A felszíni vizek fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságai, a benne lezajló folyamatok, a víz mint élőhely jellemzése

Átírás

1 A felszíni vizek fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságai, a benne lezajló folyamatok, a víz mint élőhely jellemzése

2 A víz körforgása a Földön ezer km3 % újratermelődési idő óceánok és tengerek , év sarki és hegyvidéki jég , év és hó felszín alatti vizek , év édesvizű tavak 125 0, év sós vizű tavak 104 0, év talajnedvesség 67 0, nap folyóvizek 1,2 0, nap vízpára az atmoszférában 14 0, nap

3 A víz fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságai

4 1. Sűrűség: vázrendszer helyváltoztatás súrlódás, aljzat nélküli élet A víz általános hatású tulajdonságai magyar/halak/amur.htm Cyprinus-carpio- T30001,p_1208_194_198_221_222_571.html /akt/492/html/harcsa.html

5 A víz általános hatású tulajdonságai 2. az édesvizek kis összesionkoncentrációja kiválasztás 3. A víz nagyfokú és általános oldóképessége CO 2, O 2 oldódása, növ-i tápanyagok

6 4. Mélyebb vizek függőleges tagoltsága Dimiktikus tavak

7 5. A víz magas fajhője

8 Fizikai tulajdonságok

9 Kémiailag tiszta víz tulajdonságai Fényviszonyok - átlátszóság - rétegek: fotikus, kompenzációs, afotikus - Secchi átlátszóság

10 Mozgás Nehézségi erő, szél, hőmérséklet különbség hozza létre Két fajtája: - aperiodikus (áramlások) nyugalmi állapot irányába törekszik szél keltette sűrűségi áramlások

11 Langmuir áramás A víz egymással párhuzamos spirálisok mentén halad, melyeknek hossztengelye párhuzamos a szél irányával, forgásiránya pedig felváltva megegyező vagy ellenkező irányú az óramutató járásával.

12

13 Mozgás II. Periodikus: határozott időközönként ismétlődik tólengés hullámzás ár-apály jelenségek A felszíni vizek mindenfajta mozgására jellemző a turbulencia (különböző irányú és erősségű áramlások változó sebességgel)

14 Hőmérséklet - vízi élőlények poikilotermek - meghatározó az élőlények elterjedésében - a víz fajhője magas: 1 (cal* -1 * o C -1 ) - víz sűrűségi viszonyainak kialakítása - halak a nagy hőmérséklet különbségre érzékenyek (szállítás) - hőmérsékleti anomália

15 Folyóvizek hőforgalma Az Amazonas és a Rio Negro találkozása

16 Mongólia, Fekete-tó Jegesedés

17 Kémiai tulajdonságok

18 ph Definíció: a ph a folyadékokban lévő hidrogén ionok (H+) koncentrációjának 10-es alapú negatív logaritmusa. CaCO 3 +CO 2 +H 2 O Ca(HCO 3 ) 2

19 Összes oldott szervetlen anyag halobitás édesvíz: <500 mg/l oldott szervetlen anyag átmeneti (brack) víz: mg/l sós víz: 3000 mg/l < tengervíz: mg/l Minőségi összetétel: uralkodó ionok meghatározása (Ca, Mg, K, Na, CO 3, HCO 3, Cl, SO 4 ) Mérése: vezetőképesség (μs/cm) átszámítás: 1 ms/cm = 500 mg/l oldott szervetlen anyag

20 Összes oldott szervetlen anyag minőségi összetétele Maucha csillagdiagram

21 Összes oldott szervetlen anyag minőségi összetétele Maucha csillagdiagram

22 Szerves anyagok Mérőszámai: KOI TOC, IC BOI szaprobitás Humuszanyagok: nehezen hozzáférhető, stabil vegyületek Elsősorban a mikroorganizmusok hasznosítják, melyek termelik, átalakítják, lebontják őket.

23 Oldott oxigén Oldódását a vízben elsősorban a hőmérséklet befolyásolja A vízbe a levegőből beoldódással, valamint a növények fotoszintetizációjának következtében kerül Fotoszintézis: A víz hőmérséklete és a maximálisan oldható oxigén (Antalfi-Tölg, 1971) Vízhőmérséklet oc-ban Telítettség mg/liter 0 14,5 2 13, , , , , ,5 6CO H 2 O + fényenergia = C 6 H 12 O 6 (szénhidrát) + 6O 2 + 6H 2 O

24 Oldott oxigén napi ritmusa Az oxigénkoncentráció napszakos ingadozást mutat

25 Szén (C) és körforgása

26 Szén (C) és körforgása Metán (CH 4 ) Anaerob fázisban keletkezhet erjesztő, redukáló baktériumok hatására Lebontásuk végterméke a metán, légnemű buborékok formájában az üledékben kumulálódhat a légnyomás függvényében Légnyomás csökkenés hatására kipezseghet a vízből, oxigént elvonva, miközben szén-dioxiddá oxidálódik Ezért a tóboronálást a napfényes órákban végezzük, amikor az elvont oxigén a növényi asszimiláció következtében gyorsan pótlódik.

27 Nitrogén Vízben jelen levő nitrogénformák: elemi nitrogén (N 2 ) nitrit (NO 2- ) ammónia (NH 3 ) nitrát (NO 3- ) ammóniumion (NH 4+ ) szerves nitrogén-vegyületek fehérjék bomlástermékei oldott vagy alakos állapotban

28 Nitrogén körforgás Nitrogén-kötéssel indul a folyamat. Erre mikroorganizmusok képesek- Azotobacter, Clostridium, illetve a virágos növényekkel szimbiózisban élő gyökérgümőbaktériumok, cianobaktériumok (kékalgák). Az élő szervezetek pusztulása után a lebontó mikroorganizmusok az aminosavak deaminálása után a vegyületek N-tartalmát ammóniává alakítják.

29 Nagy gyakoriságú, rendszeresen vizsgált vízminőségi komponensek kívánatos határérték tűrhető határérték fajlagos vezetés (20 o C) µs/cm ph 6,5-8,0 6,5-8,0 oldott oxigén mg/l 6 4 ammóniumion mg/l 1 2,5 KOI mg/l 8 15 nitrition mg/l 0,1 0,3 nitrátion mg/l ortofoszfátion mg/l 0,3 2 MI /3-85

30 Foszfor Tavak eutrofizálódásáért leginkább felelős Halastavakban növeli a természetes hozamot, de nagyobb mennyisége vízvirágzást idézhet elő Mérni az ortofoszfátot lehet, ami a foszfor oxidált vegyülete Egyensúlyban lévő tápanyag ellátás mellett az algák számára a C 106 : N 16: P1 arányok a megfelelőek.

31 Nagy gyakoriságú, rendszeresen vizsgált vízminőségi komponensek kívánatos határérték tűrhető határérték fajlagos vezetés (20 o C) µs/cm ph 6,5-8,0 6,5-8,0 oldott oxigén mg/l 6 4 ammóniumion mg/l 1 2,5 KOI mg/l 8 15 nitrition mg/l 0,1 0,3 nitrátion mg/l ortofoszfátion mg/l 0,3 2 MI /3-85

32 Foszforciklus Kiinduló elem: ortofoszfát, elsősorban külső forrásból kerül a rendszerbe a lebontók ásványosító tevékenysége mellett A foszfort a növények beépítik saját szervezetükbe, így kerül a felszálló ágba A tavak üledéke gyakran foszforcsapdaként működik, vas-, és kalcium-karbonát vegyületekhez kötődik a foszfor. Fontos szerepe van a pontynak, Tubifexnek

33

34 Kén (S) Felszíni vizeinkben a második-harmadik legfontosabb ion a szulfát (SO 4 ) Ezt hasznosítják a növényi szervezetek, aminosavakat, fehérjéket hozva létre Anaerob lebontáskor nagy mennyiségű kénhidrogén keletkezhet, üledékben felhalmozódik

35 Biológiai vízminősítés

36 Magyarországon használt biológiai minősítő rendszerek 1. Négy tulajdonságcsoportra (halobitás, trofitás, szaprobitás, toxicitás) épülő módszer, 10 fokozatú skála (Felföldy, 1987) 2. MSZ (1996) oxigén, nitrogén és foszfortartalom jellemzői, mikrobiológiai és toxikológiai tulajdonságokon alapszik, 5 fokozatú skála 3. Ökológiai sokváltozós vízminősítő rendszer (Dévai és mtsai, 1992) 4. Magyar Makrozoobenton Család Pontrendszer (Csányi, 1997)

37 A biológiai vízminősítés A minősítés és a kategorizálás a vízi élőlények szempontjából fontos paraméterek alapján történik. Azoknak a tényezőknek az összessége, amik a vízi ökoszisztémák életét meghatározzák, létrehozzák, és fenntartják azokat, másrészt a víz felhasználásakor biológiai jelenségekhez kapcsolódnak. A biológiai vízminőséget négy tulajdonságcsoport alapján határozzuk meg: 1. HALOBITÁS 2. TROFITÁS 3. SZAPROBITÁS 4. TOXICITÁS

38 Halobitás A víz biológiai szempontból fontos szervetlen kémiai tulajdonságainak összessége (sótartalom és ionösszetétel) - halobitási-fok meghatározás: víz elektromos vezetőképessége (µs/cm) - Az élővilág alkalmazkodik hozzá, alakítani csak ritkán tudja A halobitás fokozatai Dévai I. szerint összes ion g/m 3 vezetőképesség μs/cm 0 ahalóbikus desztillált víz, esővíz béta-oligohalóbikus híg esővíz béta-alfa-oligohalóbikus közepes édesvíz alfa-oligohalóbikus tömény édesvíz oligo-mezohalóbikus édes-sós átmeneti víz béta-mezohalóbikus híg sós víz béta-alfa-mezohalóbikus közepes sós víz alfa-mezohalóbikus tömény sós víz mezo-polihalóbikus sós-nagyon sós átmenet polihalóbikus nagyon sós víz 4000< 6000<

39 Trofitás A víz szervesanyag termelő képességének kifejezője A fény, a szervetlen növényi tápanyagok és az autotróf növények jelenléte A vízi növények tevékenységét lehet közvetlenül (biomassza, klorofill-a) illetve közvetve (oldott oxigénszint emelkedés) mérni Hazai sekély vizekben a szervetlen növényi tápanyagok közül a P és N vegyületek a legfontosabbak.

40 TROFITÁSI TÁBLÁZAT

41 Szaprobitás A víz szervesanyag-bontó képessége Fő szerepet a vízi baktériumok és gombák játsszák DE: ide sorolhatók még a törmelékevő, és állati hullákkal táplálkozó fejlettebb vízi élőlények is (az üledéklakó rovarlárvák, a csigák, a fenéklakó halak közül a harcsa) Fő kategóriái: Oligoszaprób: baktériumszám 100 egyed/ml alatti ß-mezoszaprób: egyed/ml alatt α-mezoszaprób: egyed/ml alatt Poliszaprób: egyed/ml felett

42 KOI, a kémiai oxigén igény meghatározása során a szerves anyagok kémiai oxidációjához felhasznált oldott oxigén mennyiségének változását mérjük (1 liter vízben lévő oldott vagy szuszpendált szervesanyag kémiai oxidációjához szükséges) A KOI mérését leggyakrabban kétféle oxidáló vegyülettel szokták végezni: kálium-permanganáttal, és káliumdikromáttal. BOI, vagy biokémiai oxigén igény mérésekor az asszimilációmentes közegben a mikróbák oxigén fogyasztását, valamint a mikroalgák disszimilációjával kivont oldott oxigén mennyiségét összevontan határozzuk meg TOC: a szerves anyagokban lévő szén mennyisége

43 A víz mérgezőképessége A vízben oldott anyagok ártó vagy pusztulást okozó hatása. Két típus: autochton toxicitás: természetes mérgezőképesség allochton toxicitás: mesterséges mérgezőképesség Toxicitás

44 AMMÓNIA MÉRGEZÉS - szabad ammónia (NH 3 ) okozza - ammónium-ion (NH 4+ ) mindig jelen van (tűrhető határérték 2,5 mg/l) mérgezővé akkor válik, ha szabad ammóniává alakul - ph növekedése miatt ammónia - ammónium-ion átalakulás következik be (8,4 felett) -toxikus hatása 0,3-0,4 mg/l (pontynál 24 órán belül az 1 mg/l koncentráció letális) -vízszennyezésekkel, mű-,hígtrágya bemosódással kerülhet a vízbe vagy ha sok az alga, keményszárú növények elhalása következményeként - halaknál fehérje anyagcsere végtermékeként szabad ammónia keletkezik

45 KÉNHIDRODÉN MÉRGEZÉS -eredete : fehérjebomlás közben, anaerob körülmények között - lebontó folyamatok során a légnyomás-csökkenés hatására nagy mennyiségben törhet fel - gyorsan lezajló folyamat, lokális hatású méreg ALGA-TOXIN MÉRGEZÉS -bizonyos algafajok (Microcystis, Anabaena, Aphanizomenon) tömeges elszaporodása következtében termelt toxikus anyagok -emberre is veszélyes lehet toxint akkumuláló hal elfogyasztása

46 Toxikológiai tesztek Baktériumtenyészetek (P. fluorescens) Algatenyészetek Csíranövények Nagy vízibolha (Daphnia magna) Hal (különböző faj: szivárványos pisztráng, fogassüllő, ezüstkárász, zebradánió)

47 Belga Biotikus Index - BISEL Biotic Index at Secondary Education Level Alapelvei: - a vízmin. vált. hatással van a flórára és a faunára -minél érzékenyebb egy élőlény, annál tisztább vízben tud csak életben maradni -minél tisztább a víz, annál többféle élőlény található benne Indikátorszervezetek azonosítása család vagy nem szintig történik

48 I. II. III. IV. összes taxon száma Indikátorcsoportok érzékenység taxonszám >16 Biotikus Index Álkérészek (Plecoptera) Erezett kérészek (Heptageniidae) Házas tegzesek (Trichoptera) Sapkacsigák (Ancylidae) Kérészek (Ephemeroptera) kivétel a Heptageniidae ékjáró poloska Szitakötők Bolharák Puhatestűek phelocherius) (Odonata) (Gammaridae) (Mollusca) kivétel Sphaeridae és Ancylidae Víziászka Piócák Gömbkagylók Poloskák (Asellus) (Hirudinea) (Sphaeridae) (Hemiptera) (kivétel az Aphelocheirus) ővájó féreg (Tubificidae) Árvaszúnyogok (Chironomus thummi plumosus) Herelégy / pocikféreg (Syrphidae)

49 Vízminőség meghatározása BISEL-ből Osztály Biotikus index Szín Megnevezés I kék nem szennyezett II. 8-7 zöld enyhén szennyezett III. 6-5 sárga mérsékelten szennyezett kritikus helyzet IV. 4-3 narancs erősen szennyezett V. 2-1 vörös nagyon erősen szennyezett

50 A vízminőség magában foglalja a víz fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságait is.

51 A vízi anyagforgalom

52

53 A biológiai produkció

54 Termelői szint

55 Cianobaktériumok morfológiailag a baktériumokhoz hasonlóak (prokarióták) N-kötésre alkalmasak toxin-, kellemetlen ízés szaganyagok termelése védekezni kell ellenük

56 Mikroalgák eukarióta szervezetek 3 nagy csoport: kovamoszatok, ostoros moszatok, zöldmoszatok

57 Makrofiton Fontos szerepük van De: jelenlétük általában nem kívánatos Víz fölé emelkedő Víz felszínén úszó Víz alatt élő, legyökerező

58 Fogyasztó szervezetek

59 Elsődleges fogyasztók Zooplankton: 3 nagy csoport: 1. Kerekesférgek 2. Ágascsápú rákok 3. Evezőlábú rákok Nekton szervezetek közül: fehér busa, paduc

60 Másodlagos fogyasztói szint Mindenevés Tipikus példa: ponty

61 A táplálékpiramis élén áll, nincs további ragadozója Csúcsragadozók

62 Lebontó szervezetek A szerves anyag lebontása vízi környezetben gyorsan bekövetkezik Autolízis bakteriális, gombás közreműködéssel Baktérium zooplankton felszálló ág Leggyakoribb gombák: Chytridiales és Saprolegniales rend, elhalt szerves anyagot fogyasztanak, vagy élősködők

63 Mikrobiális hurok

64 Köszönöm a figyelmet!