Obecná limnologie - 07 Salinita, iontové složení sladkých vod Oxidačně-redukční potenciál Cyklus Fe a Mn Cyklus S Cyklus Si

Salinita odtok z povodí: 7 hlavních inotů (Ca, Mg, Na, K, HCO3, SO4, Cl c > 1 mg l-1 neionty (Si) nižší koncentrace (Fe, N, P, Mn, Co, Mo, … NO3 výjimka zemědělské půdy mg l-1 vs. meq l-1

Iontové složení vod geologie povodí – čím tvrdší hornina, tím nižší odtok iontů žula rula vyvřelina pískovec břidlice vápenec

Iontové složení vody geologie – zvětrávání – fyzikální, chemické, biologické (produkce kys.) klima – teplota, srážky, odpar stupeň vyvinutí půd – výměnné reakce biota antropogenní vlivy – atmosférická depozice aplikace hnojiv, solení silnic zrychlení odnosu částic - eroze

Salinita x vodivost x TDS salinita – součet koncentrací všech iontů, [g l-1, meq l-1] vodivost – přibližná míra koncentrace elektrolytů, [µS cm-1] TDS – total dissolved solids, gravimetricky (odpaření a vážení) [mg l-1]

složení specifické pro každou lokalitu Obsah hlavních iontů velmi proměnlivý obecně: Ca > Mg > Na > K HCO3 > SO4 > Cl ČR: Na Ca SO4 > Cl > NO3 > HCO3 > Mg > K solení, hnojení složení specifické pro každou lokalitu

Složení vod dominance globální pohled poměr: srážek a odparu

Změna složení srážek vliv člověka, acidifikace

Oxidačně – redukční potenciál C, O, N, S, Fe, Mn – hlavní činitelé redox dějů hlavní podíl baktérie – - rozklad org. hmoty

Oxidačně – redukční potenciál E - hodnota úměrná volné energii vzniklé při redukci 1 molu e- tok energie E - závislý na pH (ovlivnění disociace) korekce na E7 1 pH ~ 58 mV pH < 7: - 58 mV / 1 pH pH > 7: +58 mV / 1 pH

Cyklus Fe a Mn malé množství v rozpuštěné (iontové) formě sorpce na… nebo krystalizace s DOC koloidy důležité pro rozpustnost a toky PO4, SO4, stopových kovů, DOC nepřímo zvyšuje alkalitu – mikrobiální redukce Fe3+ a SO42- zdroj: oxidy z povodí výskyt: Fe 3+, Fe2+

Cyklus Fe a Mn formy: Fe2+ - rozpustné FeCO3 – málo rozpustný FeS – nerozpustný, tmavá barva sedimentů Fe(OH)3 – nejběžnější, málo rozpustný, koloidy pozitivně nabité – vazby s negativně nabitými částicemi (jíly, DOC koloidy) vznikají komplexy – žluto-rezavá barva mechanismus sorpce - sedimenty - koagulanty

Cyklus Fe a Mn výskyt: mnoho valencí, Mn4+ - nerozpustný Mn2+ - rozpustný formy: MnO2 – málo rozpustný MnCO3 – málo rozpustný MnS – nerozpustný, Mn OOH – nejběžnější, málo rozpustný, koloidy pozitivně nabité – vazby s negativně nabitými částicemi (jíly, DOC koloidy)

Cyklus Fe a Mn výskyt ve vodách koloidy nebo sraženiny komplexů Fe a Mn + adsorpce na seston

Cyklus Fe a Mn vertikální distribuce závisí na oxidačně–redukčním potenciálu

Cyklus Fe a Mn hlavní zdroje a cesty mechanismy transportu

Procesy v sedimentech Částice Rozpuštěné látky Látky v pórové vodě Látky v částicích

Cyklus Fe a Mn

… fyziologická přestávka 15 min. …

Cyklus Síry Zdroje: zvětrávání, hnojiva, srážky, suchá depozice Koloběh: atmosférický/sedimentární Hlavní formy: sírany, sulfan/sulfidy, S0, organická síra (-SH) Sírany Původ: (i) zvětrávání hornin (sádrovec, sulfidické rudy); (ii) srážky (spalovací procesy) (iii) odnos ze zemědělských půd (složka hnojiv) Vlastnosti a význam: (i) v anaerobním prostředí jsou redukovány na sulfan/sulfidy bakteriemi Desulfovibrio aj.: SO42- + 2<CH2O> ---› H2S + 2HCO3- (ii) hlavní forma pro asimilaci (iii) tvrdost vody - rozpustnost CaSO4 1,5 g l-1 jakoSO42-; (iv) agresivita vody proti betonu

Cyklus Síry Sulfan a jeho iontové formy: Původ: (i) anorganický (sulfidické rudy, vulkanická činnost, redukce síranů); (ii) organický (rozklad organických látek); (iii) antropogenní Formy výskytu: závisí na pH (pK1 ~8, pK2 ~13,5) Vlastnosti a význam: (i) indikátor silně redukčních poměrů (ii) v oxických podmínkách se oxiduje na S, S2O32-, SO32-, SO42- za účasti řady mikroorganismů - Beggiatoa, Chromatium, Thiobacillus,aj. při oxidaci za přítomnosti Fe2+ se tvoří pyrit (iii) nedisociovaný H2S je silně toxický pro ryby (iv) práh pachu H2S pro pitné vody - 0,01 mg l-1 (v) koroze betonu i kovových konstrukcí - při oxidaci ve slizových vrstvách se tvoří H2SO4

Cyklus Síry Výskyt ve vodách Distribuční diagram

Cyklus Síry Vertikální distribuce

Cyklus Síry Celý cyklus „řídí“ baktérie světlo oxyklina

Cyklus Si Koloběh: sedimentární Zdroje: zvětrávání živců, slíd, pyroxenů reakcí s CO2 a H2O; uvolňování ze sedimentů v anoxii Vlastnosti: rozpustnost: amorfní SiO2 - 56 mg Si l-1; krystalický SiO2 - 6-12 mg Si l-1; (ii) při rozpouštění vzniká velmi slabá kyselina tetrahydrokřemičitá Si(OH)4 (pK1 = 9,9; pK2 ~13); Význam: (i) představují živinu pro rozsivky a další druhy řas (Chrysophyta), vyšší rostliny a houby - limitující koncentrace ~ 0,5 mg l-1 (ii) v eutrofizovaných vodách dochází k retenci Si s důsledky pro export do oceánů (vliv na druhové složení řas)

Cyklus Si distribuce ve vodním sloupci

Retence a stratifikace Si v nádrži Římov