Význam vody

Význam vody

Voda se dostala na Zemi spolu s meteority, pokud byl povrch Země žhavý byla voda pouze v atmosféře. Při pozvolném chladnutí planety voda v atmosféře začala kondenzovat a padat ve formě srážek zpět k Zemi. Skutečnost, že voda na Zemi je ve všech třech skupenstvích: pevném, plynném i kapalném se bere jako fakt, ale na jiných planetách tak tomu není.

Planeta Země je označována jako modrá planeta, protože tři čtvrtiny jejího povrchu tvoří voda

Je tomu tak proto, že Země má od Slunce ideální vzdálenost. Planety bližší Slunci mají vysokou teplotu a kapalná voda zde neexistuje, planety vzdálenější jsou chladnější a pokud zde voda je, tak ve stavu pevném (led).

Voda je nezbytnou podmínkou života tam kde je vody dostatek př. tropické deštné lesy existuje obrovská druhová diverzita. Opakem jsou pouště s nedostatkem vody, kde přežívá s obtížemi jen poměrně málo druhů. Ve vodě také vznikl první život. Počátek života se odehrál právě v prvotních oceánech. Dokud nebyl v atmosféře Země kyslík potažmo ozon, pronikalo škodlivé UV záření až na povrch planety což znemožňovalo vývoj života na pevnině. Pouze vodní prostředí o hloubce nad 10 m dokázalo omezit škodlivé UV záření a proto zde vznikl první život.Teprve až se v atmosféře díky asimilačním pochodům ve vodách vytvořil kyslík a následně ozon, mohl přejít i život z moří na pevninu.

Význam vody

Voda je univerzální rozpouštědlo, transportní prostředí pro nejrůznější látky, roznáší po těle teplo i chladí přehřátý organizmus. Všechny reakce v živých buňkách probíhají ve vodním prostředí. Kořeny rostlin přijímají potřebné látky pouze z roztoku a také člověk přijímá živiny rozpuštěné ve vodě, aby se mohly vstřebat do krve v tenkém střevě. Tělo většiny organizmů obsahuje více než 50%.Rovněž tělo člověka se skládá převážně z vody, jejíž podíl během života klesá z 96% na počátku života na 45-55% ve stáří. Člověk ostře reaguje na narušení vodní bilance. Ztráta vody o 0,5% tělesné hmotnosti vyvolává pocit žízně, ztráta 15-20% končí smrtí.

Význam vody

Množství vody, která je na planetě k dispozici je konstantní. Významně však roste počet obyvatel planety, takže disproporce mezi zásobami vody a její spotřebou se neustále prohlubuje. Dle některých prognóz se případné další případné války v budoucnu již nepovedou o suroviny či území, ale o pitnou vodu! Voda má funkci dopravní, slouží k výrobě energie, je významná pro rekreaci člověka, přispívá ke zkrášlování krajiny i lidských sídlišť.Může zmírňovat klimatické výkyvy př. v pouštích může denní žár dosahovat až kolem 50°C, v noci naopak mohou teploty klesat pod bod mrazu.Kolem velkých řek vznikly i první civilizační centra př. Mezopotámie, Egypt.

Význam vody

Struktura a základní fyzikální a chemické vlastnosti vody.

Z fyzikálního a chemického hlediska je voda velmi komplikovanou sloučeninou s řadou jedinečných vlastností a anomálií. Zdánlivě jednoduchá stavba molekuly vody (H2O) je vlastně kombinací více členů vzhledem k tomu, že vodík má tři izotopy – lehký (vodík), těžší (deuterium) a těžký (tritium). Molekuly vody se vážou navzájem pomocí tzv. vodíkových můstků v řetězce, které se agregují ve volně pohyblivé prostorové shluky (clustry). S klesající teplotou rostou a jejich pohyblivost klesá. V pevném skupenství (led) každý atom vodíku tvoří můstek mezi atomy kyslíku.

MOLEKULA VODY (HMOLEKULA VODY (H22O)O)

Dipólový charakter, převaha molekul 1H216O

Vodíková vazba

Voda - nejrozšířenější látka v přírodě. Vyskytuje se trvale v zemské atmosféře, na povrchu i pod povrchem. Je součástí půdy, je nenahraditelnou složkou mnoha technologických procesů, je obsažena i v tělech živočichů a rostlin. Je nezbytnou podmínkou života. Množství vody v atmosféře, na povrchu země i v horninách je víceméně konstantní. Voda, která tato množství tvoří, se pohybuje a přechází neustále z jednoho prostředí do druhého. Zdrojem její kinetické energie je sluneční záření, zemská gravitace, zemská tepelná energie a geochemická energie. Tyto energetické zdroje jsou příčinou neustálého hydrologického oběhu.

Koloběh vody v přírodě

• Hydrologický oběh se skládá ze čtyř hlavních částí:

• atmosférické srážky

• povrchový odtok

• podzemní odtok (infiltrace)

• evapotranspirace (vypařování a transpirace rostlin)

• Koloběh vody dělíme na :velký- výpar nad oceány následný přenos nad pevniny a malý – koloběh jen nad oceánem nebo jen nad pevninou.

• Množství vody vydechované do atmosféry živočichy je ve srovnání s transpirací rostlin zanedbatelné.

• Věda, která se systematicky zabývá poznáváním zákonů výskytu a oběhu vody v přírodě – Hydrologie.

Koloběh vody v přírodě

Nepropustné podloží

Podzemní voda

Srážky

Evaporace

Evapotranspirace

Povrchový odtok Infiltrace

Podpovrchový odtok

Koloběh vody

Proces km3.rok-1

Evaporace a transpirace ze země 71,000

Srážky na zem 111,000

Evaporace z oceánu 425,000

Srážky do oceánu 385,000

Odtok ze země do oceánů 40,000

Řeky 26,000

Přímý podpovrchový odtok 11,500

Odtok v podobě ledovců 2,500

Čistý přenos vláhy z mořské do terestrické atmosféry

40,000

Mezi moři a pevninami Země koluje cca 110 tis. km3 vody, která ve formě srážek padá na souš. Z ní cca 40 tis. km3

odtéká zpět do moří a 70 tis. se znovu odpaří do ovzduší.

Atmosférické srážky• veškerá atmosférická voda se vymění přibližně během

devíti dní• většina vody je přítomna ve formě páry• průměrný obsah páry je asi 3.5 g.m-3

• koncentrace vodní páry ve vzduchu, při které se začíná srážet kapalná voda, závisí na teplotě a tlaku

• celková koncentrace rozpuštěných látek v dešťové vodě obvykle nepřesahuje 10 mg.l-1 (antropogenní znečištění až 100 mg.l-1).

• vodní pára (CO2, O3) spoluvytváří tzv. skleníkový efekt v atmosféře

• V ČR je průměrné množství srážek za rok cca 700 mm.

Povrchový odtok

• sestává ze srážkové vody a podílu podzemní vody• v průměru se voda v říční síti vymění za 11 dní• chemické složení povrchových vod je velmi

proměnlivé. Kromě rozpuštěných látek je ve vodě rozptýleno i velké množství suspendovaných částic různého původu a chemického složení

• odtok kolísá v čase i prostoru• v ČR je nejvyšší na jaře při tání a nejnižší v zimě nebo

na podzim po suché letní sezóně

Podpovrchový odtok

• tvořen podzemní vodou prosakující pozvolna z daného území

• podzemní vodu tvoří ta část podpovrchové vody, která vytěsnila veškerý vzduch v hornině a vytvořila zcela nasycené pásmo

• koeficient infiltrace – udává kolik % vody z celkových srážek je začleněno do oběhu podzemních vod (v ČR kolem 3% ročních srážek)

• chemické složení podpovrchových vod je ještě pestřejší, než je tomu u vod povrchových.

• celkový odtok z ČR kolem 30% srážek

Evapotranspirace

• ta část vody, která spadne na zemský povrch a vrací se do atmosféry

• - vypařováním

• - transpirací rostlin

• - respirací živočichů

• - sublimací ledu a sněhu

• v průměru nepřesahuje evapotranspirace na souších 460 l.m-2.rok-1

• R = S + V - E - O• R = hromadění čili retence vody v území• S = atmosférické srážky• V = množství vody přiteklé ze sousedních území• E = evapotranspirace• O = odtok vody z území• hodnoty R a V mohou být kladné i záporné podle toho,

dochází-li k hromadění vody nebo k jejímu úbytku v daném území

• hydrologická bilanční rovnice je základním vztahem pro hydrologické hodnocení zásob přírodních vod

Hydrologická bilanční rovnice

Systém 103km3

Sladká voda

(% celkových zásob)

Globální Water Residence Time (WRT)

Oceány 1, 350, 000 0 2,500 let

Atmosféra 13 0.036 8 dní

Povrchová voda

Řeky a potoky 1.7 0.005 32 dní

Mokřady 11.5 0.032 5 let

Sladká jezera 100 0.279 17 let

Slaná jezera 105 0 ND

Podpovrchová voda

Půdní vlhkost 70 0.195 1 rok

Podzemní voda 8, 200 22.8 1, 400 let

Ledovce 27, 500 76.6 1, 600 až 9, 700 let

Biota 1.1 0.003 hodiny

Světové zásoby vody (km3)

Vlastnosti vod na Zemi

Mořské vody• Zaujímají 2/3 povrchu a cca

97,5 % objemu veškerých vod

• Původem jsou staré, od začátku existence Země

• Jsou homogenní, s minimem rozdílů, ve stálé biologické rovnováze, vliv organismů na prostředí je malý

• Kolují po celé zeměkouli a ovlivňují vody vnitrozemské

• Mají vysoký osmotický tlak vlivem vysokého obsahu solí

Vnitrozemské vody• Zaujímají cca 2,5 % objemu

veškerých vod a malou část povrchu Země

• Původem jsou mladé, od třetihor a čtvrtohor

• Charakter složení a života jsou velmi různorodé, vliv organismů na prostředí je významný

• Mají pouze lokální působnost, neovlivňují vody mořské

• Mají nízký osmotický tlak vlivem malého obsahu solí

• Salinita je obsah rozpuštěných solí ve vodě, jejím ukazatelem je konduktivita.

• Množství solí rozpuštěných ve sladké vodě je většinou pod 1 g.l-1. • Brakické vody mají salinitu 1-25 g.l-1, mořská voda má průměrnou

salinitu 35 g.l-1 (rozmezí 25-50 g.l-1), vody velmi slané mají salinitu nad 50 g.l-1.

• Tropická moře s vysokým odparem mají vyšší slanost, moře s vysokým přítokem sladké vody z pevniny mají slanost sníženou (Černé moře 1,6-1,8 g.l-1, Baltické moře jen 0,8 g.l-1).

• Vnitrozemské vody v teplých oblastech s vysokým výparem jsou extrémně slaná. Mrtvé moře (jde však o jezero) má salinitu 280 g.l-1 !! Vysoká slanost znemožňuje většině organismů život proto název Mrtvé moře.

• V slaniscích může slanost silně kolísat i během krátké doby, od nízkých hodnot po deštích, po vysoké hodnoty při výparu.

• Organismy snášející vysoké kolísání slanosti jsou euryhalinní, takové, které kolísání nesnáší stenohalinní.

Salinita vody

• Salinita je obsah rozpuštěných solí ve vodě, jejím ukazatelem je konduktivita.

• Množství solí rozpuštěných ve sladké vodě je většinou pod 1 g.l-1. • Existuje jen málo živočichů, kteří žijí jak ve vodě sladké, tak slané. Při

přechodu z jednoho prostředí do druhého potřebují různé adaptace.

• Řada mořských živočichů má svých tkáních stejný obsah solí jako má mořská voda žijí tedy v prostředí izotonickém a nemusejí vynakládat žádnou energii na udržení své osmotické rovnováhy.

• Pokud žije živočich v prostředí s jiným osmotickým tlakem, než má jeho tělo musí mít nějaké osmotické orgány a musí vynakládat energii na udržení osmotické rovnováhy.

• Povrch kůže, dutiny ústní, žaber propouští vodu. Kdy voda prochází z těla ven do vody nebo z vody do těla závisí na rozdílu osmotického tlaku obou prostředí.

• Čím více solí je rozpuštěno v daném prostředí, tím vyšší je jeho osmotický tlak. Mořské ryby mají v tělních dutinách nižší koncentraci solí než má mořská voda, žijí tedy v prostředí hypertonickém, kdy voda proudí z těla do okolní vody (mořská voda je vysušuje).

Salinita vody

• Ztráta vody v prostředí hypertonickém musí být kompenzována pitím mořské vody a následným vylučováním přebytku solí žlázami v žábrách nebo v moči.

• Paryby (žraloci, rejnoci) zadržují ve své krvi močovinu, které se naopak jiní živočichové snaží zbavit vylučováním. Žraloci mají žábra povlečená obalem nepropustným pro močovinu. Osmotický tlak krve žraloků a rejnoků je tak vyšší než osmotický tlak mořské vody, jejich těla tedy nasávají vodu z oceánu a tito živočichové nemusejí pít mořskou vodu.

• Sladkovodní ryby na rozdíl od mořských ryb žijí v prostředí hypotonickém. Ve sladkých vodách je málo rozpuštěných látek, zatímco v krvi a tkáních sladkovodních ryb je mnoho solí a bílkovin, které zvyšují osmotický tlak těla sladkovodních ryb. Proto je sladká voda intenzivně nasávána z okolního prostředí do těla ryb a voda se musí naopak z těla vylučovat. Sladkovodní ryby proto nemusí pít vodu.

• Život jak v prostředí hypotonickém, tak v prostředí hypertonickém je narušením osmotické rovnováhy a vyžaduje výdej energie na udržení rovnovážného stavu.

Salinita vody

Voda v ČR• Veškeré zásoby vody v ČR tvoří sladká voda. Na

celkové bilanci se nejvýznamněji podílí podzemní voda. Zásoba vody v tocích je asi 1km3, v nádržích a rybnících je asi 3 km3. Hlavním zdrojem vody v ČR jsou vodní srážky.

• Území ČR je střechou Evropy, odkud veškerá voda odtéká celkem do tří moří: Severního, Baltického a Černého.

• Obyvatelé ČR tak mají ve srovnání s jinými zeměmi k dispozici mnohem méně vody. Místo odpovědného hospodaření s vodou, jsme však př. za posledních 200 let zkrátili naše toky o 4 700 km, tj. o 37% celkové délky.

• Zkracováním toků je voda z území ČR rychleji odváděna, snižuje se schopnost zasakování do půdy.

• K vysychání půdy vede i neuvážené odvodňování půdy př. drenážemi. Nedostatek vody je pak nutno řešit dodatečnou výstavbou nádrží, rybníků, atd.

Hustota vody

• Hustota vody je závislá na množství rozpuštěných látek, teplotě a tlaku.

• Se zvyšujícím se obsahem rozpuštěných látek stoupá téměř lineárně také hustota vody. Při vzestupu salinity o 1 o/oo klesne teplotní maximum hustoty o 0,2 ºC.

• Chemicky podmíněné rozdíly v hustotě sladkých vod nejsou obvykle větší než 0,85 g.l-1 a nebereme je tak v úvahu.

• Největší hustotu má voda při teplotě 3,94 ºC. Studenější i teplejší voda je „lehčí“ a ve vodních nádržích převrstvuje vody s větší hustotou.

• Změny hustoty vody neprobíhají lineárně, se stoupající teplotou rychle narůstá relativní rozdíl, takže mezi 24 ºC a 25 ºC je rozdíl v hustotě 30x větší než mezi 4 ºC a 5 ºC.

• vzestup tlaku o 1 MPa klesne maximum hustoty o 0,1 ºC.

Voda má největší hustotu při ~ 4 oC !!!

Hustota vody

Vztah mezi hustotou vody

a teplotou.

Vliv teploty vody na její hustotu a hloubku ponoření tělesa

Hustota vody

Hustota vody• Změny hustoty vody způsobené změnou teploty mají vliv na

stratifikaci fyzikálních a chemických vlastností a koloběh látek.

• Změny mezi teplotou vody a hustotou značně ovlivňují i podmínky, za jakých vodní organizmy přežívají zimní období. Teplotní stratifikace znemožňuje hluboké promrzání vody (v ČR je vrstva ledu pouze výjimečně silnější než 30 cm).

• Velká hustota vody (asi 775x vyšší než hustota vzduchu) má vliv na stavbu těla vodních živočichů.

• Vodním živočichům stačí k zajištění opory méně výkonné pohybové orgány a slaběji vytvořené kostry než živočichům suchozemským. Můžou dosahovat i podstatně větších rozměrů než příbuzné suchozemské formy (podobně i u rostlin).

Led = O oC (max. 30 cm)

Voda = 4 oC

Vrstva ledu omezuje konvekční a horizontální prouděnía ochlazování hlubších vrstev vodního sloupce.

Hustota vody

Viskozita vody• Dynamická viskozita (vnitřní tření) charakterizuje odpor,

který klade voda vlastnímu pohybu nebo jiné vzájemné změně částic vodní masy.

• Odpovídá síle potřebné k posunu 1kg za 1s o 1m (1 Pa.s pascalsekunda).

• Viskozita vody je asi 100x větší než viskozita vzduchu a je výrazně ovlivněna teplotou. Se stoupající teplotou hodnota viskozity klesá.

• Kinematická viskozita prostředí je dána poměrem mezi viskozitou a hustotou (m2.s-1).

• V teplé vodě se organizmus pohybuje s menším výdajem energie, ale klesá rychleji než ve studené vodě. Podobně se v tekoucích vodách zvyšuje nebo snižuje mechanická unášecí síla pohybující se vody.

Teplota

(oC)

Dynamická viskozita (Pa.s-1)

Kinematická viskozita (m-2s-1)

0 1.787 x 10-3 1.792 x 10-6

5 1.561 x 10-3 1.561 x 10-6

10 1.306 x 10-3 1.304 x 10-6

15 1.138 x 10-3 1.139 x 10-6

20 1.002 x 10-3 1.004 x 10-6

25 0.890 x 10-3 0.892 x 10-6

30 0.801 x 10-3 0.801 x 10-6

Teplota v oC % viskozity

0 100

5 84,9

10 73,0

15 63,7

20 56,1

25 49,8

30 44,6

Na rozdíl od hustoty klesá viskozita mnohem rychleji

! Hustota = viskozita(oleje mají menší hustotu, takže plavou na povrchu, ale viskozitu mají mnohem větší – jsou méně tekuté)

Viskozita vody

Adhezivní a kohezivní vlastnosti vody• Poměr mezi kohezí (soudržnost) a adhezí (přilnavost) molekul

vody vůči pevným povrchům má pro vodní organizmy řadu důležitých důsledků.

• koheze < adheze je plocha smočitelná (hydrofilní)

• koheze > adheze je plocha nesmočitelná (hydrofobní)

• Hydrofobie je nezbytná u vodních živočichů, kteří dýchají atmosférický kyslík a občas musí obnovovat rezervu vzduchu u hladiny.

• Hydrofobní povrch těla má osmoregulační funkci (znemožňuje průnik vody do organizmy) a rovněž snižuje intenzitu přisedání nárostových organizmů.

• Vodní organizmy čerpající kyslík přímo z vody musí mít hydrofilní plochu (např. žábry).

Povrchové napětí

• Mezi kapalným a plynným prostředím vzniká zvýšenou soudržností molekul vody povrchové napětí.

• Jeho hodnota závisí na teplotě a obsahu látek rozpuštěných ve vodě.

• Povrchové napětí vody poskytuje stabilizační plochu pro vodní organizmy.

• Organizmy využívají povrchovou blanku jako oporu se svrchní strany (epineuston), ze spodní strany (hyponeuston), organizmy na hladině (pleuston), rostlinné (okřehky), živočišné (vodoměrky, vírníci).

Barometrický a hydrostatický tlak • Barometrický (atmosférický) tlak na mořské

hladině odpovídá hodnotě cca 0,1 MPa (přibližně 1 kg.cm-2).

• Tlak ovlivňuje nasycení vody různými plyny (CO2, O2), uvolňování plynů z vody a ze dna, nástupy vodního květu sinic.

• S hloubkou vody roste tlak vody na každých 10 m o 0,1MPa.

• Rozhodujícím faktorem umožňujícím život i za obrovských tlaků v mořských hlubinách je nepatrná stlačitelnost vody (přetlak 40 MPa, zmenšení objemu vody o cca 2%).

• Voda je hlavní objemovou složkou těl hlubinných organizmů (žahavci a žebernatky až 98-99% hmotnosti těla)

• V hlubokých mořích díky vysokému tlaku stoupá i rozpustnost vápníku, což se projevuje redukcí koster hlubinných živočichů.

Barometrický a hydrostatický tlak

• Vodní organizmy nejsou nijak specificky adaptováni na změny tlaku a pokud je změna pozvolná snášejí i vysoké tlaky.

• Ryby bez plynového měchýře nejsou ovlivněny tlakem do 10 MPa, hynou až při tlaku 30 MPa.

• Ryby s plynovým měchýřem nemají takovou odolnost, v hloubce 10 m je objem vzduchu stlačen na polovinu a ve 40 m na pětinu ve srovnání s původním objemem u hladiny.

• Zvýšený tlak negativně ovlivňuje výskyt vyšších vodních rostlin ve větších hloubkách (rostliny se vzdušnými kanálky rostou do max. 10 m hloubky)

• Z hlediska tolerance vůči změnám tlaku můžeme vodní živočichy rozdělit na stenobatní a eurybatní.

Sluneční svit• Sluneční svit a oblačnost ovlivňují především intenzitu

fotosyntézy všech rostlin v nádrži a tím přímo i množství kyslíku a oxidu uhličitého, nepřímo pak pH vody v nádrži.

• V druhé řadě má pak sluneční svit velký vliv na teplotu vody, která určuje rychlost biochemických a chemických procesů v nádrži. Dlouhodobě zatažená obloha (několik dnů) může mít za následek nedostatečné krytí nároků fytoplanktonu na kyslík a v důsledku toho i vznikající kyslíkové deficity.

• Sluneční svit se měří zejména při stanovení primární produkce, a to heliografem, Bellaniho pyranometrem, solarimetry, luxmetry.

Sluneční svit• Světlo vstupující do vodního ekosystému je ovlivněno odrazem,

absorpcí a rozptylem.• Do vody neproniká veškeré dopadající světlo – množství odraženého

světla závisí na úhlu dopadu.• Hodnota odraženého světla vyplývá z polohy slunce a je závislá na

denní a roční době. V našich podmínkách je vodní hladinou odráženo v průměru v létě 3% a v zimě asi 14% dopadajícího světla, více světla se odráží ráno a večer.

• Čím kolměji svítí slunce, tím menší odraz• Od klidné hladiny se při dopadu světla pod úhlem 60o odráží 6 %, při 70o je to 13,4 %, při 80o již 34.8 % světla

Sluneční svit• Další ztráty nastávají při průniku

světla vodním sloupcem jeho odrazem a rozptylem na částicích vznášejících se ve vodě.

• Kvalita světla se směrem ke dnu mění vlivem selektivní absorpce jednotlivých složek slunečního spektra.

• Zadržený podíl světla označujeme jako extinkci.

• Podíl pronikajícího světla vodním sloupcem jako transmisi (propustnost).

• V čistých vodách je nejméně absorbována fialová a modrozelená složka světelného spektra.

extinkce

transmise

odraz

odraz

rozptyl

Sluneční svit• Radiační složky slunečního záření:

– a) ultrafialové záření, spektrální rozsah 300-390 nm (1-5%)– b) viditelné záření, spektrální rozsah 390-770 nm (asi 47%),

PhAR– c) infračervené záření, spektrální rozsah 770-3000 nm (asi 48%),

zdroj tepla

Sluneční svit

Transmitance v destilované voděTransmitance v destilované vodě

R - červená 720 nmO - oranžová 620 nmY - žlutá 560 nmG - zelená 510 nmB - modrá 460 nmV - fialová 390 nm

Sluneční svit

Sněhem pokrytý mořský led 0.95

Čerstvý sníh 0.8-0.85

Tající sníh 0.3-0.65

Křemenný písek 0.35

Žula 0.15

Holý zemský povrch 0.02-0.18

Jehličnatý les 0.10-0.14

Voda 0.02

Země jako celek 0.43

0 = kompletní absorbce; 1 = kompletní odraz

Albedo různých přírodních povrchů

Průhlednost a zákal vody

• Na propustnosti vody pro světlo závisí hloubka tzv. kompenzačního bodu fotosyntézy, v němž se intenzita fotosyntézy fytoplanktonu vyrovnává s intenzitou jeho dýchání (měřeno produkcí a spotřebou kyslíku).

• Průhlednost závisí především na zákalu (množství suspendovaných látek) a barvě vody.

• V rybnících vykazuje několik decimetrů a nanejvýš 1-2 metry, v jezerech několik metrů až desítek metrů (Bajkal - 40 m), v mořích a oceánech několik desítek až stovek metrů. V zimě bývá průhlednost větší než v létě, kdy je ovlivňována především intenzitou rozvoje fytoplanktonu (vegetační zákal).

Pronikání světla do hloubky vody

Rybník s hustým planktonem Horské jezero

Průhlednost a zákal vody

• Zákal vody může být způsoben buď neživými, jemně rozptýlenými částicemi (abiosestonem) nebo drobnými planktonními živými organismy (biosestonem).

• Rozlišení biogenního a nebiogenního zákalu je velmi důležité, poněvadž biogenní zákal nepřímo informuje o intenzitě primární produkce planktonu, kolísání obsahu O2 a CO2 a pH, i o dostatku

biogenů.

• Průhlednost vody určuje sílu eufotické vrstvy, tj. vrstvy vody, v níž probíhá fotosyntetická asimilace. Vody chudé na živiny mají vysokou průhlednost, vody bohaté na živiny mají nižší průhlednost.

• Průhlednost ovlivňuje pronikání světla do vody, viditelnost kořisti predátorem, oteplování vody. Vodu ohřívá tepelné infračervené záření. Na absorpci tohoto záření má vliv zákal, přijímající více tepla než voda čirá. Proto se zakalená voda ohřívá více než voda čistá. Ve stejné nadmořské výšce jsou tedy vody přikalené a rašelinné teplejší než vody čiré.

Barva vody • Zbarvení různých typů vod je značně rozdílné. Skutečná

barva čisté vody v silné vrstvě je modrá (vysokohorská jezera). Destilovaná voda je bezbarvá.

• Se stoupajícím obsahem rozpuštěných látek se mění propustnost vody pro světlo, jehož jednotlivé složky jsou propouštěny selektivně a tím se mění i barva vody.

• Barva vody je ovlivněna odrazem barevných odstínů okolí (obloha, půda, vegetace) a zbarvením dna.

• Odstíny zelené, bývají zpravidla vyvolány vegetačním zbarvením vody mikroskopickými planktonními řasami.

• Intenzivně hnědé zbarvení vody rašelinišť je způsobeno huminovými kyselinami, avšak může to být i důsledek rozvoje planktonních rozsivek.

• Dalším zdrojem barevnosti povrchových vod mohou být některé odpadní vody, zejména z textilního průmyslu, uhelný prach, ledovcové „mléko“ z tajících ledovců aj.

• Rovněž masový výskyt živočichů může působit zabarvení: vířníci-mléčný zákal, perloočky a klanonožci červenavé zbarvení.

Pach vody

• Čistá destilovaná voda je kapalina bez chuti a zápachu. Pach biologického původu vzniká při metabolismu a odumírání sinic, řas, vyšších rostlin, bakterií, aktinomycet, plísní, hub a prvoků. Druh a intenzita zápachu závisí na druhu organismu a intenzitě jeho rozvoje. Případně dostává voda pach od látek, které nemají svůj původ ve vodním prostředí.

• V důsledku rozvoje některých řas ve vodárenských nádržích (zvláště sinic, rozsivek a některých bičíkovců) může voda nabýt tak nepříjemného zápachu, že je prakticky neupotřebitelná pro vodárenské účely.

• Zápach vody nám v některých případech umožní již čichem rozpoznat přítomnost některých plynů, rozpuštěných ve vodě (sirovodík, amoniak).

• Také rybí maso může přijímat typický bahnitý pach, vznikající př. činností některých sinic (převážně rod Oscillatoria a Planktothrix). Aby se ryby tohoto pachu zbavili, drží se před konzumem nějakou dobu v čisté vodě (sádkování).

• Také některé látky př. nafta, benzin, zhoršují kvalitu masa vodních organizmů- organoleptické závady.

Oxidačně-redukční (Redox) potenciál

• Je potenciál na který se nabíjí kovová (platinová) elektroda ponořená do roztoku s rozpuštěnými látkami v redukované nebo oxidované formě, vůči standardní elektrodě (vodíková).

• Hodnota potenciálového rozdílu je úměrná logaritmu poměru redukované a oxidované látky. Podmínkou měření je zvratnost (reverzibilnost) oxidačně redukční reakce.

• V přirozených vodách empirický charakter, redox potenciál (ORP) je závislý na pH a obsahu kyslíku, ne vždy bývá splněna podmínka reverzibilnosti.

• Redox potenciál v epilimnionu nádrží kolísá mezi 0,4 – 0,6 V, nižší indikuje redukční látky, hodnoty 0,3 – 0,2 V indikují přítomnost Fe(OH)2, hodnoty 0,1 – 0,06 V sirovodík.

Zimní stratifikace redox potenciálu v několika jezerech.

• Teplotní výkyvy jsou ve vodě daleko menší než ve vzduchu (vysoká měrná kapacita) a v důsledku toho působí větší nádrže v krajině jako jakési tepelné regulátory či moderátory klimatu okolní krajiny.

• Skupenské teplo tání - teplo potřebné k přeměně 1 kg ledu při 0oC na kapalnou fázi o teplotě 0oC = 334, 9 kJ

• Skupenské výparné teplo - teplo potřebné k přeměně 1 kg vody při 0oC na plynnou fázi (páru) o teplotě 0oC = 2499,5 kJ

• Pro zvýšení teploty jednoho krychlového metru vody o 1oC je třeba dodat 4,19 . 103 kJ tepla

• Specifické teplo vody je ~ 1 kalorie, vzduchu 0,24 kalorie

• Ochlazením vody o jeden stupeň tedy voda teoreticky oteplí stejné množství vzduchu o 4 stupně.

Tepelné vlastnosti vody

Sečská přehrada na řece Chrudimce(16.107 m3 vody)

Zima = 64 mil. tunkaloriíČerven = 256 mil. tunkalorií

200 mil. tunkalorií = teplo vzniklé spálením 2500 žel. vagonů uhlí

Tepelné vlastnosti vody

Roční tepelná bilance – celkové množství tepla spotřebované k ohřátí vody z její minimální teploty v zimě na její maximální letní teplotu.

Tepelné vlastnosti vody• Tepelná vodivost vody je ~ 30x vyšší než tepelná vodivost

vzduchu

• 1 m3 vody při 30 oC drží v průměru 500x více tepla než stejný objem vzduchu při téže teplotě

• Tepelná vodivost vody = 0.005 69 J.cm-1.s-1.K-1,

• Molekulový přenos tepla vodou je bezvýznamný.

• Téměř veškerý přenos tepla se uskutečňuje pohybem vody (prouděním).

• Voda (chladná) je cca 25x tepelně mnohem lépe vodivá než vzduch, takže tělo živočicha daleko rychleji ochlazuje. Vezmeme-li v úvahu proudění vody, pak chladící efekt vody může být až 100x vyšší než chladící efekt vzduchu. Problém především pro teplokrevné živočichy – nutné adaptace.

• (a) nesmáčivý a dobře izolující tělní kryt (vzduch, který se drží v mastní srsti nebo peří, má nízkou tepelnou vodivost, tělo navíc nadnáší,takže pomáhá snížit energetický výdej při plavání; hůře izolované části těla (končetiny, uši, ocas) mívají schopnost snižovat svou teplotu odkrvením

• (b) Aktivně snižují teplotu povrchu těla (zejména vrstvy podkožního tuku – tuleni, hroch),

• Nadbytečné teplo – výměníky tepla – tkáně schopné měnit svou teplotu (dlouhý a lysý ocas ondatry, ploutve velkých vodních savců)

Důsledek tepelné vodivosti

• Teplo do vody:– a) sluneční radiace (záření) – hlavně infračervená složka– b) zemské nitro (geotermální zdroj) – horké prameny,

hluboká jezera– c) lidská činnost (antropický faktor) – elektrárny apod.

• Teplo z vody:– a) termální radiací (vyzařování tepla), omezené na

několik cm při hladině– b) konvekcí (přenos tepla v pohybujícím se médiu)– c) evaporací (přeměnou vody v páru)– d) přechod tepla do dna

Teplota vody a vzduchu

• Teplota vody přímo ovlivňuje množství plynů rozpuštěných ve vodě - čím je voda teplejší, tím méně se v ní plynů rozpustí, což platí absolutně.

• Teplota ovlivňuje rychlost chemických reakcí, jako jsou oxidace a rozkladné pochody v procesu samočištění.

• Změny teploty vody během roku v hlubokých nádržích pak ovlivňují nejen jejich tepelný, ale i chemický režim v důsledku střídajících se cyklů stagnace a cirkulace během roku.

• Sezónní střídání organismů v ekosystémech (sukcese) jak rostlinných, tak živočišných je přímo podmíněno teplotou.


• Teplota vody má důležitou úlohu při tření ryb a líhnutí jiker. Např. kapr se tře až tehdy, když teplota vody trvale vystoupí nad 15 C. Při vyšší teplotě vody se i jikry líhnou rychleji.

• Podzemní vody mívají konstantní teplotu, jen málo závislou na ročním období a pohybuje se obvykle kolem 10 C. Větší kolísání svědčí o rychlém pronikání povrchové vody do podzemí.

• Vody, které mají při vývěru teplotu vyšší než 25 C se nazývají vody termální.

• Naše toky mají roční průměr teploty vody 5-12°C (nejčastěji 9°C). Nejnižší teplota našich toků bývá v lednu a v únoru, nejvyšší v červnu a v červenci, v tocích pod nádržemi pak v srpnu. Vertikální rozdíly teploty toků jsou nepatrné díky turbulentnímu proudění.

• Ve stojatých vodách jsou velké roční rozdíly teploty vody i mezi teplotou u hladiny a u dna.

• Optimální teplota pitné vody je 8-12 C . Voda o teplotě nad 15 C již neosvěžuje a pod 5 C může způsobit žaludeční potíže.


SCHÉMA SEZÓNNÍHO CYKLU TERMIKY JEZERA




Roční cyklus – dimiktické jezero/nádržRoční cyklus – dimiktické jezero/nádrž

A jarní mícháníB začátek letní stratifikaceC vrchol letní stratifikaceD podzimní mícháníE zimní (převrácená)

stratifikace

Teplotní stratifikace na lokalitě

Brněnská přehrada – hráz v roce 2008


• Popsaný systém termiky je obvyklý pro vodní nádrže mírného pásu severní polokoule.

• Dimiktická nádrž - dochází ke dvěma cirkulacím během roku, zřetelná stratifikace (nádrže mírného pásma)

• Holomiktická nádrž - dochází alespoň v jedné cirkulaci k promísení celého vodního sloupce až ke dnu, nevytvářejí zřetelnou stratifikaci (polární a tropická jezera)

Monomiktické (u polárních v létě, u tropických v zimě) Polymiktické (míchají se vícekrát během roku)

• Meromiktická nádrž - nedochází k promísení celého vodního sloupce (podmíněno morfologicky, topograficky, chemicky)• horní vrstva - mixolimnion (míchaná)

• střední vrstva = chemoklina = haloklina = pyknoklina

• spodní vrstva = monimolimnion = nepodléhají totální cirkulaci

Změny během dne v mělkém rybníce

• Teplota přirozených vod kolísá od -7,8°C (bod zámrzu slaných jezer) po 96°C (horké prameny).

• Vodní organizmy snášející velké kolísání teploty vody označujeme jako eurytermní, organizmy vyžadující úzké rozmezí kolísání teploty pak jako stenotermní.

• Organizmy žijící v teplotním rozmezí -10°C až 30°C se označují jako psychrofilní. Organizmy žijící v rozpětí teplot 10-50°C se označují jako mezofilní a organizmy tolerující teploty 25-90°C jako termofilní.

• Organizmy bezjaderné- Prokaryota mají zvláštní složení bílkovin, takže snášejí i vysoké teploty, při nichž u většiny Eukaryot již dochází ke koagulaci plazmy. Bakterie (sinice) tak snášejí teplotu až 85 - 90°C, což jim umožňuje žít i v horkých pramenech.


• vlny – více periodické, na místě

• proudy – méně periodické, jednosměrné

• mechanismy (činitelé) pohybu:

• stojaté vody vítr – směr, rychlost

tepelná výměna – ochlazování

• tekoucí vody gravitace

• Pohyby vodních masPohyby vodních mas

1) Pohyby turbulentní (řeky)

2) Proudění Vyrovnávací tepelné (konvekční) proudění Průtočné proudění Větrné cirkulační proudění Seiches (séše)

Hydrodynamika – pohyby vody

• Proud je typickou vlastností tekoucích vod. Rozdíl mezi tekoucí a stojatou vodou spočívá právě v tom, že v tekoucí vodě dochází k trvalému jednosměrnému proudění vody.

• Rychlost proudu je závislá na spádu toku a hloubce vody. V horských tocích může dosahovat rychlost proudu 5-6 m.s-1 a dno je tvořeno velkými balvany, při rychlosti proudu 1m. s-1 dno tvoří hrubý štěrk, při rychlosti 30-50 cm. s-1 sedimentuje hrubý písek, při rychlosti 20 cm. s-1 dno tvoří jemný písek, při dalším poklesu je dno bahnité.

• V příčném profilu teče voda v každém místě jinou rychlostí vlivem tření vody o dno a překážky.

• V prudce tekoucích vodách bez jemnějšího substrátu, chybí na dně vyšší rostliny a vyskytují se zde pouze rozsivky, řasy, sinice a mechorosty.



Pohyb po spirále

• Také živočichové žijí v prudce tekoucích vodách mají řadu morfologických adaptací (přísavky, zploštělé tělo, silné končetiny,aj.). U ryb vyžaduje život v silném proudu velké energetické nároky – trvalé vzdorování proudu.

• Rheobiont je druh výrazně adaptovaný na proud, v jiném prostředí nežije.

• Rheofil je druh méně přizpůsobený proudu, proud preferuje, ale žije i jinde.

• Reoxen je druh nepřizpůsobený proudu, ale v proudu může žít.

• Reofob je druh v proudivém prostředí cizí, do proudu se dostaně jen náhodně.

• Téměř všichni živočichové dne tekoucích vod vykazují pozitivní reotaxi, tj. pohybují se proti proudu.

• Organismy odtržené ode dna a unášené proudem označujeme drift.

• Tekoucí vody se označují jako lotické. Rychlé proudící úseky jako torentilní, pomalu tekoucí úseky jako fluviatilní.

• Částice sunuté po dně – splaveniny, částice unášené ve volné vodě – plaveniny.


• Větrné cirkulační proudění

• vzniká působením převládajících větrů, které se opírají šikmo o hladinu. Na straně návětrné dochází ke snížení (depresi) a na straně závětrné ke zvýšení (elevaci). Pohyb povrchových vrstev vyvolává protisměrný pohyb vrstev podložních. Při letní stratifikaci dosahuje tato cirkulace pouze ke skočné vrstvě.


vítr

• Séše

• Periodické kolísání hladiny velkých jezer, způsobující kývavý pohyb hladiny. Stoupnutí hladiny u jednoho břehu je vyrovnáváno jejím současným klesáním při břehu protějším (elevace vs deprese). Příčiny těchto zvláštních kývavých pohybů celé jezerní masy jsou dosud nejasné.


Documents

Význam vody