Hydrobiologia Właściwości fizyczne wody

1. HydrobiologiaWłaściwości fizyczne wody Budowa cząsteczki wody Ruch wody Warunki świetlne Warunki termiczne

2. 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.

3. Budowa cząsteczki wodyDipol - 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.

4. Budowa cząsteczki wodywiązania 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.

5. 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. Budowa cząsteczkowa wodyPostaci skupienia molekuł wody

6. 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.

7. 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

8. Sejszefala jednowęzłowa i dwuwęzłowa

9. 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.

10. 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.

11. Pływyprzypływy 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

12. 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.

13. Przenikanie i odbijanie od wodypromieni 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.

14. 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

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

16. Barwa własna wodyefekt 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.

17. 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 Zawiesina

18. 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 Uwarstwienie świetlne w wodzie

19. 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 ograniczenie produkcji biologicznej

20. 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).

21. Pionowe wędrówki dobowe zooplanktonuu samic z gatunku Calanus finmarchicus

22. Warunki termiczne w wodzieTemperatura 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.

23. 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.

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

25. Krążenie wody w jeziorze

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

27. 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.

28. Podział jezior wg Forelaze 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.

29. 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.

30. 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

31. 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.

32. Uwarstwienie termohalinowew Bałtyku

33. Termika wód oceanicznych

34. Krainy biogeograficzne w morzachI - ciepłowodna,; II - umiarkowane: a) borealna, b) nonalna; III - zimnowodne: a) arktyczna, b) antakrtyyczna

35. 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 planktonowaHalosphaera viridis).