiący się komórkami, tkankami drugiego organizmu.

Wszystkie te zależności są ściśle ze sobą powiązane i stanowią spójną całość, utrzymując równowagę zgodnie z prawami przyrody, lecz interpretacja człowieka pośrednia lub bezpośrednia prowadzi do nieodwracalnych często zmian w biocenozie.

4. Zmiany w układzie grup ekologicznych organizmów.

W górnym biegu potoku Straconka do przekroju Walczok dominują tutaj organizmy, które ze względu na sposób pobierania pokarmu zaliczane są do zbieraczy reprezentowanych przez: jętki Ephemeroptera, chruściki Trichoptera oraz niektóre dwuskrzydłowe Diptera. Mniej jest rozdrabniaczy takich jak larwy: widelnic Plecoptera, chrząszczy Coleoptera oraz obunogi Amphipoda i równogi Ispoda. Niewiele jest zgryzaczy, do których należą liczne skorupiaki Crustacea i drapieżców jak ważki Odonata i wieloskrzydłowe Megaloptera.

W środkowym biegu potoku do pierwszej zapory największa ilość jest makrobezkręgowców zaliczanych do zbieraczy i zgryzaczy.

W dolnym biegu cieku żyją przede wszystkim organizmy należące do zbieraczy takich jak: ochotkowate Chironomidae, Ceratopogoniadae i niektóre skąposzczety Oligochaeta.

Warunki cieku zmieniają się wzdłuż jego biegu. Na sekwencję systemów duży wpływ czynniki antropogeniczne. Zmieniające się warunki środowiska powodują ciągłe przekształcenia przystosowawcze organizmów dające im możliwość maksymalnego wykorzystania energii. Zmiany w metabolizmie rzeki mają, więc istotny wpływ na ich rozmieszczenie w poszczególnych odcinkach cieku.

5. Koncepcja ciągłości cieku.

Potok Straconka o długości 6,2 km jest prawobrzeżnym dopływem rzeki Białej. Zlewnia o pow. 11,4km², położona jest w zachodniej części Beskidu Małego w granicach miasta Bielska. Dorzecze Straconki jest ograniczone linią wododziałową przechodzącą przez najwyższe szczyty górskie Beskidu Małego. Powierzchnia zlewni jest pokryta lasem w 56%, a pozostałą część tego obszaru zajmują łąki i pastwiska, oraz pola uprawne, a także zabudowa skupiona i rozproszona miejscowości Straconka, obecnie dzielnicy Bielska-Białej. W górnej części zlewni do ujścia potoku Mrażenica występują naturalne warunki formowania się

odpływu gdzie obszar zlewni jest prawie w 100% pokryty lasem.

Funkcjonowanie systemu wód płynących wyjaśnia koncepcja ciągłości rzeki, która zakłada, że zmienność warunków fizycznych takich jak: szerokość koryta, głębokość, przepływ, wybetonowane dno, szybkość prądu i temperatura na długości cieku powoduje również ciągłość zmian biologicznej organizacji cieku.

W górnym biegu potoku Straconka do przekroju Walczok, gdzie zlewnia pokryta jest w 70% lasem, przy ograniczonym dostępie światła stosunek produkcji (P) do respiracji (R) jest mniejszy od jedności P<R. Potężne źródło alochtonicznej materii dopływającej z lądu, stanowiące główną bazę energii dla mikroorganizmów, a także zwierząt zwłaszcza makrobezkręgowców sprawia, że potok ten ma charakter heterotroficzny. Jest tu ograniczona produkcja, bo nie dochodzi światło. A< K występuje materia grubo cząsteczkowa.

W środkowym odcinku cieku do ujścia potoku Mrażenica, coraz większą rolę odgrywa produkcja autotroficzna, a także proces wzmożonego transportu przetworzonej materii drobnoczasteczkowej powstałej z grubo cząsteczkowej zalegającej źródło potoku. W odsłoniętych częściach przeważają procesy autotroficzne, zatem produkcja jest większa od respiracji: P > R.

W dolnym biegu na skutek nanoszenia z górnych odcinków potoku dużej ilości drobnej zawiesiny organicznej powraca metabolizm heterotroficzny. Produkcja autotrofów maleje ze wzrostem mętności wody oraz ponownym limitowaniem światła.

W tym przypadku produkcja ustępuje na rzecz respiracji: P < R.

6. Charakterystyka stanu czystości wody potoku Straconka w oparciu o obserwacje, badania własne i literaturę.

Materia organiczna w pulsacyjny sposób docierająca do cieku wodnego po pewnym czasie zostaje rozłożona i ostatecznie zmineralizowana. Podlega ona w czasie tych procesów rozmaitym przemianom, a organizmy rozkładające materie organiczną przekształcają swoje środowisko. Poszczególne stadia można przeanalizować w wodzie płynącej, gdzie rozmaite strefy wzdłuż „samooczyszczającego się” odcinka odpowiadają różnym stadiom sukcesji heterotroficznej. W braku obciążeń zbiornika wodnego ładunkiem materii organicznej, reminalizacja materii organicznej może być równa jej produkcji. Procesy rozkładu pozostają w równowadze z procesami syntezy. W późnych stadiach sukcesji stosunek produkcji pierwotnej do respiracji ustala się wokół 1. jeśli do cieku dociera z zewnętrznych źródeł dociera materia organiczna, stosunek ten spada znacznie poniżej 1. powrót do stanu równowagi na skutek rozkładu materii alochtonicznej określa się jako proces samooczyszczania. Kolejne stadia samooczyszczania odpowiadają klasom czystości wody. W przypadku badania stanu czystości wody w potoku Straconka oparliśmy się na kryterium występowania organizmów wskaźnikowych w tym przypadku makrobezkręgowców bentosowych.

Określenie jakości wody nie jest takie proste jakby się wydawało. Najbardziej precyzyjnych danych dostarczyłaby z pewnością analiza chemiczna. Obciążenie ściekami jest jednak z reguły bardzo zmienne, nawet w rytmie dobowym. Jeśli próbki wody do analizy są pobrane w nieodpowiednim momencie, może nastąpić poważny błąd w klasyfikacji. Organizmy przebywają w określonych warunkach na ogół tak długo, że kumulują wpływy długotrwałej zmienności warunków środowiskowych, o jakości wody wnioskuje się na podstawie obecności organizmów wskaźnikowych, których występowanie w określonych zagęszczeniach jest indykatorem określonego stanu jakości wody.

Wyniki badań przeprowadzonych przez nas analiz dowodzą, że w przekroju pierwszym potoku Straconka woda należy do I-klasy czystości. Przekrój drugi wskazuje nam na II-klasę czystości wody, wyniki wydają się prawdziwe ponieważ w tym przekroju pobraliśmy próbki z dwóch różnych miejsc. Przekrój trzeci oraz występujące w nim organizmy żywe (a raczej ich brak) wyraźnie wskazują na III-klasę czystości wody.

Analizy badań potoku Straconka wskazują nam także zmienność procesów samooczyszczania w różnych przekrojach. Idąc od źródeł potoku, w pierwszym odcinku procesy samooczyszczania zachodzą bardzo efektywnie. Tracą swoją efektywność w raz z przesuwaniem się w stronę ujścia potoku. A w dolnej jego części są praktycznie bardzo znikome, wiąże się to z korytem potoku, które przy ujściu jest wybetonowane a co za tym idzie procesy samooczyszczania ograniczone są do minimum.

Literatura wykorzystana do wykonania sprawozdania:

M. Pwalczak - Szpilowa „Biologia i ekologia” , Oficyna Wydawnicza

Politechniki Wrocławskiej , 1997r.

A.Stańczykowa „Ekologia naszych wód” , Wydawnictwo Szkolne i

Pedagogiczne, Warszawa 1996r.

Alan J.D. „Ekologia wód płynących” PWN Warszawa 1998.

W. Lampert , U. Sommer „Ekologia wód śródlądowych” , Wydawnictwo

Naukowe PWN , Warszawa 2001r.

14

---