Hidrochemijos teorija

MIKROBINĖ KILPA. Apie 1979 m. atsirado metodas, leidžiantis daugmaž patikimai suskaičiuoti, kiek yra bakterijų viename ežero vandens laše. Pasirodė, kad litre ežero vandens jų yra 1–10 mln. Heterotrofinės bakterijos kontroliuoja daugelį biogeninių bei trofinių ekosistemos procesų. Be jų trūktų O2 po ledu, ežerų žuvys prarastų pagrindinį maisto šaltinį. Vandenynai dėl susikaupusios org. medžiagos iš žydrų taptų rudais, Žemėje sutriktų N ir daugelio kitų elementų apytaka. Klasikinėje mitybos grandinėje heterotrofinėms bakterijoms buvo priskiriama org. medžiagų mineralizavimo funkcija. Procesas buvo įsivaizduojamas kaip eilė grandžių, kur energija iš žemesnio mitybinio lygmens pernešama į aukštesnį. Org. medžiagų sintezatoriais buvo laikomi vienaląsčiai dumbliai. Jų susintetinti angliavandeniai, baltymai ir riebalai buvo perduodami zooplanktonui, planktonoėdėms žuvims, plėšriosioms žuvims ir t.t. Nuo mitybinės grandinės sampratos buvo pereita prie mitybinio tinklo suvokimo, atskleidžiančio daug sudėtingesnę tikrovę. Vienaląsčių organizmų dalį F.Azamas pavadino mikrobine kilpa (t.p. bakterine kilpa). Jos esmė ta, kad didelė fotosintezės produktų dalis iš fitoplanktono į zooplanktoną yra pernešama ne tiesiai, bet per keletą mikrobinių grandžių. Gyvi ir žūstantys dumbliai į vandens masę išskiria 50 % pačių pagamintų angliavandenių bei peptidų. Bakterijoms ši šviežia ištirpusi organinė medžiaga (IOM) tikras desertas. Ji virsta ne tik CO2 + H2O, bet ir bakterijų mase, o ji yra pagrindinis maisto šaltinis žiuželiniams pirmuonims, šie stambesniems pirmuonims – infuzorijoms (dafnijoms, ciklopams), pastarosios – zooplanktonui. Didėjant zooplanktono kiekiui, daugėja maisto žuvims. Taigi, mikrobinė kilpa veikia kaip maisto dalelių generatorius – sugauna zooplanktonui neprieinamą IOM ir paverčia ją pirmuonims jau tinkamais. Iš pirmo žvilgsnio atrodo, jog energetiškai toks procesas nėra efektyvus, nes tarp fitoplanktono ir zooplanktono atsiranda 4 papildomos mitybinės grandys (IOM, bakterioplanktonas, žiuželiniai, infuzorijos). Tačiau mikrobinė kilpa vis tik svarbi visai ekosistemai: 1. kada ežero zooplanktone dominuoja dafnijos, energijos pernešimas tampa efektyvesnis, nes jų filtravimo aparatas toks tankus, kad sugeba sugauti 0,1–2 μm ilgio bakterijas ir energija bei maisto medžiagos pernešamos ne per 4, o per dvi grandis. 2. bakterijos pasisavina ne vien fitoplanktono pagamintą org. medžiagą, bet vaidina kur kas sudėtingesnį vaidmenį. Daugelyje ežerų (t.p. ir jūrų) pakrančių zonose dominuoja ne autochtoninė org. medžiaga, o atnešta iš už telkinio ribų – alochtoninė org. medžiaga. Dėl jos miško ežerai yra nežydri, o rudi. Ištirpusios org. C kiekis tokiame vandenyje gali siekti per 100 mg/l, t.y. daug kartų viršyti visų gyvų organizmų biomasę. Tokiomis sąlygomis mikrobinė kilpa gamina maistą zooplanktonui ir žuvims, nepriklausydama nuo fotosintezės ežere. Globaline prasme heterotrofinės bakterijos išlieka konsumentais – reducentais, o ežero ekosistemos ribose vaidina pseudopirminio producento vaidmenį – sukuria maisto bazę visiems kitiems mitybiniams lygmenims. Dažnai miško ežeruose mikrobinė kilpa tampa svarbesniu maisto šaltiniu nei fitoplanktonas, nes rudame vandenyje, trūkstant šviesos ir esant mažiems N ir P kiekiams, fotosintezė nėra aktyvi. Aktyvi bakteriplanktono veikla lyg ir turėtų atpalaiduoti mineralines medžiagas, atlikti klasikinį reducento vaidmenį, bet elgiasi kitaip – stengiasi pasisavinti mineralinį P ir N, ir dėl jų konkuruoti su fitoplanktonu. Priežastis ta, kad bakterijų biomasėje C/N santykis labai mažas (~ 4–5). Daug mažesnis nei jų maiste autochtoninėje (C/N ~ 10) ir alochtoninėje (C/N ~ 40). Dėl to, pasisavint IOM, atsiranda CO2 perteklius ir N bei P trūkumas. Šį trūkumą bakterijos kompensuoja pasisavindamos vandenyje ištirpusias mineralines druskas. Kadangi dumblių ląstelių paviršiaus ir tūrio santykis daug mažesnis nei bakterijų, tai juos nesunku nukonkuruoti. Kas tada atlieka reducentų vaidmenį, t.y. atpalaiduoja N ir P? Visų pirma, tai pirmuonys ir zooplanktonas. Kiekvienam mitybiniame lygmenyje didelė org. C dalis yra iškvėpuojama CO2 pavidalu. Taip atsiranda min. medžiagų perteklius, kurį šalinimo sistema išmeta į vandenį ir bakterioplanktoną. Papildomą N ir P kiekį sukuria ir tai, kad pirmuonių ir zooplanktono biomasės C/N santykis yra didesnis nei bakterioplanktono. Nors alochtoninės IOM ir gali būti daug, tačiau bakterijos ją įsisavina sunkiai. Didesnę šios IOM dalį sudaro didelės molekulinės masės ir sudėtingos struktūros humusinė medžiaga su daugybe polifenolių bei heterociklinių darinių. Bakterijų ląstelių membranos nėra laidžios polimerams, todėl tiesiogiai šių junginių pasisavinti negali (tą padaro daugialąsčiai gyvūnai). Bakterijos tiesiai į aplinką išskiria hidrolitinius fermentus: celiuliozes, peptidazes, fosfatazes ir kt. Taip užląsteliniai fermentai alochtoninę IOM skaido į monomerus visoje vandens masėje. Atpalaiduoti monosacharidai ir amino rūgštys jau lengvai įsiurbiami į ląstelių vidų. Taip bakterijos pasisavina 5–30 % visos IOM, nes hidrolitiniai fermentai nesuskaldo daugelio cheminių jungčių, pvz., C–P. C–S. Tokioms reakcijoms reikalingos oksidazės, o jos už ląstelių ribų nėra veiklios. Iš to kyla klausimas, jeigu bakterijos nesuskaldo tiek daug IOM, tai kodėl per milijonus metų vanduo išliko žydras, o ne tapo rudas? Priežastys: fotocheminės reakcijos vandenyje. Veikiant ultravioletiniams spinduliams vanduo bąla. Fotonai, reaguodami su įvairiomis ištirpusiomis medžiagomis, sudaro peroksidus ir laisvuosius radikalus. Šie aktyvūs junginiai reaguoja su IOM polimerais ir suskaldo hidrolizėms neįveikiamas jungtis. Fotocheminių reakcijų metu susiformuoja daug riebiųjų rūgščių, amonio jonų, CO2, CO. Fotocheminės reakcijos mineralizuoja tik 15 % ištirpusios org. C. Tyrimai parodė, kad reikalinga fotocheminės–bakterinės degradacijos kaita. Jeigu pakaitomis vyksta IOM ardymas (mineralizavimas bakterijomis, po to švitinimas Saulės spinduliais, vėl bakterijomis, vėl Saulės spinduliais), tai po keleto pasikartojimų viskas pagaliau virsta CO2, vandeniu ir mineralinėmis medžiagomis. Kas suvaldo bakterijas, kurios laisvai besidalindamos per keletą dienų užpildytų Žemės rutulį? T.y. kokie bakterijas ribojantys veiksniais? Produktyvumas sparčiai didėja, didėjant ežero eutrofikacijos lygiui ar IOM koncentracijai. Taigi, kuo daugiau maisto turi bakterijos, tuo sparčiau jos auga. Bet tai dar nereiškia bendros biomasės didėjimo, nes ją kontroliuoja bakterijomis mintantys pirmuonys. Šie vienaląsčiai eukariotai geba išlaikyti neįtikėtinai tolygų bakterijų ląstelių tankumą (1–3 mlrd./l) daugelyje pasaulio vandens telkinių (nuo ultraoligotrofinių vandenynų rajonų iki eutrofinių ežerų). Kas reguliuoja rūšinę bakterijų įvairovę? Ar tie patys bakterijų tipai dominuoja skirtinguose vandens telkiniuose? Kaip keičiasi populiacijos bėgant metams? Dabartinės žinios apie vandens bakterijų populiacijas dar labai skurdžios. Prieš 15 m. sukurtas epifluorescensinės mikroskopijos metodas leido suskaičiuoti visas bakterijas. Bakterioplanktoną apibūdinti pagal rūšį tradiciniai mikrobiologiniai metodai netinka, nes dirbtinėse terpėse auga tik ~ 1 % natūralių bakterijų. Vietoj jų pasitelkiami molekulinės biologijos įrankiai. Kol kas aišku tik tiek, kas virusai, specifiniai kiekvienos rūšies žudikai, yra pagrindiniai bakterioplanktono reguliatoriai. Taigi, dar viena svarbi limnologijoje ir okeanologijoje tyrimų sritis yra virusai. ORGANINĖS MEDŽIAGOS (OM) GV OM tai ištirpusių ir koloidinėse būsenoje GV esančių org. junginių visuma. OM būdinga: 1) mažesnis nei pagrindinių jonų tirpumas; 2) labai maži kiekvieno atskiro komponento kiekiai; 3) komplikuotas atskirų OM komponentų kiekių nustatymas dėl pagrindinių jonų poveikio (kiekybiškai jie dominuojantys); 4) milžiniška org. junginių įvairovė. Problemos: 1) dominuoja informacija apie suminį OM kiekį GV; 2) nėra metodo, kuris leistų nustatyti OM tiesiogiai; 3) OM kiekis įvertinamas netiesioginiais metodais. Suminio OM kiekio nustatymas per org. anglies kiekį (Corg) Yra įrodyta, kad ~50 % OM masės GV sudaro org. C. Corg (mg/l) x 2 ~ OM mg/l. Corg kiekio nustatymas trunka ilgai, yra sudėtingas ir nerašus. Karotinoidai – nesočiųjų polimerinių angliavandenilių ir kai kurių kitų jiems giminingų deguoninių darinių mišiniai (dar vadinami lipochromais, nes gerai tirpsta riebaluose). Tai likopinas ir karotinas. Apie OM kiekį GV susiorientuojama jas ardant stipriais neorg. oksidatoriais: KMnO4 (PO – permanganatinė oksidacija), K2Cr2O7 (BO – bichromatinė oksidacija), KJO3 – (JO – jodatinė oksidacija). Yra tiesioginė priklausomybė tarp sunaudojamo oksidatoriaus kiekio ir OM. Oksidatoriaus kiekis yra perskaičiuojamas į jam ekvivalentiško deguonies kiekį (mg O/l), t.y. tokį kiekį, kurio reikia suoksiduoti org. medžiagas, esančias 1 litre GV. KMnO4 visų OM nesuoksiduoja. Gėluose vandenyse: , tai PO mg O/l ~ Corg mg/l; OMmg/l ~ 2 · PO mg O/l. K2Cr2O7 suardo beveik visus org. junginius 100 %. nusako GV telkinio sav. išsivalymo procesą. Jei 1, vandens telkinio savaiminio išsivalymo procesas yra sutrikdytas ir būtin ieškoti to priežasčių. OM (org. junginiai): 1. alochtoniniai (patenkantys į GV telkinius iš supančios aplinkos) 1.1. su buitiniais ir pramoniniais nutekamaisiais vandenimis 1.2. su paviršinio nuotėkio vandenimis 2. autochtoniniai (susiformuojantys pačiame vandens telkinyje). Į ALOCHTONINĘ org. medžiagą įeinančios humusinės medž. yra mikroorganizmų susintetinti nauji org. junginiai iš augalinės ir gyvulinės kilmės puvėsių. Šios medž. formuoja dirvos humusą. Humusinių medž. tarpe yra didelio molekulinio svorio pulfo rūgštys, kuriose be –COOH grupių yra ir kitų funkcinių grupių. Jos dalyvauja pH dinamikoje, tirpių kompleksinių junginių susidaryme (atlieka ligandų vaidmenį, o kompleksadariai yra sunkiųjų metalų katijonai). AUTOCHTONINĖS org. medžiagos. Atsiradimo priežastis yra chemosintezės bei fotosintezės procesai. Autochtoninių org. medžiagų dėka užsimezga mitybinė grandinė. Augalija  ja mintantis zooplanktonas ir zoobentosai  plėšrusis zooplanktonas ir zoobentosas  planktofaginės žuvys  plėšriosios žuvys. Ekskrementai ir gyvūnų likučiai – viskas tame pačiame vandenyje. Jei PO/BO ·100 40 – atneštinė (alochtoninė) org. medžiaga. Pagrindinė org. medžiagų masė greitai mineralizuojasi iki mineralinių formų (H2O, NH3, H2S, H3PO4, CO2, ...). Atsparios mineralizacijai org. medžiagos formuoja vandens humusą. – absorbcinės pusiausvyros lygt; hidratacinės joninės pusiausvyros lygtys; tirpimo joninės pusiausvyros lygtys. , kur 44 – CO2 molekulinė masė; K1 – H2CO3 pirmos pakopos disociacijos konstanta; pH ir– rasti tyrimų metu; μ – joninė jėga. Tada , kur visos koncentracijos iš reikštos mg/l. Kalcinės–karbonatinės pusiausvyros charakterizavimui apskaičiuojamas agresyvaus CO2 kiekis ir vandens įsotinimo kalcio karbonatu laipsnis . L1 / Lt° – CO32– ir Ca2+ molinių koncentracijų santykis. Jei s` / st° 1, gali pradėti kristi CaCO3 nuosėdos, t.y. GV tampa persotintas CaCO3. Kaip tai atrodo praktiškai? Analizės metu nustatoma CO2 koncentracija. Jei Σj 1, ir (toks GV tirpins karbonatines padermes, betoną); kai agresyvaus CO2 nėra, t.y. jo koncentracija 7, o persotinimas CaCO3 ne mažiau kaip 10 kartų viršija normą. Faktoriai, skatinantys CaCO3 kritimą į nuosėdas. 1. l.intensyvus fotosintezės procesas; 2. organizmai, kurie Ca2+ naudoja savo būsto statybai; 3. CaCO3 kristalai patenka į GV su dulkėmis (jos formuoja kristalizacijos centrus); 4. ledo dangos formavimasis (proceso metu dalis CaCO3 pavirsta nuosėdomis). CaCO3 tirpimo ypatumai. 1. kad CaCO3 virstų nuosėdomis, GV turi būti CO2 (nebūdinga kitoms druskoms); 2. skirtingi HCO3– ir CO32– druskų tirpumai; 3. iškritęs CaCO3 būna skirtingų mineraloginių formų, kurių tirpimai irgi skirtingi; 4. CaCO3 druskų tirpumui GV įtakos turi kitos druskos. CaCO3 tyrimai reikalingi nagrinėjant gamtinės C kitimus. Oksidacijos laipsnis. OL įsivaizduojamas kaip elemento atomo krūvis molekulėje, kuris apskaičiuojamas darant prielaidą, kad ji (molekulė) sudaryta tik iš jonų. OL radimas. Pirma, molekulė turi būti elektriškai neutrali (teigimų ir neigiamų krūvių sumos turi būti lygios, pvz., Fe3+ ir Al–  FeCl3). Antra, vieninės medžiagos atveju, OL lygus 0 (S, C, Fe ir t.t.). Konkrečioje redox poroje medžiaga, kurioje atitinkamas elementas turi didesnį oksidacijos laipsnį vadinama jos oksiduota forma (oksidatoriumi), o medžiaga su mažesniu oksidacijos laipsniu – jos redukuota forma (reduktoriumi). Pvz., tas pats Fe3+ yra oksiduota forma, o kitoje FeCl2 – Fe2+ – redukuota forma. Kiekviena redox pora užrašoma trupmenos pavidalu. Skaitiklyje rašoma oksiduota forma, vardiklyje – redukuota. Pvz., Fe3+/Fe2+, Sn4+/Sn2+, J2/2J–. Jei pereinant oksiduotai formai į redukuotą ir atvirkščiai (grįžtamoji reakcija), dalyvauja vanduo arba vandenilio jonas, tai taip pat nurodoma atitinkamoje pseudotrupmenoje. Pvz., K+1Mn+7O4–2· 4 ar Mn+2Cl2–1· 2. Pereinant oksiduotai tos poros formai (pvz., MnO4–) į redukuotą (Mn+2) dalyvauja vandenilio jonai: MnO4– + 8H+5ē+ Mn+2 + 4 H2O, todėl šios poros užrašymas pseudotrupmenos pavidalu atrodys taip: MnO4– + 8H+ / Mn +2. Jei konkreti redox pora yra tiriamame tirpale yra Fe3+ ir Fe2+ jonitai, įmerkus į tokį tirpalą inertinį elektrodą (pvz., platinos) tarp tirpalo ir elektrodo susiformuoja potencialų skirtumas, kuris vadinamas tos poros redox potencialu. Jį galima išmatuoti prietaisais (kaip pH–metru, tik pakeičiant elektrodus) arba apskaičiuoti panaudojant Nernsto lygtį: , kur Eh – atitinkamos poros redox potencialas tirpale; Eh° – tos pačios poros normalus redox potencialas, t.y. toks potencialų skirtumas, kuris atsiranda tarp inertinio elektrodo ir tirpalo, kai oksiduotos ir redukuotos formų koncentracijos tirpale lygios tarpusavyje ir lygios vienetui (1 mol); R – generalinė dujų konstanta (R = 8,317 ...); T – tirpalo temperatūra Kelvinais; n – skaičius elektronų, dalyvaujančių elementariame oksiduotos formos perėjimo į redukuotą formą akte (t.y. tie +5ē); F – Faradėjaus konstanta (960 500 C – kulonų); [] – atitinkamos formos koncentracija tirpale moliais; a, b, m – stechiometriniai koeficientai oksiduotos formos perėjimo į redukuotą formą lygtyje. GV pastoviai yra ne viena, o kelios dešimtys ištirpusių oksidacinių–redukcinių porų, todėl tam tikru konkrečiu momentu joms būdingas konkretus redox potencialas. Tačiau porų daug, o redox potencialo reikšmė griežtai apibrėžta (vienareikšmė). Jei apskaičiuojama, kad tirpale yra daug redox porų, tai jų Eh reikšmę vienareikšmiškai apsprendžia ta pora, kurios oksiduotos ir redukuotos formų koncentracijos daugiau kaip 100 kartų viršija kitų redox porų oksiduotų ir redukuotų formų koncentracijas. Tokia redox pora, kuri kiekybiškai dominuoja (koncentracijų prasme) tirpale vadinama potencialą formuojančia pora. Tokių porų GV nėra daug. Tiksliau, visuose GV, kur yra bent kiek nors ištirpusio deguonies, potencialą formuojanti pora yra: . Bedeguoniame vandenyje potencialą formuojanti pora bus: S°/ S–2. Šachtiniuose vandenyse: Fe3+/ Fe2+. Kai kuriuose GV šia pora gali būti konkreti org. junginių pora. Visai atvejais Eh krenta iki labai žemų ribų. GV redox potencialas įvertinamas gaunamas matuojant (iš bėdos galima ir apsiskaičiuoti) prietaisais. Patikimi rezultatai gaunami matuojant tik ik Sitų (elektrodai kabeliais nuleidžiami į priedugnį). Eh svarba. Eh kartu su pH reikšme charakterizuoja fizikines–chemines aplinkybes jame, nuo kurių priklauso daugelio cheminių elementų konkrečios cheminės formos, kurių pavidale, tose minėtose aplinkybėse, jie migruoja hidrosferoje. Tais atvejais, kai Eh reikšmė palanki konkrečios redox poros oksiduotos formos kiekybiniam dominavimui, sakoma, kad terpė GV yra oksidacinė nagrinėjamos redox poros atveju, o kitu atveju, kad redukcinė. Negalima bendrai kalbėti apie oksidacines ar redukcines GV kaip terpės aplinkybes nekalbant apie konkrečias redox poras. GV Eh reikšmė svyruoja nuo –500 iki +700 mV (milivoltų). Daug informacijos GV Eh reikšmės išmatavimas duoda tada, kai vandenyje nebelieka ištirpusio O2. O2 išnyksta, jei GV Eh reikšmė lygi arba artima +300 mV. Tuomet oksidatoriaus vaidmenį pradeda atlikti NC3– jonai. Kai Eh reikšmė krenta iki +200 mV, prasideda Fe migracija Fe2+ formoje. Tokiomis sąlygomis svarbūs pasidaro fakultatyviniai anaerobai. Kai Eh krenta iki ~ +150 mV, didelė tikimybė, kad vandenyje pradės kauptis H2S, o jei Eh nukrenta iki –300 mV, vandenyje būna daug obligatinių anaerobų, kurie neegzistuoja, jei GV yra O2. tokiomis sąlygomis didelė tikimybė aptikti CH4 ir H2 dujų. Taigi, vien Eh reikšmės išmatavimas anaerobinėje aplinkoje duoda daug netiesioginės hidrocheminės ir hidrobiologinės informacijos. Eh matavimai turi būti atliekami paraleliai su hidrocheminiais ir hidrobiologiniais tyrimais. Valentingumų palyginimo metodas koeficientams rasti oksidacijos–redukcijos reakcijų lygtyse 1. užrašome reakcijos schemą; 2. nustatome valentingumą keičiančių elementų valentingumus prieš ir po reakcijos ir užrašome proceso metu vykstantį elektronų persiskirstymą elektroninių lygčių pagalba (OPERA); 3. surandame pagrindinius koeficientus oksidatoriui ir reduktoriui; 4. rasti koeficientai užrašomi kairėje reakcijos lygties pusėje; 5. išlyginame reakcijos lygtį (patikrinamas kiekvienas elementas, išskyrus H ir O, jei reakcijoje jie nedalyvauja vieninių medžiagų pavidalu); 6. patikriname atomų skaičių tų elementų (išskyrus H ir O), kurie įeina į medžiagos, sukūrusios atitinkamą aplinką (rūgščią ar šarminę) sudėtį ir nustatome ar ji eikvojosi, ar susidarė, ar procese nedalyvavo; 7. patikriname H2 atomų skaičių (jei H daugiau kairėje lygties pusėje – reakcijoje dalyvavo H2O, jei dešinėje – H2O susidarė); 8. patikriname O2 atomų skaičių. Abiejose lygties pusėse jų turi būti vienodai. Jei ne, kažkur padaryta klaida. Elektroninis–joninis metodas koeficientams rasti oksidacijos–redukcijos reakcijų lygtyse 1. iš duotos oksidacijos–redukcijos molekulinės schemos sudarome joninę schemą, įtraukdami į ją tik formules tų dalelių, kurios vykdo oksidatoriaus ir reduktoriaus funkcijas bei jų virtimo produktus; 2. atskirai sudarome oksidacijos ir redukcijos procesų schemas; 3. kiekvienoje gautų dviejų schemų atliekame atomų balansą pagal tai: 3.1. jei reakcijos produktas turi mažiau deguonies nei pradinė medžiaga, tai: a. rūgščioje apl. (pH7) naudojasi H2O ir susidaro OH–. 3.2. jei reakcijos produktas turi daugiau O2 nei pradinė medžiaga, tai: a. rūgščioje apl. (pH7) naudojasi OH– ir susidaro H2O; 4. kairėje pusėje atliekame elektros krūvių balansas; 5. sudarome vieną joninę proceso lygtį, sumuojant atskiras, padaugintas iš koeficientų su kuriais reduktoriaus atiduotų elektronų skaičius lygus oksidatoriaus prisijungtų elektronų skaičiui; 6. patikriname sudarytą joninę lygtį skaičiuodami abiejose pusėse algebrinę elektros krūvių sumą (turi sutapti); 7. pagal joninę lygtį sudarome reakcijos lygtį molekulinėje formoje; 8. palyginame O atomų skaičių abiejose pusėse (turi sutapti). Biogeninės medžiagos (biogenai) Tai medžiagos, aktyviai dalyvaujančios gyvybiniuose procesuose. Turi įvairias N, P, Si chemines formas. Patys N, P, Si tokiuose junginiuose vadinami biogeniniai elementais. Gyvybiniams procesams t.p. turi įtakos Fe2+, Ca2+, K+ ir kt. mikroelementai. AZOTO formos: NH4+, NO2–, NO3–. Jų koncentracijų suma parodo mineralinio N koncentraciją. Neužterštuose GV NH4+ koncentracijos būna nedidelės – 100 ar net 1000 mg dalys 1 litre. . Dalis NH4+ dalyvauja gyv. procesuose, dalis NH4+  NO2–  NO3–. NO2– yra labiausiai nestabili forma. Anaerobinėmis sąlygomis NO2– tuoj pat virsta NO3–. Neužterštuose GV NO2– koncentracija ~ 0,001 mg/l. Didesnis kiekis žymi užterštumą. NO3– yra stabiliausia ir aktyviausia N forma. Jo koncentracija . Pagrindiniai NO3– kiekiai naudojami fotosintezėje ir chemosintezėje. Todėl ryški šio ingriediento metinė dinamika (žiemą paprastai daugiau nei vasarą, kada gali būti net analitinis nulis). N yra ir baltyminės kilmės organiniuose junginiuose. Tai vadinamas organinis N – Norg. Jei N yra org. kilmės pakibusių medžiagų dalelių sudėtyje – Npak. Nmin.t.+Norg+Npak=NB. Iki šiol mažiausiai duomenų yra apie Norg, Npak ir NB. FOSFORAS. GV sutinkamos formos: fosfatinis (Pf), polifosfatinis fosforas (Ppolif), fosforas organiniuose junginiuose (Porg) ir pakibusiose org.e medžiagose (Ppak). Pmin.t.+Porg+Ppak=PB, kur Pmin.t.=Pf + Ppolif. Pf. Tai H3PO4 I, II, III pakopos disociacijos produktai. Labai priklauso nuo tiriamo vandens pH. Jei pH ~ 26,8, daugiausia bus H2PO4–, jei pH ~ 6,810, daugiausia HPO42– (mūsų nat. vandenų būsena), jei pH būtų >10, dominuotų PO43– forma. Pf koncentracija būna tik ~ 10–3 mg/l. Mažos Pf koncentracijos saugo nuo staigios eutrofikacijos. Teršiant GV eutrofikacijos procesas vyksta labai intensyviai. NB/PB labai svarbus. Jis svyruoja: 500:13:1. Kuo ryškesnis eutrifikacijos procesas, tuo greičiau šis santykis artėja prie 10:1 ar dar mažėja. Peržengus 10:1 ribą, pasiekiamas lūžis – pereinama iš mezotrofinės būsenos į eutrofinę. SILICIS. Randamas įvairiomis cheminėmis formomis, tirpių junginių pavidalu, koloidinėje būsenoje, įeina į pakibusių dalelių sudėtį. Pagrindinės formos – tai H4SiO4 disociacijos produktai: H2Si2O5, H6Si2O7, H4Si3O8,. Geriausiai ištirtos formos yra H4SiO4 ir H4Si2O5. Si koncentracija būna 1–20 mg/l. MIKROELEMENTAI. Šiai grupei priklauso visi periodinės elementų sistemos atstovai konkrečių labai įvairių cheminių formų pavidale. Bendras bruožas – gana mažos koncentracijos GV telkiniuose (n ·10–3n ·10–19 mg/l). Visi mikroelementai skirstomi 5 grupes: 1. Tipiški katijonai: Li+, Rb+, Cs+, Be2+, Sr2+ ir t.t. 2. Sunkiųjų metalų jonai: Cu2+, Ag+, Au+, Pb2+, Fe2+, Ni2+; 3. Amfoteriniai kompleksadariai: Cr2+, Mo2+, V2+, Mn2+; 4. Tipiški anijonai: Br–, J–, F– ir kt.; 5. Radioaktyvūs elementai. Kol kas nėra jokių būdų patikimai nustatyti konkretaus mikroelemento koncentraciją tam tikrame junginyje. Yra nustatomas bendras suminis to elemento kiekis, išreiškiamas per vieną cheminę formą. Mikroelementų koncentracijos tokios mažos, nes: 1. kai kurių elementų Žemės paviršiuje yra labai mažai; 2. daugelio konkrečių cheminių formų tirpumą riboja HCO3–, CO32–, S2–, Cl–, Br–, SO42– jonai (susijungia į netirpius hidroksidus, sulfidus ir kt. junginius); 3.absorbcijos reiškiniai (viena rimčiausių priežasčių): pvz., absorbcija ant pakibusių molio dalelių. Absorbcija sustiprina Fe(OH)3 koloidinėje būsenoje, t.p. priklauso nuo org. medžiagos dalelių dispersiškumo. Absorbuoja ir CaCO3 dalelės. 4. selektyvus kaupimasis gyvuose organizmuose (pvz., jodas jūros kopūstuose). AUGALIJA. Nuo jos priklauso dirvų formavimasis ir augalų liekanų transformacijos produktai (tirpios org. medžiagos). GV cheminė sudėtis visada yra dinaminėje būsenoje (dar vadinama hidrocheminiu režimu). GV sudėties komponentai: ištirpusios dujos; pagrindiniai komponentai (jonai); org. medžiagos (junginiais), biogeniniai elementai (biogenai); mikroelementai. IŠTIRPUSIOS DUJOS. Į vandenį patenka iš atmosferos, biologinių ir biocheminių procesų metu (tiek GV, tiek jo aplinkoje), mantijos degazacijos ir kalnų metamorfizacijos procesų metu. Dujų tirpumas priklauso nuo dujų prigimties, temperatūros, slėgio bei vandens mineralizacijos. Daltono dėsnis. Kiekvieno dujų mišinio komponento tirpumas yra proporcingas to komponento parcialiniam slėgiui mišinyje. O2. Užtikrina visų gyvų organizmų egzistavimą. O2 GV būna molekulinėje formoje, o jo buvimą lemia procesai, kurių metu O2 kiekis didėja, ir procesai, kurių metu O2 kiekis mažėja (gyvūnijos kvėpavimo, anaerobinių heterotrofų vykdomų biocheminių procesų, cheminių procesų konkrečiame GV telkinyje). Į paviršinius GV O2 patenka iš atmosferos. Fotosintezė vyksta keliolikos m (iki 20 m) sluoksnyje. Priedugninius GV sluoksnius O2 pasiekia bangavimo metu. O2 svyravimo ribos 0–14 mg/l. O2 ryški paros kaita. Santykinis (% arba mg/l) O2 kiekis (įsotinimo deguonimi laipsnis) apskaičiuojamas: . O2 reikšmė. O2 būtinas aerobams, nuo jo priklauso daugelio cheminių elementų migracija hidrosferoje, org. medžiagų irimas, savaiminis vandens telkinio išsivalymas. CO2. GV egzistuoja molekulinėje formoje, bet ~ 1 % reaguoja su vandeniu (CO2 + H2O H2CO3 (silpna rūgštis)). Į vandenį patenka org. medžiagų mineralizacijos procesų metu, mantijos degazacijos procesų metu, cheminio kalnų padermių kitimo metu. CO2 naudojamas fotosintezei, karbonatų tirpimui, cheminiam granitinių ir bazaltinių uolienų dūlėjimui. CO2 svyravimo ribos 0–3000 mg/l. Daugiausia požeminiuose vandenyse. Paviršiniuose – ~0,7 mg/l. Neužterštose upėse ir ežeruose 20–30 mg/l. H2S. Atsiranda anaerobinėse sąlygose, nuodingas daugeliui gyvųjų organizmų. CH4. Didžiausios koncentracijos randamos priedugniniuose sluoksniuose, turinčiuose ryšį su nafta. Pagrindiniai jonai. Kiekybiškai dominuojantys GV jonai: katijonai (Na+, K+, Ca2+, Mg2+) ir anijonai (HCO3–, SO42–, Cl–). Jie formuoja GV mineralizaciją, t.y. nusako druskingumą. Gėluose GV pagr. jonai sudaro 90–95 %, sūriuose – iki 99,9 %. Mineralizacija didėja eiliškai didėjant šių jonų kiekiui: Ca2+, Mg2+, Na+ bei HCO3–, SO42–, Cl–. Praktikoje svarbiausia nustatyti Ca2+ ir Mg2+ kiekį. Jonų porų susidarymo reiškinį sąlygoja elektrostatinės sąveikos. GV naujų elektronų porų nesudaro, o tik apjungia Ca2+, Mg2+, HCO3–, CO32– jonus. Visiškai porų nesudaro CO3– ir Cl–. Cl–. Randamas visuose GV dėl pastovios medžiagų apykaitos iš vandenyno į sausumą, t.p. dėl fiziologinės ir technologinės NaCl reikšmės. SO42–. Randami visuose GV (keli ar keliolika mg/l). Didesnės koncentracijos galimos tik tuomet, kai mažai arba visai nėra Ca2+. HCO3–. Atsiranda tirpstant karbonatinėms medžiagoms. Paviršiniuose sluoksniuose HCO3– koncentracija neviršija 1000 mg/l, tik požeminiuose vandenyse > 1000 mg/l. Na+, K+. Randami visoje hidrosferoje. Na+ koncentracija nuo bendros katijonų masės yra > 50 %. Jo koncentracijos gėluose GV keli mg, vandenyne ~10,7 g/kg H2O. K+ visuose GV yra mažai. Didelė dalis jo susilaiko molių ir dirvų absorbciniuose sluoksniuose, jį tiesiais iš vandens paima ir kaupia žalieji augalai. Ca2+, Mg2+. Ca2+ daug ten, kur nėra HCO3–, SO42–, CO32–. Mg2+ daug ten, kur nėra HCO3–, CO32–. Gėluose vandenyse kalcio keliasdešimt mg/l, magnio – keliolika mg/l. H+. GV yra 10–6 gramo dalies. H+ dalelių nėra, nes H+ jonas jungiasi su vandeniu ir suformuoja hidroksonio joną, egzistuojantį hidratuotoje formoje. H+ tuo daugiau, kuo daugiau GV yra ištirpusio CO2. H+ t.p. patenka druskų hidrolizės metu, iš org. rūgščių. H+ turi ryškią paros ir metinę kaitą (pvz., pavakaryje H+ koncentracija mažiausia (pH didžiausias), auštant ir žiemos pabaigoje – H+ koncentracija didžiausia, pH – mažiausias).

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!