Fyzikální a chemické vlastnosti vody

Prezentace na téma: "Fyzikální a chemické vlastnosti vody"— Transkript prezentace:

1 Fyzikální a chemické vlastnosti vody

2 H2O H-můstky – ovlivňují významně vlastnosti vody

3 V důsledku existence H-můstků je voda:
spíše tekutý krystal než kapalina kapalina v teplotách °C – srovnej H2S, NH3

4 Hustota vody závisí na: -teplotě – teplotní anomálie vody -tlaku - snižuje Tmax  o 0.1 °C/100 m -salinitě - snižuje Tmax  o 0.2 °C/1 gl-1

5 Viskozita vody dynamická viskozita – Pa s závisí na teplotě je určující pro pohyb objektů v kapalině (ryby, zoopl., seston) má význam pro stratifikaci a prudění vody kinematická viskozita = dyn. visk./  (m-2s-1) -je mírou skutečného proudění vody -určuje gradient rychlostí proudění směrem od povrchu

6 změna teploty 1 g kapaliny o 1 °C 1 cal = 4.187 J (při 15 °C)
Specifické teplo změna teploty 1 g kapaliny o 1 °C 1 cal = J (při 15 °C) vysoká tepelná kapacita Odparné teplo (kondenzační teplo) – 2454 J g-1 teplota vody zřídka přesahuje 30 °C–proti přehřátí, snižuje odpar Sublimační teplo – 2843 J g-1 Teplo tání a tuhnutí – 334 J g-1 relativně nízké, ale dost vysoké na to, aby se voda dlouho neprohřívala - stratifikace

7 Povrchové napětí vody je mírou síly povrchové blanky povrchová blanka – umožňuje pohyb organizmů a akumulaci částic transportovaných větrem (pylová zrna) nebo proudem

8 Adsorpce záření ve vodě
vysoký rozptyl světla – vysoká adsorpce odlišné pohlcení různých  - čím delší, tím větší pohlcení UV-vysoké u barevných vod

9 Polarita vody voda je dobré rozpouštědlo pro soli a polární látky umožňuje transport látek z povodí

10 Q = Qsp + Qsr + Qp + Qw - Qe -Qk - Qr - Qv ± Qd ± Qa
Tepelná bilance vody Q = Qsp + Qsr + Qp + Qw - Qe -Qk - Qr - Qv ± Qd ± Qa kde, Qsp - přívod přímým slunečním zářením Qsr - rozptýlené sluneční zářením Qp - přítoky Qw - teplo vzniklé prací sil vnitřního tření ve vodě Qe - ztráta výparem z vodní hladiny Qk - ztráta konvekcí Qr - ztráta vyzařováním z vodní hladiny Qv - ztráta s odtékající vodou Qd - výměna mezi korytem a vodou Qa - přívod/ztráta atmosférickými srážkami + -

11 vlny – více periodické, na místě
Pohyby vody vlny – více periodické, na místě proudy – méně periodické, jednosměrné mechanismy (činitelé) pohybu: stojaté vody – vítr – směr, rychlost tepelná výměna tekoucí vody - gravitace

12 L tloušťka vrstvy Proudění laminární
díky viskozitě – skluz vrstev po sobě diffusive boundary layer turbulentní jakékoli narušení laminarity Reynoldsovo číslo: Re=U L/ U rychlost proudění L tloušťka vrstvy  kinematická viskozita laminární – Re<500 turbulentní – Re>2000

13 Typy pohybů

14 Coriolisovy síly, vítr odstředivá síla Země severní polokoule – voda tlačena doleva jižní polokoule – voda tlačena doprava Vítr – rychlost, směr střižná síla větru – moment působící na hladinu

15 délka výška frekvence periodicita
Povrchové gravitační vlny délka výška frekvence periodicita L = ~20 H Hmax = F0.5 F – maximální dráha větru (fetch) advekce – horizontální pohyb – přemístění částic – depozice sedimentů

16 Langmuirovo proudění průměr „válce“ ~ hloubce míchané vrstvy

17 Seiche [séše] povrchové – uninodální, bi-, multinodální – naklánění hladiny vnitřní významnější, transport tepla, plynů a živin narušování stratifikace

18 Vnitřní seiche narušování termokliny, metalimnia

19 Časová měřítka pohybů

20 Zařazování přítoku do nádrže v závislosti na teplotě vody v nádrži a v přítoku.
Má vliv na tepelnou bilanci nádrže a na teoretickou dobu zdržení.

21 Sluneční záření, světelné klima a tepelný režim vod, plyny rozpuštěné ve vodě - kyslík

22 FAR (fotosynteticky aktivní záření) : 380 – 710 nm
Globální záření: 100 – 3000 nm FAR (fotosynteticky aktivní záření) : 380 – 710 nm PAR – photosyntetically available radiation Infračervené = tepelné záření: > 710 nm

23 Faktory ovlivňující množství a spektrální složení
světla dopadajícího na zemský povrch Odraz Rozptyl Absorpce (O3, O2, CO2, H2O) po odrazu

24 Sezónní změny Intenzity globálního záření v různých zeměpisných šířkách
vytváří teplotní gradient na Zemi - rozdíly ve srážkách - pohyby vzduchu - teplotní stratifikace jezer

25 Faktory ovlivňující množství a spektrální složení světla
pronikajícího pod vodní hladinu odraz od vodní hladiny závisí na – úhlu dopadajícího záření (denní a sezónní změny) – charakteru povrchu hladiny (vlny, sníh, led) přímé záření difúzní záření

26 Faktory ovlivňující množství a spektrální složení světla
pronikajícího pod vodní hladinu Odraz, rozptyl a absorpce ve vodním sloupci Absorpce (extinkce) závisí na - množství a typu částic (průhlednosti vody) - koncentraci a charakteru rozpuštěných látek (barvě vody) 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

27 Transmitance (propustnost světla) v destilované vodě
Red 720 nm Orange 620 nm Yellow 560 nm Green 510 nm Blue 460 nm Violet 390 nm Ve vodních nádržích nejhlouběji proniká zelená složka záření a modrá složka se zachycuje v povrchové vrstvě v důsledku přítomnosti rozpuštěných organických látek

28 IR – infračervené (tepelné záření)
Je absorbováno kvantitativně v povrchové vrstvě vody - způsobuje selektivní ohřev vodní hladiny - je příčinou teplotní stratifikace jezer UV – ultrafialové záření UV C – 40 – 280 nm - malé množství, nebezpečné UV B – 280 – 320 nm – změny DNA, nebezpečné UV A – 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 organických látek pro mikroorganismy

29 Světlo a fotosyntéza v jezeře/nádrži – vrstva eufotická, trofogenní P>R afotická, trofolytická P<R kompenzační bod – produkce je v rovnováze z respirací (P~R) tloušťka eufotické vrstvy je hloubka vody, do které proniká 1% podpovrchové intenzity světla (zeu ~ 1% I0) zeu = (ln 100 – ln 1)/k = 4.6/k k – konverzní faktor

30 - měřením světla ve vodním sloupci pyranometrem, fotometrem
Hodnotu k lze získat: - měřením světla ve vodním sloupci pyranometrem, fotometrem - měřením průhlednosti vody (transparency) Secchiho deskou ?? k=1.7/zSD ?? 30. léta 20. stol., moře 90. léta 20. stol rozsah konverzního faktoru 0.5 – 3.8 podhodnocuje v barevných vodách – huminové látky - nadhodnocuje v zakalených vodách

31 Význam světla pro heterotrofní organizmy ve vodě
-přijímání potravy -vertikální a horizontální migrace -shlukování kritické – 0.04% I0 světlo potřebné pro ryby nebo zooplankton pro orientaci je o několik řádů nižší než světlo potřebné pro fotosyntézu