ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΘΑΛΑΣΣΙΑΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ & ΘΑΛΑΣΣΙΩΝ ΕΡΓΩΝ Υδάτινων Οικοσυστημάτων Εξάμηνο: 8 ο Κωδικός: ΤΥ4900 Μάθημα: Επιλογής ΤΥΤΠ Διάλεξη σε Υδάτινα Οικοσυστήματα Διδάσκων υπεύθυνος μαθήματος: Χρήστος Β. Μακρής Πανεπιστημιακός Υπότροφος ΑΠΘ 2018 (Πρόγραμμα: ΕΔΒΜ45) Διπλ. Πολιτικός Μηχανικός ΑΠΘ ΜΔΕ Τεχνολογία/Διαχείριση Υδατικών Πόρων ΕΜΠ Δρ. Πολιτικός Μηχανικός ΑΠΘ Ειδίκευση: Υδραυλική & Περιβαλλοντική Τεχνική Ειδίκευση: Διαχείριση Παράκτιας Ζώνης Ειδίκευση: Κυματομηχανική & Υπολ/κή Ρευστοδυναμική Αίθουσα ΤΥΤΠ - Ισόγειο Πτέρυγας Πολ. Μηχ. ΑΠΘ - Θεσσαλονίκη, 23 Μαρτίου 2018 (+ έξτρα ένα 3ωρο αναπλήρωση)
Δ.3. Διάρθρωση Παρουσίασης 1. Εισαγωγή στις Βιοχημικές/Χημικές Διεργασίες σε Υδάτινα Οικοσυστήματα Ορισμός βιοχημικών διεργασιών στο θαλάσσιο περιβάλλον Κύριες διαλυμένες και σωματιδιακές ουσίες Θαλάσσια ζωή και ποιότητα νερών Πρωτογενής παραγωγή στη στήλη του νερού Τροφική κατάσταση θαλάσσιας περιοχής και τροφική αλυσίδα 2. Διαλυμένα αέρια Θαλασσινό νερό και διαλυμένα αέρια Διαλυμένο Οξυγόνο (DO) Διαλυμένο Άζωτο (Ν 2 ) Διαλυμένο Διοξείδιο του Άνθρακα (CO 2 ) 3. Οργανικό υλικό Σωματιδιακό και διαλυμένο οργανικό υλικό Έμβιοι θαλάσσιοι οργανισμοί Αυτότροφοι, ετερότροφοι και μικτότροφοι οργανισμοί
Δ.3. Διάρθρωση Παρουσίασης 4. Ανόργανα/Οργανικά Φορτία Ρυπαντών Εκτίμηση οργανικής ρύπανσης Βιοχημική ή Βιολογική Ζήτηση Οξυγόνου (BOD) Συντελεστής βιοαποσύνθεσης Χημική Ζήτηση Οξυγόνου (COD) 5. Θρεπτικά άλατα Άλατα Αζώτου (N) Άλατα Φωσφόρου (P) Άλατα Πυριτίου (Si) Λόγος μοριακών συγκεντρώσεων 6. Μικροοργανισμοί υδάτινων οικοσυστημάτων Κατάταξη μικροοργανισμών Παθογόνοι μικροοργανισμοί Βακτηριολογικές αναλύσεις
Δ.3. Διάρθρωση Παρουσίασης 7. Φωτοσύνθεση Πρωτογενής παραγωγή Η διεργασία της φωτοσύνθεσης Ένταση αντιστάθμισης και αρχόμενου κορεσμού Φωτοαναστολή Φωτοσυνθετικά ενεργή ακτινοβολία Εποχικότητα πρωτογενούς παραγωγικότητας Άνθιση φυτοπλαγκτού Τροφικό επίπεδο 8. Πρωτογενής παραγωγή Βιοαποσύνθεση/Βιοαποδόμηση Μοντελοποίηση παραγωγής Κύκλος Αζώτου Νιτροποίηση Μοντελοποίηση βιοαποσύνθεσης 9. Τροφική αλυσίδα Κύκλοι άνθρακα και οξυγόνου Βασικές κατηγορίες οργανισμών Τροφική αλυσίδα Μεταφορά οργανικού υλικού Κύκλοι άνθρακα/οξυγόνου Μεταφορά αερίων στη στήλη του νερού
Δ.3. Διάρθρωση Παρουσίασης 10. Λοιπές βιοχημικές διεργασίες Αναπνοή Αναεροβίωση 11. Μοντέλα Ποιότητας Νερού (ΜΠΝ) Εισαγωγή στις βασικές αρχές Κύρια Εξίσωση 12. Βιβλιογραφία 13. Επίλογος
Δ.3.1. Βιοχημικές και Χημικές Διεργασίες Ορισμός βιοχημικών διεργασιών σε υδάτινα οικοσυστήματα (θαλάσσιο, λιμναίο, ποτάμιο περιβάλλον) Μεταφορά διαλυμένων αερίων Φωτοσύνθεση Πρωτογενής Παραγωγή Άνθιση Βιοαποσύνθεση Βιοαποδόμηση BOD COD Κύριες διαλυμένες και σωματιδιακές ουσίες (αέρια, οργανικό υλικό, θρεπτικά άλατα) Οι ρύποι που επηρεάζουν ένα επιφανειακό υδατικό σύστημα προέρχονται από διάφορες πηγές. Μεγάλη ποικιλία οργανικών ρύπων: εντομοκτόνα, φουράνια, πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες, βακτήρια, ιοί, πρωτόζωα Αποσύνθεση οργανικής ρύπανσης σε επιφανειακό υδατικό σύστημα => εξάντληση ελεύθερου οξυγόνου στο νερό Υδρόβια ζωή ασφυκτιά από χαμηλή περιεκτικότητα σε οξυγόνο => προσδιορισμός βιοχημικής ζήτησης οξυγόνου (BOD) και διαλυμένου οξυγόνου (DO) => κύριοι δείκτες ποιότητας σώματος επιφανειακών υδάτων BOD/DO χρησιμοποιούνται συχνά για εκτίμηση ποσότητας οργανικών ρύπων σε επιφανειακό υδατικό σύστημα => ιδιαίτερη προσοχή όταν ενσωματώνονται σε μαθηματικό μοντέλο
Δ.3.1. Βιοχημικές και Χημικές Διεργασίες Θαλάσσια ζωή, ουσίες και ποιότητα νερών Πολλές οι ουσίες που μεταφέρονται σε ένα επιφανειακό υδατικό σύστημα μέσα από τη λεκάνη απορροής Ταξινόμηση ανάλογα με πηγή, φύση και συμπεριφορά τους σε επαφή με το νερό (ΕΕ, 2002): Αιωρούμενα στερεά από πυθμένα και όχθες ποταμού/καναλιού ή προϊόντα διάβρωσης της λεκάνης απορροής Χημικές ενώσεις που απελευθερώνονται στον υδρολογικό κύκλο του νερού Χημικές ενώσεις που παράγονται από ανθρωπογενείς δραστηριότητες (εκροή στο νερό, διάλυση στο νερό, γαλακτωματοποίηση, και επαναιώρηση από το έδαφος) Βακτήρια και άλλοι μικροοργανισμοί που αναπτύσσονται φυσικά στο νερό Βακτήρια, ιοί και μικροοργανισμοί που οφείλονται σε ανθρώπινες δραστηριότητες Τα σωματίδια αερίου που παγιδεύονται από το νερό, ειδικά σε επαφή με την ατμόσφαιρα Υγρή και ξηρή εναπόθεση: περιλαμβάνει απορροή ενώσεων από σώμα επιφανειακών υδάτων λόγω βροχής και ροή σωματιδίων στην επιφάνεια νερού λόγω ανέμου (κατά τη διάρκεια απουσίας βροχής) Αυτές οι ουσίες θεωρούνται κανονικά ως «ρύποι» επειδή μεταβάλλουν την αρχική ποιότητα νερού (Chapra, 1997)
Δ.3.1. Βιοχημικές και Χημικές Διεργασίες Πρωτογενής παραγωγή στη στήλη του νερού Φωτοσύνθεση, εποχικότητα, ρυθμός, άνθιση, παραγωγικότητα, βιοαποσύνθεση κ.λπ. Τροφική κατάσταση θαλάσσιας περιοχής και τροφική αλυσίδα Οι αλληλεπιδράσεις ρύπων στα επιφανειακά ύδατα υπόκεινται σε συνεχείς αλλαγές, επηρεάζονται από τη μικροβιολογική δραστηριότητα και τις κλιματολογικές συνθήκες (ιδιαίτερα την κατακρήμνιση). Επιπλέον, αυτές οι αλληλεπιδράσεις ελέγχονται από τις ιδιότητες των γαιωδών υλικών (πετρώματα, εδάφη, ιζήματα), τις μοριακές ιδιότητες των ρύπων και της γεωλογίας κάθε συγκεκριμένης τοποθεσίας (Berkowitz et al., 2008). Θα πρέπει να γίνει καλύτερη κατανόηση των επιπτώσεων των διαφόρων ουσιών στο περιβάλλον και την ανθρώπινη ζωή, λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι δεν έχουν όλες αρνητικό αντίκτυπο, αλλά αντίθετα, μερικές από αυτές μπορούν να είναι ευεργετικές. Επομένως, είναι καταλληλότερο να τους ονομάζουμε δείκτες ποιότητας των υδάτων: https://en.wikipedia.org/wiki/category:water_quality_indicators http://marine.copernicus.eu/science-learning/ocean-monitoring-indicators/catalogue/ https://echo.epa.gov/tools/data-downloads/wqi-data-review http://www.ramp-alberta.org/river/water+sediment+quality/chemical.aspx http://www.fondriest.com/environmental-measurements/parameters/water-quality/ Η έννοια της ρύπανσης αναφέρεται σε ποιοτική αλλοίωση που καθιστά το νερό ακατάλληλο για διάφορες χρήσεις. Τυπικό είναι το παράδειγμα των οικιακών λυμάτων, τα οποία δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ανθρώπινες ανάγκες, αλλά μετά από κάποια επεξεργασία, μπορεί να είναι επωφελής για την άρδευση.
Δ.3.2. Διαλυμένα αέρια Θαλασσινό νερό και διαλυμένα αέρια Το θαλασσινό νερό περιέχει στο εσωτερικό του διαλυμένα αέρια, λόγω ανταλλαγών με την ατμόσφαιρα αλλά και λόγω βιοχημικών διεργασιών στο θαλάσσιο περιβάλλον. Τα βασικότερα από αυτά (Πίνακας 3.1) είναι το οξυγόνο (O 2 ), το άζωτο (Ν 2 ) και το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ). Γενικά η διαλυτότητα των αερίων στο θαλάσσιο περιβάλλον ελαττώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας και της αλατότητας και τη μείωση της πίεσης, ενώ η διαλυτότητα του διοξειδίου του άνθρακα είναι κατά πολύ μεγαλύτερη από αυτήν του οξυγόνου και του αζώτου (Θεοδώρου, 2004). Η περιεκτικότητα του θαλάσσιου περιβάλλοντος σε διαλυμένα αέρια μπορεί να εκφραστεί ως: συγκέντρωση μάζας (mass concentration) C m mg/l συγκέντρωση όγκου (volumetric concentration) C V ml/l (ή και ppt) μοριακή συγκέντρωση (molar concentration) C mol mol/l λόγος μάζας (mass fraction) m/m mg/κg
Δ.3.2. Διαλυμένα αέρια Διαλυμένο Οξυγόνο (DO) Με τον όρο διαλυμένο οξυγόνο (DO: Dissolved Oxygen) νοείται η συγκέντρωση μοριακού οξυγόνου στο θαλασσινό νερό. Η διαλυτότητα του οξυγόνου, ή αλλιώς η συγκέντρωση κορεσμού, εξαρτάται από τη θερμοκρασία και την αλατότητα του θαλασσινού νερού, όπως φαίνεται στο σχήμα: 6.5-14 mg/l. Γίνεται φανερό ότι σε μεγάλες θερμοκρασίες τα επίπεδα διαλυμένου οξυγόνου που μπορεί να διατηρήσει η στήλη του νερού μειώνονται. Η συγκέντρωση κορεσμού του διαλυμένου οξυγόνου (DO S, σε mg/l) βάσει των τιμών θερμοκρασίας (Τ Κ σε Kelvin) και αλατότητας (S) είναι (Benson & Krause, 1984): DO S mg l 1.572288 10 6.637149 10 1.243678 10 8.621061 10 exp 3.442 2 3 4 TK TK TK TK 5 7 10 11 12.142 2363.1 exp S 0.020573 οπου T 273.15 2 K T T C K T K
Δ.3.2. Διαλυμένα αέρια Διαλυμένο Οξυγόνο (DO) Θαλάσσιο περιβάλλον μπορεί να είναι: υπέρκορο (hypersaturated) όταν DO>DO S κορεσμένο (saturated) όταν DO=DO S ακόρεστο (hyposaturated) όταν DO<DO S Υπερκορεσμός μπορεί να προκύψει μετά από έντονη μηχανική ανάμιξη ενός διαλύματος, ενώ η περίπτωση DO<DO S στο θαλάσσιο περιβάλλον προκύπτει σχεδόν πάντα λόγω της φωτοσυνθετικής δραστηριότητας και εν μέρει στα επιφανειακά νερά λόγω της ανάμιξης από τα κύματα. Η απόκλιση από τη συγκέντρωση κορεσμού εκφράζεται με το ποσοστό κορεσμού, που είναι ο λόγος της συγκέντρωσης DO προς τη συγκέντρωση DO S, και ορίζουμε ως φαινόμενη χρήση οξυγόνου (AOU: Apparent Oxygen Utilization) τη διαφορά μεταξύ των 2 τιμών: %Saturation = 100 DO/DO S και AOU = DO S DO Ουσιαστικά η φαινόμενη χρήση οξυγόνου (AOU) είναι η συγκέντρωση οξυγόνου που λείπει από τη θαλάσσια μάζα σε σχέση με αυτήν που θα είχε αν ήταν κορεσμένη και, συνεπώς, εκφράζει έμμεσα την κατανάλωση οξυγόνου στην εν λόγω θαλάσσια περιοχή. Μετρήσεις με: CTD σένσορα DO και δειγμάτων θρεπτικών (θα τα δούμε στην πράξη σε εκπαιδευτική εκδρομή)
Δ.3.2. Διαλυμένα αέρια Διαλυμένο Οξυγόνο (DO) Κατακόρυφη κατανομή DO: τυπικά μέγιστες συγκεντρώσεις (~7-9 mg/l) στα επιφανειακά στρώματα, όπου υπάρχει ανταλλαγή με την ατμόσφαιρα. Σε συγκεντρώσεις <4mg/l οι θαλάσσιοι οργανισμοί δεν μπορούν να οξυγονωθούν επαρκώς Υποξικές συνθήκες: συγκεντρώσεις της τάξης των 2mg/l Έχει παρατηρηθεί στους ωκεανούς η ύπαρξη μιας ζώνης ελάχιστου οξυγόνου μεταξύ 200-1000m, στην οποία οι συγκεντρώσεις οξυγόνου μειώνονται σταδιακά από 4-6 μέχρι 2ml/l Ανοξικές συνθήκες: συνθήκες δηλαδή σχεδόν πλήρους έλλειψης οξυγόνου Η εμφάνιση της ζώνης αυτής συνδέεται άμεσα με την ανάπτυξη του θερμοκλινούς: (α) κατακόρυφη ανάμιξη στην περιοχή του θερμοκλινούς σημαντικά μειωμένη εντός του θερμοκλινούς παρουσιάζεται μειωμένη ανανέωση οξυγόνου από ανώτερα στρώματα (β) βιολογική δραστηριότητα στις περιοχές αυτές είναι αυξημένη και συνδέεται τόσο με υψηλή κατανάλωση οξυγόνου, όσο και με αυξημένη παραγωγή οργανικού υλικού
Δ.3.2. Διαλυμένα αέρια Διαλυμένο Οξυγόνο (DO) Σε μεγαλύτερα ωκεάνια βάθη οι συγκεντρώσεις DO είναι υψηλότερες σε σχέση με τη θερμοκλινική ζώνη, κυρίως λόγω της θερμοαλατικής κυκλοφορίας και της μεταφοράς ψυχρών και οξυγονωμένων νερών στα βαθύτερα στρώματα του παγκόσμιου ωκεανού από τα μεγάλα γεωγραφικά πλάτη προς τον ισημερινό. Σημειώνεται ότι σε νερά της ηπειρωτικής υφαλοκρηπίδας και σε παράκτια νερά η ζώνη ελάχιστου οξυγόνου φτάνει συχνά τον θαλάσσιο πυθμένα μπορεί να παρατηρηθούν υποξικές ή ανοξικές συνθήκες κοντά σε αυτόν. Περιοχές με υψηλή βιολογική δραστηριότητα μειωμένη ανανέωση υδάτων ή/και σημαντική φόρτιση θαλάσσιου περιβάλλοντος από ανθρωπογενείς δραστηριότητες συμβάλλουν καθοριστικά στη μείωση επιπέδων DO στο θαλάσσιο περιβάλλον
Δ.3.2. Διαλυμένα αέρια Διαλυμένο Άζωτο (Ν 2 ) Το διαλυμένο άζωτο (DN) στο θαλάσσιο περιβάλλον θεωρείται σχεδόν συντηρητική ουσία Πολύ μικρές ποσότητες δεσμεύονται από θαλάσσιους οργανισμούς (π.χ. βακτήρια) Ωστόσο, δεν πρέπει να συγχέεται το διαλυτό αέριο άζωτο με δεσμευμένες ενώσεις του, όπως τα νιτρικά, νιτρώδη και αμμωνιακά άλατα, τα οποία μεταβάλλονται σημαντικά λόγω βιολογικών διεργασιών και άλλων εισροών στο θαλάσσιο περιβάλλον
Δ.3.2. Διαλυμένα αέρια Διαλυμένο Διοξείδιο του Άνθρακα (CO 2 ) Το CO 2 είναι μια ένωση με πολύπλοκες χημικές μεταβολές και συναντάται στο θαλάσσιο περιβάλλον κυρίως με τη μορφή διττανθρακικών ιόντων (HCO 3 - και CO 3-2 ). Η αντίδραση μεταβολής του CO 2 με το H 2 O είναι: Επομένως, η ανάμιξη του CO 2 με το θαλασσινό νερό προκαλεί το σχηματισμό όξινων ανθρακικών ή/και ανθρακικών ιόντων με ταυτόχρονη παραγωγή κατιόντων υδρογόνου (Η + ) Έπεται ότι η αντίδραση αυτή μεταβάλλει σημαντικά το ph του θαλάσσιου περιβάλλοντος Αντίστροφα, η μέτρηση του ph μπορεί να οδηγήσει στην εκτίμηση των επιπέδων ανθρακικών αλάτων. Τα επίπεδα ph στην επιφάνεια του θαλασσινού νερού βρίσκονται συνήθως μεταξύ 8.1 και 8.3 (αλκαλικά) Εκτός από ανταλλαγές CO 2 με ατμόσφαιρα, παραγωγή/κατανάλωση CO 2 γίνεται και μέσω βιολογικών διεργασιών (φωτοσύνθεση και αναπνοή) Μετρήσεις ph με: CTD σένσορα ph (θα τo δούμε στην πράξη σε εκπαιδευτική εκδρομή)
Δ.3.2. Διαλυμένα αέρια Διαλυμένο Διοξείδιο του Άνθρακα (CO 2 ) H ανταλλαγή CO 2 μεταξύ ατμόσφαιρας και θαλάσσιου νερού δεν είναι η ίδια σε όλα τα γεωγραφικά πλάτη Κοντά στον ισημερινό παρατηρούνται ζώνες εκροής CO 2 προς την ατμόσφαιρα, ενώ σε υψηλοτέρα γεωγραφικά πλάτη επικρατεί η καταβύθισή του στο ωκεάνιο περιβάλλον. Η διαφοροποίηση αυτή οφείλεται στην επίδραση της θερμοκρασίας στη διαλυτότητα του αερίου, στην ωκεάνια κυκλοφορία και σε βιολογικές διεργασίες. Το ολικό ισοζύγιο εισροής-εκροής είναι ανοιχτό, με την ετήσια απορρόφηση CO 2 από τον ωκεανό να είναι της τάξης των 2Gt, ποσό που αντιστοιχεί στο 38% των ολικών εκπομπών CO 2 στην ατμόσφαιρα (στοιχεία 1980) Ωστόσο, η σημαντικότατη αυτή συνεισφορά των παγκόσμιων ωκεανών στη μείωση των επιπέδων CO 2 στην ατμόσφαιρα δεν είναι εξασφαλισμένη και για το μέλλον λόγω διαφαινόμενης οξίνισης (acidification) ωκεανών
Δ.3.3. Οργανικό υλικό Σωματιδιακό και διαλυμένο οργανικό υλικό Το οργανικό υλικό στο θαλάσσιο περιβάλλον περιλαμβάνει ένα σημαντικό εύρος οργανικών ενώσεων (ενώσεις του άνθρακα), συμπεριλαμβανομένων βέβαια και θαλάσσιων μικροοργανισμών. Το μέγεθος του οργανικού υλικού στη θάλασσα μεταβάλλεται σε σημαντικό εύρος, από ενώσεις με τυπική διάμετρο ~0.1nm έως 10mm. Σωματιδιακό οργανικό υλικό Διαλυμένο οργανικό υλικό POM: Particulate Organic Matter DOM: Dissolved Organic Matter Ως διαλυμένο νοείται το υλικό που μπορεί να περάσει μέσα από ένα φίλτρο διήθησης, ενώ σωματιδιακό το υλικό που συγκρατείται από αυτό (οι διάμετροι των πόρων του φίλτρου είναι μεταξύ 0.5 και 0.2μm), σε συνδυασμό με τη δυνατότητα του σωματιδίου να καθιζάνει ή όχι υπό την επίδραση της βαρύτητας. Έτσι, μια γενικά αποδεκτή τιμή για το «όριο» που διαχωρίζει το διαλυμένο από το σωματιδιακό υλικό είναι τα 0.45μm (4.5 10-7 m). Γραφικά στο σχήμα το POM στο θαλάσσιο περιβάλλον αποτελείται κυρίως από πλαγκτόν και βακτήρια, ενώ ιοί και λοιπές ενώσεις του άνθρακα ανήκουν στο DOM. Το max μέρος του DOM βρίσκεται σε κολλοειδή φάση και αντιστοιχεί σε υλικό με διαστάσεις μεταξύ 1 και 1000nm. Φάσεις: (α) διαλυμένη (<1nm) (β) κολλοειδής (1-1000nm) (γ) σωματιδιακή (>1000nm)
Δ.3.3. Οργανικό υλικό Σωματιδιακό και διαλυμένο οργανικό υλικό Τέλος, οργανικά σωματίδια διαμέτρου άνω των 0.5mm (ανώτερο μέρος του POM) σχηματίζουν το λεγόμενο θαλάσσιο χιόνι (marine snow): οργανικά κατάλοιπα καταβυθίζονται από επιφανειακά στρώματα προς πυθμένα, σχηματίζοντας συσσωματώματα που προσομοιάζουν με νιφάδες χιονιού. Πρόκειται για βασική διεργασία μεταφοράς ενέργειας/βιομάζας από εύφωτη ζώνη υψηλής παραγωγικότητας προς βαθύτερα στρώματα.
Δ.3.3. Οργανικό υλικό Έμβιοι θαλάσσιοι οργανισμοί Βασικός διαχωρισμός για τους πελαγικούς θαλάσσιους οργανισμούς αφορά στην ικανότητά τους ή μη να καθορίσουν τα ίδια την κίνησή τους στο θαλάσσιο περιβάλλον: πλαγκτόν (plankton): ετυμολογικά προέρχεται από την αρχαιοελληνική λέξη «πλαγκτός» (πλάζομαι) και σημαίνει περιπλανώμενος. Αναφέρεται σε θαλάσσιους μικροοργανισμούς χωρίς καθόλου ή με μικρή δυνατότητα κολύμβησης, οι οποίοι μεταφέρονται παθητικά από τα θαλάσσια ρεύματα νηκτόν (nekton): ετυμολογικά προέρχεται από το αρχαιοελληνικό ρήμα «νέω» που σημαίνει κολυμπώ. Αναφέρεται σε θαλάσσιους οργανισμούς που, σε αντίθεση με τους πλαγκτονικούς, έχουν δυνατότητα κολύμβησης και καθορίζουν εκούσια την κίνησή τους στο θαλάσσιο περιβάλλον, ανεξάρτητα από τα ρεύματα. Στο φάσμα του πλαγκτού ανήκουν μικροοργανισμοί (<2cm) που μπορεί να είναι φυτά (φυτοπλαγκτόν), ζώα (ζωοπλαγκτόν), βακτήρια (βακτηριοπλαγκτόν) και ιοί (Μουστάκα-Γούνη, 1997), ενώ στο νηκτόν ανήκουν μαλάκια, μαλακόστρακα, ψάρια και θαλάσσια θηλαστικά. Η κοινωνία μικροοργανισμών που κατοικεί στο επιφανειακό φιλμ νερού (~4mm) αποτελεί ειδική πλαγκτονική κατηγορία και ονομάζεται νευστόν (βακτήρια, μικροφύκη και πρωτόζωα σε πολύ μεγάλους πληθυσμούς) Ζωοπλαγκτόν χωρίζεται σε: (α) ολοπλαγκτόν (β) μεροπλαγκτόν
Δ.3.3. Οργανικό υλικό Έμβιοι θαλάσσιοι οργανισμοί
Δ.3.3. Οργανικό υλικό Αυτότροφοι, ετερότροφοι και μικτότροφοι οργανισμοί Εκτός από πελαγικούς φυτικούς και ζωικούς οργανισμούς υπάρχουν και βενθικές κοινωνίες δηλ. ζώα και φυτά που ζουν και αναπτύσσονται στην επιφάνεια του θαλάσσιου πυθμένα Φυτικούς οργανισμούς: μακροφύκη (seaweeds), όπως χλωροφύκη, φαιοφύκη και ροδοφύκη, και θαλάσσια αγγειόσπερμα (seagrass), τα οποία, σε αντίθεση με τα μακροφύκη, είναι εξελικτικά ανώτερα και έχουν σχηματισμένο ριζικό σύστημα. Η ύπαρξη αγγειοσπέρμων σε μια θαλάσσια περιοχή, αντίθετα με την κοινή πεποίθηση, είναι ένδειξη καλής οικολογικής ποιότητας. Το πιο διαδεδομένο αγγειόσπερμο των ελληνικών θαλασσών είναι η Ποσειδωνία (Posidonia oceanica), ενώ άλλα είδη περιλαμβάνουν τα Ζοστέρα (Zostera noltii, Zostera marina) και Ρούππια (Ruppia cirrhosa, Ruppia marina). Βενθικά ζώα: πληθώρα θαλάσσιων οργανισμών, όπως δίθυρα, μαλακόστρακα, οστρακόδερμα, σφουγγάρια, κοράλλια, εχινόδερμα, πολύχαιτοι και κάποια είδη βενθικών ψαριών. Τα βενθικά ζώα τρέφονται κυρίως με τα υπολείμματα άλλων οργανισμών που καθιζάνουν προς την περιοχή του πυθμένα. Σημαντικός διαχωρισμός θαλάσσιων οργανισμών: αυτότροφους και ετερότροφους Πλειονότητα φυτοπλαγκού (αυτότροφοι) Ιοί, μύκητες, ζωοπλαγκτόν και νηκτόν (ετερότροφοι) Αυτότροφα και ετερότροφα βακτήρια Μικτότροφοι (mixotrophs): τρέφονται και με τους δύο τρόπους Παραγωγή τροφής από αυτότροφους μικροοργανισμούς είτε με χημικό τρόπο (χημειοαυτότροφη παραγωγή από βακτηριοπλαγκτόν και βενθικούς οργανισμούς) ή μέσω φωτοσύνθεσης (φωτοαυτότροφη παραγωγή)
Δ.3.4. Ανόργανα/Οργανικά Φορτία Ρυπαντή Εκτίμηση οργανικής ρύπανσης Οι φυσικές, χημικές και βιολογικές ιδιότητες του νερού, το κάνουν ένα άριστο διαλυτικό μέσο για τα φορτία των ρυπαντών και συγχρόνως δημιουργούν ευνοϊκές συνθήκες για την ανάπτυξη, μέσα σε αυτό, μιας αρκετά μεγάλης κοινότητας ζώντων οργανισμών. Τα ρυπαντικά φορτία ή αβιωτικές ουσίες αποτελούν την κατώτερη βαθμίδα στη πυραμίδα των τροφικών επιπέδων, είναι όμως η βάση για κάθε βιοχημική αντίδραση. Περιλαμβάνουν τις διάφορες ανόργανες και οργανικές ουσίες, που προέρχονται από αστικά λύματα, βιομηχανικά και αγροτικά απόβλητα, αλλά συγχρόνως αποτελούν και προϊόντα μεταβολισμού τον πρωτοπλάσματος των μικροοργανισμών, ή ακόμη και συστατικά αυτού του ίδιον του πρωτοπλάσματος. Μεγάλης σημασίας είναι το ποσοστό των ουσιών αυτών που είναι μη συντηρητικές, δηλαδή αυτές που καταναλίσκουν το διαλυμένο στο νερό οξυγόνο και οξειδούνται ή αποδομούνται, χρησιμεύοντας έτσι σαν τροφή στο αμέσως ανώτερο τροφικό επίπεδο, που είναι τα ετερότροφα οξειδωτικά βακτήρια. Μη συντηρητικές ουσίες είναι κυρίως οι οργανικές ουσίες (περισσότερη προσοχή).
Δ.3.4. Ανόργανα/Οργανικά Φορτία Ρυπαντή Εκτίμηση οργανικής ρύπανσης Η μεγάλη ποικιλία οργανικών ουσιών κάνει πολύ δύσκολη την εκτίμηση της ποσότητάς τους, ανάλογα και με τη φύση τους. Η οξείδωση όμως των οργανικών ουσιών, που απαιτεί παρουσία οξυγόνου και παράγει μια ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα, μας δίνει δύο δυνατότητες, για να μπορούμε να γνωρίσουμε τις συγκεντρώσεις τούς, μέσα στα υδάτινα διαλύματα: Υπολογισμό ποσότητας Ο 2 που θα καταναλωθεί για την οξείδωσή τους Υπολογισμό ποσότητας CO 2 που παράγεται από την οξείδωσή τους Οι περισσότερες μελέτες προσανατολίζονται κυρίως στον υπολογισμό ή μέτρηση της ποσότητας Ο 2 που καταναλίσκεται, γιατί η μέτρηση αυτή είναι εύκολη, άμεση και χωρίς οικονομικές δυσκολίες. Αντίθετα ο προσδιορισμός του CO 2 απαιτεί ειδικά όργανα, όπως ο αναλυτής αερίων, μεγάλου κόστους, δύσκολης μετακίνησης και χρήσης.
Δ.3.4. Ανόργανα/Οργανικά Φορτία Ρυπαντή Βιοχημική ή Βιολογική Ζήτηση Οξυγόνου (BOD) Η βιοχημική ζήτηση οξυγόνου (BOD) είναι ο σημαντικότερος ποιοτικός δείκτης, για τον χαρακτηρισμό της ποιοτικής κατάστασης ενός υδατικού οικοσυστήματος. Το BOD είναι το πρώτος δείκτης της κατάστασης ρύπανσης ενός ποταμού, ιδίως όσον αφορά την παρουσία οικιακών και αστικών λυμάτων. Ως εκ τούτου, ένας από τους κύριους στόχους στο νερό πρακτική διαχείρισης είναι ο προσδιορισμός μιας κατάλληλης σχέσης μεταξύ BOD και πηγών ρύπανσης. Κριτήριο: εκροή με βάση τον πληθυσμό Το φορτίο ρύπανσης υπολογίζεται με βάση την παραδοχή συγκεκριμένης κατά κεφαλήν ποσότητας BOD που αποτίθεται κατά τη διάρκεια ενός χρονικού διαστήματος αναφοράς. Τιμή: 70 g/ημέρα κατά κεφαλή, για να επιτευχθεί κάποια εκτίμηση του συνολικού ημερήσιου φορτίου ρύπανσης. Τα δημοτικά λύματα μεταφέρουν επίσης τα απόβλητα που προέρχονται από βιομηχανικές δραστηριότητες που βρίσκονται στο αστικό περιβάλλον. Είναι επομένως απαραίτητο να αξιολογηθεί το συνδυασμένο αποτέλεσμα των ρύπων που απορρίπτονται στον ποτάμιο αποδέκτη. Κριτήριο: ισοδύναμου πληθυσμού Θεωρητικός αριθμός κατοίκων στους οποίους μπορεί να αποδοθεί το φορτίο βιομηχανικής ρύπανσης
Δ.3.4. Ανόργανα/Οργανικά Φορτία Ρυπαντή Βιοχημική ή Βιολογική Ζήτηση Οξυγόνου (BOD)
Δ.3.4. Ανόργανα/Οργανικά Φορτία Ρυπαντή Αποσύνθεση BOD K = 0.02 0.5 / ημέρα USEPA (1987)
Δ.3.4. Ανόργανα/Οργανικά Φορτία Ρυπαντή Συντελεστής βιοαποσύνθεσης L B = C 1 ή C τελ L A = C 0 ή C αρχ
Δ.3.4. Ανόργανα/Οργανικά Φορτία Ρυπαντή Συντελεστής Αναέρωσης Ένας άλλος όρος που πρέπει να ληφθεί υπόψη είναι ο συντελεστής Αναέρωσης K a Είναι συνάρτηση των χαρακτηριστικών της (ποτάμιας) ροής Κατανόηση πραγματικής έννοιας του και συσχέτιση με άλλους όρους πιο εύκολα μετρήσιμους
Δ.3.4. Ανόργανα/Οργανικά Φορτία Ρυπαντή Κορεσμένο DO Μοντελοποίηση του DO σε ποταμό: ιδιαίτερα σε συνδυασμό με BOD ή άλλους ρύπους που καταναλώνουν οξυγόνο, είναι βολικό να ληφθεί η τιμή κορεσμού του DO ως όρου αναφοράς, το οποίο είναι χαρακτηριστικό του ρεύματος, και μπορεί να προσδιοριστεί με επαρκή αξιοπιστία. Κατά συνέπεια, η πραγματική κατάσταση DO στον ποταμό εκτιμάται ως έλλειμμα από το DO S. Βασική εξάρτηση από τη θερμοκρασία του νερού:
Δ.3.4. Ανόργανα/Οργανικά Φορτία Ρυπαντή Τοπικές Πηγές Οξυγόνωσης
Δ.3.4. Ανόργανα/Οργανικά Φορτία Ρυπαντή Χημική Ζήτηση Οξυγόνου (COD) Η χημική ζήτηση οξυγόνου (COD), είναι η ποσότητα/συγκέντρωση οξυγόνου [σε mg/l], που απαιτείται για την οξείδωση, στις συνθήκες τού πειράματος, των ουσιών του νερού, όποια και να είναι η προέλευσή τους, οργανική ή ανόργανη. Η μέθοδος προσδιορισμού COD συνίσταται, στην οξείδωση της ουσίας με μια περίσσεια διχρωμικού καλίου (K 2 Cr 2 O 7 ), σε όξινο μέσο και σε κατάσταση βρασμού, με παρουσία θειικού αργύρου και θειικού ψευδαργύρου. Ο προσδιορισμός της περίσσειας του διχρωμικού καλίου, γίνεται με τη βοήθεια ενός τιτλοδοτημένου διαλύματος θειικού σιδήρου (FeSO 4 ) και θειικού αμμωνίου (ΝΗ 4 ) 2 SO 4 Η ακρίβεια της μεθόδου είναι της τάξης του 5% ενώ η διάρκειά της μερικές ώρες. To COD αντιπροσωπεύει ό,τι είναι επιδεκτό να ζητήσει οξυγόνο για την οξείδωσή του, εκτός από μερικούς υδρογονάνθρακες, που αντέχουν στην οξείδωση και πολλές φορές αλλοιώνουν τα αποτελέσματα. Όργανα αυτόματης μέτρησης COD: AQUARATOR
Δ.3.4. Ανόργανα/Οργανικά Φορτία Ρυπαντή Χημική Ζήτηση Οξυγόνου (COD)
Δ.3.5. Θρεπτικά άλατα Τα θρεπτικά άλατα είναι απαραίτητα για την πρωτογενή παραγωγικότητα στο θαλάσσιο περιβάλλον. Τα βασικότερα από αυτά είναι τα άλατα του αζώτου (N), του φωσφόρου (P) και του πυριτίου (Si) με μορφή NO 3-, PO 4-3 και SiO 2, δηλαδή τα νιτρικά, φωσφορικά και πυριτικά άλατα. Τα άλατα αποτελούν τροφή για αυτότροφους θαλάσσιους μικροοργανισμούς (φυτοπλαγκτόν) και για το λόγο αυτό οι συγκεντρώσεις τους στα ανώτερα στρώματα της στήλης είναι περιορισμένη (Σχήμα 3.7), αφού κατά κύριο λόγο καταναλώνονται στην εύφωτη ζώνη κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Η ζώνη όπου εμφανίζεται σημαντική κλίση του προφίλ της συγκέντρωσης θρεπτικών συχνά αναφέρεται ως νουτρίκλινο (nutricline).
Δ.3.5. Θρεπτικά άλατα Λόγω του καθοριστικού τους ρόλου στην πρωτογενή παραγωγή τα νιτρικά, φωσφορικά και πυριτικά άλατα συχνά χαρακτηρίζονται και ως βιο-περιοριστικά (biolimiting), αφού η διαθεσιμότητά τους στα επιφανειακά νερά μπορεί να περιορίσει τη βιολογική παραγωγή (Μουστάκα-Γούνη, 1997). Ο λόγος μοριακών συγκεντρώσεων (μοριακή αναλογία) νιτρικών και φωσφορικών αλάτων (N/P) στον οργανικό ιστό των θαλάσσιων οργανισμών είναι της τάξης του 16:1. Για το λόγο αυτό, η βέλτιστη ανάπτυξη των αυτότροφων οργανισμών γίνεται όταν ο λόγος N/P στο θαλάσσιο περιβάλλον είναι κοντά στο 16. Αποκλίσεις από τη βέλτιστη αυτή τιμή καταδεικνύουν τον περιοριστικό παράγοντα για την πρωτογενή παραγωγικότητα σε μια θαλάσσια περιοχή: Ν/Ρ=16 έχουμε ισορροπία τροφής Ν/Ρ<16 τα νιτρικά είναι το περιοριστικό θρεπτικό: υπάρχει υπερπροσφορά φωσφορικών και απώλεια νιτρικών αλάτων (nitrogen starvation ή nitrate starvation) Ν/Ρ>16 τα φωσφορικά είναι το περιοριστικό θρεπτικό: υπάρχει υπερπροσφορά νιτρικών και απώλεια φωσφορικών αλάτων (phosphorus starvation ή phosphate starvation)
Δ.3.5. Θρεπτικά άλατα Σημειώνεται ότι στα ωκεάνια νερά ο λόγος N/P είναι της τάξης του 16, ίσος δηλαδή με το λόγο Ν/Ρ στους οργανικούς ιστούς. Μάλιστα, ένα από τα αναπάντητα ερωτήματα της θαλάσσιας χημείας είναι εάν οι θαλάσσιοι οργανισμοί εξελίχθηκαν στο να χρησιμοποιούν το μοριακό λόγο 16:1 επειδή αυτός ήταν διαθέσιμος ή αν οι ίδιοι οι μικροοργανισμοί σταδιακά καθόρισαν το λόγο αυτό στο θαλάσσιο περιβάλλον (Wright et al., 1995). Παρ όλα αυτά, σε παράκτια νερά υπάρχουν σημαντικές αποκλίσεις από το βέλτιστο λόγο Ν/Ρ=16:1 λόγω των ανθρωπογενών παρεμβάσεων που διαταράσσουν την ισορροπία θρεπτικών στο θαλάσσιο περιβάλλον. Οι κυριότερες από αυτές είναι η απόρριψη αστικών λυμάτων (πλούσιων σε νιτρικά και αμμωνιακά άλατα) και η χρήση χημικών λιπασμάτων (πλούσιων σε φωσφορικά ή νιτρικά άλατα, ανάλογα με τον τύπο λιπάσματος) στις γεωργικές δραστηριότητες που φτάνουν στο θαλάσσιο περιβάλλον μέσω επιφανειακών απορροών. Οι παρεμβάσεις αυτές, εκτός από την αναλογία Ν/Ρ, επιδρούν στη διαθεσιμότητα τροφής, διαταράσσουν την τροφική αλυσίδα και, υπό συνθήκες, μπορούν να οδηγήσουν σε ευτροφικά επεισόδια και σε τοξικές ανθήσεις φυτοπλαγκτού στο θαλάσσιο περιβάλλον.
Δ.3.6. Μικροοργανισμοί Υδάτινων Οικ/των Κατάταξη των μικροοργανισμών Μικροοργανισμοί φυτικού βασιλείου Οι κυριότεροι οργανισμοί του φυτικού βασιλείου, των υδάτινων οικοσυστημάτων, είναι οι μύκητες, τα άλγη, τα βρυόφυτα, τα πτεριδόφυτα και τα ανώτερα φυτά. Μικροοργανισμοί του ζωικού βασιλείου Μονοκύταρα ζώα, όπως πρωτόζωα, που είναι αερόβια και περιλαμβάνουν πολλά παράσιτα, όπως τα Sporozoa, Flagelles, Sarcodina, Σπογγοειδή, που είναι το πέρασμα για τα μετάζωα, τα εχινόδερμα, οι νηματέλμινθες και τέλος, τα ανώτερα ζώα, όπως σκώληκες, νύμφες, αρθρόποδα και σπονδυλωτά, που είναι όλα αερόβιοι οργανισμοί Βακτήρια και ιοί Διακρίνονται, ανάλογα με τη μορφή τους, σε στρογγυλά (οι κόκκοι), σε κυλινδρικά (οι βάκιλλοι) και σε σπειροειδή (τα σπειρίλλια). Πλαγκτόν
Δ.3.6. Μικροοργανισμοί Υδάτινων Οικ/των Παθογόνοι μικροοργανισμοί των υδάτινων οικοσυστημάτων Salmonella typhosa Salmonella paratyphί (βάκιλλοι τυφοειδούς πυρετού) Βακτήρια Δυσεντερίας Βακτήρια Χολέρας Spirobacter (ικτέρου) Βακτήρια διάρροιας Ιοί πολυομυελίτιδας, ηπατίτιδας κ.λπ. Μύκητες ιστοπλάσμωσης Αμοιβάδες Entamoeba hίstolytίca και Entamoeba tetragena Σκώληκες Βακτηριολογικές αναλύσεις Υγειονολογικοί έλεγχοι με μοντέλα Συγκεντρώσεις: E-coli Streptococci fecalis Κολοβακτήρια Salmonella
Δ.3.7. Φωτοσύνθεση 1 ο γενής παραγωγή Η διεργασία της φωτοσύνθεσης Στο θαλάσσιο χώρο το σύνολο των φυκών (φυτοπλαγκτόν, μακροφύκη και αγγειόσπερμα) και κάποια από τα βακτήρια συνθέτουν οργανικές ενώσεις από ανόργανες, όπως H 2 0, CO 2 και θρεπτικά άλατα. Χρησιμοποιούν ως πηγή ενέργειας είτε τη χημική ενέργεια από τη διάσπαση ανόργανων ενώσεων (χημειοαυτότροφη παραγωγή ή χημειοσύνθεση), είτε το φως (φωτοαυτότροφη παραγωγή ή φωτοσύνθεση). Το σύνολο της ζωής στη θάλασσα εξαρτάται από τη φωτοσύνθεση. Πρόκειται για τη διαδικασία κατά την οποία διοξείδιο του άνθρακα, θρεπτικά άλατα και νερό μετατρέπονται σε βιομάζα και οξυγόνο. Η πιο διαδεδομένη χημική έκφραση της αντίδρασης στην ωκεανογραφία είναι η εξίσωση Redfield-Ketchum-Richards: Ο λόγος άνθρακα, αζώτου και φωσφόρου (συχνά αναφερόμενος και ως λόγος Redfield) είναι C:N:P=106:16:1. Ο λόγος αυτός είναι ιδιαίτερα σημαντικός για την πρωτογενή παραγωγικότητα της στήλης. Δεδομένου ότι το CO 2 είναι σε αφθονία, η πρωτογενής παραγωγικότητα τείνει να περιορίζεται βάσει του λόγου νιτρικών και φωσφορικών αλάτων, Ν/Ρ=16:1. Εκτός από τη διαθεσιμότητα θρεπτικών, η διαδικασία της φωτοσύνθεσης απαιτεί και ηλιακή ακτινοβολία.
Δ.3.7. Φωτοσύνθεση 1 ο γενής παραγωγή Η διεργασία της φωτοσύνθεσης Εξάρτηση του ρυθμού φωτοσύνθεσης μόνο από την ένταση της διαθέσιμης ηλιακής ακτινοβολίας: Ποσοστό βιομάζας που παράγεται μέσω της διαδικασίας φωτοσύνθεσης καταναλώνεται από τον ίδιο τον οργανισμό κατά την αναπνοή του (απώλειες για μεταβολικές διεργασίες). Ένταση ηλιακού φωτός στην οποία η παραγωγή βιομάζας ισούται οριακά με τις μεταβολικές ανάγκες του οργανισμού λέγεται ένταση αντιστάθμισης, Ι c (compensation intensity). Όσο η ένταση του φωτός αυξάνει πάνω από την ένταση αντιστάθμισης (Ι>Ι c ), ο καθαρός ρυθμός (χωρίς τις απώλειες μεταβολισμού) της φωτοσύνθεσης, Ρ, αυξάνει σχεδόν λογαριθμικά μέχρι να φτάσει τη μέγιστη τιμή κορεσμού, P max, που αντιστοιχεί σε μεγιστοποίηση της πρωτογενούς παραγωγής. Η ένταση του φωτός με max φωτοσύνθεση λέγεται ένταση αρχόμενου κορεσμού, Ι k (incipient saturation intensity). Όσο I c <I<I k ο ρυθμός θα είναι P<P max που πρακτικά σημαίνει ότι στο διάστημα αυτό έχουμε περιορισμό φωτός για το ρυθμό φωτοσύνθεσης. Σε ιδιαίτερα υψηλές ακτινοβολίες ο ρυθμός φωτοσύνθεσης μειώνεται ξανά (P<P max ) λόγω βλαβερών φωτο-οξειδωτικών επιδράσεων στα κύτταρα, φωτοαναστολή (Jumars, 1993)
Δ.3.7. Φωτοσύνθεση 1 ο γενής παραγωγή Η διεργασία της φωτοσύνθεσης Βάσει των εξαρτήσεων αυτών έπεται ότι ο ρυθμός φωτοσύνθεσης μειώνεται με το βάθος του νερού (Σχήμα 3.8β), καθώς μειώνεται η διαθέσιμη ηλιακή ακτινοβολία εντός της εύφωτης ζώνης, μέχρι και το βάθος στο οποίο ο ρυθμός φωτοσύνθεσης ισούται οριακά με τις ανάγκες αναπνοής, βάθος που ονομάζεται βάθος αντιστάθμισης (compensation depth). Η ζώνη άνω του βάθους αυτού είναι η ζώνη πρωτογενούς παραγωγικότητας της στήλης, ενώ κάτω από αυτήν (και εντός της δύσφωτης ζώνης) δεν υπάρχει πρακτικά φωτοσυνθετική δραστηριότητα. Λόγω της φωτοαναστολής ο μέγιστος ρυθμός φωτοσύνθεσης συναντάται συνήθως κάποια μέτρα κάτω από την επιφάνεια. Σημειώνεται ότι η διαθεσιμότητα θρεπτικών και η στρωμάτωση της στήλης επίσης παίζουν σημαντικό ρόλο στην κατανομή της πρωτογενούς παραγωγικότητας στη στήλη και ότι η μέγιστη φωτοσύνθεση συχνά συμπίπτει με τη θέση του θερμοκλινούς.
Δ.3.7. Φωτοσύνθεση 1 ο γενής παραγωγή Η διεργασία της φωτοσύνθεσης Κατά τη φωτοσύνθεση η ηλιακή ενέργεια μετατρέπεται σε χημική μέσω φωτοσυνθετικών χρωστικών που περιέχονται στους χλωροπλάστες των φυκών. Η βασικότερη φωτοσυνθετική χρωστική είναι η χλωροφύλλη-α (chlorophyll-a, Chl-a), αλλά υπάρχουν επίσης και χλωροφύλλες β, γ και δ, όπως και άλλες χρωστικές, όπως ξανθοφύλλη, καροτίνη και φυκοβιλίνη, που συμμετέχουν στη φωτοσύνθεση κάποιων ειδών. Οι χρωστικές αυτές απορροφούν ηλιακό φως εντός του εύρους μήκους κύματος 400-700 nm, εύρος που ονομάζεται φωτοσυνθετικά ενεργή ακτινοβολία ή PAR (Photosynthetically Active Radiation). Το φάσμα απορρόφησης του ηλιακού φωτός είναι διαφορετικό για κάθε χρωστική. Για τη χλωροφύλλη α (πράσινη χρωστική) μέγιστη απορρόφηση πραγματοποιείται στο κόκκινο (650-700 nm) και το μπλε-μωβ (450 nm) εύρος. Σε περιπτώσεις που επικρατεί κάποια άλλη χρωστική επί της πράσινης χλωροφύλλης, το φυτοπλαγκτόν μπορεί να έχει καφέ, χρυσό ή και κόκκινο χρώμα. Δεδομένου ότι η χλωροφύλλη α είναι η συχνότερα απαντώμενη φυτοπλαγκτονική χρωστική, χρησιμοποιείται και ως δείκτης πρωτογενούς παραγωγικότητας στο θαλάσσιο περιβάλλον. Έτσι, για την εκτίμηση της τροφικής κατάστασης του θαλάσσιου περιβάλλοντος συχνά χρησιμοποιούμε μετρήσεις χλωροφύλλης α.
Δ.3.7. Φωτοσύνθεση 1 ο γενής παραγωγή Εποχικότητα πρωτογενούς παραγωγικότητας Γίνεται φανερό ότι η διαδικασία της φωτοσύνθεσης εξαρτάται τόσο από τη διαθεσιμότητα θρεπτικών αλάτων (αυξάνει προς τους πόλους), όσο και από την ηλιακή ακτινοβολία (μειώνεται προς τους πόλους). Υπάρχουν σημαντικές διαφορές σχετικά με την παραγωγικότητα των θαλάσσιων περιοχών ανάλογα με το γεωγραφικό τους πλάτος και την εποχή του χρόνου. Στις περιοχές κοντά στους πόλους, για παράδειγμα, υπάρχει αυξημένη συγκέντρωση θρεπτικών αλάτων, που μπορούν να στηρίξουν σημαντική πρωτογενή παραγωγικότητα, σε συνδυασμό, όμως, με περιορισμένη διάρκεια ηλιοφάνειας, κυρίως κατά τους καλοκαιρινούς μήνες. Η πολική πρωτογενής παραγωγικότητα είναι υψηλή, αλλά χρονικά περιορισμένη στη θερμή περίοδο και παρουσιάζει ένα ετήσιο μέγιστο. Σε μέσα γεωγραφικά πλάτη (εύκρατες ζώνες), όπου υπάρχει εντονότερη ηλιοφάνεια και λιγότερα θρεπτικά, η παραγωγικότητα παρουσιάζει τυπικά δύο μέγιστα, ένα την άνοιξη και ένα το φθινόπωρο, περιόδους στις οποίες ο συνδυασμός φωτός και διαθέσιμης τροφής επιτρέπουν την άνθηση του φυτοπλαγκτού. Σε τροπικές περιοχές (κοντά στον ισημερινό) υπάρχει διαθεσιμότητα φωτός καθ όλη τη διάρκεια του έτους και η παραγωγικότητα περιορίζεται κυρίως από τα θρεπτικά. Δεν υφίσταται πρακτικά εποχιακό πρότυπο και η παραγωγικότητα παρουσιάζει εποχιακές διακυμάνσεις που εξαρτώνται από τοπικά γνωρίσματα (πρότυπο γενικό, όχι τοπικά με περιοχές έντονης τυρβώδους ανάμιξης, θαλάσσια μέτωπα και στρόβιλοι, και διεργασίες εμπλουτισμού στήλης νερού με θρεπτικά (π.χ. ανάδυση).
Δ.3.7. Φωτοσύνθεση 1 ο γενής παραγωγή Εποχικότητα πρωτογενούς παραγωγικότητας
Δ.3.7. Φωτοσύνθεση 1 ο γενής παραγωγή Εποχικότητα πρωτογενούς παραγωγικότητας Εξετάζοντας περισσότερο την εποχιακή μεταβολή της φωτοσυνθετικής δραστηριότητας σε εύκρατες περιοχές (Σχήμα 3.10) παρατηρούμε ότι κατά τη χειμερινή περίοδο οι συγκέντρωση φυτοπλαγκτού στα επιφανειακά νερά είναι ομογενής, ενώ η φωτοσύνθεση ακολουθεί την ηλιακή απορρόφηση. Κατά τις αρχές της άνοιξης η πρωτογενής παραγωγικότητα της στήλης αυξάνεται, γεγονός που συνοδεύεται με αύξηση της βιομάζας φυτοπλαγκτού και με μείωση των συγκεντρώσεων θρεπτικών στην επιφανειακή ζώνη. Το φαινόμενο εντείνεται με την αύξηση της ηλιοφάνειας κατά το καλοκαίρι, με αύξηση των συγκεντρώσεων χλωροφύλλης κοντά στην επιφάνεια και περεταίρω αύξηση της κλίσης του νουτρίκλινου. Κατά τα τέλη του καλοκαιριού η μείωση θρεπτικών κοντά στην επιφάνεια είναι πλέον έντονη και το τοπικό μέγιστο της πρωτογενούς παραγωγικότητας ωθείται σε βαθύτερα νερά.
Δ.3.7. Φωτοσύνθεση 1 ο γενής παραγωγή Άνθιση φυτοπλαγκτού Τροφικό επίπεδο Ο όρος «άνθιση» (bloom) χρησιμοποιείται και για το φυτοπλαγκτόν, κατ αναλογία προς τα φυτά της ξηράς, για να εκφράσει τις πληθυσμιακές εξάρσεις διατόμων κυρίως τους ανοιξιάτικους μήνες, που συνοδεύονται και από έντονο χρωματισμό της θάλασσας λόγω των υψηλών συγκεντρώσεων φυτοπλαγκτονικών κυττάρων (Μουστάκα- Γούνη, 1997). Ο χρωματισμός αυτός μπορεί να είναι καφέ, πράσινος ή και κόκκινος, ανάλογα με τη χρωστική του φυτοπλαγκτού που επικρατεί και βρίσκεται σε άνθηση (Εικόνα 3.2). Ειδικά για την περίπτωση άνθησης με κόκκινες αποχρώσεις έχει επικρατήσει και ο όρος «ερυθρά παλίρροια» (red tide), σημειώνεται όμως ότι δεν έχει καμία σχέση με το φαινόμενο της αστρονομικής ή της μετεωρολογικής παλίρροιας. Η άνθηση του φυτοπλαγκτού είναι ένα απολύτως φυσικό φαινόμενο και υποδηλώνει πληθυσμιακές συγκεντρώσεις της τάξης 10 4 φυτοπλαγκτονικών κυττάρων/lt για μακροφυτοπλαγκτόν ή της τάξης 10 7 κυττάρων/lt για νανοπλαγκτόν.
Δ.3.7. Φωτοσύνθεση 1 ο γενής παραγωγή Άνθιση φυτοπλαγκτού Τροφικό επίπεδο Αν και η άνθιση του φυτοπλαγκτού είναι μια φυσική διαδικασία, μπορεί να έχει αρνητικές επιπτώσεις στο θαλάσσιο περιβάλλον, είτε έμμεσες είτε άμεσες. Άμεσες επιδράσεις στο περιβάλλον και στη δημόσια υγεία υπάρχουν στην περίπτωση που το είδος του φυτοπλαγκτού που ανθεί περιέχει βιοτοξίνες, οι οποίες είναι τοξικές τόσο για τους θαλάσσιους οργανισμούς (δίθυρα, ψάρια και ανώτερα θηλαστικά), όσο και για τους ανθρώπους. Στην περίπτωση αυτή μιλάμε για Harmful Algal Blooms (HABs). Μάλιστα, οι τοξικές επιδράσεις μιας ΗΑΒ μπορεί να συνεχίσουν και μετά το τέλος του επεισοδίου, καθώς οι τοξίνες βιοσυσσωρεύονται στο μαλακό ιστό των οστρακόδερμων και στη συνέχεια μπορούν να περάσουν, μέσω της τροφικής αλυσίδας, σε ανώτερους οργανισμούς ή/και στον άνθρωπο. Σημειώνεται, ωστόσο, ότι από τα 5000 καταγεγραμμένα είδη φυτοπλαγκτού μόνο τα 40 παράγουν τοξίνες δυνητικά επικίνδυνες για τη δημόσια υγεία. Εκτός όμως από την περίπτωση τοξικού φυτοπλαγκτού, μια άνθηση μπορεί να συνοδεύεται και από σημαντική μείωση του διαλυμένου οξυγόνου στη στήλη του νερού. Αυτό συμβαίνει καθώς οι υψηλές πυκνότητες φυτοπλαγκτού, αφού καταναλώσουν το σύνολο των θρεπτικών στη στήλη του νερού, τείνουν να πεθάνουν μαζικά, γεγονός που οδηγεί στη σημαντική αύξηση βακτηρίων, τα οποία κατά την βόσκηση των νεκρών φυτοπλαγκτονικών κυττάρων καταναλώνουν μεγάλες ποσότητες οξυγόνου. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε υποξικές ή και ανοξικές συνθήκες στη στήλη του νερού ή/και κοντά στον πυθμένα.
Δ.3.7. Φωτοσύνθεση 1 ο γενής παραγωγή Άνθιση φυτοπλαγκτού Τροφικό επίπεδο Η άνθιση του φυτοπλαγκτού συνδέεται άμεσα και με το τροφικό επίπεδο (trophic state) της θαλάσσιας περιοχής, δηλαδή επίπεδο πρωτογενούς παραγωγικότητας της στήλης. Τρία τροφικά επίπεδα: Ολιγότροφο: Χαμηλή πρωτογενής παραγωγικότητα λόγω χαμηλής συγκέντρωσης θρεπτικών αλάτων. Τέτοιες περιοχές έχουν συγκεντρώσεις χλωροφύλλης κάτω των 0.05μg/l στην επιφάνεια έως και μέγιστες τιμές των 0.1-0.5μg/l σε βάθη 100-150 m. Μεσότροφο: Ενδιάμεσο επίπεδο παραγωγικότητας με συγκεντρώσεις χλωροφύλλης 0.5-1μg/l σε επιφάνεια. Εύτροφο: Υψηλή βιολογική παραγωγικότητα λόγω υψηλής συγκέντρωσης θρεπτικών αλάτων. Οι συγκεντρώσεις χλωροφύλλης είναι της τάξης των 1-10μg/l στα επιφανειακά νερά. Σε ευτροφικά νερά τείνουν να επικρατούν ένα ή δύο είδη με ταχεία ανάπτυξη (γρήγορη αναπαραγωγή και πολλοί απόγονοι που φτάνουν την ωριμότητα σε μικρό διάστημα). Αντίθετα, σε ολιγοτροφικά νερά συνήθως υπάρχουν διάφορα ανταγωνιστικά είδη σταθερής ανάπτυξης (αργή αναπαραγωγή και λιγότεροι και πιο ανθεκτικοί απόγονοι), με τη φυτοπλαγκτονική κοινότητα σε ισορροπία με την παροχή θρεπτικών (Lalli and Parsons, 1997). Οι παραπάνω τρεις κατηγορίες είναι γενικές και εξαρτώνται από τη συγκέντρωση θρεπτικών αλάτων και από την παρουσία φυτοπλαγκτονικών κυττάρων στο θαλάσσιο περιβάλλον.
Δ.3.7. Φωτοσύνθεση 1 ο γενής παραγωγή Άνθιση φυτοπλαγκτού Τροφικό επίπεδο Για την κατάταξη των παράκτιων υδάτων, οι Vollenweider et al. (1998) πρότειναν ένα δείκτη τροφικής κατάστασης (TRIX), ο οποίος λαμβάνει υπόψη τη συγκέντρωση χλωροφύλλης, τον κορεσμό του θαλάσσιου περιβάλλοντος σε οξυγόνο και τις συγκεντρώσεις ολικού αζώτου και φωσφόρου: log 10 Chla ad% O TN TP k TRIX= m DOS DO οπου ad% O 100 και k 1.5, m 1.2 DO S
Δ.3.8. Παραγωγή Βιοαποσύνθεση Μοντελοποίηση παραγωγής 1. Η φάση της προσαρμογής (1), όπου η ταχύτητα ανάπτυξης είναι σχεδόν μηδενική, ή ακόμη και αρνητική (στην περίπτωση που μερικοί από τους μικροοργανισμούς δεν μπορούν να επιβιώσουν γιατί οι συνθήκες είναι ακατάλληλες για αυτούς). 2. Η εκθετική φάση (2), που είναι η φάση της ταχείας ανάπτυξης με ταχύτητα ανάπτυξης σχεδόν σταθερή. Υποτίθεται εδώ ότι όλες οι τροφές είναι παρούσες σε περίσσεια. 3. Η φάση της επιβράδυνσης (3), όπου η ταχύτητα ανάπτυξης ελαττώνεται γιατί υπάρχει κάποιος παράγοντας που βρίσκεται σε έλλειψη ή επιδρά δυσμενώς. 4. Η φάση μηδενικής ανάπτυξης (4), με ταχύτητα σχεδόν μηδενική η αρνητική. 5. Η φάση θανάτου (5), ή μείωση της ταχύτητας ανάπτυξης λόγω δυσμενών φυσικών, χημικών ή βιολογικών συνθηκών.
Δ.3.8. Παραγωγή Βιοαποσύνθεση Μοντελοποίηση παραγωγής 1. Μοντέλα τύπου Monod:
Δ.3.8. Παραγωγή Βιοαποσύνθεση Μοντελοποίηση παραγωγής 1. Μοντέλα τύπου Monod:
Δ.3.8. Βιοαποσύνθεση Βιοαποδόμηση Βιοαποδόμηση μικροοργανισμών 1o στάδιο: Στην αρχή, όταν η συγκέντρωση των οργανικών ουσιών είναι σημαντική, έχουμε μία μεγάλη ανάπτυξη των ετεροτρόφων βακτηρίων, που κυριαρχούν και εξασφαλίζουν το μεταβολισμό των οργανικών ουσιών. Σε αυτή τη διαδικασία, το αμμωνιακό άζωτο που βρίσκεται παρόν, ενσωματώνεται, κατά ένα μέρος, στα κύτταρα που σχηματίζονται. 2o στάδιο: Η πτώχευση και μετά η εξάντληση των οργανικών υλών, οδηγεί στη μείωση της ανάπτυξης των ετεροτρόφων βακτηρίων και στην αρχή της φάσης της ενδογενούς αναπνοής γι' αυτά. 'Ετσι, η αρχική βιομάζα που σχηματίσθηκε ελαττώνεται, ή λόγω θανάτου, ή λόγω αυτόλυσης, ενώ ένα μέρος από τους ετερότροφους παραμένει, τρεφόμενο από τη νεκρή βιομάζα. Παράλληλα, ένα μέρος όμως του αζώτου, που έχει μετασχηματισθεί σε πρωτεϊνικό και ενσωματωθεί στα κύτταρα, τώρα απελευθερώνεται. Τότε εμφανίζεται η αυτότροφη κοινωνία, με πρώτα τα βακτήρια του γένους Νitrosomonas. Αυτά ατην αρχή συμβιούν δίπλα στα ετερbτροφα που επιζούν ακόμη. Είναι η αρχή του φαινομένου της νιτροποίησης. 3o στάδιο: Η ετερότροφη κοινωνία συνεχίζει να ελαττώνεται, ενώ η αυτότροφη κυριαρχεί. Μόλις το γένος Nitrosomonas χρησιμοποιήσει το αμμωνιακό άζωτο και το μετατρέψει σε νιτρώδες, εμφανίζεται με τη σειρά του το δεύτερο γένος αυτότροφων βακτηρίων, τα Nίtrobcter, που μετατρέπουν το νιτρώδες σε νιτρικό. Στη συνέχεια, η συγκέντρωση του αμμωνιακού αζώτου ελαττώνεται, μέχρι που η εξαφάνισή του να οδηγήσει και στην εξαφάνιση του γένους Νitrosomonas. Τέλος, με την εξάντληση τον νιτρώδους, εξαφανίζεται και το γένος Nitrobacter.
Δ.3.8. Παραγωγή Βιοαποσύνθεση Κύκλος Αζώτου Νιτροποίηση
Δ.3.8. Βιοαποσύνθεση Βιοαποδόμηση Μοντελοποίηση βιοαποσύνθεσης Μοντέλο του HERBERT (1958) Μοντέλα γραμμικής κινητικής
Δ.3.9. Τροφική αλυσίδα Κύκλοι C, O 2 Βασικές κατηγορίες οργανισμών στο θαλάσσιο τροφικό πλέγμα (Θεοδώρου, 2004): - Παραγωγοί (primary producers) είναι οι αυτότροφοι οργανισμοί που παράγουν την τροφή τους μέσω της φωτοσύνθεσης και της χημειοσύνθεσης. Τέτοιοι οργανισμοί είναι το φυτοπλαγκτόν, τα φωτοσυνθετικά βακτήρια, τα μακροφύκη και τα αγγειόσπερμα. - Καταναλωτές (consumers) είναι οι ετερότροφοι οργανισμοί που μπορεί να είναι φυτοφάγοι, σαρκοφάγοι, παμφάγοι ή βακτηριοφάγοι. - Βακτήρια (bacteria), τα οποία διασπούν τα υπολείμματα ή τα απεκκρίματα άλλων οργανισμών. Τα βακτήρια διασπούν έως και το 50% του διαλυμένου οργανικού υλικού (DOM) που παράγεται από το φυτοπλαγκτόν. Όπως ισχύει γενικά στη φύση, έτσι και στο θαλάσσιο περιβάλλον οι ετερότροφοι οργανισμοί τρέφονται είτε με αυτότροφους, είτε με μικρότερου μεγέθους ετερότροφους οργανισμούς. Ανάλογα, όμως με το είδος του θαλάσσιου οικοσυστήματος διακρίνονται περισσότερα ή λιγότερα τροφικά επίπεδα. Οι τρεις τύποι θαλάσσιας τροφικής αλυσίδας, με ενδεικτικά είδη θαλάσσιων οργανισμών για το κάθε επίπεδο, δίνονται στο σχήμα 3.11. Έτσι, η πολυπληθέστερη τροφική αλυσίδα απαντάται στα επιφανειακά στρώματα των ωκεανών με 6 επίπεδα, 4 τροφικά επίπεδα απαντώνται σε περιοχές ηπειρωτικής υφαλοκρηπίδας (ζώνη από την ακτή μέχρι και 2.5km βάθος) και η μικρότερη αλυσίδα συναντάται σε περιοχές παράκτιας ανάδυσης (π.χ. πολικές περιοχές) με 3 μόνο τροφικά επίπεδα. Σημειώνεται ότι όσο μικρότερη είναι η τροφική αλυσίδα, τόσο αποτελεσματικότερη είναι η μεταφορά οργανικού υλικού διαμέσου της και κατ επέκταση τόσο αποτελεσματικότερη είναι η ιχθυοπαραγωγή.
Δ.3.9. Τροφική αλυσίδα Κύκλοι C, O 2 Τροφική αλυσίδα
Δ.3.9. Τροφική αλυσίδα Κύκλοι C, O 2 Κύκλοι Άνθρακα και Οξυγόνου Η μεταφορά άνθρακα, οξυγόνου και θρεπτικών αλάτων μέσα από τη θαλάσσια τροφική αλυσίδα είναι ιδιαίτερα πολύπλοκη διαδικασία και δίνεται απλοποιημένα στο σχήμα για την εύφωτη ζώνη.
Δ.3.9. Τροφική αλυσίδα Κύκλοι C, O 2 Μεταφορά αερίων στη στήλη του νερού Πηγή DO είναι η ατμόσφαιρα, μέσω των ανταλλαγών στην επιφάνεια, και κυρίως η διαδικασία της φωτοσύνθεσης από το φυτοπλαγκτόν και τα μακρόφυτα, ενώ η αναπνοή του συνόλου των οργανισμών (αυτότροφων και ετερότροφων) παράγει διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ). Η κατανάλωση φυτοπλαγκτού γίνεται από το ζωοπλαγκτόν και του ζωοπλαγκτού από το νηκτόν. Ανάλογα, βέβαια, με τα τροφικά επίπεδα της θαλάσσιας περιοχής, μπορεί να υπάρχουν ενδιάμεσα επίπεδα βόσκησης. Σε κάθε περίπτωση κατά τη διαδικασία της βόσκησης η βιομάζα και τα θρεπτικά άλατα μεταφέρονται από τον ένα οργανισμό στον άλλο, ενώ ένα μέρος του σωματιδιακού οργανικού υλικού (POM) χάνεται κατά τη διαδικασία. Μέσω των απεκκρίσεων της πέψης αποβάλλεται στο θαλάσσιο περιβάλλον διαλυμένο οργανικό υλικό (DOM) και άλατα του αζώτου, όπως αμμωνιακά (NH 4+ ), που καταναλώνονται από βακτήρια στη στήλη. Άλλη βασική πηγή POM είναι ο ίδιος ο θάνατος των θαλάσσιων οργανισμών. Το σύνολο αυτών των προϊόντων αποσάθρωσης (POM) καθιζάνει σταδιακά στον πυθμένα, όπου και γίνεται η κύρια αποδόμησή τους από βενθικούς οργανισμούς, διαδικασία κατά την οποία η στήλη εμπλουτίζεται με θρεπτικά άλατα, ως παραπροϊόντα της βιοαποδόμησης. Η ανακύκλωση θρεπτικών αλάτων στο θαλάσσιο περιβάλλον γίνεται μέσω των κύκλων αζώτου και φωσφόρου. Με τον τρόπο αυτό ανακυκλώνονται ο άνθρακας, το οξυγόνο και τα θρεπτικά άλατα στο θαλάσσιο χώρο.
Δ.3.10. Λοιπές βιοχημικές διεργασίες Αναπνοή Η φυσική διαδικασία της αναπνοής των ετερότροφων και αυτότροφων μικροοργανισμών διεξάγεται ανεξάρτητα από την παρουσία ή όχι ηλιακού φωτός, δηλαδή ανεξάρτητα από τη φωτοσυνθετική δραστηριότητα. Είναι μία συνεχής πηγή κατανάλωσης οξυγόνου, σε όλη τη διάρκεια του 24ώρου. Με αντίστοιχη κατανάλωση οξυγόνου και παραγωγή διοξείδιου του άνθρακα, όλοι οι μικροοργανισμοί καλύπτουν τις κυτταρικές τους ανάγκες. Η ποσότητα αυτή οξυγόνου, αν και μικρή σε μέγεθος, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη όταν κάνουμε απολογισμό των πηγών οξυγόνου μέσα σε ένα υδάτινο ρεύμα. Η μοντελοποίηση αυτής της διαδικασίας, που αφορά τη μεταβολή της κατανάλωσης οξυγόνου, είναι της μορφής:
Δ.3.10. Λοιπές βιοχημικές διεργασίες Αναεροβίωση Όταν στο υδάτινο περιβάλλον υπάρχει έλλειψη οξυγόνου, τότε οι οργανικές ενώσεις αποσυντίθενται και σταθεροποιούνται, με δύο ειδικές ομάδες βακτηρίων, που τις μετατρέπουν κυρίως σε διοξείδιο του άνθρακα και μεθάνιο. Είναι το φαινόμενο της αναεροβίωσης. Οι σύνθετες οργανικές ενώσεις, όπως τα λίπη, οι πρωτεΐνες και κυρίως οι υδατάνθρακες, με τη βοήθεια μιας ομάδας οξεοφίλων βακτηρίων, μετατρέπονται σε οργανικά διαλυτά οξέα (προπιονικό, βουτυρικό, μυρμηγκικό και άλλα). Αυτά με τη σειρά τους, γίνονται τροφή για μια δεύτερη ομάδα βακτηρίων, τα βακτήρια μεθανίου, που μετατρέπουν τα οργανικά οξέα σε αέρια προϊόντα, όπως το μεθάνιο, διοξείδιο του άνθρακα κ.α. Γενικά, το μεθάνιο,η αμμωνία και το διοξείδιο του άνθρακα, αποτελούν το 95%ο των παραγομένων αερίων, κατά την αναερόβιο διαδικασία. Από τα είδη βακτηρίων, που λαμβάνουν μέρος στο φαινόμενο της αναεροβίωσης, τα οξεόφιλα βακτήρια δρουν σε ευρύ φάσμα περιβαλλοντικών συνθηκών, ενώ τα βακτήρια του μεθανίου είναι πιο ευαίσθητα. Τα τελευταία είναι και το κλειδί της ύλης διαδικασίας. Αναπτύσσονται αργά και επηρεάζονται πολύ από τις συνθήκες Θερμοκρασίας και το pη. Σε θερμοκρασία πάνω από 27 C, η ανάπτυξη των βακτηρίων αυτών αυξάνεται με την αύξηση της Θερμοκρασίας. Κάτω από τούς 27 C,η παραγωγή μεθανίου ελαττώνεται γρήγορα με την ελάττωση της θερμοκρασίας. Τέλος, τιμές του pη μικρότερες από 6,5 έχουν ανασταλτικό χαρακτήρα στην ανάπτυξη αυτών των βακτηρίων.
Δ.3.11. Κυρίαρχες Εξισώσεις Μοντέλων ΠΝ Εισαγωγή στο Μοντέλο ποιότητας νερού Χτίζεται με βάση τις εξής αρχές: 1. Διατήρηση της μάζας 2. Νόμοι που διέπουν τις χημικές, βιοχημικές και βιολογικές διεργασίες 3. Οριακές συνθήκες και αρχικές συνθήκες Για να αντικατοπτρίσουμε αυτές τις διαδικασίες μαθηματικά, οι μεταβλητές/δείκτες ποιότητας νερού, όπως τα φύκια, τα θρεπτικά συστατικά και το DO, περιγράφονται χρησιμοποιώντας ένα συζευγμένο σύνολο εξισώσεων διατήρησης της μάζας της εκάστοτε παραμέτρου. Η εξίσωση διατήρηση της μάζας καταγράφει το υλικό που εισέρχεται/εξέρχεται από ένα υδάτινο σώμα, τη μεταφορά του υλικού εντός του υδάτινου σώματος και τους φυσικούς, χημικούς και βιολογικούς μετασχηματισμούς του υλικού στη μορφή:
Δ.3.12. Βιβλιογραφία Ελληνική: Κρεστενίτης Γ.Ν., Κομπιάδου Κ.Δ., Μακρής Χ.Β., Ανδρουλιδάκης Γ.Σ., Καραμπάς Θ.Β. (2015). Παράκτια Μηχανική Θαλάσσια Περιβαλλοντική Υδραυλική, Ελληνικά Ακαδημαϊκά Ηλεκτρονικά Συγγράμματα και Βοηθήματα, Κάλλιπος, Αθήνα. Link: https://repository.kallipos.gr/handle/11419/2789?locale=en 3 ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ Τσακογιάννης Ι.Α. (1985). Εισαγωγή στη Μοντελοποίηση της Ρύπανσης των Φυσικών Ρευμάτων, Πανεπιστημιακές Σημειώσεις ΑΠΘ, Θεσσαλονίκη. 3 ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ξενόγλωσση: Benedini Μ., and Tsakiris G. (2013). Water Quality Modelling for Rivers and Streams. Water Science and Technology Library, Vol. 70, Springer. 6 ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ Chin D. A. (2006). Water-Quality Engineering In Natural Systems. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey. 2 ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ji Z.G. (2008). Hydrodynamics and Water Quality. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey. 5 ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ
Δ.3.13. Επίλογος ΕΥΧΑΡΙΣΤΩ πολύ για την προσοχή σας!!! ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΒΙΟΧΗΜΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ