РОЗДІЛ 2
Роль кисню в поверхневих водах.
Особливості кисневого режиму Канівського водосховища
2.1. Розчинений у воді кисень
і його роль у функціонуванні водних екосистем
Розчинений у воді кисень відіграє виключно важливу роль у житті природних водойм. Він значною мірою визначає інтенсивність перебігу процесів в гідробіохімічних системах. Кисень використовується при розкладанні розчинених органічних речовин, відмерлих рослин і тварин. При цьому складні органічні речовини перетворюються на прості (СО2, воду, азот), і знову включається в кругообіг речовин у гідросфері. У воді можуть утворюватися сполуки кисню з іншими хімічними елементами. Більшість таких сполук (оксидів) прямо або опосередковано взаємодіє з водою, утворюючи гідроксиди, які належать до різних класів неорганічних сполук. Тому не дивно, що вміст розчиненого у воді кисню входить в коло основних показників, що визначають поверхневі води як ресурс. Ні одна система моніторингу якості води не обходиться без визначення концентрації кисню, ні одна екологічна модель не може бути досить повною, якщо в ній не враховується динаміка розчиненого кисню [23].
Вирішальне значення має кисень для функціонування гідробіонтів. У водному середовищі, на відміну від повітряного, концентрація розчиненого кисню коливається в дуже широких межах. Тому живі організми періодично відчувають його дефіцит. І хоча у гідробіонтів різних трофічних рівнів існують механізми адаптації до критично низьких величин концентрації кисню у воді, проблема існування для багатьох представників водяних організмів пов'язана саме з кисневим режимом. За словами В.І. Вернадського, боротьба за існування в гідросфері - це боротьба за кисень [66].
Кисневий режим має велике значення для формування самоочисної здатності водних екосистем. Він значною мірою зумовлює життєдіяльність гетеротрофних гідробіонтів (бактерій, безхребетних тощо), котрі відіграють важливу роль у процесах самоочищення. Біологічна деструкція органічних речовин зазвичай складає 90 % загального обсягу самоочищення від цього виду забруднення водних об'єктів. Інтенсивність самоочищення знижується вже за вмісту кисню, що становить 7-8 мг/дм3. Особливо зменшується бактеріальна деструкція органічної речовини, коли концентрація розчиненого кисню стає меншою, ніж 5 мг/дм3. Дуже низька концентрація кисню у воді приводить до практично повного припинення процесу самоочищення.
Кисневий режим має велике значення не тільки для біологічних, але й для хімічних процесів самоочищення. Від нього залежить окиснення важкодоступних органічних речовин (наприклад, водного гумусу), а також відновлених форм деяких важких металів, насамперед марганцю і заліза.
Розуміння важливості ролі розчиненого кисню в дотримані певної якості води виникло у людей давно. Дійсно, на перших етапах це була просто знайдена емпіричним шляхом закономірність, що вода в умовах тривалої ізоляції від атмосферного повітря стає непридатною для пиття. Завдяки цьому, щоб відновити якість консервованої в посудинах води, в Древньому Римі мореплавці використовували примітивну систему аерації, яка полягала в переливанні води у мідному жолобі. Іншим прикладом, що стосується природних вод, може бути стародавній засіб зимової аерації озер та ставків, коли заморожували снопи соломи в лід з метою забезпечення взаємодії води з атмосферою.
Лише в другій половині ХІХ сторіччя, у зв'язку з розвитком гідрохімічних методів аналізу, почалися детальні систематизовані дослідження кисневого режиму водних об'єктів, і в першу чергу річок. Вже на цей час вони почали нести значне навантаження у вигляді стічних вод великих міст та промислових підприємств. Саме тоді було встановлено взаємозв'язок між вмістом розчиненого кисню та кількістю легкоокиснюваних органічних речовин, що потрапляють до річок. Було введено поняття самоочищення та самоочисної здатності потоку. Гідрохімічні та гідробіологічні дослідження почали розвиватися в багатьох країнах - в Росії, Франції, Англії, Німеччини та ін. В другій половині ХІХ сторіччя з'явилося багато публікацій щодо санітарного стану водних об'єктів.
Наприкінці ХІХ сторіччя сформувалися основні уявлення щодо внутрішньоводоймних процесів та впливу забруднення на кисневий режим водних об'єктів. Результатом інтенсивного використання природних вод у різних країнах, що супроводжувалось порушенням природного балансу розчиненого кисню, стало будівництво відстійників та очисних споруд.
Кисневий режим - це чутливий показник рівня забруднення природних вод. Цей факт став основою для кількісного опису процесів самоочищення за допомогою математичних моделей, котрі дають можливість отримати розподілення концентрації органічної речовини та розчиненого кисню у водотоках. У першій моделі такого типу, що була запропонована Стрітером і Фелпсом у 1925 році [122], враховувалося надходження кисню лише з атмосфери, та його витрати лише на біохімічне окиснення органічних речовин у воді. В подальшому, моделі почали ускладнюватися, в них почали враховувати надходження кисню за рахунок фотосинтезу та його витрати на дихання водоростей, нітрифікацію та поглинання донними відкладами. Але незалежно від складності моделі в ній завжди враховувалася гідродинаміка потоку (у вигляді середньої швидкості течії). В подальшому з'ясувалось, що цього недостатньо і необхідно враховувати характер турбулентного потоку та дисперсію у повздовжньому та поперечному напрямках. Виявилось, що і швидкість біохімічного окиснення також сильно залежить від інтенсивності перемішування води.
Гідрологічні чинниками визначають швидкість надходження кисню у воду з атмосфери, а також значно впливають на інтенсивність фотосинтезу та швидкість поглинання кисню донними відкладами. У водоймах, де немає чітко виражених течій, на процеси переносу речовини впливають стратифікація (термічна і густинна) та вітер. Тому водойми (озера, ставки, водосховища) більш чутливі до зовнішнього навантаження у вигляді органічних речовин та біогенних елементів.
Отже, гідрологічн
- Київ+380960830922