Deguonis ežero vandens storyje • Aleksejus Gilyarovas • Mokslinės-populiarios "Elementų" užduotys • Ekologija

Deguonis ežero vandens storyje

Vidutinės juostos giliuose ežeruose vasaros metu nustatomas temperatūros sluoksnis (pažodžiui, "stratifikacija"). Viršutinio sluoksnio vanduo – epilimnionas – gerai šildomas saulės ir maišomas vėju. Žemiau, nuo tam tikro gylio (3-5 m), temperatūra staiga pradeda smarkiai kristi. Tai temperatūros šuolio zona, arba metalimnion. Apatinė metalinio pločio riba yra neryški, nes ji sklandžiai įsiskverbia hipolimnionas – platus gilus zonas, kurio vandens temperatūra yra apie 4-5 ° C, tai yra ta, kurioje pasiekiamas maksimalus tankis. Rudens šalčio atsiradimas labai sumažina epiliminio temperatūrą, o vėjo maišymas įtakoja viską.apiedidžiausias vandens stulpelio tūris. Galų gale atsiranda būklė homotermija – ta pati temperatūra nuo dugno iki paviršiaus. Šiuo atveju visą vandens masę lengvai sumaišoma vėju. Žiemą, kai paviršius sustiprina ledą ir nėra maišymo, ežere nustatomas atvirkštinis temperatūros sluoksnis: šalčiausias vanduo yra tiesiogiai po ledu, 1-2 ° C, o žemesnis – 4-5 ° C. Pavasarį, po to, kai ledas nusileidžia, vandens kolonė vėl sumaišoma, o tam tikru metu atsiranda homotermijos būklė.Vėliau, kai viršutiniai sluoksniai pašildomi, ežere palaipsniui formuojasi vasaros stratifikacija. Metinis ciklas uždaromas (1 pav.).

Pav. 1. Vandens masės cirkuliacijos pobūdis ir vertikali temperatūra mažame, bet gilioje ežero vidurinėje zonoje. Visas vandens sluoksnis sumaišomas du kartus: pavasarį ir rudenį. Šie laikotarpiai būdingi homotermija – tai yra ta pati temperatūra nuo dugno iki paviršiaus. Vasarą nustatomas sluoksnis temperatūrai: aiškiai išreikšti epilimniono, metalinio ir hipoliminio sluoksniai. Žiemą, kai ežero paviršius yra padengtas ledu, vandens sluoksnyje nustatomas atvirkštinis temperatūros sluoksnis: po ledu yra labai šaltas vanduo, bet jis tampa šiltesnis giliau. Pav. A. Gilyarova

Visi ežere vykstantys biologiniai ir cheminiai procesai yra labai priklausomi nuo jo nustatytos vandens temperatūros ir hidrologinės struktūros (pavyzdžiui, ar yra maišymo, ar ne). Didžioji dalis fitoplanktono (mikroskopinių dumblių ir cianobakterijų) koncentruojama epilimnione. Būtent čia susidaro didelė pirminės produkcijos dalis (organinės medžiagos, susidarančios fotosintezės metu), dėl kurios visi kiti ežero gyventojai egzistuoja – nuo bakterijų iki žuvies.Visur, nors skirtingose ​​skirtingo intensyvumo vietose, vyksta organinių medžiagų skilimas – sunaikinimo procesas, kuriame dalyvauja visi organizmai, bet bakterijų vaidmuo yra ypač didelis.

Pav. 2 Vertikali temperatūros pasiskirstymas (raudona linija, ° C) ir ištirpusio deguonies kiekio (mėlyna linija, mg / l) mažo gilaus ežero vandens storymėje vasaros pabaigoje

Užduotis

Antroje vasaros pusėje hidrobiologai, dirbantys viename mažame, bet giliajame ežere vidurinėje zonoje, įgijo vertikalaus temperatūros pasiskirstymo ir ištirpusio deguonies kiekio kreives (2 pav.). Temperatūros kreivė rodo, kad yra aiškus vandens stulpelio, kuris suskirstytas į epilimnioną, metalizmą ir hypolimnion, stratifikaciją. Ištirpusio deguonies paskirstymas priklausomai nuo gylio yra sudėtingesnis. Jame didelė koncentracija pastebėta epilimnione, tada metalizmoje pastebimas staigus sumažėjimas (beveik iki nulio), o giliau – nedidelis padidėjimas, netrukus po kritimo. Dideliame deguonies gylyje vandens stulpelyje beveik nebuvo.
Užduotis Paaiškinkite, kokie veiksniai šiuo atveju lemia vertikalų deguonies pasiskirstymą.Kodėl ši kreivė turi būtent tai, o ne kokia kita forma.


Užuomina

Atkreipkite dėmesį, kaip vandens tankis priklauso nuo temperatūros (3 pav.). Prisiminkite, kad fotosintezės procese deguonis išleidžiamas kaip šalutinis produktas į išorinę aplinką. Visų organizmų kvėpavimo procesas (įskaitant bakterijas, kurios skaldo negyvas organines medžiagas) absorbuojamas deguonis.

Pav. 3 Vandens tankio priklausomybės diagrama (g / cm3) temperatūra (° C)


Sprendimas

Atliekant tyrimus atlikę hidrobiologai neabejoja, kad sudėtingas vertikalus deguonies kiekis, kurį jie nustatė, daugiausia priklauso nuo organizmų gyvybinės veiklos. Aptariant pirmiau pateiktomis diagramomis, tyrimo metu temperatūra (ir atitinkamai hidrologinė) stratifikacija buvo ryškiai išreikšta ežere. Viršutiniame deguonies sluoksnyje yra daug deguonies – jis gaunamas iš atmosferos, be to, jis išsiskiria fotosintezės metu (prisiminkite, kad pagrindinė fitoplanktono masė koncentruojama epilimnione). Neįprastai stiprus temperatūros kritimas gilumoje, esančioje po epilimniono, termoclino zonoje, tuo pačiu metu smarkiai padidina vandens tankį.Taigi čia susidaro kažkas panašaus į "antrąjį dugną" – tankio šuolį, kuriame nusileidžia iš viršaus nukritusios nukritusių dalelių (negyvos fitoplanktono ląstelės, planktono vėžiagyvių išmatos, pačių planktono paukščių lavos ir tt). Kadangi šiuo giliu vis dar gana šilta, natūraliai kvėpuojančios bakterijos puola organines medžiagas iš viršaus, o jų medžiagų apykaitos greitis yra ypač didelis. Nenuostabu, kad šiuo atveju visas čia esantis deguonis yra beveik visiškai suvartojamas bakterijų, o kai yra mažai deguonies, visas organinių medžiagų skilimo procesas yra smarkiai slopinamas.

Giliau, kaip matome grafike, deguonis tampa šiek tiek daugiau. Iš kur jis? Tai yra tiesiog nepakankamas deguonis iš bakterijų, likusių vandens stulpelyje nuo pavasario maišymo. Perėję profilio kreivę žemyn, matome, kad deguonies gylis tampa labai mažas. Tai taip pat yra gyvybiškai aktyvių bakterijų, kurios suskaido visus dirvožemio, kuris palaipsniui nusileidžia iš vandens stulpelio, rezultatas.Jei jau vasaros pradžioje mes turėjome vertikalių deguonies profilių seriją, matytume, kad deguonis išnyksta pačioje apačioje ir palaipsniui bevandenės zonos siena pasikeičia aukščiau ir aukščiau. Minimalus deguonies minimumas susidaro vėliau, paprastai vasaros pabaigoje. Būtinos jo atsiradimo sąlygos yra aštrių temperatūros gradientas (ir, atitinkamai, tankis) ir didelis pirminis produktas, susidaręs epilimnione.


Po žodžio

Situacija, apibūdinta šioje problemoje, iš tikrųjų pastebėta ežero Glubokoje (Ružos rajonas, Maskvos sritis). Šio ežero kranto yra seniausias Rusijoje ir viena seniausių gėlavandenių hidrobiologinių stočių pasaulyje. Staigiai sumažėjusio deguonies kiekio metaliniame plote (vadinamame "minimalaus metalo deguonyje") pirmą kartą atrado šios stoties darbuotojai 1930 m. Tai buvo vienas iš pirmųjų gerai dokumentuotų šio reiškinio įrodymų. Nuorodos į straipsnius, kuriuose apibūdinamas metalinis deguonies minimumas Deep Lake, pateikiami didžiausiuose pasaulio pranešimuose apie limnologiją, pavyzdžiui, garsiojo "Limnologijos traktatas" ("Limnologijos traktatas", tomas I.Londonas: "Wiley & Sons". 1957 m.) Amerikos ekologas ir hidrobiologas J. Evelyn Hutchinson (George Evelyn Hutchinson).


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: