Oxygen i tykkelsen af ​​søvand • Alexey Gilyarov • Videnskabeligt populære opgaver på "Elements" • Økologi

Oxygen i tykkelsen af ​​søvand

I de dybe søer i mellembåndet om sommeren etableres temperaturlagring (bogstaveligt talt "stratificering"). Vand i det øverste lag – epilimnion – godt opvarmet af solen og blandet af vinden. Herunder fra en bestemt dybde (3-5 m) begynder temperaturen pludselig at falde kraftigt. Dette er en temperatur hoppe zone, eller metalimnion. Den nedre grænse af metalimnion er sløret, da den smidigt passerer ind hypolimnion – omfattende dybzone, hvor vandtemperaturen er ca. 4-5 ° C, det vil sige den maksimale tæthed nås. Ved starten af ​​høstkuld reduceres temperaturen i epilimnionen kraftigt, og vindblanding påvirker alt.cirkaden største mængde vandkolonne. Til sidst opstår der en tilstand homothermy – Den samme temperatur fra bunden til overfladen. I dette tilfælde er hele vandmassen let blandet med vind. Om vinteren, når overfladen støtter is og der ikke er nogen blanding, etableres en omvendt temperaturlagring i søen: Det koldeste vand er direkte under isen, 1-2 ° C og lavere – 4-5 ° C. Om foråret, efter at isen er slukket, blandes vandkolonnen igen og en tilstand af homotermi fremkommer i det i nogen tid.Senere, som de øverste lag opvarmer, danner sommerlagring gradvist i søen. Årscyklussen lukker (figur 1).

Fig. 1. Arten af ​​cirkulationen af ​​vandmasser og vertikale temperaturer i en lille, men dyb sø i midtzonen. Hele vandkolonnen blandes to gange: i forår og efterår. Disse perioder er karakteriseret ved homotermi – det vil sige den samme temperatur fra bunden til overfladen. Om sommeren etableres temperaturlagring: lag af epilimnion, metalimnion og hypolimnion er tydeligt udtalt. Om vinteren, når overfladen af ​​søen er dækket af is, er omvendt temperaturlagring etableret i vandkolonnen: der er meget koldt vand under isen, men det bliver varmere dybere. Fig. A. Gilyarova

Alle biologiske og kemiske processer i søen er tæt afhængige af både temperaturen og den hydrologiske struktur af vandkolonnen, der bestemmes af den (for eksempel om der er blanding eller ej). Størstedelen af ​​fytoplankton (mikroskopiske alger og cyanobakterier) er koncentreret i epilimnion. Det er her, at en stor del af primærproduktionen (organisk stof produceret under fotosyntese) dannes, som alle andre indbyggere i søen eksisterer – fra bakterier til fisk.Overalt, selvom der på forskellige steder med forskellige intensiteter forekommer nedbrydning af organisk stof – en ødelæggelsesproces, hvor alle organismer deltager, men bakteriens rolle er særlig stor.

Fig. 2. Lodret temperaturfordeling (rød linje, ° C) og indholdet af opløst oxygen (blå linje, mg / l) i vandkolonnen af ​​en lille dyb sø i slutningen af ​​sommeren

opgave

I anden halvdel af sommeren opnåede hydrobiologer, der arbejder på en lille, men dyb sø i middelzonen, kurver af den lodrette temperaturfordeling og indholdet af opløst oxygen (figur 2). Temperaturkurven indikerer tilstedeværelsen af ​​en klar stratificering af vandkolonnen, som er opdelt i epilimnion, metalimnion og hypolimnion. Fordelingen af ​​opløst oxygen afhængigt af dybden er mere kompleks. Dens høje koncentration er noteret i epilimnionen, så ses der et kraftigt fald (næsten til nul) i metalimnion, en dybere stigning observeres, som snart giver plads til et fald. Ved store dybder af ilt i vandkolonnen var det næsten ikke.
Opgave. Forklar hvilke faktorer der i dette tilfælde bestemmer den vertikale fordeling af ilt.Hvorfor denne kurve har netop dette, og ikke en anden form.


hjælpe

Vær opmærksom på, hvordan vandtætheden afhænger af temperaturen (fig. 3). Husk at i processen med fotosyntese frigives oxygen som et biprodukt i det eksterne miljø. I processen med åndedræt af alle organismer (herunder bakterier der nedbryder døde organiske stoffer) absorberes ilt.

Fig. 3. Diagram af vandtæthedens afhængighed (g / cm3) temperatur (° C)


beslutning

De hydrobiologer, der gennemførte forskningen, har ingen tvivl om, at den komplekse lodrette profil af iltindholdet de har identificeret, i høj grad bestemmes af organismens vitale aktivitet. På baggrund af ovenstående diagrammer blev temperaturen (og dermed den hydrologiske) stratificering stærkt udtalt i søen på tidspunktet for undersøgelsen. Der er meget ilt i de øvre lag ilt – det kommer fra atmosfæren, og derudover frigives det under fotosyntese (husk at fytoplanktonets hovedmasse er koncentreret i epilimnionen). Den usædvanligt stærke temperaturfald med dybden umiddelbart under epilimnionen i termoklinens zone er samtidig en kraftig stigning i vandtætheden.Derfor er der dannet noget som en "anden bund" – et tæthedshopp, hvor detrituspartikler nedstammer fra oven (døde fytoplanktonceller, plankton-krebsfeber, lig med planktondyr selv osv.) Er fanget. Da det stadig er temmelig varmt på denne dybde, bremser bakterier, der naturligt trækker vejret, det organiske stof ovenfra, og deres metaboliske hastighed er ekstremt høj. Det er ikke overraskende, at i dette tilfælde forbruges alle de ilt, der er til stede her, næsten fuldstændigt af bakterier, og når der er lidt ilt, hæmmes hele processen med nedbrydning af organisk materiale kraftigt.

Dybere, som vi ser i grafen, bliver iltet noget mere. Hvor er han fra? Det er simpelthen det underudnyttede ilt fra bakterier, der har været i vandkolonnen siden foråret blanding. Ved at bevæge sig langs profilens kurve længere nede ser vi, at med iltdybden bliver meget lille. Det er også resultatet af bakteriens vitale aktivitet, der nedbryder hele detritus, som gradvist falder ned fra vandkolonnen.Hvis vi havde en række vertikale iltprofiler fra starten af ​​sommeren, ville vi se, at ilt forsvinder i bunden af ​​alt, og gradvist skifter grænsen for den iltfri zone højere og højere. Metalminimum af ilt dannes senere, normalt i slutningen af ​​sommeren. De nødvendige betingelser for dets forekomst er en skarp temperaturgradient (og dermed densitet) og høj primærproduktion dannet i epilimnionen.


efterskrift

Situationen beskrevet i dette problem er faktisk observeret i Lake Glubokoe (Ruza-distriktet, Moskva-regionen). På bredden af ​​denne sø er den ældste i Rusland og en af ​​de ældste ferskvands hydrobiologiske station i verden. Et kraftigt fald i iltindholdet i metalimnionen (den såkaldte "metalminimum oxygen") blev først opdaget af forskere, der arbejdede på denne station tilbage i 1930'erne. Det var et af de allerførste vel dokumenterede beviser for dette fænomen. Henvisninger til artikler om metalminimum af ilt i Deep Lake er givet i de største verdensrapporter om limnologi, for eksempel i den berømte afhandling om limnologi (En afhandling om limnologi.London: Wiley & Sons. 1957) amerikansk økolog og hydrobiolog J. Evelyn Hutchinson (George Evelyn Hutchinson).


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

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