Anyagforgalom a vizekben
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 29

Anyagforgalom a vizekben PowerPoint PPT Presentation


  • 92 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Anyagforgalom a vizekben. Anyagforgalom: azon folyamatok összessége, amely egy bizonyos anyagféleség vízben található mennyiségét áramlási útjait, annak tér- és időbeli változásait jellemzik.

Download Presentation

Anyagforgalom a vizekben

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Anyagforgalom a vizekben

Anyagforgalom a vizekben

  • Anyagforgalom: azon folyamatok összessége, amely egy bizonyos anyagféleség vízben található mennyiségét áramlási útjait, annak tér- és időbeli változásait jellemzik.

  • biogén anyagforgalom: az anyagáramok irányát, intenzitását az élőszervezetek határozzák meg Vízi anyagforgalom

A vízi anyagforgalmat alapvetően három tényező határozza meg:

1) maga a víz, mint oldószer és transzport médium;

2) a vízben oldottan ill. partikuláltan található anyagféleségek és

3) a vízi élőlények.


Anyagforgalom a vizekben

Csapadék által bejuttatott anyagok

víz-légkör közti anyagcsere

  • Keveredési típus alapvetően meghatározza az anyagforgalmat:

    • rétegzett állapotban, az autotróf és heterotróf folyamatok térben szétválnak, kevert állapotban nem.

    • Sekély tavakban, folyókban nincs térbeli elkülönülés

befolyás

kifolyás

víz-üledék határ kicserélődési folyamatai (biogén)

adszorpciós és deszorpciós folyamatok

Biogén anyag-áramlás


Anyagforgalom a vizekben

  • Az oldott anyagok eloszlása a vízben nem egyenletes.

  • A homogenizálódást a molekuláris diszperzió segíti, sebessége (Ficke függvény):

s: oldott anyag

Ka-Ki: koncentrációgradiens

A: diffúziós felület

d: megtett út

D: diffúziós állandó


V zben oldott g zok

Vízben oldott gázok

  • Oldhatóság függ:

    • Hőmérséklettől

    • Nyomástól (légköri nyomás + vízoszlop nyomása)

      Abszolút telítettség:

    • az a gázmennyiség amelyet a víztömeg az adott mélységben az adott nyomáson és hőmérsékleten tartalmaz.

      Túltelítettség:

    • Nagyobb nyomáson több gáz oldódik, mint normál nyomáson

  • pz: a gáz nyomása az z mélységben (atm)

  • p0: a gáz nyomása a felszínen (atm)

  • z: mélység (m)


V zben oldott g zok1

Vízben oldott gázok

Henry-törvény:valamely gáz telített oldatának töménysége arányos a gáznak a víztér feletti gázelegyben mérhető parciális nyomásával:

Cs: gáz telítési koncentrációja

Ks: oldhatósági koefficiens (hőmérséklet függő)

p: a gáz nyomása

Gázkeverék esetén a gázok a parciális nyomás szerint oldódnak, egymás oldhatóságát nem befolyásolják.


V zben oldott g zok2

Vízben oldott gázok

A vízben oldott sók koncentrációjának növekedésével a gázok oldódása csökken. A tengervíz 35 ‰-es szalinitása az oldhatóságot mintegy 20%-kal csökkenti. A limnológiában a sókoncentráció gázoldhatóságot csökkentő hatását rendszerint figyelmen kívül hagyják, holott ez bizonyos esetekben igen nagy hiba forrása lehet. Az arid régiók sós vizeinek szalinitása akár 5-6-szor magasabb lehet a tengervízénél. Emiatt pl. egy 20 oC-os édesvízben az egyensúlyi oxigénkoncentráció 9 mg l-1 körüli, de egy hipersós vízben ugyanezen a hőmérsékleten ez már csak 2 mg l-1;

a száraz gáz oldódása gyorsabb, mintha az vízgőzt is tartalmaz;

az oldódás gyorsasága függ az oldat telítettségétől: a telítettség felé közelítve az oldódás lassul;

a gázok oldódását gyorsítják a felületi vízmozgások ill. a neuszton és a pleuszton biológiai aktivitása;

az oldhatóságot alapvetően befolyásolja, ha az adott gáz a vízzel kémiai reakcióba lép.


V zben oldott g zok oxig n

Vízben oldott gázok: Oxigén

  • A víztestben az oxigénnel való ellátottság korlátozott

  • A salinitás növekedése csökkenti az oxigén oldhatóságát.

    • A tengervízben az oldott oxigén oldhatósága kb 20 %-al alacsonyabb, mint édesvízben

  • Oxigén eredete:

    • Atmoszféra (diffúzió, keveredés)

    • Oxigéntermelő organizmusok (fotoszintézis)

      6CO2 + 6H2O ⇌ C6H12O6 + 6O2

  • Oxigén fogyasztás:

    • Organizmusok légzése

    • Lebomlási folyamatok (dekompozició)


V zben oldott g zok oxig n1

Vízben oldott gázok: Oxigén

  • Oxigén koncentráció mérése:

    • elektróda

    • colorimetrikus titrálás (Winkler módszer)Mn2+ --> Mn4+ (oxidálás), majd Mn2+ fixálásKI -- redukció --> I2 mennyisége ≈ O2

      Redox potenciál

      H2O ↔½O2 + 2H+ + 2e-

      • Az egyensúly azonban független az O2 koncentrációjától, vagy telítettségétől

      • pH nagyban befolyásolja a redoxpotencált


V zben oldott g zok oxig n2

Vízben oldott gázok: Oxigén

Vízben oldott gázok: Oxigén

Az oldott oxigén napi változása egy produktív (eutróf) és egy kisebb produktivitású (oligo-mezotróf) vízben.


Oxig n koncentr ci vertik lis eloszl sa

Oxigén koncentráció vertikális eloszlása

Trofogén zóna – eufotikus zóna

Kompenzációs pont

Trofolitikus zóna – afotikus zóna


Anyagforgalom a vizekben

  • Oxigén eloszlás görbéi

    • Ortográd

    • Klinográd

    • heterográd


Anyagforgalom a vizekben

Az oxigénkoncentráció (folyamatos vonal) ideális szezonális változása agy alacsony produktivitású (oligotróf) és egy nagy produktivitású (eutróf) dimiktikus tóban. A szaggatott vonal a hőmérséklet vertikális profilját mutatja. Az ortográd ezen az ábrán a nyári, rétegzett időszakban nevével (orto = egyenes) ellentétben azért nem egyenes, mert az x tengelyen az oxigén mennyiséget abszolút koncentráció egységben (mg L-1) és nem %-ban fejeztük ki. Ha az x tengelyen %-os telítettség lenne, a görbe egyebes jellege is nyilvánvaló lenne.


Oxig n koncentr ci horizont lis eloszl sa

Oxigén koncentráció horizontális eloszlása

  • litorális növényzet

  • komplex meder morfometria

  • befolyók (szervesanyagok horizontális eloszlása)

  • jégborítás


Anyagforgalom a vizekben

A folyóvizek oxigénháztartása

  • Az alacsony produktivitású folyóvizekben az oxigénmennyiség alapvetően a hőmérséklettől függ, napi ingadozása nincs, vagy alig van. A forrásközeli részekben alacsony lehet a víz oxigéntartalma, ha a forrásvízé elenyésző, ez azonban hamar megváltozik.

    2) Mérsékelt és nagyobb produktivitású vizekben a napi oxigéngörbe a tavakban is jellemző napszakos ingadozást mutatja: nappal mérsékelt túltelítődés, éjjel enyhe deficit jelentkezik.

    3) Mérsékelt és nagyobb produktivitású vizekben, melyeket mérsékelt szervesanyag terhelés ér éjjel jelentős oxigéndeficit keletkezik, amelyet a nappali akár erős produkciós folyamatok sem kompenzálnak teljesen; túltelítődés nem tapasztalható.

    4) Szerves anyagokkal jelentősen terhelt vizekben az erős heterotróf aktivitás (lebontó és fogyasztó szervezetek túlsúlya) miatt állandó az oxigéndeficit.


Anyagforgalom a vizekben

Az oxigéntelítettség változása kismértékű, közepes és súlyos szervesanyag terhelést követően folyásirány mentén


Sz ndioxid szervetlen sz n form k

Széndioxid, szervetlen szén formák

  • Nem követi a Henry-törvényt.

    • Kémiailag kötött formában is megtalálható

      • Oldódás közben kis mennyiségben szénsav keletkezik:


Anyagforgalom a vizekben

c(CO2)T=c(H2CO3*)+c(HCO3-)+c(CO32-)

„szabad széndioxid“

CO2 oldódása vízben:

H2CO3*

reakció a víz molekulával

„oldott széndioxid”

szénsav dissziciáció

disszociációs állandó 1.

további disszociáció

disszociációs állandó 2.


Anyagforgalom a vizekben

zárt rendszer


Anyagforgalom a vizekben

nyílt rendszer

ismételt disszociáció és hidrolizáció


Biog n m szkiv l s

Biogén mészkiválás

  • Ca(HCO3)2→ CaCO3 + H2CO3

  • A szénsavat/széndioxidot a fotoszintézis folyamatosan eltávolítja akkor egyre több mész keletkezik.

  • A fotoszintézis sötét reakciójában mindenképpen CO2 szükséges.

  • Ha nincs szabad CO2 akkor a növény kénytelen HCO3- -ot felvenni akkor:

    • Karbon anhidráz enzim végzi az átalakítást

      2HCO3-⇌ CO2 + CO32- +H2O

    • CO2 belép a Calvin-ciklusba, a karbonát kiválsztódik:

      CO32- + Ca2+ ⇌ CaCO3↓


Anyagforgalom a vizekben

Biológiai következmények

ADAPTÁCIÓ

Leveleik kiemelkednek a vízből (emerz makrofiton), pl. nád (Phragmites australis), gyékény (Typha spp.);

Az üledék intersticiális vizében található CO2 felvétele (Lobelia, Littorella);

A fotoszintézis fény- és sötétreakciójának időleges szétkapcsolása, amikor az éjjel bővebben rendelkezésre álló szénforrást képesek a fényreakció hiányában is asszimilálni (Hydrilla, Lobelia);

A CO2 felvétel küszöbkoncentrációjának csökkentése (azok a növények, melyek csak CO2-ot képesek hasznosítani 2-12 µmol l-1–es küszöbkoncentrációval rendelkeznek szemben az egyéb forrást is hasznosítani tudó szervezetek 60-110 µmol l-1-es értékével (Sand-Jensen, 1987).

A HCO3- hasznosítása (Myriophyllum, Potamogeton, Elodea).

BALLASZTEVÉS

Balatoni Daphnia cucullata béltartalma (baloldali kép), majd ugyanez sósavas kezelés után (a béltartalom sokkal kevésbé rajzolódik ki, mert a sósav hatására a mészszemcsék feloldódtak).


Anyagforgalom a vizekben

Alkalinitás vs. vízkeménység

Alkalinitás (lugosság): A víz savakra vonatkoztatott pufferkapacitása

  • Ca gazdag víz pH-ja: 7,5-8,5

    • pH napszakos változása kisebb mértékű

      Ca szegény víz pH-ja: gyengén savas

    • pH napszakos változása nagy lehet (erőteljes fotoszintézis alatt)

  • keménység:

  • A víz Ca és Mg sói (nagyrészt karbonátok, kisebb mértékben szulfát, klorid, nitrát)

  • karbonát / változó keménység: Ca, Mg karbonátsói

  • állandó keménység: Ca, Mg, mint klorid, szulfát, nitrát


Anyagforgalom a vizekben

Alkalinitás vs. vízkeménység

Alkalinitás (lugosság): A víz savakra vonatkoztatott pufferkapacitása

  • Ca gazdag víz pH-ja: 7,5-8,5

    • pH napszakos változása kisebb mértékű

      Ca szegény víz pH-ja: gyengén savas

    • pH napszakos változása nagy lehet (erőteljes fotoszintézis alatt)

  • keménység:

  • A víz Ca és Mg sói (nagyrészt karbonátok, kisebb mértékben szulfát, klorid, nitrát)

  • karbonát / változó keménység: Ca, Mg karbonátsói

  • állandó keménység: Ca, Mg, mint klorid, szulfát, nitrát


Anyagforgalom a vizekben

Oxidáció – redukciós potenciál

a folyamatokat lehetelen pontosan megkülönböztetni

pH függő


Dinitrog n

Dinitrogén

  • A nitrogén nem vízoldékony.

  • Henry-törvénynek megfelelően viselkedik

  • N2 csak néhány szervezet számára hozzáférhető (N-kötő baktériumok, kékalgák)


Met n hidrog n k nhidrog n

Metán, hidrogén, kénhidrogén


Anyagforgalom a vizekben

  • Obligát és fakultatív anaerob baktériumok fermentációval fedezik energia szükségletüket

  • Redukált gázok keletkeznek

  • Hidrogén:

    • Rövid ideig él gyorsan átalakul

  • Metán:

    • Metán termelő baktériumok termelik

      • Egy része mint szénforrás átalakul

      • Más része a légkörbe távozik

        • Lidércfény, biogáz

  • Kénhidrogén

    • Szulfátredukáló baktériumok szulfátredukálása során keletkezik


  • Login