Voda - Chemické vlastnosti

Kyslík Významný pro:

dýchání hydrobiontů,

aerobní rozklad organické hmoty.

Do vody se dostává:

difúzí při styku se vzduchem (vlnění, čeření),

při fotosyntéze rostlin,

přítokem.

Rozpustnost kyslíku je nepřímo úměrná teplotě vody a přímo

úměrná atmosférickému tlaku. Za normálních podmínek (tlak 101,3

Kpa) je 100 % nasycení vody v l litru při 0 stupních C = 14,65 mg O2.

Při 30 stupních C - 7,44 mg O2.

Kyslík Na čem závisí procento nasycení vody kyslíkem ?

rychlosti výměny mezi vodou a atmosférou,

propustnosti hladiny pro plyny (olej, led, okřehky),

rychlosti výměny vody mezi jednotlivými vrstvami,

intenzitě fotosyntézy a destrukčních pochodů.

Tekoucí vody - jen malé rozdíly v obsahu O2 během dne a v noci.

Stojaté vody značné kolísání

(MINIMUM BRZY RÁNO, MAXIMUM ODPOLEDNE)

Nároky ryb na obsah kyslíku:

Studenomilné ryby (např. losos, pstruh) vyžadují přes 8 mg O2.l-1

Teplomilné ryby (např. karas, lín, piskoř) stačí jim 4,5-8 mg O2.l-1.

Podobně to platí i pro ostatní vodní živočichy.

Reakce vody - pH

Je významný abiotický faktor životního prostředí, který určuje rovnovážný stav mezi H2CO3, Ca(HCO3)2 a CaCO3 ve sladkých vodách.

Chemicky je pH definováno jako:

záporná hodnota dekadického logaritmu aktivity vodíkových iontů v roztoku.

pH = - log ( H+)

Pro ryby a většinu organismů je nejvhodnější reakce mezi 6,5 - 8,5. Hodnoty pod 5 a nad 9,5 jsou pro ryby nebezpečné.

pH Kdy a kde se objevuje nízké pH:

na jaře při tání sněhu,

v oblastech s kyselým geologickým podkladem,

v povodí se smrkovými monokulturami,

v místech vrchovištních rašelinišť.

Kdy vysoké pH:

objevuje se koncem jara a v létě v důsledku odčerpání volného CO2 a HCO3- fotosyntézou.

Významné:

při pH 8 se uvolňuje z amonných sloučenin NH3 což je nebezpečné pro ryby.

Náprava:

slabě kyselé vody se upravují vápněním,

v rybnících je dobrá i aplikace močoviny,

dobrá je i zvýšená mineralizace rybničního dna (bahna),

přidávání uhličitanu amonného.

Ke snížení pH se používá: uhlíkaté hnojení.

Oxid uhličitý

Je nezbytný pro fotosyntézu, pro stavbu těl organismů a je důležitým

regulátorem ekosystému vodních nádrží.

Do vody se dostává: při rozkladu organických látek,

dýcháním vodních živočichů,

z ovzduší (se vzduchem a se srážkami).

Ve vodě je přítomen v několika formách: volný CO2 a H2CO3 (té je ale málo),

hydrouhličitan (HCO3-),

uhličitan (CO3-),

Suma těchto složek je označována jako celkový oxid uhličitý (celkový organický uhlík) a vyjadřuje se v mmol.l-1 nebo v mg.l-1

uhlíku.

Významný je především poměr uhličitanového systému a pH.

Oxid uhličitý

Při: pH 5 je asi 98 % CO2 ve volné formě,

Při: pH 7-8 je asi 95 % CO2 ve formě HCO3-,

Při: pH 10 je 100 % CO2 vázáno :

70 % jako HCO3- 30 % jako CO3-.

Hodnoty celkového CO2 se zpravidla počítají z alkality a pH.

Do biologických procesů ve vodě je zapojena jen malá část uhlíku. Hlavním jeho rezervoárem je litosféra.

Významné je hromadění uhlíku ve vodě (ve formě organických i anorganických sloučenin) na podzim.

Při vypouštění rybníků tak s vodou uniká 250-2 000 kg C/ha.

Je třeba realizovat doplňování.

KNK (alkalita)

Neboli kyselinová neutralizační kapacita je schopnost vody vázat určité látkové množství kyseliny do zvolené hodnoty. Hodnota KNK charakterizuje obsah rozpuštěného vápníku ve vodě a její ústrojnou schopnost. Měřítkem alkality je množství spotřebované desetinnomolární HCl na 100 ml zkoumané vody. Schopnost vody vázat kyseliny je v těsné souvislosti s obsahem CO2 ve vodě.

Alkalita je závislá:

na původu vody (voda dešťová, pramenitá aj.),

geologickém útvaru,

na obsahu CO2.

Přiměřená alkalita vody je předpokladem pro bohatý rozvoj užitečných vodních organismů (rybí potravy). Optimum pro životní pochody ve vodě = 2 - 6. Na základě analýz KNK se v rybářství stanovuje aplikační dávka vápence nebo vápna.

Tvrdost vody

Charakteristika vyjadřující obsah solí

alkalických zemin (především vápníku a

hořčíku)

Velmi měkká – destilovaná (0 dGH)

Měkká - dešťová, rašeliništní

Polotvrdá - říční

Tvrdá - studny, spodní voda

Velmi tvrdá - vápencové oblasti (nad 18d GH)

Dusík l) atmosférický dusík rozpuštěný ve vodě jsou schopny

asimilovat některé mikroorganismy. Např. Azotobacter, Clostridium, Bacillus amylobacter a také některé druhy sinic.

2) organický dusík je vázán v tělech organismů, v detritu apod. Z organických sloučenin dusíku využívají řasy zvláště močovinu a z aminokyselin glycin.

3) amonné ionty vyskytují se jen v malých koncetracích v disociované nebo nedisociované formě - NH3, která je toxická pro ryby. Nejvyšší přípustná koncentrace NH3 pro kaprovité ryby je 0,05 mg.l-1. V současné době se vyjadřuje koncentrace v N-NH4 a N-NH3.

Maximální přípustné množství znečištění povrchových vod:

N-NH4 = 2,5 mg.l-1,

N-NH3 = 0,5 mg.l-1.

4) dusitany vyskytují se jen v malých množstvích a jsou chemicky nestálé.

5) dusičnany jsou nejstálejší komponentou N - cyklu.

Jejich zdroj v přírodě:

aerobní rozklad organického materiálu bakteriemi,

splachy ze zemědělsky obhospodařované půdy.

Dusitany a Dusičnany

vyskytují se ve všech typech vod. Primárně jsou NO3- ve vodě pro člověka málo závadné, ale sekundárně (po bakteriální redukci v gastrointestinálním traktu), jako dusitany mohou být příčinou dusičnanové methemoglobinemie.

Proto v současné době je přípustná koncentrace stanovena na hodnotě

N-NO3 = 11mg. l-1.

Dusitany jsou ve vodě nestálé. Při dostatku kyslíku ve vodě plynule přecházejí v dusičnany. Jejich přípustná koncentrace je stanovena na hodnotě

N-NO2 = 0,05 mg. l-1.

Fosfor

Ve vodě se vyskytuje v mnoha podobách. Rozlišujeme zejména:

1) orthofosfáty - PO4-,

2) polyfosfáty - většinou allochtonního původu,

3) organický fosfor - vázaný v organismech jako ortho- nebo polyfosfáty,

4) živé a neživé částice obsahující P organicky vázaný,

5) vločky vysrážených fosforečnanů (hlavně železitého a vápenatého),

6) minerální částice obsahující P (v zakalených vodách),

Rostliny přijímají P jen v rozpuštěné nebo koloidně rozptýlené formě. Zooplankton odfiltrovává suspendované sraženiny s P a mění je v koloidně rozptýlené. Celkové množství P je ve vodě udržováno metabolismem hydrobiontů. Jejich vytrávením klesne organický fosfor na nepatrné hodnoty, neboť se většinou vysráží na dně jako fosforečnan železa a hořčíku. Fosfor je sedimentární prvek. Ze dna se uvolňuje za neutrální až kyselé reakce při absenci O2 a výskytu H2S.

Fosfor

V povrchových vodách se koncentrace fosforečnanů pohybují v rozmezí 0,1 - 0,5 mg.l-1.

Obsah P ve vodě ovlivňují především:

splachy z aplikace P-hnojiv do zemědělství,

fosfor v používaných detergentech,

komunální odpad.

Značná část celkového fosforu – v podobě tzv. organického P.

Část P - splavování do moří a ukládání v sedimentech šelfů a hlubin. Recyklace části P tzv. "atmosférickou cestou" v trusu mořských ptáků (lokální ložiska guána), nebo rybolovem a těžbou jiných mořských produktů.

Fosfor deponovaný v hlubinách moří je pro sladkovodní a terestrické ekosystémy jeho dlouhodobou ztrátou (tzv. "propad fosforu").

Organické látky

jejich množství se vyjadřuje v BSK5 nebo CHSK a stanovení organického uhlíku. Organické látky působí příznivě jako zdroj oxidu uhličitého a dalších biogenů pro rozvoj fytoplanktonu a zooplanktonu, na produkci ryb. Nadměrné množství organických látek způsobuje nedostatek kyslíku.

Doporučené hodnoty pro:

Pstruhařství K - hospodářství

BSK5 do 2 mg.l-1 do 8 mg.l-1,

CHSKMn do 5 mg.l-1 do 18 mg.l-1.

Hodnotami BSK5 , CHSK i organického C se posuzuje samočistící schopnost povrchových vod. Stanovení organického C se používá hlavně při výzkumu.

BSK – biochemická spotřeba kyslíku

Je definována jako množství O2 spotřebovaného mikroorganismy při biochemických pochodech na rozklad organických látek. Hodnoty se vyjadřují v mg. l-1.

Slouží k nepřímému stanovení organických látek, a proto z těchto hodnot lze usuzovat na stupeň organického znečištění vody.

Ke zjišťování používáme stanovení O2 Winklerovou metodou.

BSK5 vodárenské toky 4 mg. l-1

povrchové vody 8 mg. l-1

CHSK – chemická spotřeba kyslíku

Je definována jako množství O2, které se za přesně

stanovených podmínek spotřebuje na oxidaci organických látek ve vodě silným oxidačním činidlem. Udává se opět v mg O2. l-1.

CHSK je tedy mírou celkového obsahu organických látek ve vodě. Je nedílnou součástí každého rozboru všech typů vod.

CHSKMn – vodárenské toky 7 mg. l-1 povrchové vody 20 mg. l-1

CHSKCr - vodárenské toky 20 mg. l-1 povrchové vody 50 mg. l-1

Koloběhy prvků Kyslík

Kyslík ve vodě pochází: z ovzduší,

z fotosyntetické činnosti rostlin.

Z vody je kyslík odčerpáván: živočichy a rostlinami při dýchání,

bakteriemi při rozkladu (dekompozici) organické hmoty,

bublinami ostatních plynů při průchodu vodním sloupcem,

vzestupem teploty (snižuje se procento nasycení),

kombinací několika uvedených faktorů.

Maximální koncentrace kyslíku: - v eufotické vrstvě v pozdním odpoledni,

Minimální koncentrace kyslíku: - ráno těsně před rozedněním.

Kyslík

Ve vodním sloupci dochází k výrazné kyslíkové stratifikaci.

Eufotická vrstva (trofogenní zóna) - fotosyntetická produkce O2

Afotická vrstva (trofolytická zóna) - respirační odčerpávání O2

Kyslíkové pulzy – tak označujeme kolísání obsahu kyslíku ve vodě v průběhu 24 hodin.

Denní křivky kyslíkového režimu spolu s CO2 a pH-režimem ve vodním sloupci nám dávají obraz o fotosyntetické aktivitě vodního ekosystému.

Kyslíkový režim - důležité kriterium pro hodnocení kvality vody.

Na dostatku kyslíku ve vodě je závislý proces samočistění.

Kyslík

Jak získávají kyslík z vody aerobní organismy?

Protozoa – difuzí přes buněčné membrány,

Bezobratlí – celým povrchem těla, adaptací tracheálního systému (žábry, plastrón aj.),

Obratlovci – specifickými chemickými nosiči (krev – železo, měď apod.), žábry.

Při fotosyntéze je O2 uvolňován z molekuly vody.

Acidifikace vodních ekosystémů

V globálním měřítku se negativní vlivy projevily po roce 1960.

Termín „kyselý déšť“ je známý téměř 150 let.

Prokázána stoupající kyselost srážek a jejich negativní vliv na životní prostředí.

Hlavní zdroje „acidifikujících polutantů“

Spalování fosilních paliv (emise oxidu siřičitého a oxidů dusíku)

Evropská dešťová voda (bez antropického ovlivnění) má pH 5-6

Dnes na rozsáhlých územích má pH 4,0-4,5. Lokálně klesá na pH 3.

Pokles pH je indikátorem acidity.

Oxidy S a N jsou vymyty buď deštěm (mokrý spad) nebo se usazují na vegetaci a vlhkých podkladech (suchý spad). V atmosféře se mohou šířit na sta až tisíce kilometrů. Během transportu reagují s vodou, mění se na kyseliny a přetrvávají ve formě kapének.

Celková suma světových emisí antropických polutantů do atmosféry činila v r. 1980 asi 75 – 100 milionů tun síry.

Tři stupně acidifikace 1) Území má vysokou pufrační kapacitu, nedochází k výraznému

trvalému poklesu pH. Nedochází k biologickým změnám ve druhové složení biocenóz.

2) Při poklesu obsahu hydruhličitánů začíná klesat pH. Běhen roku jsou velké výkyvy tohoto faktoru a někdy dochází k masovému hynutí ryb. Druhé stadium nastává když voda má po určitou dobu v roce pH 5,5.

3) Reakce vody je trvale na hodnotě kolem 4,5 a méně. Dalším okyselováním stoupá množství hliníkových iontů ve vodě. Hliník je silně toxický pro mnoho organismů a vyvolává jejich masové hynutí. Voda se stává závadnou a toxickou i pro člověka. Zvyšuje se průhlednost vody na 15-20 m. Ryby často zcela zmizí. Daří se zde rašeliníku, který vytlačuje ostatní vegetaci a fixuje živiny.

U nás jsou acidifikována některá jezera na Šumavě.

Vysoké Tatry – asi 130 jezer projevuje známky acidifikace.