hidroekologija i zaštita kopnenih voda osnovi hidrobiologije

HIDROEKOLOGIJA

Prof. dr Gordana Subakov Simić

Biološki fakultet

Univerzitet u Beogradu

Osnovne naučne discipline hidrobiologije

hidroekologija

okeanologija glaciologija

potamologija

talmatologija

limnologija

Kako je nastala hidrosfera?• iz vulkana Zemlje• bombardovanjem meteora,

kometa i asteroida koji su bili bogati vodom

• bombardovanje Zemlje – meteorski pljusak i formiranje praokeana trajalo je i završeno 150 miliona godina nakon formiranja čvrste Zemljine kore.

Praokean

• prvobitno zelene boje• radom fotosintetičkih

organizama boja prelazi u plavu

• kiseonik oslobođen u fotosintezi taložio je velike količine gvožđa

• crvene stene

Hidrosfera

• ukupna masa vode koja se nalazi iznad, ispod i na površini planete

• “plava planeta”• 70,8 % voda• voda – led, vodena

para i u tečnom stanju

Količina i raspored kopnenih voda

Količina i raspored kopnenih voda

Bajkalsko jezero

• 20% ukupne količine slatke vode

• 31 500 km2

• 1620 m max dubina

Amazon

dužina 7100 km; površina sliva 5 965 000 km2; Južna Amerika

POTREBE ČOVEKA ZA VODOM

• potrebe za vodom neprekidno rastu• dnevne fiziološke potrebe čoveka su za

muškarce 3,7l,a za žene 2,7l• stvarne potrebe su mnogo veće• najveći potrošači SAD – 2000 m3 po

stanovniku godišnje

Najveći potrošači vode u svetu

zemlja potrošnja vode (m3/stan. godišnje)-2002

ukupna potrošnja vode

SAD 2000 (1730) 476 800

Kanada 1600 (1420) 42 214

Australija 1300 24 071

Portugalija 1090 11 090

Italija 980 56 200

Potrošnja vode u Srbiji

• dnevno 250-300 l po stanovniku• “rasipničnko ponašanje”• u USA 200 l dnevno po stanovniku• u evropskim zemljama 120-150 l• naša potrošnja nije posledica održavanja

lične higijene

Količina, raspored i vreme obnavljanja vode u biosferi

Kruženje vode• evaporacija – isparavanje vode• transpiracija – isparavanje sa površine biljaka• evapotranspiracija – zbir evaporacije i transpir.• izlučivanje – odstranjivanje vode kod životinja• otapanje – led i sneg prelaze u tečno stanje• sublimacija – direktno isparavanje leda • kondenzacija – prelazak vodene pare u vodu• precipitacija – stvaranje padavina• oticanje – tok vode u vidu reka, rečica i potoka• infiltracija – zemljišna voda – zadržavanje vode

u zemljjištu u njegovim porama

Globalni balans vode

Podela kopnenih voda

kopnene vode

tekuće stajaće

podzemne

površinske

slatke slane

termalne

Kopnene vode Srbije

• više hiljada vodotoka – 65 980 km / 747 m/km2

• gustina rečne mreže neujednačena 120 m/km2

• samo 11 reka duže od 200 km• Crno more, Jadransko more i Egejsko

more• prirodnih jezera malo

Crnomorski sliv• 92,46%• najduže reke u Srbiji:

Dunav, Tisa, Sava, Velika Morava, Mlava, Pek i Timok

Jadranski sliv

• 4732 km2

• 5,36%• Metohijska kotlina• sliv Belog Drima

Egejski sliv

• 1926 km2

• 2,18%• najviši vrh je Ljuboten

na Šar-planini• Lepenac i Pčinja• Dragovištica

Jezera Srbije

Prirodna jezera• lednička jezera Šar-planine i Prokletija• Balta Alušontu kod Donjeg Milanovca• Zavojsko jezero na Visočici, Pirot• Blacko i Oblačinsko kod Niša• Palićko, Ludoško, Krvavo i Slano kod

Subotice

Veštačka jezera• mnogo jezera, različite namene• Đerdapsko, Vlasinsko, Bajina Bašta,

Zvorničko, Sjeničko, Radoinjsko, Gruža, Garaši, Bukulja, Bovansko, Barje itd.

Jezera Srbije

Specifičnosti slatkovodnih ekosistema

• vodeni ekosistemi• slatkovodni i slani ekosistemi• Zašto je more slano?

salinitet vode u ‰slatka voda manje od 0,5brakična voda 0,5 – 30 morska voda 30 – 50 (35) slana voda više od 50

Sukcesije

Okeani i mora• Svetsko more• prosečna dubina svetskog mora je 3795m• razlika između mora i okeana• prema položaju razlikujemo: ivična

(Severno), sredozemna (Sredozemno), unutrašnja (Crno more) i zatvorena (Aralsko)

• u odnosu na temperaturu: polarna, subpolarna, umerena i tropska

Fizičke osobine vode

• građa molekula vode• agregatna stanja vode - gustina i viskozitet• optičke osobine vode (providnost, boja,

osvetljenost)• miris i ukus • električna svojstva • toplotna svojstva

Građa molekula vode

• atom O i 2 atoma H• trouglaste strukture• 104,5 0 između O i 2H • izrazito dipolnog karaktera • formiraju se H- veze

Građa molekula vode• Prosta formula H2O -

vodena para• smeša hidrola,

dihidrola i trihidrola – tečno stanje vode

• molekuli trihidrola - led

Gustina vode• tri agregatna stanja• tačka mržnjenja 00 , tačka ključanja 1000

• najveća gustina vode na 40

• gustina vode zavisi od:– temperature– mineralizacije– pritiska– količine suspendovanih čestica– rastvorenih gasova

Struktura leda• tetraedri u vidu

pčelinjeg saća• što smanjuje gustinu,

a povećava zapreminu

• na 00C = 0.916 g/cm3

• pluta po površini vode• odličan toplotni

izolator• specifična toplota

leda duplo manja od tečne vode

Gustina vode• linearno se povećava sa povećanjem

koncentracije rastvorenih soli (mineralizacija)

• morska voda ima najveći gustinu na 3,50C• tačka mržnjenja -1,910C

Viskozitet vode• je unutrašnje trenje u tečnosti do koga

dolazi usled uzajamnog privlačenja molekula vode

• čestice i organizmi u vodi trpe do 100 puta veće trenje nego u vazdušnoj sredini

• za savladavanje viskoznosti potrebna je velika količina energije

• lebdenje planktona omogućeno je velikom viskoznošću vode

Toplotni kapacitet vode• količina toplote koja je potrebna da se

temperatura 1 g vode poveća za 10

• specifična toplota vode izuzetno velika• specifična toplota leda duplo manja• toplotni kapacitet vode najveći u prirodi• nepravilno se menja pri promeni

temperature

Površinski napon• je rezultujuća sila privlačenja molekula

vode koja na granici voda-atmosfera deluje upravno na površinu vode i nastoji da molekule vode sa površine povuče dublje u tečnost

• napon teži da što više smanji površinu tečnosti u odnosu na zapreminu

• kapljice vode u obliku kugle

Ukus i miris vode• čista voda bez ukusa i mirisa• slatka (0,3 ‰), slanasta (do 25 ‰) i slana

voda (preko 25‰)• miris vode potiče od materija kroz koje

voda prolazi ili se nalaze u njoj• geosmin

Električna svojstva vode• velika postojanost vode• malo jona H i OH• čista voda loš provodnik elektriciteta• elektroprovodljivost raste sa povećanjem

koncentracije rastvorenih soli u vodi

Hidrostatički pritisak• pritisak vode koji ona vrši u mirnoj tečnosti

na neku površinu• nastaje zbog same težine vode• jedinica atm, odnosno Pa• na svakih 10 m dubine vode pritisak raste

za 1 atm

Kretanje vode• laminarno i turbulentno• laminarno

– retko u prirodi– u podzemnim vodotokovima

• turbulentno– neprekidne promene brzine, veličine i

kreatnja– od dna ka površini toka brzina se povećava– od obala ka sredini toka se povećava brzina

Reke• sila Zemljine teže• sile trenja koje se suprotstavljaju kretanju

vodebrzina vode je uvek manja od očekivane

Jezera • talasi• mešanjem vode u periodima cirkulacije

Kretanje vode

Kretanje vode – mora i okeani• talasi

– pod uticajem vetrova– energija talasa naglo opada sa dubinom– na dubini od 50 m samo 2% – direktno oblikuju morske obale

• plima i oseka– posledica delovanja Sunca i Meseca– od 10 cm (Mediteran) do 12m (jz Velike

Britanije)

Zone sa različitom visinom talasa u Svetskom moru

• morske struje– horizontalne – usled dejstva konstantnih

vetrova• zahvataju površinski sloj vode do 200 m• tople i hladne• Golfska struja

- vertikalne – usled promene gustine morske vode

- obogaćivanje nutrijentima

Kretanje vode – mora i okeani

Proticaj

• zapremina vode koja protekne kroz poprečni profil vodotoka u jedinici vremena

• m3/s ili m3/h

Svetlost• jedan od najvažnijih ekoloških faktora• apsorpcija Sunčeve energije i rasipanje u

vidu toplote ima uticaj na:– termalnu strukturu– stratifikaciju– modele cirkulacije u jezerima

Optičke pojave u vodenim ekosistemima

• osvetljenost• providnost• boja

Osvetljenost• zavisi od količine svetlosne energije koja prodire

u vodu• od UV do infracrvenog zračenja• deo se absorbuje u atmosferi, deo se raseje, a

najveći deo koji dopire do površine vode su infracrveni zraci koji imaju ulogu u zagrevanju

• apsorbcija atmosfere zavisi od mnogih faktora i promenjiva je

• do vode dopire 52% od ukupne količine svetlosne energije

Refleksija• odbijanje sunčeve energije sa površine vode• ½ ukupne količine svetla koja napušta jezero je

reflektovana, a druga polovina rasejana• zavisi od

– od upadnog ugla zraka (u toku dana, godine i geografske širine)

– površinskih karakteristika vode– okolnog reljefa– meteoroloških uslova sredine– prisustva leda

Rasejavanje• skretanje svetlosti od molekula vode i

drugih molekula u vodi• se menja sa dubinom, sezonom i delom

jezera• zavisi od: suspendovanih čestica,

prisustva planktona koji povećavaju rasejavanje

• veći deo (80-90%) rasejane svetlosti se gubi u atmosferi

Apsorpcija• umanjenje svetlosne energije u dubini,

transformacijom u toplotu• atenuacija je umanjenje svetlosne

energije usled rasejavanja i apsorpcije• najviše se apsorbuje infracrveni i UV deo

spektra; do 1 m dubine se apsorbuje 90%• plavi zraci se najviše rasejavaju, pa je otud

voda plave boje• na apsorpciju utiče koncentracija org. jed.

Providnost vode

• meri se Secchii diskom

• zavisi od suspendovanih čestica, planktona, refleksije, rastvorenih organskih materija

• on nekoliko cm do preko 40 m

Providnost u rekama• mala• promenjiva tokom godine• najmanja u doba velikih poplava 1-5 cm• najveća zimi, prelazi 3 m• fotična zona – trofogeni sloj• afotična zona – žive samo heterotrofi• led bitno ne menja svetlosnu klimu u vodi

Boja vode• čista voda bezbojna u tankom sloju• modre boje u debljem sloju• nastaje kao rezultat prelamanja svetlosti• zavisi od materija:

– kristalaste i magmatske stene – bezbojna– kraške reke – zelenkasto plava– močvare – žuto-mrka– vode ledničkih reka – beličaste– od planktona - zelenkasta

Toplota• akumulacija svetlosne energije u vidu

toplote• faktori koji utiču na zadržavanje toplote:

– vetar – talasi– struje– kretanje vode– morfometrija basena– gubitak vode

Izvori toplote u vodenom ekosistemu

• sunčeva energija• toplota iz vazduha ili podloge• uticaj utoka• prisustvo podzemnih izvora• vulkanska aktivnost• kondenzacija vodene pare na površini

vode

Gubitak toplote• toplotnim zračenjem• putem istoka• promenom meteoroloških uslova• smenom dana i noćiDistribucija toplote uglavnom potiče od

energije vetra.

Termički režim reka• dnevna amlituda vode nije veća od 1,60C• minimalna temperatura izjutra, 7-8 časova• maksimalna po podne, 15 časova• srednja dnevna oko 11 časova

termički režim reka

srednja godiš. tem.vode viša od tem.

vazduha

srednja godiš. tem.vode niža od tem.

vazduha

Termički režim jezera - proleće

• prolećna cirkulacija• temperatura blizu 40 C, max gustina• vetar i konvekcione struje izvrše mešanje vode• nekoliko dana do nekoliko nedelja• cirkulacija poveća T i iznad 100C

• kako proleće odmiče, površinska voda se brže zagreva i postaje ređa, javlja se otpor mešanju

• razlika od svega nekoliko stepeni je dovoljna da se cirkulacija prekine

• od tog momenta na dalje voda se deli na tri regiona, koji su otporni na dalje mešanje

Termički režim jezera - proleće

Termički režim jezera - leto

• letnja stratifikacija• epilimnion, hipolimnion, metalimnion• termoklina – površina gde T opada

maksimalnom stopom u odnosu na dubinu

Termički režim jezera - jesen

• jesenja cirkulacija• T vode na površini opada, pri čemu raste gustina• teža voda pada u toplije niže slojeve – dolazi do mešanja• nekad dovoljno i nekoliko časova

• zimska ili inverzna stratifikacija• kada T dostigne 40C, površina se i dalje

hladi, ali je mešanje otežano• hladnija voda prekriva topliju• formira se led, odličan izolator• voda se zagreva ispod leda sunčevim

zračenjem• ako ima snega, nema zagrevanja

Termički režim jezera - zima

• toplota iz sedimenata, rastvaranje čestica sedimenata povećavaju T u hipolimnionu i iznad 40C

• anomalije rasporeda T, mogu biti prouzrokovane meteorološkim uslovima ili razvojem fitoplanktona pod ledom

Termički režim jezera - zima

Tipovi stratifikacije jezera

amiktična monomiktična dimiktična

jezera

hladna

oligomiktična polimiktična

hladna toplatopla