OSNOVNI ČIMBENICI U VODAMA

Презентација на тему: "OSNOVNI ČIMBENICI U VODAMA"— Транскрипт презентације:

1 OSNOVNI ČIMBENICI U VODAMA
NA KOPNU

2 FIZIKALNI ČIMBENICI U VODAMA NA KOPNU
SVJETLOSNI UVJETI TERMIČKI UVJETI GIBANJE VODE Slapovi Iguazu

3 TOPLINSKA ENERGIJA KONVEKCIJA lat. com (zajedno) + vehere (nositi)
Toplina se prenosi kroz medij podizanjem zagrijane tekućine manje gustoće i tonjenjem hladnije i gušće tekućine. Jezerska termika - konvenkcija je osnovni pokretač vertikalnog miješanja vode.

4 RADIJACIJA Elektromagnetski valovi prenose energiju; Primanje toplinske energije radijacijom zasniva se na absorpciji zraka većih valnih duljina sunčevog zračenja u površinskim slojevima stajaćica i tekućica. Termičko ili infracrveno zračenje obuhvaća područje valnih duljina od 1000 do nm.

5 Insolacija– solarno zračenje
RADIJACIJA Insolacija– solarno zračenje      ~ 3 % energije koja dolazi solarnim zračenjem je ultravioletno, a ostatak svjetlosti je podjednako podijeljen na vidljivu svjetlost ili PAR (eng. photosinthetically available radiation) i infracrveno zračenje ELEKTROMAGNETSKI SPEKTAR

6 51 % sunčevog zračenja, pripada infracrvenon dijelu spektra i ima glavnu ulogu u zagrijavanju akvatičkih sustava apsorpcija svjetlosti pozdrazumijeva smanjenje svjetlosne energije s dubinom pretvarajući je u toplinu. 53 % svjetlosne energije pretvori se u toplinu do 1 m dubine konvenkcija je osnovni pokretač vertikalnog miješanja vode na povećanu refleksiju utječu valovitost vodene površine (10-20 %), oblaci, snijeg ukupno smanjenje energije zračenja uslijed rasipanja i apsorpcije naziva se atenuacija.

7 PROZIRNOST i MUTNOĆA Jezero *k (m-1) Secchi dubina (m)
Eufotička zona (m) Stupanj trofije Crater Lake (OR) 0.06—0.12 25— 45 >120 Clear, sky blue ultra-oligotrophic lake Lake Superior 0.13 15— 20 46—60 Ultra-oligotrophic; most oligotrophic of the Laurentian Great Lakes St. Louis River (Duluth-Superior Harbor) 4.21 0.7 >5 Brown (bog) stained from river plus high Lake Ontario 0.15 — 1.2 ? 12—29 Mesotrophic Lake Baikal, Siberia 0.2 5— 40 15—75 Oligotrophic Halsted Bay 2.9 0.5 <2 Eutrophic *koeficijent atenuacije

8 PROZIRNOST i MUTNOĆA Dubina kod koje Secci disk nestaje iz vida omogućuje mjerenje prozirnosti i koristi se u limnologiji za određivanje stupnja trofije (TSI, eng. Trophic State Index) TSISD = 10 (6-log2SD)

9 BOJA Boja vode je obilježje uvjetovano s nekoliko varijabli:
1. valnom duljinom svjetlosti Jezero Jasper (Kanada) 2. absorpcijom i rasipanjem svjetlosti 3. biocenozom, okolišnim pejzažem, vremenskim uvjetima Rozo jezero (zapadna Australija) Jezero Retba (Senegal)

10 TERMIKA JEZERA S obzirom na režim miješanja vodenih slojeva jezera su podijeljena na: I HOLOMIKTIČNA JEZERA ona u kojima se cijeli stupac vode miješa najmanje jednom godišnje; 1. DIMIKTIČKA - jezera umjerenog pojasa s ledenim pokrovom tijekom zime, imaju dva razdoblja miješanja (proljeće i jesen) 2. MONOMIKTIČKA- jezera manjih geografskih širina, obilježena su jednim miješanjem tijekom godine 3. POLIMIKTIČKA JEZERA miješanje stupca vode više od dva puta godišnje (plitka jezera) II MEROMIKTIČKA JEZERA , djelomično mješanje stupca vode (mero – djelomično), ona jezera u kojima se ne miješa cijeli stupac vode tijekom godine, - duboka jezera, npr. Tanganjika, stalna termoklina na 400 m dubine, a sezonska termoklina na 20 do 100 m - pojava monimolimnija III AMIKTIČKA JEZERA trajno su pokrivena ledom (debljina leda m) - mogućnost anoksije u hipolimniju i sedimentu

11 Termika jezera s obzirom na zemljopisnu širinu i dubinu

12 TEMPERATURNA INVERZIJA IZOTERMIJA IZOTERMIJA

13 gotovo sva meromiktička jezera imaju u dubljim slojevima povišen salinitet koji uzrokuje razlike u gustoći između površinskog i dubokog sloja vode         miksolimnij – plići sloj vode koji se miješa i termički je startificiran monimolimnij - duboki sloj vode koji se ne miješa kemoklina – sloj vode u kojem dolazi do nagle promjene gustoće uslijed povećanja saliniteta i otopljenih organskih tvari

14 GIBANJE VODE Pokretačke sile , koje uzrokuju različite oblike gibanja vodenih masa u vodama na kopnu su: gravitacijske sile i nagib podloge; rotacija Zemlje; evaporacija; vjetar; promet toplinske energije.

15 gibanje vode i tvari u vodi ostvaruje se na sljedeće načine:
     DIFUZIJA          KONVEKCIJA TURBULENTNO vs. LAMINARNO STRUJANJE          STRUJE          VALOVI         

16 KRUŽENJE TVARI

17 ugljika:

18 KEMIJSKI SASTAV SLATKIH VODA
IONSKI SASTAV VODA NA KOPNU određen je koncentracijom: Kationa Ca2+ > Mg2+ > Na+ > K+ Aniona HCO3-, CO32- > SO42- > Cl- Podloga Konduktivitet (µS cm-1) pH Granit 35 6,6 Gnajs Vulkanska 50 7,2 Karbonatna 400 7,9

19 ELEKTRIČNA PROVODLJIVOST (KONDUKTIVITET)
sposobnost vodene otopine provođenju elektriciteta, a određena je koncentracijom prisutnih aniona i kationa te njihovom pokretljivošću temperatura pozitivno utječe na ionsku pokretljivost, a time i na provodljivost koja se poveća za 2 % porastom temperature za 1 °C konduktivitet ukazuje na topljivost podloge, salinitet, trofiju

20 Odnos bioraznolikosti i konduktiviteta

21 RASPODJELA KISIKA I UGLJIČNOG DIOKSIDA
Odnos topljivosti plinova s tlakom i temperaturom

22 KRIVULJE KISIKA 1. KLINOGRADNA - hipolimnijsko smanjenje
koncentracije kisika - respiracija i razgradnja povećavaju se povećanjem produktivnosti jezera                                             2. ORTOGRADNA - u neproduktivnim, oligotrofnim jezerima - koncentracija kisika u epilimniju se smanjuje porastom temperature, a u hipolimniju se povećava uslijed nižih temperatura

23 POZITIVNA HETEROGRADNA
                                                  NEGATIVNA HETEROGRADNA                                          

24 KRUŽENjE UGLJIKA I UGLJIČNOG DIOKSIDA
Izvor CO2 su: - mikrobna razgradnja bentoskog detritusa - respiracija - odvija se u cijelom stupcu vode, ali najviše u hipolimniju - podzemne vode difuzija iz atmosfere - fermentacija i izgaranje PARTIKULARNI OTOPLJENI ORGANSKI Živi i uginuli organizmi Detritus, suspendirane organske tvari Otopljene organske tvari      DOC (dissolved organic carbon)      Aminokiseline      Šećeri ANORGANSKI CaCO3 Karbonati s Mg, K, Na DIC (dissolved inorganic carbon) CO2 , H2CO3       HCO3-, CO32-

25 kod pH 8.3 sav je anorganski C u obliku HCO3- ispod 6.3 dominira CO2
iznad 10.3 dominira CO32- Longitudinalni profil Plitvičkih jezera

26 Vodene makrofite, fitoplankton i perifiton asimiliraju anorganski ugljik u obliku CO2 ili HCO3-
Ni jedna biljka ne uzima CO32- direktno, već mora biti konvertiran u HCO3- HCO3- karbonilna anhidraza konvertira u CO2 koji ulazi u Calvinov ciklus

27 MIKROBNA PETLJA dio organskog ugljika se preko bakterija i protozoa vraća natrag u hranidbeni lanac

28 VEZANJE ANORGANSKOG UGLJIKA U STIJENE Pamukkale i Plitvička jezera
krš zauzima 12% Zemljine površine 25% ljudske populacije koristi pitku vodu iz krških izvora

29 KRŠ (topljive sedimentne stijene)
Vapnenac CaCO3 Dolomit CaMg(CO3)2 Gips CaSO4 Dinaridski masiv krš prekriva 46 % površine Hrvatske

30 Kalcit? Karbonati? Vapnenac?
Kalcit = mineral, molekule kalcij-karbonata, CaCO3, povezane u kristalnu rešetku Karbonati = sedimentne stijene nastale taloženjem karbonatnih minerala Vapnenac = karbonatna sedimentna stijena izgrađena od kalcita Kristal kalcita

31 Rijeka Meander Pamukkale

32 termalna vrela s vrućom i mineralima zasićenom vodom
istaloženi travertin

33 NP PLITVIČKA JEZERA 8. travnja 1949.

34 Prema legendi Plitvička su jezera nastala nakon velike suše
Prema legendi Plitvička su jezera nastala nakon velike suše. Ljudi, životinje i bilje, čeznuli su za kapljicom vode. Narod se molio i molio. Tada se u dolini pojavi Crna Kraljica sa svojom veličanstvenom pratnjom; ona se smilovala narodu i uz jak vjetar i grmljavinu na zemlju je konačno pala kiša. Kiša je padala tako dugo dok razina vode nije narasla dovoljno da nastanu jezera. TEMELJNI FENOMEN Fenomen krške hidrografije: 16 kaskadno nanizanih jezera s brojnim sedrenim slapištima u živom biodinamičkom procesu; preko 2/3 površine NP je pod dobro očuvanim šumama (prašumski rezervat Čorkova uvala), bogata fauna

35 Gornja jezera su u dolomitima /MgCa(CO3)/, a Donja
jezera su u debelo uslojenim masivnim rudistnim vapnencima /CaCO3/, kanjonskog suženja rijeke Korane. erozijom dolomita i vapnenaca izmodelirana je složena dolina gornjeg toka rijeke Korane, koja je mlađim morfogenetskim procesima premodelirana u niz Plitvičkih jezera (Roglić, 1974.).

36

37 TUFA - produkt precipitacije kalcij-karbonata, a
značajno je da sadrže ostatke mikrofita i makrofita, beskralježnjaka i bakterija TRAVERTIN ograničen na naslage nastale precipitacijom, gdje uvijek nedostaju mikrofita i makrofita i ostaci životinjskog porijekla. tufa je sediment mlađeg porijekla, veće poroznosti i predstavlja živu sedru, dok je travertin sediment starijeg porijekla, manje poroznosti i predstavlja mrtvu (fosiliziranu) sedru

38 Prozračivanjem vode oslobađa se CO2, taloži se kalcijev karbonat, koji taloži na podvodnim predmetima i vegetaciji prema sljedećoj formuli: Ca(HCO3)2  CO2 + H2O + CaCO3 Za taloženje sedre i kalcitnog mulja potrebni su sljedeći uvjeti (Srdoč i sur. 1985): 1. prezasićenost kalcij-karbonatom iznad 3 (većina tokova s intenzivnim sedrenjem pokazuje Izas od 5 do 7) 2. pH vode iznad 8.0 (u tokovima s intenzivnim sedrenjem pH se kreće od 8.2 do 8.4) 3. koncentracija otopljene organske tvari manja od 10 mg/l ugljika. Ako jedan od tih uvjeta nije zadovoljen izostaje taloženje sedre.

39 Proces nukleacije tj. rasta kristala kalcita nastaje na jezgri koja je s kristalografskog stajališta za to podesna. To može biti zrnce vapnenca ili dolomita suspendirano u vodi, ali mogu biti fragmenti ljušturica ili skeleta mikroorganizama (npr. dijatomeje) ili pak nakupine bakterija stvaraju jezgru oko koje izrasta kristal kalcita (Chafetz i Folk, 1984). Započinje fiksiranjem sitnih čestica na površini koja je obrasala tzv. epifitima, koji izlučuju ljepljivu tvar koja po kemijskom sastavu odgovara mukopolisaharidima (Degens, 1976). cijanobakterije i alge kremenjašice su vrlo značajne za „hvatanje” kristala kalcita i taloženje sedre

40 Biogeno taloženje sedre:
mahovine + epifiton: cijanobakterije + dijatomeje + mukopolisaharidi + kalcit Cyanobacteria Phormidium crustatum Diatomeae Cratoneurum commutatum Bryum ventricosum Didymodon tophaceus. Tufa Bryophyta

41 Biogeno taloženje sedre : in situ eksperiment
Organski supstrat Anorganski supstrat

42 npr. potopljena barijera u jezeru Kozjak u antičko doba bila je cesta
Brzina sedimentacije jezerskog mulja iznosi 0.8 mm godišnje u posljednjih 3000 godina u jezeru Kozjak. Međutim, događa se i suprotni proces, istovremeni rast sedrenih barijera, koji povisuje razinu jezera znatno brže te sprečava zatrpavanje jezera i omogućuje povećanje razine vode, npr. potopljena barijera u jezeru Kozjak u antičko doba bila je cesta Barijere Donjih jezera mlađeg su postanka, što se očituje u njihovoj maloj visini. Kod većine ovih barijera mogu se zapaziti razni razvojni stadiji, od onih koje su još pod vodom, do onih koje predstavljaju prave barijere.

43

44 CIKLUS DUŠIKA Nitrosomonas Nitrobacter

45

46 RASPODJELA DUŠIKA

47 Zajedno s ugljikom, vodikom, fosforom glavni je konstituent protoplaz-
me organizama te je glavni nutrient koji utječe na produktivnost slatkih voda Glavni izvor dušika u biosferi potječe od fiksacije atmosferskog molekularnog dušika od strane cijanobakterija Fiksacija dušika cijanobakterijama, ovisna je o svjetlu i podudara se s njihovom prostornom i vremenskom raspodjelom; fiksacija dušika raste smanjenjem koncentracije amonijaka i nitrata u trofogenoj zoni Direktan utjecaj životinja u ciklusu dušika je vrlo mali; pod određenim uvjetima njihov grazing na mikrobe može utjecati na razgradnju dušika, kao i na njegov omjer u procesu fotosinteze. Gubitak dušika u vodi javlja se uslijed: redukcije nitrata u atmosferski dušik bakterijskom denitrifikacijom te sedimentacijom tvari organskog i anorganskog podrijetla koje sadrže dušik

48 Koncentracija amonijaka u oksigeniranim vodama je obično niska zbog
utilizacije od strane biljaka u fotičkoj zoni te uslijed nitrifikacije Kada hipolimnij eutrofnih jezera postane anoksičan prestaje bakterijska nitrifikacija, a raste koncentracija amonijaka Nitriti se brzo oksigeniraju i rijetko se akumuliraju, izuzev u metalimniju, gornjem sloju hipolimnija ili intersticijskoj vodi sedimenta eutrofnih jezera; njegove koncentracije su vrlo niske < 100 mg/L, ukoliko organska polucija nije visoka Nitrati su asimilirani i aminirani u organske dušične spojeve unutar organizma, a ugibanjem organizama se ponovo oslobođaju kao amonijak Nitratni oksid je brzo reduciran do dušika i nikad nije nađen u jezerima u značajnoj koncentraciji. Ovaj proces omogućiju fakultativni anaerobi, a aceptor elektrona je organska tvar. Denitrifikacija se stoga javlja u hipolimniju eutronih jezera u anoksičnom sedimentu. Na taj način nitrati su brzo pretvoreni u dušik koji ili izlazi u atmosferu ili se fiksira.

49 ANAMMOX Anaerobic ammonium oxidation
- tri roda Brocadia, Kuenenia, Scalindua mikrobna pretvorba amonijaka i nitrita u N2 (otkriveno godine) ove bakterije su aktivne kod temperature između 6 i 43 °C. primjena ove metode u pročišćavanju otpadnih voda jer omogućuju potpuno odstranjivanje amonijaka

50 Dissolved organic nitrogen (DON) često čini 50 % ukupnog otopljenog
dušika u slatkim vodama Kako jezera postaju sve više produktivna, koncentracije nitrata i amonijaka u trofogenoj zoni su reducirane, a tome pridonosi i fotosinteza. Koncentracija amonijaka povećava se uslijed razgradnje organske tvari ili uslijed oslobađanja iz sedimenta u anaerobnim uvjetima Omjer organskog C:N ukazuje na otpornost tvari prema razgradnji: Alohtone organske tvari C:N 45:1, sadrže puno humidnih tvari s malo dušika Autohtona organska tvar C:N 12:1, zbog veće količine proteina npr. plankton

51 CIKLUS FOSFORA

52 U odnosu na druge biogene elemente on ima najmanju koncentraciju ili
najmanje je rasprostranjen i prvi je element koji limitira biološku produktivnost Anorganski fosfor utiliziran je u obliku ortofosfata (PO43-) Fosfati su ekstremno reaktivni i u interakciji su s mnogim kationima (Fe3+, Ca2+) s kojima u aerobnim uvjetima stvaraju relativno netopljive tvari koje talože. Velik udio fosfora u vodama na kopnu je vezan u organskim fosfatima i organizmima, živim i mrtvim Raspon ukupnog fosfora u slatkim vodama je širok od 5 mg/L u neproduktivnim vodama do > 100 mg/L u jako eutrofnim vodama; većina voda sadrži između 10 do 50 mg ukupnog P/L Koncentracije ukupnog i otopljenog fosfora u oligotrofnim jezerima pokazuju male varijacije s povećanjem dubine, eutrofna jezera s klinogradnom raspodjelom kisika pokazuju značajno povećanje fosfora u hipolimniju Izmjena fosfora na granici voda-sediment je regulirana oksido-redukcijskim interakcijama koje su ovisne o prisutnosti kisika, topljivosti minerala, metaboličkoj aktivnosti bakterija i miješanju uslijed fizičke i biotičke aktivnosti.

53 Otopljeni fosfor može biti akumuliran u većim količinama u hipolimniju;
Dolaskom jesenske cirkulacije ioni željeza brzo oksidiraju i talože s fosfatima kao željezo-fosfat. Kako hipolimnij postaje anoksičan u produktivnim jezerima, oksigenirana zona nestaje, dolazi do otpuštanja fosfata u vodu, a Fe2+ se veže sa sulfidima u FeS (crni talog) Redfieldov omjer 106 C:16 N:1 P- važan za produkciju

54 CIKLUS SUMPORA

55 HYPOLIMNIJ – VRIJEDNOSTI ČIMBENIKA
TIJEKOM LJETNE STRATIFIKACIJE Stupanj trofije  [O2]  Eh  Fe+2 (fero) H2S  PO43- Oligotrofno  Visoka (ortogradna)  mV  Bez Bez  Vrlo niska Mesotrofno Vrlo reducirana (klinogradna)  Niska Eutrofno Vrlo reducirana ili bez (klinograde)  ~250 mV  Visoka  Hipereutrofno <100 mV  Smanjenje (nastaje FeS)  Vrlo visoka