ΥΔΑΤΙΝΑ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Transcript

1 ΤΕΙ ΙΟΝΙΩΝ ΝΗΣΩΝ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ Α: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΦΥΣΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΥΔΑΤΙΝΑ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Εισηγήτρια: Δρ. Γιάννη Αρετή ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 2: ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΥΔΑΤΙΝΩΝ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ-ΑΛΑΤΟΤΗΤΑ-ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ

2 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ

3 Η ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ 1. Ρυθμίζει την ταχύτητα των βιοχημικών αντιδράσεων 2. Καθορίζει την πυκνότητα του νερού (σε συνδυασμό με την αλατότητα) 3. Καθορίζει την διαλυτότητα αλάτων και αερίων στο νερό 4. Επιδρά στην κατανομή των οργανισμών

4 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΝΕΡΟΥ Η προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία στην επιφάνεια των υδάτινων σωμάτων μεταβάλλεται με το γεωγραφικό πλάτος & χρόνο Η ακτινοβολία προκαλεί αύξηση της θερμοκρασίας των επιφανειακών υδάτων, η οποία είναι μεγαλύτερη με τη μείωση του γεωγραφικού πλάτους Οι μεταβολές επιδρούν και στην κατανομή της θερμοκρασίας σ όλη τη στήλη νερού ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΕΣ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΕΙΣ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΕΣ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΕΙΣ

5 ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΕΣ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΕΙΣ Τροπική ζώνη: ο C Υποτροπική ζώνη: 15 ο C Εύκρατη ζώνη: 5 ο C (B. Ημισφαίριο) 2 ο C (Ν. Ημισφαίριο) Πολική ζώνη: < 0-5 ο C (B. Ημισφαίριο) <0-2 ο C (Ν. Ημισφαίριο)

6 Η θερμοκρασία των επιφανειακών στρωμάτων του ωκεανού επηρεάζεται από την: Ένταση της ηλιακής και κοσμικής ακτινοβολίας Ατμοσφαιρική κυκλοφορία Ύπαρξη θαλάσσιων ρευμάτων

7 ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΑ ΩΚΕΑΝΙΑ ΡΕΥΜΑΤΑ

8 Λίμνες Ποταμοί Παράκτια οικοσυστήματα

9 ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΕΣ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΕΙΣ Η επιφανειακή ζώνη (βάθος έως 200 m) Η μεταβατική ζώνη ( βάθος από 200 έως 1000 m) Η βαθιά ζώνη

10 Η ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΣΤΡΩΜΑΤΩΣΗΣ Κατά τη θερμοστρωμάτωση δημιουργείται ένα «φράγμα» που εμποδίζει την ανάμιξη των επιφανειακών με τα βαθύτερα νερά Μείωση το Ο 2 στα βαθύτερα νερά Μείωση θρεπτικών στοιχείων (Ν, Ρ) στα επιφανειακά νερά Παγίδευση νεκρής οργανικής ύλης στα όρια του θερμοκλινούς Παρεμπόδιση της κατακόρυφης μετακίνησης των μικρού μεγέθους οργανισμών

11 ΜΟΝΙΜΟ ΚΑΙ ΕΠΟΧΙΚΟ ΘΕΡΜΟΚΛΙΝΕΣ Ομογενές στρώμα ΓΙΑΝΝΗ ΑΡΕΤΗ Επιστημονικές εργασίες ΓΙΑΝΝΗ ΑΡΕΤΗ Επιστημονικές εργασίες ΓΙΑΝΝΗ ΑΡΕΤΗ Επιστημονικές εργασίες ΓΙΑΝΝΗ ΑΡΕΤΗ Βιογραφικό σημείωμα Υπόμνημα Εργασιών ΓΙΑΝΝΗ ΑΡΕΤΗ Βιογραφικό σημείωμα Υπόμνημα Εργασιών ΓΙΑΝΝΗ ΑΡΕΤΗ Βιογραφικό σημείωμα Υπόμνημα Εργασιών

12 ΘΕΡΜΟΣΤΡΩΜΑΤΩΣΗ ΛΙΜΝΩΝ Επιλίμνιο Μεταλίμνιο Υπολίμνιο Θερμοκλινές: όριο θερμοκρασιακής διαφοράς > 1 ο C/m

13 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΚΛΙΣΗΣ ΤΟΥ ΘΕΡΜΟΚΛΙΝΟΥΣ Το θερμοκλινές εκτείνεται από το βάθος Ζ1 έως το βάθος Ζ2 (Ζ2>Ζ1) Η μεταβολή της θερμοκρασίας στη ζώνη του θερμοκλινούς θα είναι ίση με Τ2-Τ1 (Τ2>Τ1) Επομένως η κλίση της καμπύλης στη ζώνη του θερμοκλινούς είναι: ΔΤ/ΔΖ = (Τ2-Τ1)/(Ζ2-Ζ1) ο C/m

14 Σχηματισμός και καταστροφή του εποχικού θερμοκλινούς

15 ΠΡΟΤΥΠΑ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΛΙΜΝΩΝ Aμικτικές (σταθερά παγωμένες) Mερομικτικές (τα βαθιά στρώματα ποτέ δεν αναμειγνύονται) Oλομικτικές (οι λίμνες που αναμειγνύονται πλήρως και ταξινομούνται ανάλογα με τη συχνότητα κυκλοφορίας) Oλιγομικτικές (όχι κάθε χρόνο, εξαρτάται από κλίμα) Mονομικτικές (ψυχρές, θερμές) (μία φορά το χρόνο) Θερμού μονομικτικού τύπου λίμνη η Bόλβη (ελάχιστη θερμοκρασία νερού > 4 C ) Διμικτικές (Eλληνικές λίμνες? πότε?) Πολυμικτικές (Eλληνικές λίμνες?πότε?)

16 Στα ποτάμια δεν παρατηρείται η θερμική στρωμάτωση των λιμνών, των παράκτιων περιοχών και των θαλασσών Όμως, παρατηρείται διαβάθμιση της θερμοκρασίας κατά μήκος του ποταμού (από την πηγή στην εκβολή)

17 ΑΛΑΤΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ

18 Αλατότητα ονομάζεται η μάζα σε γραμμάρια των στερεών ουσιών που είναι διαλυμένες σε ένα χιλιόγραμμο νερού Μονάδες: μέρη στα χίλια ( ) ή ppt

19 ΓΛΥΚΟ ΝΕΡΟ Τα "γλυκά νερά" (freshwater) αποτελούν ένα πεπερασμένο πόρο ο οποίος δεν μπορεί να αυξηθεί παρά μόνο ελάχιστα Παρά το γεγονός ότι το 71% της επιφάνειας της Γης καλύπτεται από νερό, στις "αποθήκες" γλυκών υδάτων αντιστοιχεί μόλις το 2,6% του συνολικού νερού της γής Αυτό μοιράζεται σε ταμιευτήρες όπως: Λίμνες, ποτάμια και χείμαρροι Πολικούς πάγους Υπόγεια γλυκά νερά Εδαφική και υπεδαφική υγρασία Ατμοσφαιρική υγρασία

20 ΘΑΛΑΣΣΙΝΟ ΝΕΡΟ Το θαλασσινό νερό είναι νερό στο οποίο βρίσκεται διαλυμένη μια ποικιλία στερεών και αερίων Σε ένα δείγμα 1000 γραμμαρίων θαλασσινού νερού βρίσκονται διαλυμένα 35 γραμμάρια ενώσεων που συνολικά ονομάζονται άλατα Με άλλα λόγια, το 96.5% είναι νερό και το 3.5% άλατα Οι διαλυμένες ενώσεις μπορούν να είναι ιόντα, διαλυμένα αέρια και τμήματα από οργανισμούς. Η μεγαλύτερη ποσότητα βέβαια αποτελείται από ανόργανες ενώσεις με τη μορφή ιόντων

21 ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΘΑΛΑΣΣΙΝΟΥ ΝΕΡΟΥ Διαλυμένη ουσία Συγκέντρωση (gr/kg) Χλώριο 18,980 Νάτριο 10,556 Θειικό οξύ 2,649 Μαγνήσιο 1,272 Ασβέστιο 0,400 Κάλιο 0,380 Δισανθρακικό άλας 0,140 Βρόμιο 0,065 Βορικό οξύ 0,026 Στρόντιο 0,013 Ιόν Φθορίου 0,001 Σύνολo 34,482 Έξι ανόργανα ιόντα αποτελούν το 99.28% του βάρους του στερεού υλικού. Αυτά είναι ιόντα χλωρίου, νατρίου, θείου, μαγνησίου, ασβεστίου και καλίου

22 ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΘΑΛΑΣΣΙΝΟΥ ΝΕΡΟΥ ΙΧΝΟΣΤΟΙΧΕΙΑ: είναι στοιχεία που υπάρχουν σε πολύ μικρές ποσότητες μέσα στο νερό (ίχνη) αλλά παίζουν σημαντικό ρόλο στα υδάτινα οικοσυστήματα Π.χ. Άζωτο (Ν) φώσφορος (Ρ). πρωτογενής παραγωγικότητα Aσβέστιο (Ca).κατασκευή ασβεστολιθικών σκελετών Πυρίτιο (Si) δομικό στοιχείο σκελετού διατόμων Μαγγάνιο (Μn)...σημαντικό στοιχείο της χλωροφύλλης Fe, Cu, Va...απαραίτητα στοιχεία των αναπνευστικών χρωστικών Κοβάλτιο (Co)....συστατικό των βιταμινών Β 12

23 ΥΦΑΛΜΥΡΟ ΝΕΡΟ Το υφάλμυρο νερό είναι το αποτέλεσμα της ανάμειξης γλυκού νερού με θαλασσινό, και παρατηρείται σε ημίκλειστους κόλπους όπου συνήθως κάποιο ποτάμι εκβάλλει στην θάλασσα Παρουσιάζουν πολύ μεγάλη παραγωγικότητα, δηλαδή είναι πλούσια σε θρεπτικά συστατικά και οξυγόνο, τα οποία προκαλούν τεράστια ανάπτυξη φυτικών μικροοργανισμών. Αυτοί με τη σειρά τους τροφοδοτούν την ανάπτυξη ζωικών μικροοργανισμών και ως συνέπεια ενισχύονται όλα τα επίπεδα της τροφικής αλυσίδας Ένα εξαιρετικά σημαντικό χαρακτηριστικό αυτών των περιοχών είναι το γεγονός πως οι περιβαλλοντικές συνθήκες είναι συνεχώς μεταβαλλόμενες, η παλίρροια επιδρά καθοριστικά σε αυτό Τα υφάλμυρα οικοσυστήματα είναι πολυποίκιλα και μόνο καλά προσαρμοσμένοι οργανισμοί σε τέτοιου τύπου διακυμάνσεις μπορούν να επιβιώσουν

24 Η μεγάλη ποικιλία βλάστησης του Δέλτα Έβρου συνθέτει ένα ποικιλόμορφο μωσαϊκό. Η σπάνια χλωρίδα και πανίδα που χαρακτηρίζουν την περιοχή οφείλονται στις επιδράσεις που δέχεται ο υγρότοπος εξαιτίας της πλεονεκτικής γεωγραφικής του θέσης. Το Δέλτα Έβρου φιλοξενεί μια μεγάλη ποικιλία πουλιών και ζώων, μοναδική στον ευρωπαϊκό χώρο. Για παράδειγμα, μέχρι σήμερα έχουν καταγραφεί εδώ 319 είδη πουλιών

25 ΡΟΛΟΣ ΑΛΑΤΟΤΗΤΑΣ ΓΙΑ ΤΟΥΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥΣ Ρύθμιση ώσμωσης Κατανομή οργανισμών (στενύαλοι ευρύαλοι) Αναπαραγωγή Ρύθμιση επίπλευσης

26 ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΜΕΤΑΒΑΛΛΟΥΝ ΤΗΝ ΑΛΑΤΟΤΗΤΑ Παροχή γλυκού νερού (π.χ. ποταμοί) Καιρικά φαινόμενα (βροχόπτωση, χιονόπτωση κ.λ.π.) Τήξη πάγων Εξάτμιση

27 ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΕΣ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΕΙΣ

28 ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΕΣ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΕΙΣ

29 ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΕΣ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΕΙΣ Οι μέσες αλατότητες των ωκεανών είναι: 34,62 στον Ειρηνικό Ωκεανό 34,76 στον Ινδικό Ωκεανό 34,90 στον Ατλαντικό Ωκεανό 34,72 στον Παγκόσμιο Ωκεανό

30 ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΕΣ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΕΙΣ H ζώνη στην οποία η αλατότητα αυξάνεται απότομα και διαχωρίζει τα βαθιά αλμυρά νερά από τα επιφανειακά υφάλμυρα ονομάζεται αλοκλινές και πολλές φορές βρίσκεται στο ίδιο περίπου βάθος με το θερμοκλινές

31 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΚΛΙΣΗΣ ΤΟΥ ΑΛΟΚΛΙΝΟΥΣ Το αλοκλινές εκτείνεται από το βάθος Ζ1 έως το βάθος Ζ2 (Ζ2>Ζ1) Η μεταβολή της αλατότητας στη ζώνη του αλοκλινούς θα είναι ίση με S2-S1 (S2>S1) Επομένως η κλίση της καμπύλης στη ζώνη του αλοκλινούς είναι: ΔS/ΔΖ = (S2-S1)/(Ζ2-Ζ1) /m

32 ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ

33 Η ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ 1. Θερμοκλινές Αλοκλινές / Πυκνοκλινές 2. Ρεύματα και άλλες κινήσεις του νερού 3. Επίπλευση και αιώρηση των οργανισμών 4. Βύθιση της νεκρής ύλης

34 ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ Μεταβολή πυκνότητας λόγω: Μεταβολή θερμοκρασίας Μεταβολή αλατότητας Διαφορά πίεσης (βάθη > 1000m) Μεταβολή κατά 1 ο C στη θερμοκρασία προκαλεί μεταβολή στην πυκνότητα κατά 0,00005 και 0,00035 gr/cm 3 Μεταβολή κατά 1 στην αλατότητα προκαλεί μεταβολή στην πυκνότητα κατά 0,001 gr/cm 3 Η θερμοκρασία είναι ο σπουδαιότερος παράγοντας γιατί οι μεταβολές της (-2-35 ο C) είναι πολύ σημαντικότερες από τις μεταβολές της αλατότητας (33-37 )

35 ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΕΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ - ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ Πυκνότητα = Μάζα / Όγκος Θερμοκρασία Όγκος Θερμοκρασία Πυκνότητα

36 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ - ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ Στην θάλασσα σε αντίθεση με τις λίμνες, σε θερμοκρασία κάτω του μηδενός το επιφανειακό νερό δεν παγώνει αλλά αυξάνει την πυκνότητα του και βυθίζεται

37 ΘΕΡΜΟΑΛΑΤΙΚΗ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑ

38 ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΕΣ ΑΛΑΤΟΤΗΤΑΣ - ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ Πυκνότητα = Μάζα / Όγκος Αλατότητα Μάζα Αλατότητα Πυκνότητα

39 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΚΛΙΣΗΣ ΤΟΥ ΠΥΚΝΟΚΛΙΝΟΥΣ Το πυκνοκλινές εκτείνεται από το βάθος Ζ1 έως το βάθος Ζ2 (Ζ2>Ζ1) Η μεταβολή της πυκνότητας στη ζώνη του πυκνοκλινούς θα είναι ίση με ρ2-ρ1 (ρ2>ρ1) Επομένως η κλίση της καμπύλης στη ζώνη του πυκνοκλινούς είναι: Δρ/ΔΖ = (ρ2-ρ1)/(ζ2-ζ1) gr/cm 3 /m

40 ΜΕΤΡΗΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΑΛΑΤΟΤΗΤΑΣ - ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ

41 ΜΕΤΡΗΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΑΛΑΤΟΤΗΤΑΣ ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕΤΡΗΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΑΛΑΤΟΤΗΤΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ ΜΕΤΡΗΣΗ ΠΙΕΣΗΣ

42 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ Η καλύτερη προσέγγιση στον υπολογισμό της πυκνότητας έγινε με μια πολύπλοκη εξίσωση, υπό την μορφή πολυωνύμου, που προέκυψε από στατιστική προσέγγιση και συνδέει την πυκνότητα με τις τρεις μεταβλητές από τις οποίες εξαρτάται. Η εξίσωση αυτή δημοσιεύτηκε το 1980 και έγινε αποδεκτή το 1981 από τα Ωκεανογραφικά συμβούλια της UNESCO ως διεθνές πρότυπο. Ονομάζεται Παγκόσμια Καταστατική Εξίσωση του Νερού και συμβολίζεται ΙΕS80. Για να φαίνεται σε ποιες συνθήκες αντιστοιχεί μια συγκεκριμένη πυκνότητα, δίπλα στο σύμβολο της, το ρ, ακολουθεί μια παρένθεση με τις τιμές της θερμοκρασίας, αλατότητας και πίεσης, όπως τα παρακάτω παραδείγματα: ρ (S,t,p): in situ πυκνότητα τυχαίου δείγματος ρ (S,t,0): πυκνότητα με in situ αλατότητα θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας (δηλαδή σε ατμοσφαιρική πίεση ή μηδενική πίεση νερού) ρ (35,t,0): πυκνότητα νερού αλατότητας 35, τυχαίας θερμοκρασίας, στην επιφάνεια της θάλασσας (νερό με αλατότητα 35 κυκλοφορεί σε σφραγισμένα δοχεία για την βαθμονόμηση οργάνων.

43 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ Η πυκνότητα του θαλασσινού νερού στην επιφάνεια της θάλασσας μπορεί να υπολογιστεί από την αλατότητα (S) και την θερμοκρασία (T) χρησιμοποιώντας την εξίσωση που ακολουθεί: ρ (S,Τ,0)(g/cm3) = (ρ ο + as + bs 3/2 + cs 2 ) / 1000 όπου: ρ ο = T T T T T 5 a = T T T T 4 b = T T 2 c =