anyagforgalom a vizekben
DESCRIPTION
Anyagforgalom a vizekben. Anyagforgalom: azon folyamatok összessége, amely egy bizonyos anyagféleség vízben található mennyiségét áramlási útjait, annak tér- és időbeli változásait jellemzik. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/1.jpg)
![Page 2: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/2.jpg)
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.
![Page 3: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/3.jpg)
kifolyás befolyás
adszorpciós és deszorpciós folyamatok
víz-légkör közti anyagcsere
Csapadék által bejuttatott anyagok
víz-üledék határ kicserélődési folyamatai (biogén)
Biogén anyag-áramlás
Keveredési típus alapvetően meghatározza az anyagforgalmat:
rétegzett állapotban, az autotróf és heterotróf folyamatok térben szétválnak, kevert állapotban nem.
Sekély tavakban, folyókban nincs térbeli elkülönülés
![Page 4: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/4.jpg)
Az oldott anyagok eloszlása a vízben nem egyenletes.
A homogenizálódást a molekuláris diszperzió segíti, sebessége (Ficke függvény):
dsdt
=−D(K a−K i )A
d
s: oldott anyag
Ka-Ki: koncentrációgradiens
A: diffúziós felület
d: megtett út
D: diffúziós állandó
![Page 5: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/5.jpg)
Vízben oldott gázok
pz: a gáz nyomása az z mélységben (atm)
p0: a gáz nyomása a felszínen (atm)z: mélység (m)
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
p z= p o+0, 0967 z
![Page 6: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/6.jpg)
Henry-törvény: valamely gáz telített oldatának töménysége arányos a gáznak a víztér feletti gázelegyben mérhető parciális nyomásával:
Cs: gáz telítési koncentrációjaKs: oldhatósági koefficiens (hőmérséklet függő)p: a gáz nyomása
Gázkeverék esetén a gázok a parciális nyomás szerint oldódnak, egymás oldhatóságát nem befolyásolják.
C s=K s p
Vízben oldott gázok
![Page 7: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/7.jpg)
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.
Vízben oldott gázok
![Page 8: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/8.jpg)
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)
Vízben oldott gázok: Oxigén
![Page 9: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/9.jpg)
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
Vízben oldott gázok: Oxigén
![Page 10: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/10.jpg)
Vízben oldott gázok: OxigénVízben oldott gázok: Oxigén
Az oldott oxigén napi változása egy produktív (eutróf) és egy kisebb produktivitású (oligo-mezotróf) vízben.
![Page 11: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/11.jpg)
Oxigén koncentráció vertikális eloszlása
Trofogén zóna – eufotikus zóna
Trofolitikus zóna – afotikus zóna
Kompenzációs pont
![Page 12: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/12.jpg)
Oxigén eloszlás görbéi Ortográd Klinográd heterográd
![Page 13: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/13.jpg)
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.
![Page 14: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/14.jpg)
Oxigén koncentráció horizontális eloszlása
litorális növényzet komplex meder morfometria befolyók (szervesanyagok horizontális eloszlása) jégborítás
![Page 15: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/15.jpg)
A folyóvizek oxigénháztartása
1) 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.
![Page 16: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/16.jpg)
Az oxigéntelítettség változása kismértékű, közepes és súlyos szervesanyag terhelést követően folyásirány mentén
![Page 17: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/17.jpg)
Széndioxid, szervetlen szén formák
Nem követi a Henry-törvényt. Kémiailag kötött formában is megtalálható
Oldódás közben kis mennyiségben szénsav keletkezik:
![Page 18: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/18.jpg)
CO2 oldódása vízben:
reakció a víz molekulával
szénsav dissziciáció
disszociációs állandó 1.
további disszociáció
disszociációs állandó 2.
c(CO2)T=c(H2CO3*)+c(HCO3-)+c(CO3
2-)
H2CO3*„oldott széndioxid”
„szabad széndioxid“
![Page 19: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/19.jpg)
zárt rendszer
![Page 20: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/20.jpg)
ismételt disszociáció és hidrolizáció
nyílt rendszer
![Page 21: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/21.jpg)
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 + CO3
2- +H2O
CO2 belép a Calvin-ciklusba, a karbonát kiválsztódik:
CO32- + Ca2+ CaCO⇌ 3↓
![Page 22: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/22.jpg)
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).
![Page 23: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/23.jpg)
Alkalinitás vs. vízkeménység
keménység:– A víz Ca és Mg sói (nagyrészt
karbonátok, kisebb mértékben szulfát, klorid, nitrát)
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)
Alkalinitás (lugosság): A víz savakra vonatkoztatott pufferkapacitása
– karbonát / változó keménység: Ca, Mg karbonátsói– állandó keménység: Ca, Mg, mint klorid, szulfát, nitrát
![Page 24: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/24.jpg)
Alkalinitás vs. vízkeménység
keménység:– A víz Ca és Mg sói (nagyrészt
karbonátok, kisebb mértékben szulfát, klorid, nitrát)
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)
Alkalinitás (lugosság): A víz savakra vonatkoztatott pufferkapacitása
– karbonát / változó keménység: Ca, Mg karbonátsói– állandó keménység: Ca, Mg, mint klorid, szulfát, nitrát
![Page 25: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/25.jpg)
Oxidáció – redukciós potenciál
pH függő
a folyamatokat lehetelen pontosan megkülönböztetni
![Page 26: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/26.jpg)
![Page 27: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/27.jpg)
Dinitrogén
A nitrogén nem vízoldékony. Henry-törvénynek
megfelelően viselkedik N2 csak néhány szervezet
számára hozzáférhető (N-kötő baktériumok, kékalgák)
![Page 28: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/28.jpg)
Metán, hidrogén, kénhidrogén
![Page 29: Anyagforgalom a vizekben](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022070412/56814b32550346895db83a99/html5/thumbnails/29.jpg)
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