Hydrobiologia Właściwości fizyczne wody Budowa cząsteczki wody Ruch wody Warunki świetlne Warunki termiczne

Anomalia właściwości fizycznych wody W przeciwieństwie do wszystkich innych płynów, podczas zamarzania woda nie kurczy się, a powiększa swoją objętość. Ciężar wody chemicznie czystej jest największy nie przy 0°C, lecz przy 4°C.

Budowa cząsteczki wody Dipol - cząsteczka o różnie naładowanych biegunach Siłę przyciągania przez dipol wody innych substancji nazywa się momentem dipolowym wody. Jego wartość stanowi iloczyn odległości między elektrycznymi środkami ciężkości ładunków dodatnich i ujemnych w cząsteczce i wielkości ładunku.

Budowa cząsteczki wody wiązania wodorowe Tworzą się w wyniku skomasowania w protonie wodoru na małej powierzchni dużego ładunku, który odkształca osłonę elektronową silnie elektroujemnego tlenu i wiąże się z nim elektrostatycznie. Atom wodoru, nie tracąc połączenia z tlenem, do którego przynależy, tworzy polączenia, gdzie każdy atom tlenu koordynuje tetraedrycznie 4 atomy wodoru.

Budowa cząsteczkowa wody Postaci skupienia molekuł wody Trihydrol (jak krystaliczna postać kwarcu - SiO4); dihydrol (jak krystaliczna postać krzemionki - Sio2); monohydrol (skupienia cząsteczek tworzących nitkę). Im wyższa temperatura prędkość ruchu molekuł wzrasta a słabną siły przyciągania. Trihydrol głównie występuje w lodzie. Zróżnicowane ilości 3 postaci są obecne w fazie płynnej. Monohydrol stanowi prawie 100% wody w punkcie wrzenia.

Ruchy mas wodnych Środowisko wodne jest 775 razy cięższe od powietrza. Zjawisko przemieszczania się mas wodnych jest wieloaspektowe i ma zróżnicowane przyczyny. Jest ono kierunkowe i stąd określa się je nazwą prądu. Ruch wody jest ważnym czynnikiem ekologicznym - wpływa na rozmieszczenie organizmów w wodzie oraz kształtuje rzeźbę terenu.

Prądy wody w jeziorach Prąd wiatrowy - falowanie powierzchniowe; Prąd wirujący - kipiel przybrzeżna; Prąd cyrkulacyjny - przenoszenie materiału skalnego; Prąd konwekcyjny (pionowy) - wyrównywanie gęstości (temperatury); Sejsze - kolebanie się wody

Sejsze fala jednowęzłowa i dwuwęzłowa

Prądy wody w rzekach Prąd mechaniczny - grawitacyjny Prąd wody w rzece jest hamowany tarciem o podłoże i dlatego jego prędkość na przekroju koryta rzeki jest nierówna; W miejscach przeszkód (duże kamienie lub powalone drzewa) tworzą się pionowe i boczne prądy wirowe. Prądy wirowe tworzą się również nad zagłębieniami dna rzeki.

Ruchy wody w morzu Falowanie powierzchniowe - wiatrowe; Prądy morskie - jednokierunkowy obrót Ziemi dookoła osi; długotrwałe wiatry wiejące z określonych kierunków; różnice gęstości wody spowodowane ciepłem słonecznym lub lodami polarnymi; Upwelling - prąd wstępujący; Pływy - pionowe ruchy wody morskiej, o ściśle określonym i okresowym charakterze, wywołane siłami kosmicznymi, tj. działaniem grawitacyjnym Księżyca i i Słońca.

Pływy przypływy i odpływy W punkcie Ziemi, gdzie odległość do Księżyca jest najmniejsza, a więc jego oddziaływanie największe, następuje wypuklenie mas wodnych, spowodowane przesunięciem wody z innych miejsc. Ruch obrotowy Ziemi i Księżyca wokół ich wspólnego środka masy powoduje powstanie drugiego symetrycznie ułożonego wzniesienia wód w miejscu najbardziej odległym od Księżyca. Przez każdy punkt na Ziemi przechodzą dwie fale wysokiej wody, czyli przypływu w odstępie 12 godz. i 25 min W punktach położonych prostopadle do przypływu następuje obniżenie poziomu wody, czyli odpływ

Warunki świetlne w wodzie Promieniowanie słoneczne na powierzchni Ziemi składa się z promieniowania bezpośredniego i rozproszonego. Promieniowanie bezpośrednie uzależnione jest od kilku czynników, takich jak szerokość geograficzna, pora dnia, przezroczystość atmosfery. Promienie padające na powierzchnię wody mogą do niej przenikać, zostać odbite od powierzchni lub być rozproszone.

Przenikanie i odbijanie od wody promieni świetlnych Stopień odbicia promieni zależy od kąta ich padania na powierzchnię wody. Różny jest w ciągu dnia. Zależy od pory roku (latem - 3%, zimą - 14% promieni). W dni pochmurne dociera promieniowanie rozproszone.

Promienie światła w wodzie są selektywnie pochłaniane Proces przenikania promieni zależy od rodzaju i ilości soli rozpuszczonych w wodzie oraz zawiesiny. Chlorki wapnia i magnezu zmniejszają pochłanianie promieni. Obecność amoniaku i azotanów zmniejsza przepuszczalność wody dla promieni

Techniki pomiaru światła w wodzie Krążek Secchiego; Kamery głębokowodne z papierem fotograficznym; Fotosondy z fotokomórkami.

Barwa własna wody efekt rozpraszania światła Skala Forela-Ulego (21stopni barw): I-V: woda jezior górskich i otwartych mórz; VI-IX: bardzo czyste jeziora niżowe; X-XIV: większość jezior europejskich o różnych odcieniach barwy żółtej; XV-XXI: zbiorniki o wodzie mniej lub bardziej brunatnej.

Zawiesina Spływ z lądu; Opad z powietrza; Organizmy wodne i ich szczątki. Im zawiesina jest gęstsza, tym wygaszanie światła następuje szybciej. Utrzymanie się zawiesiny w wodzie, zgodnie z prawem Stoksa, uzależnione jest od wielkości cząstek i różnicy ich ciężaru właściwego w stosunku do ciężaru właściwego wody

Uwarstwienie świetlne w wodzie Warstwa eufotyczna - naświetlona; Warstwa dysfotyczna - półmroku o nikłych ilościach światła; Warstwa afotyczna - mroku całkowicie pozbawiona światła. Głębokość warstwy eufotycznej w oceanach - 50-80 m (dysfotyczna do 350-400 m) w morzach jest mniejsza, zwłaszcza przy brzegu; w jeziorach - 5-10 m w zbiornikach płytkich do 1 m w rzekach - nieduża

Wpływ światła na ograniczenie produkcji biologicznej Nadmiar światła: Ultrafiolet i podczerwień – szkodliwe dla organizmów (wygaszanie na głębokości 1m, duża ilość zawiesiny – do 10 cm) Fotosynteza – najkorzystniej na głębokości 0,5-2 m (w zależności od stopnia przezroczystości wody) Wapń – czynnik uodporniający zwierzęta na w/w promienie (w wodach ubogich w wapń plankton jest słabiej rozwinięty) Niedomiar światła: Zawiesina ogranicza dostęp światła Zakwity glonów, szczególnie sinic osłabiają penetrację światła w głab Rośliny naczyniowe (grążele, rzęsy) mogą całkowicie odciąć dopływ światła do zbiornika wodnego

Wpływ światła na biologię i ekologię organizmów Fotofile i fotofoby; Gatunki euryfotyczne; Adaptacja chromatyczna (barwy dopełniające); Oczy teleskopowe (wydłużenie osi optycznej i wykształcenie dużej soczewki); Bioluminiscencja – specyficzne zjawisko świetlne (w fotoforach zachodzi reakcja enzymu lucyferazy na lucyferynę w obecności bakterii – wytwarza się wówczas tzw. „zimne światło).

Pionowe wędrówki dobowe zooplanktonu u samic z gatunku Calanus finmarchicus

Warunki termiczne w wodzie Temperatura a gęstość i lepkość wody Woda w postaci lodu ma gęstość 0,9167 g/cm3, a wartość 1,00 osiąga w temp. +4oC. Przy +30oC osiąga gęstość lodu. Lepkość zmniejsza się przy wzroście temperatury; wzrost o 10oC zmniejsza ją przeciętnie o połowę.

Źródłem ciepła w wodzie jest promieniowanie słoneczne Pozawidzialne długie promieniowanie (podczerwone o długości 7000 i cieplne o fali dłuższej niż 8000A) jest pochłaniane prawie w 99% w warstwie do głębokości 3-4 m. Przechodzenie ciepła w wodzie jest bardzo słabe - jest ona niezmiernie złym przewodnikiem ciepła. Proces nagrzewania wody z głębszych warstw zachodzi dzięki zjawisku konwekcji.

Cykliczność roczna w termice wody jezior strefy umiarkowanej Cyrkulacja wiosenna; Stagnacja letnia - uwarstwienie proste: epilimnion, metalimnion = termoklina (spadek o 1 stopień na 1m), hypolimnion; Cyrkulacja jesienna; Stagnacja zimowa - uwarstwienie odwrócone.

Krążenie wody w jeziorze

Typy mieszania wód zasięg mieszania w głąb Holomiksja - przemiedzanie zupełne; Meromiksja - przemiesanie częściowe: Miksolimnion-górna warstwa mieszana; Monimolimnion -dolna warstwa z wodą stagnującą. Typy meromiksji: Meromiksja mechaniczna; Meromiksja krenogeniczna; Meromiksja biogeniczna.

Mieszanie wód w zależności od siły wiatru i stopnia osłonięcia zbiornika Przy braku osłony i silnym oddziaływaniu wiatru zachodzi szybkie mieszanie się wody - tachymiksja. Przy bardzo słabym wietrze mieszanie jest niezmiernie powolne i nazywane jest bradymiksją. Zjawisko pośrednie do dwóch wymienionych to eumiksja.

Podział jezior wg Forela ze względu na położenie geograficzne jeziora ciepłe o temperaturze wody stale wyższej lub co najmniej równej +4oC; jeziora strefy umiarkowanej o cyklu zmian sezonowych opisanych wyżej, z uwarstwieniem prostym w lecie i odwróconym w zimie; jeziora zimne o temperaturze przez cały rok niższej lub najwyższej równej +4oC.

Podział jezior wg Hutchinsona i Löfflera (częstotliwość mieszania w ciągu roku) amiktyczne - stale zamarznięte; monomiktyczne zimne - poniżej +4°C; dimiktyczne - dwa mieszania; monomiktyczne ciepłe - powyżej +4°C; oligomiktyczne - na całym przekroju ciepłe; polimiktyczne - liczne przemieszania (nawet codzienne), temperatura niska, ale zawsze powyżej +4°C.

Termika płytkich zbiorników wodnych Nieduże i płytkie zbiorniki o nietrwałym uwarstwieniu termicznym, takie jak: stawki, sadzawki i młaki Zbiorniki o niedużej powierzchni, ale stosunkowo głębokie, czyli charakteryzujące się dużą głębokością względną. Zbiorniki płytkie, ale o bardzo dużej powierzchni, takie jak stawy lub rozległe jeziora

Termika wód płynących Wody płynące charakteryzują się ruchem postępowym i obrotowym, co powoduje ciągłe ich mieszanie się. Różnica między temperaturą wody przy dnie a na powierzchni wynosi 1-2oC Latem woda jest najcieplejsza przy brzegach, najzimniejsza w środku nurtu; jesienią i zimą jest odwrotnie. Nieduża roczna amplituda temperatur w ich górnym biegu, a znaczna w dolnym.

Uwarstwienie termohalinowe w Bałtyku

Termika wód oceanicznych

Krainy biogeograficzne w morzach I - ciepłowodna,; II - umiarkowane: a) borealna, b) nonalna; III - zimnowodne: a) arktyczna, b) antakrtyyczna

Biogeografia - formy przewodnie W strefie ciepłowodnej są mięczaki skrzydłonogie Pteropoda, ryby latające, rafy koralowe i formacje namorzyn, zaś w planktonu wiciowce wapienne, krzemionkowe i bruzdnice. Dla krainy wód arktycznych typowymi są ze skorupiaków -widłonogi Calanus hyperboreus i lasonogi Mysidacea. Wody antarktyczne charakteryzuje obecność kikutnic i kryla (skorupiaki z grupy Euphausiacea), ryb białokrwistych (Notothenidae) oraz pingwinów. Morza umiarkowane to środowisko przejściowe (forma przewodnia dla krainy borealnej w Atlantyku to kulista zielenica planktonowa Halosphaera viridis).