8 Η ΜΟΝΑΔΙΚΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΦΥΣΗΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ 1. Δομή του μορίου : (δεσμοί υδρογόνου) 2. Καταστάσεις του νερού : το νερό είναι η μοναδική ουσία στη γη που βρίσκεται στη φύση και με τις τρεις μορφές τις (υγρή στερεά αέρια) 3. Υψηλή θερμοχωρητικότητα : το νερό έχει μεγάλη ικανότητα διατήρησης της θερμικής του ενέργειας. Απαιτούνται δηλαδή μεγάλα ποσά θερμότητας για να μεταβληθεί η θερμοκρασία του τα υδάτινα οικοσυστήματα διατηρούν τη θερμική τους κατάσταση καλύτερα από ότι τα χερσαία 4. Υψηλή λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης: το νερό αποβάλλει μεγάλα ποσά θερμότητας κατά την εξάτμισή του (μόνο τα πιο γρήγορα κινούμενα μόρια μπορούν να διασπάσουν τους δεσμούς υδρογόνου και να μεταβούν στην αέρια κατάσταση)
9 5. Υψηλή διαλυτική ικανότητα : το νερό μπορεί να διαλύει τις περισσότερες ενώσεις από κάθε άλλη συνηθισμένη ουσία ( γενικός διαλύτης ) ( εξαιτίας των ασθενών ηλεκτρικών φορτίων τους τα μόρια του νερού συγκεντρώνονται γύρα από τα ισχυρά φορτισμένα ιόντα του άλατος εξασθενίζοντας τους δεσμούς μεταξύ των ιόντων ) ΔΙΙΑΜΕΡΙΙΣΜΟΣ ΚΡΥΣΤΑΛΛΩΝ
10 ΦΩΣ Hλιακή ενέργεια 100% Ανάκλαση, απορρόφηση από σύννεφα κ.λ.π. ( 50% ) ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ Μέση επιφανειακή αντα νάκλαση ( 4% ) του ορατού φάσματος ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΘΑΛΑΣΣΑΣ Υπέρυθρη & Υπεριώδης (50% ) της συνολικής ακτινοβολίας στην επιφάνεια Ορατό φάσμα (50% ) της συνολικής ακτινοβολίας Μείωση με το βάθος
ΟΡΑΤΟ ΦΩΣ 11 Ορατό φως ΒΑΘΟΣ (m) 0 10 20 30 40 Ιώδες Κυανό Πράσινο Κίτρινο Πορτοκαλί Κόκκινο 50 60 70 Υπάρχει διαφορά στη διείσδυση σε βάθος των διαφορετικών χρωμάτων του ορατού φάσματος: * Το κόκκινο χρώμα εξαφανίζεται μετά τα 10 m, ενώ το μπλέ μπορεί να φτάνει σε μεγάλα βάθη (1 % του μπλέ υπάρχει ακόμη και στα 150 m βάθος) Οι βαθιές θάλασσες φαίνονται μπλέ Οι φυτοπλαγκτονικοί οργανισμοί που ζουν σε διάφορα βάθη έχουν χρωστικές που απορροφούν το χρώμα που υπάρχει στο βάθος αυτό
Μέτρηση της διαύγειας του νερού Δίσκος του Secchi 12 I z = I 0 e kz z k = συντελεστής απορρόφησης του φωτός Kk Kk Μικρή διαύγεια νερού Μεγάλη διαύγεια νερού
13 ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΕΣ ΖΩΝΕΣ ΦΩΤΙΣΜΟΥ Εύφωτη ζώνη Δυσφωτη ζώνη Βάθος φωτοαντιστάθμισης Άφωτη ζώνη Εύφωτη ζώνη : η ένταση του φωτός είναι επαρκής για την πραγματοποίηση της φωτοσύνθεσης από τους φυτικούς οργανισμούς ( φυτικοί - ζωικοί οργανισμοί ) Δύσφωτη ζώνη : η ένταση του φωτός δεν επαρκεί για την πραγματοποίηση της φωτοσύνθεσης ( μόνο ζωικοί οργανισμοί ) Άφωτη ζώνη : δεν ανιχνεύεται η παρουσία φωτός από τους οργανισμούς (επικρατεί πλήρες σκοτάδι) ( μόνο ζωικοί οργανισμοί ) ΟΡΙΑ ΒΑΘΟΥΣ ΖΩΝΩΝ Διαύγεια νερού Κυματισμός Γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων του ήλιου (ώρα, εποχή, γεωγραφικό πλάτος)
ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ 14 ΣΗΜΑΣΙΑ 1) Ρύθμιση ταχύτητας βιοχημικών αντιδράσεων 2) Επίδραση στην πυκνότητα (μαζί με την αλατότητα) 3) Καθορισμός διαλυτότητας αλάτων και αερίων στο νερό 4) Επίδραση στην κατανομή των οργανισμών Τροπική ζώνη: Υποτροπική ζώνη: Εύκρατη ζώνη: Πολική ζώνη: 25 ο C 15 ο C 5 ο C (Βόρειο Ημισφαίριο) 2 ο C (Νότιο Ημισφαίριο) < 0-2 ο C ή 0-5 ο C
15 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ - ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ (δημιουργία κατακόρυφης ΘΕΡΜΟΣΤΡΩΜΑΤΩΣΗΣ) Πυκνότητα = Μάζα / Όγκος Θερμοκρασία => Όγκος Θερμοκρασίας => Πυκνότητας Η ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΣΤΡΩΜΑΤΩΣΗΣ Θερμοστρωμάτωση => δημιουργία ενός «φράγματος» (θερμοκλινές) που εμποδίζει την ανάμιξη των επιφανειακών με τα βαθύτερα νερά Μείωση 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
Δημιουργία και σπάσιμο του θερμοκλινούς 16
17 ΑΛΑΤΟΤΗΤΑ Η συνολική ποσότητα διαλυμένων ανόργανων ουσιών σε 1 Kg νερού ( σύσταση θαλασσινού νερού ) ΙΝΧΟΣΤΟΙΧΕΙΑ : 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 ασβέστιο (Ca)..... κατασκευή ασβεστολιθικών σκελετών πυρίτιο (Si).. δομικό στοιχείο σκελετού διατόμων Μαγγάνιο (Mn).... σημαντικό στοιχείο της χλωροφύλλης Fe, Cu, Va... απαραίτητα στοιχεία των αναπνευστικών χρωστικών Κοβάλτιο (Co)... συστατικό των βιταμινών Β 12 Ρόλος αλατότητας για τους οργανισμούς α) ρύθμιση ώσμωσης β) κατανομή οργανισμών (στενύαλοι ευρύαλοι) γ) αναπαραγωγή δ) ρύθμιση επίπλευσης
18 Παράγοντες που μεταβάλλουν την αλατότητα α) παροχή γλυκού νερού (π.χ. ποταμοί) β) καιρικά φαινόμενα (βροχοπτώσεις, χιονόπτωση, κ.λ.π.) γ) τήξη πάγων δ) εξάτμιση ( πηγές προέλευσης των διαφόρων ιόντων στη θάλασσα)
ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ 19 Πυκνότητα = μάζα / όγκος ς * καθαρό νερό : μάζα νερού = μάζα μορίων νερού όχι καθαρό νερό : μάζα νερού = μόρία νερού + άλλες ουσίες Η ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ α) θερμοκλινές β) ρεύματα και άλλες κινήσεις νερού γ) επίπλευση και αιώρηση οργανισμών δ) βύθιση νεκρής ύλης 1) θερμοκρασία 2) αλατότητα 3) πίεση Παράγοντες που επηρεάζουν την πυκνότητα Το παράδοξο της πυκνότητας του νερού (*): Στη θάλασσα σε αντίθεση με τις λίμνες, σε θερμοκρασίες κάτω του μηδενός το επιφανειακό νερό δεν παγώνει αλλά αυξάνει την πυκνότητά του και βυθίζεται
ΟΞΥΓΟΝΟ & ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑΑ 20 1) ΟΞΥΓΟΝΟ ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ : - ατμόσφαιρα... διάχυση - υδρόβια φυτά. φωτοσύνθεση Παράγοντες που επηρεάζουν την συγκέντρωση Ο 2 στο νερό ΑΥΞΗΣΗ Θερμοκρασίας Αλατότητας Ατμοσφ. πίεσης ΜΕΙΩΣΗ διαλυτότητας Ο 2 Κατακόρυφη κατανομή του Ο 2 επιφανειακά. περισσότερο Ο 2 αύξηση βάθους λιγότερο Ο 2 ΘΕΡΜΟΚΛΙΝΕΣ ΑΝΑΜΙΞΗ ΝΕΡΩΝ Μαύρη Θάλασσα : - όχι ανάμιξη επιφανειακών υδάτων - απότομη μείωση του Ο 2 (ανοξία σε βάθη > 200m) - αναερόβια δράση... παραγωγή υδροθείου
2) ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ 21 ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ : - διάχυση από την ατμόσφαιρα - χημικές διεργασίες διάλυσης αλάτων - αναπνοή οργανισμών ΡΟΛΟΣ : - κύριο συστατικό της φωτοσύνθεσης - ρυθμιστής του ph των θαλασσών Ρυθμιστικό διάλυμα : CO 2 + H 2 O Η 2 CO 3 Η 2 CO 3 H + + HCO 3-2H + + CO 3 2- το CO 2 βρίσκεται στο νερό με τρεις μορφές : CO 2 HCO 3 - CO 3 2- συγκ. CO 2 στην ατμόσφαιρα = 0.3 ml/lt συγκ. CO 2 στη θάλασσα = 47 ml/lt ΣΗΜΑΣΙΑ : απαραίτητη η διατήρηση του ph στη θάλασσα για την προστασία των οργανισμών που διαθέτουν ασβεστολιθικά κελύφη ( αν το ph γίνει όξινο. διάλυση των ασβεστολιθικών αλάτων στα κελύφη )
ΑΖΩΤΟ (Ν) 22 Η σημασία του αζώτου για τους υδρόβιους οργανισμούς? Η παρουσία του αζώτου μέσα στο νερό : Ν 2 αμμωνία (ΝΗ 3 ) νιτρώδη (ΝΟ - 2 ) ή νιτρικά ιόντα (ΝΟ -2 3 ) ουρία (CO[NH 2 ]) οργανικές ενώσεις (αμινοξέα, πρωτεΐνες κ.α.) Η προέλευση του αζώτου μέσα στο νερό : με διάχυση από την ατμόσφαιρα με δέσμευσή του από φυτικούς οργανισμούς με εισροή υδάτων πλούσιων σε αζωτούχες ενώσεις με την αποσύνθεση των οργανικών ουσιών ( * ) Η δέσμευση του αζώτου μέσα στο νερό μπορεί να γίνει από φυτοπλαγκτονικούς οργανισμούς (κυανοφύκη), οι οποίοι φέρουν ειδικές συσκευές (ετεροκύστεις) μέσα στις οποίες αποθηκεύουν το μοριακό άζωτο ( Anabaena, Nostoc ) ( ** ) Το άζωτο δεσμεύεται επίσης από αζωτοδεσμευτικά βακτήρια, τα πιο γνωστά από τα οποία ανήκουν στα γένη Azotobacter και Clostridium
23 ΝΙΤΡΟΠΟΙΗΣΗ : είναι η μετατροπή των οργανικών ενώσεων του αζώτου σε ανόργανα ιόντα ( * ) Οι σαπροφάγοι οργανισμοί μετατρέπουν τις αζωτούχες οργανικές ενώσεις σε αμμωνία (NH 3 ) και στη συνέχεια άλλα βακτήρια του γένους Nitrosomonas οξειδώνουν την αμμωνία σε νιτρώδη: 2ΝΗ 3 + 3Ο 2 2 ΝΟ 2 - + 2Η 2 Ο + 2Η + Τα βακτήρια του γένους Nitrobacter στη συνέχεια οξειδώνουν τα νιτρώδη σε νιτρικά: 2ΝΟ 2 - + Ο 2 2ΝΟ 3 - ΑΠΟΝΙΤΡΟΠΟΙΗΣΗ : είναι η αποικοδόμηση των ανόργανων ενώσεων του αζώτου (νιτρικά) αρχικά σε νιτρώδη και τελικά σε αμμωνία και σε μοριακό άζωτο... βακτήρια του γένους Pseudomonas Ο κύκλος του αζώτου σε ένα υδάτινο οικοσύστημα
ΦΩΣΦΟΡΟΣ (P) 24 Η σημασία του φωσφόρου για τους υδρόβιους οργανισμούς? Ν και Ρ.. θρεπτικά συστατικά Η προέλευση του φωσφόρου μέσα στο νερό : από τη διάβρωση πετρωμάτων πλούσιων σ αυτό το στοιχείο από επιφανειακά νερά (ποτάμια, ρυάκια ή άλλα ρέοντα ύδατα). από τη βροχόπτωση που συμπαρασύρει φωσφορικές ενώσεις σε μορφή σκόνης που βρίσκονται στην ατμόσφαιρα. Υψηλές συγκεντρώσεις φωσφόρου στην ατμόσφαιρα παρατηρούνται γενικά κοντά σε βιομηχανικές περιοχές. από λύματα, μεταξύ των οποίων μπορεί να συμπεριλαμβάνονται τα αστικά λύματα, αλλά και εκπλύσεις καλλιεργούμενων εδαφών. από την αποσύνθεση της οργανικής ύλης που υπάρχει μέσα στη λίμνη Η παρουσία του φωσφόρου μέσα στο νερό : ουδέτερα φωσφορικά άλατα (PO -3 4 ) όξινα φωσφορικά άλατα (Η 2 PO -2 4 και ΗPΟ - 4 ) οργανική μορφή
25 Ο κύκλος του φωσφόρου σε ένα υδάτινο οικοσύστημα (*) Τα φωσφορικά ιόντα εισέρχονται στη φυτοφάγο τροφική αλυσίδα και συμμετέχουν στην παραγωγή φυτικής βιομάζας από το φυτοπλαγκτόν αλλά και τα υδρόβια μακρόφυτα (αυτά χρησιμοποιούν το φώσφορο που υπάρχει στο ίζημα) ( σχεδόν όλη η ποσότητα του φωσφόρου που υπάρχει στο πελαγικό τμήμα της λίμνης είναι οργανικός φώσφορος, ο οποίος είτε βρίσκεται δεσμευμένος στη ζωντανή βιομάζα των οργανισμών, είτε αποβάλλεται με τις εκκρίσεις τους ή με το θάνατό τους ) (**) Οι φυτοπλαγκτονικοί οργανισμοί καταναλώνουν μεγάλες ποσότητες του P που υπάρχει στην εύφωτη ζώνη για τη σύνθεση της βιομάζας τους. ( Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα τη μείωση της συγκέντρωσής του στα επιφανειακά στρώματα, ιδιαίτερα κατά την άνοιξη και το καλοκαίρι, οπότε επικρατεί έντονη φωτοσυνθετική δραστηριότητα ) (***) Το ζωοπλαγκτό που καταναλώνει τους φυτοπλαγκτονικούς οργανισμούς προσλαμβάνει τα φωσφορικά ιόντα, και στη συνέχεια τα αποβάλλει σε ανόργανη ή οργανική μορφή