Obecná limnologie - 4 Světlo Plyny ve vodě – O2, CO2 Oxidačně redukční potenciál

Světlo různá intenzita v zeměpisných šířkách vytváří teplotní gradient na Zemi - rozdíly ve srážkách - pohyby vzduchu – pohyby jezer - stratifikace

Rozlišení dle vlnových délek PAR – photosyntetically available radiation

Nezbytné připomenutí z fyziky záření vlna x kvantum  E h – Planckova konst. 6.625 10-34 J E=h =c/ c – rychlost světla 3 1010 cm s-1 E=hc/ čím větší  tím nižší E

Jednotky 1 mol = 6.022 1023 fotonů (Avogadrova konst.) Kalff - chyba

Světlo v atmosféře O3, O2, CO2, H2O „aktivní plyny“ účinek pro specifické  po odrazu

QB = Qs + QH + QA – QR - Qu - QW QB = QA - QW Bilance záření den noc QB = Qs + QH + QA – QR - Qu - QW QB = QA - QW Qs – přímé sluneční záření QH – nepřímé sluneční záření – odražené, rozptýlené QA – dlouhovlnné tepelné záření QR – záření odražené od hladiny Qu – rozptýlené a ztracené záření QW – vyzařované teplo tepelná bilance - jezera mělká / hluboká - tropy / temperátní pásmo

albedo – odraz – úhel záření – sníh – led Světlo ve vodě albedo – odraz – úhel záření – sníh – led přímé záření difúzní záření

IZ = I0 e-kwz + I0 e-kpz + I0 e-kcz Světlo ve vodě absorpce IZ = I0 e-kz I0 – záření těsně po hladinou IZ – záření v hloubce z k – extinkční koeficient k = kw + kp + kc w – water p – particles c – color IZ = I0 e-kwz + I0 e-kpz + I0 e-kcz k = (ln I0 – ln Iz) / z

Transmitance v destilované vodě Red 720 nm Orange 620 nm Yellow 560 nm Green 510 nm Blue 460 nm Violet 390 nm

UV záření UV A – 40 – 280 nm - malé množství, nebezpečné UV B – 280 – 320 nm – změny DNA, nebezpečné UV C – 320 – 400 nm – mírně nebezpečné pronikání do vody – UV A – nejhlouběji UV B UV C – nejméně hluboko organické látky ve vodě (DOC) – silná absorpce – fotodegradace huminových látek – zpřístupňování pro mikroorganismy dlouhodobé změny klimatu ozónová díra – malý efekt vs. odtokové poměry, Q, doba zdržení, kyselé deště (vymývání DOC)

Světlo a fotosyntéza v jezeře/nádrži – vrstva eufotická, trofogenní P>R afotická, trofolytická P<R kompenzační bod – P~R tloušťka eufotické vrstvy – zeu ~ 1% I0 zeu = (ln 100 – ln 1)/k = 4.6/k k = ??

měření světla - pyranometr k = ?? měření světla - pyranometr měření průhlednosti – Secchi disk ?? k=1.7/zSD ?? 30. léta 20. stol., moře -- 1.7 90. léta 20. stol. -- rozsah konverzního faktoru 0.5 – 3.8 1.7 - podhodnocuje v barevných vodách – huminové látky - nadhodnocuje v zakalených vodách

zSD ~ 10% I0 ?? k * zSD = 1.7 ??

Eufotická vrstva vs. epilimnion

Světlo vs. ryby reakční vzdálenost – nelineární snižování s úbytkem světla kritické – 0.04% I0 světlo potřebné pro ryby nebo zooplankton pro orientaci je o několik řádů nižší než světlo potřebné pro fotosyntézu

… fyziologická přestávka 15 min. …

Rozpustnost plynů ve vodě Plyny ve vodě Rozpustnost plynů ve vodě (i) chemická povaha plynu a kapaliny - reagující plyny jsou rozpustné hodně (NH3, CO2 ve vodě), nereagující méně (O2, N2 ve vodě; interakce dané polárními a nábojovými vlastnostmi částic) (ii) tlak - Henryho zákon - rozpustnost za dané teploty je úměrná parciálnímu tlaku nad roztokem: c = KH × p T=konst. kde KH je Henryho konstanta, (iii) teplota - s rostoucí teplotou rozpustnost klesá (rozdíl oproti většině pevných látek je rozpouštění plynů v kapalinách je exotermní proces)

Faktory ovlivňující rozpustnost plynů ve vodě teplota atm. tlak pokles s nadm. výškou o 1,4% na každých 100 výškových metrů (Slapy 4%, Římov 6%) složení atmosféry tlak ve vodním sloupci Pz=P0+9.8z kombinace atm. a hydrostatického tlaku, možnost přesycení v hloubce salinita exponenciální pokles se vzrůstem koncentrace solí

Nasycení, přesycení, podsycení

reaerace – po koncentračním gradientu, koef. přestupu Kyslík koncentrace ve vodě je výsledek metabolických procesů (fotosyntéza, respirace) a výměnou s atmosférou reaerace – po koncentračním gradientu, koef. přestupu fotosyntéza vs. respirace spotřeba O2 ve vodě - rozklad org. látek na CO2 a H2O - nitrifikace spotřeba O2 sedimenty uplatnění procesů - rozdíl den x noc

Kyslíkové profily Orthográdní: koncentrace kyslíku jsou blízké koncentracím nasycení ve všech hloubkách (oligotrofní jezera) Klinográdní: vykazuje deficit ve spodní vrstvě (hypolimniu). - respirace rostlin, respirace živočichů, bakteriální respirace při rozkladu, - fotochemické děje - např. oxidace huminových látek UV zářením (pouze u dystrofních vod v létě), - chemické oxidace (FeII, MnII). Pozitivní heterográdní: metalimnetické maximum - přirozený vznik (nižší saturační koncentraci v létě v epilimniu a zároveň v hypolimniu vyčerpávání), - fotosyntézou planktonních řas, nárostových řas anebo makrofyt. Negativní heterográdní: metalimnetické minimum - respirace zooplanktonu; - rozklad sedimentujícího sestonu (n. Římov, Švihov); - bakteriální oxidace methanu a vodíku unikajících ze sedimentů; - velká plocha dna v dané hloubce

klinográdní ortográdní negatnivní heterográdní pozitivní heterográdní

Roční průběh tepoty a koncentrace kyslíku

Deficit kyslíku vznik deficitu - poměr trofogenní a trofolytické zóny

Hodnocení deficitu kyslíku Aktuální kyslíkový deficit - rozdíl mezi saturační hodnotou při aktuální teplotě u hladiny a hodnotou v hypolimniu. Absolutní kyslíkový deficit - rozdíl vzhledem k saturační hodnotě při 4°C (teplota jarního míchání) Relativní kyslíkový deficit - rozdíl k naměřené hodnotě při jarní cirkulaci. Anoxický plošný faktor AAF AAF = (trvání anoxie × plocha anoxických sedimentů)/A0 kde A0 je plocha hladiny Anoxický objemový faktor AVF AVF = (trvání anoxie × objem anoxické vody)/V0 kde V0 je celkový objem vodního tělesa

CO2, HCO3-, CO32- - uhličitanový systém Zásadní význam pufr proti náhlé změně pH určuje množství anorg. C pro fotosyntézu vazebná kapacita HCO3- a CO32- pro kationty - srážení CaCO3

Jak funguje uhličitanová rovnováha? Spolehlivě! rozpouštění CO2 ze vzduchu reakce s vodou disociace kyseliny disociační konst. 1. řádu druhá disociace disociační konst. 2. řádu

Jak funguje uhličitanová rovnováha? Spolehlivě! opakem disociace je hydrolýza

Uzavřený systém

Jak funguje uhličitanová rovnováha? Spolehlivě! Reakce na „narušitele“ … na - výměnu CO2 s atmosférou - fotosyntetická činnost - dotace CO2 z rozkladných procesů změny pH a alkality - CO2 ze sedimentů – roste alkalita, klesá pH bez DIC - roste pH, roste alkalita - redukce NO3-, SO42- srážení CaCO3 - nízký součin rozpustnosti, klesá s rostoucí teplotou - pH >~8.5, vysoká alkalita

Alkalita KNK4.5 (ANC) – množství kyseliny potřebné k neutralizaci všech HCO3- , CO32- a OH- iontů jednotka - meq l-1

Alkalita vs. tvrdost Tvrdost - souhrn solí kovů alkalických zemin s uhličitany, sírany, chloridy, apod. jednotky

Oxidačně – redukční potenciál děje nelze striktně odlišit závislé na pH