Ionösszetétel szalinitás

1. Ionösszetétel szalinitás Vízben oldott szilárd anyagok • Szalinitás: Össziontartalom ezrelékben kifejezve. • Becslése: • Összes oldott anyag • Elektromos vezetőképesség • Forrás: • Kőzettipus • Gránit, bazalt dominanciájú vízgyűjtő: lágyvíz • Mészkő dominanciájú vízgyűjtő: keményvíz • Atmoszférikus precipitáció • Savasodás (skandinávia, UK,Benelux államok, Csehország, Németo.) • Párolgás-csapadék kapcsolat • Nyílt tavak (exorheic): • Zárt tavak (endorheic): szalinitásuk magas.

2. Vízben oldott szilárd anyagok vízgyűjtő geológiája – kemény kőzetről alacsony ion tartalmú víz folyik le Gránit gneisz vulkáni kőzet homokkő agyag mészkő

3. Legfontosabb anionok és kationok • Konzervatív ionok: • Koncentrációjuk csak kissé változik az élővilág hatására • Na, K, Mg, Cl • Dinamikus ionok • Az élőlények metabolizmusa nagymértékben hat a koncentrációjuk változására • Ca, C, SO4, • Legfontosabb ionok: • Katnionok: • Ca2+ > Mg2+ >Na+ > K+ • Anionok: • CO2- / HCO3+ > SO42+ > Cl-

4. Sós tavak • Nincs kifolyás • Párolgás meghaladja a hozzáfolyást • A hozzáfolyás nem biztosítja a stabil vízszintet • Csoportosításuk • hiposzalin : 3000-20000 mg/L ≈ 3-20 ‰≈5500-30000 S/cm • mezoszalin : 20000-50000 mg/L ≈ 20-50 ‰≈30000-70000 S/cm • hiperszalin : > 50 000 mg/L ≈ >50 ‰≈ > 70 000 S/cm • Na dominancia, de szikes, sziksós tavak (Ca, Mg dominancia) • Cl dominancia • Nyomelemek magas koncentrációja • Osmotikus stessz • Speciális élővilág: Artemia sp. (sórák), Halobacteria, Dunaliella, Spirulina • Halak 140 ‰-ig élnek meg (fogaspontyok (Cyprinodon fajok) • algák-, zooplankton fogyasztók főként a madarak (flamingók)

7. változás a víz ion-összetételében Rajna ionösszetétele Emberi hatás,savasodás

8. Vas, mangán és néhány kis mennyiségben előforduló fém • Fe: A foszfor hozzáférhetőségét befolyásolja • Fe2+ - vízben oldódik (FeS nem), míg az Fe3+ nem. • Oxidatív, pH 7,5-7,7 környezetben Fe3+ - (Fe(OH)3) kicsapódik, a foszfor adszorbeálódik a vashidroxid felületén és kiülepszik (koprecipitáció). • A toxikus nehézfémek is kicsapódnak a vas precipitátumokkal.

9. Mn: hasonlóan viselkedik, mint a vas, de a mangánvegyületek oldhatósága jobb.

10. Ólom • erősen toxikus. Ólomterhelés maximuma 1970-es évek, de már az ókori kultúrákban is kimutatható. Az üledékek ólomtartalma csökkenő tendenciát mutat. • Higany • Akut idegrendszeri problémát okoz (Minamoto-kór) • Alumínium • <4,5 pH oldékony. A magas alumínium koncentráció összefüggésbe hozható a Parkinson, Alzheimer kórral.

11. Szilícium • A Föld második leggyakoribb eleme • A kovaalgák számára nélkülözhetelen. • Eloszlásuk vízoszlopban a kovaalgák produkciójától függ. • Partikulált szilícium • Szilikát tartalmú ásványok • kovaalgák

12. Kén- és nitrogénforgalom • Élő és élettelen formában felvehető • Esszenciális aminosavak összetevője (cisztein, metionin) • A fehérjeszerkezetben a szulfhidril (-SH) csoportok közötti diszulfid hidak stabilizálják a szerkezetet • S-tartalmú szerves anyag lebomlása, az anaerob körülmények között szulfátredukció következtében megváltozhat a vízi környezet amely meghatározza: • Más elemek körforgalmát (pl. Fe) • A vízi ökoszisztémák produkcióját • alapvetően az élőközösség jellegét • De nincs kén limitáció a vizekben

13. A kén eredete: • Kőzet • Szulfátok: szulfid vagy elemi kén tartalmú kőzetekből, talajokból víz jelenlétében kénsav formájában oldódnak ki • Csökkenti pH-t így más ásvány oldódását befolyásolja • Légköri ülepedés • Vulkanikus gázok • Biogén folyamatok • Emberi tevékenység • H2S kibocsátás → SO3→ SO3→ H2SO4 • Kén tartalmú fosszilis tüzelőanyagok • SO2→ H2SO4

14. A vízben oldott formában található kén döntő mennyiségét a szulfátok alkotják. A növények kénfelvétele alapvetően szulfát formájában történik, azonban a szerves anyag lebomlása során kénhidrogén keletkezik. Oxidatív körülmények között a H2S hamar oxidálódik szulfáttá. Elvileg lehetséges ugyan a H2S/SO42- egyensúly kiszámítása (feltéve, hogy a pH és a redoxviszonyokat ismerjük), de természetes vizekben ez nem vezet eredményre, tekintve, hogy a folyamatokat a kémiai átalakulásoknál gyorsabb mikrobiális anyagcsere folyamatok mediálják. Eutróf környezetben bakteriális tevékenység miatt, 100 mV redoxpotenciál alatt a H2S felhalmozódhat. Az erősen alkalikus vizekben e két forma mellett a H2S disszociációjából eredő HS- és S2- is előfordulhat. Alacsony redoxpotenciál és pH mellett a H2S részleges oxidációja kénkiválást (S0) eredményez.

15. Zalavári víz üledékkémiája

16. Főbb bakteriális anyagcsere típusok: Ha egy baktérium anyagcsere típusát meg szeretnénk határozni, három kérdésre kell választ keresnünk: Energiaforrás: fény → fototróf, Kémiai →kemotróf Elektrondonor: szervetlen (S-, NH4, Fe2+, H2) → litotróf szerves → organotróf Szénforrás: szervetlen (CO2 vagy HCO3-) →autotróf szerves →heterotróf

18. Baktériumoknak alapvető szerepe: • Szulfát redukció: • Fehérjebontó baktériumok (heterotróf) fehérjék (-SH csoport) → HS- és H2S • Pseudomonas, Chromobacter Bacterium • Szulfátredukáló baktériumok • SO42-, SO32- és S → HS- és H2S • Heterotróf vagy autotróf • -SO4 oxigénjét használják a szervesanyag oxidációjához (szulfát légzés) • Desulfovibrio, Desulfotomaculum (anaerobikus)

19. Szulfát oxidáció: • Fotoszintetikus (színes) kénbaktériumok H2S-t fotoszintetikus elektrontranszportláncuk elektrondonorául használják. • Fotolitoautotrófok, anaerobok • Zöld kénbaktériumok (Chlorobacteriaceae): Chlorobium, Pelodyction • A zöld kénbaktériumok az oxidációs terméket (elemi kéntől a szulfátig) leadják a vízbe, • bíbor baktériumok (Thiorhodaceae): Chromatium, Rhodothece • A bíbor-kénbaktériumok pedig nem (ez esetben kén a végtermék, mert a további oxidáció ozmotikusan aktív ionok keletkezéséhez vezetne, s ennek következményei a sejt számára végzetesek: kipukkad). Mély tavakban e baktériumok a rétegzett periódus alatt fordulnak elő, mégpedig esetenként nagy sűrűségben a metalimnionban. Ide még lejut a fény, de az anoxikus hipolimnionból a szükséges redukált kénvegyülethez (H2S) is hozzájutnak.

20. színtelen kénbaktériumok • kemolitoautotrófok (ezért is színtelenek: nem színezik őket fotoszintetikus pigmentek) s a szulfitot, kenet, tioszulfátot oxidálják: H2S + ½ O2→ S + H2O S + H2O + 3/2 O2→ SO42- + 2H+ S2O32- + H2O + 2O2→ 2SO42- + 2H+ • Thiothrix, Beggiatoa, Thiobacillus

21. Nitrogénforgalom • Központi szerep a vizek anyagforgalmában • Nagy mennyiségben igénylik a szervezetek • Primerprodukciót meghatározza • N-limitáció • N-formák: • Elemi N2 • Szerves-N • Ammónia (NH3), ammónium-ion (NH4+) • Nitrit (NO2-) • Nitrát (NO3-)

22. N-forrás • Csapadék • Nitrogén fixáció • Befolyó vizek (felszíni- és talajvizek) • N-veszteség • Elfolyás • Denitrifikáció • kiülepedés az üledékbe Szennyezéstől távoli helyen 2% per év növekedés

23. Nitrogén fixáció: N2 → NH4+ → NO2-, NO3- • Cianobaktériumok (Kékalgák) • Heterociszta • Fény és ATP igényes (energia) • Aphanizomenon, Anabaena, Nostoc • Baktériumok • Heterotróf N2-kötők • Azotobakter, Clostridium pasteurianum • Fotoszintetizálók • Közel az összes fotoszintetizáló baktérium képes N2-kötésre • Mikorrhiza wetland-eken • Actinomyceta mycorrhiza gombák Alnus, Myrica (mírtusz) gyökerében

24. NH4+/NH4OH pH 6 pH 7 pH 8 pH 9,5 3000:1 300:1 30:1 1:1 • N-formák és N-transzorfációk • Ammonia (NH4+/NH4OH) • Az ammónia (NH3) a vízben lúgként viselkedik, mivel protonfelvételre képes: • NH3 + H2O = OH- + NH4+ • NH4+ + H2O = H3O + NH3 • Forrás: • heterotróf baktérium általi lebontó folyamatok végterméke • Vízi szervezetek exkrétuma • NH4+/NH4OH pH függő • Az ammónia a vízben ammónium-ionként (NH4+), ill. disszociálatlan ammónium-hidroxidként (NH4OH) fordul elő. • ammónium-hidroxidként (NH4OH) erősen toxikus • 8-as pH alatt ammónium ion (NH4+) 10,5-nél magasabb pH értékeken jellemző az NH4OH forma magas pH-n az ammónia (NH3)

25. Az ammóniumot számos alga- és magasabbrendű növényfaj tudja közvetlen nitrogénforrásul felhasználni, egyúttal ez a „legolcsóbb” szervetlen N-forrás, tekintve, hogy az aminokba (H2N— ) való beépüléshez nem kell sejten belüli (energiaigényes!) oxidációs-szám változásokon keresztülmennie. • Heterotrófok termelik • Eloszlása: • Oligtróf tóban alacsony konc. kis fokú dekompozíció miatt • Trofogén zónában konc. szintén alacsony az algák asszimilációja miatt • Ha a hipolimnium szerves anyagban gazdag, akkor az NH4+-N accumulálódik, anaerob környezetben fokozódik bakteriális nitrifikáció miatt • A szerves nitrogénvegyületek (aminosavak, urea, karbamid, metilamin, stb.) forrása a szerves anyagok bomlása. Lehet oldott vagy alakos állapotban, akár az elhalt, szervezetek törmelékeiben akár az élő planktonban. A nitrit (NO2-) átmeneti redox állapota miatt általában igen kis mennyiségben található meg vizeinkben.

26. A N oxidációs száma a N-körforgalomban szerepet játszó főbb folyamatokban

27. Nitrogénforgalom

28. Nitrifikáció NH4+ → NO2-→ NO3- • O2 igényes • Energiatermelő folyamat -> C-asszimiláció • Nitrosomonas: NH4+ → NO2- pH közel neutrális, tág hómérsékleti tartomány Néhány metán-oxidáló baktérium is képes. • Nitrobacter: NO2-→ NO3- Nem toleráns alacsony hőm.-el és magas pH-val szemben • Oldott (DON)és partikulált szerves nitrogén (PON) • DON: • akár 50 %-a az összesN-nek • Aminosavak, polipeptidek • PON: • Plankton, szeszton • A PON 5-10 x nagyobb mennyiségben található, de az eutrofizációval az arány közelít az 1:1 a trofolitikus zónában. • A vízi növények, algák és cianobaktériumok választanak ki N-gazdag szerves anyagokat, amik a bakteriális hurok tápanyagforrása. • Bakteriális hurok: Heterotróf baktériumok -> heterotróf flagellata/ciliata • Gazdag litorális zónájú tavak DON forrása a makrofita vegetáció. • DON forrás: edényes növények lebomlása

29. Denitrifikáció NO3- → NO2- → NH4+ → N2 • Nitrátredukcó: • Nitrát-asszimiláció Algák, magasabb rendű növények • Bakteriális denitrifikáció Pseudomonas, Escherichia, Bacillus, Micrococcus Achromobacter Nitrátlégzés: a nitrát, nitrit az elektronacceptor

31. Nitrogénforgalom

32. Nitrogénforgalom • A földi környezet alapvető jellemvonása, hogy a N legnagyobb mennyisége a légkörben található N2 gáz formájában. Ennek megkötésére, vagyis biológiailag hozzáférhetővé tételére csak néhány szevezetcsoport képes. A folyamatot N2-kötésnek nevezzük. • A fent tárgyalt, s az összességében az élőlények számára rendelkezésre álló N mennyiség csökkenését eredményező folyamatok könnyen rövid idő alatt N-hiányt eredményeznének, ha azokat nem ellensúlyozná a légköri N2 megkötésének folyamata. • A légköri N2 megkötésére számos aerob és anaerob baktérium (sok közülük szimbionta) és más prokarióta szervezet képes. Utóbbiak közt a vizekben kiemelkednek a cianobaktériumok (kékalgák). Ezek egyik csoportja, a Nostocales rendbe tartozó fajok (pl. Anabaena, Aphanizomenon, Cylindrispermopsis, Gloeotrichia, Nostoc) a legjelentősebbek, bár anaerob körülmények közti N2 kötést más rendben (Chroococcales; pl. Microcystis) is kimutattak. • A N2-kötést az un. nitrogenáz enzimkomplex végzi. Ennek két alegysége közül az egyik molibdént és vasat is tartalmaz, a másik csak vasat (emiatt molibdénszegény vízben gátolt lehet a N2-kötés). Az enzimkomplex működését az oxigén erősen gátolja, ezért a folyamat csak anaerob körülmények közt mehetne végbe, ha nem létezne több olyan biológiai evolúciós alkalmazkodási mechanizmus, mely mégiscsak lehetővé teszi az aerob körülmények közti N2-kötést. Ezek közül a három, egyidejűleg működő legfontosabb a következő: • 1) specializált, vastag falú sejtek; • 2) bakteriális fotoszintézis és • 3) szimbionta baktériumok jelenléte.

33. Nitrogénforgalom Heterocita fénymikroszkópos felvételen A heterocitát körülvevő aerob szimbionta baktériumok. Gátolják az oxigén átdiffundálását a vékonyabb sejtfalon.

34. Nitrogénforgalom A N2-kötés energiaigényes folyamat, minthogy egyetlen N2 megkötéséhez mintegy 12 ATP-re van szükség: N2 + (kb.) 12 ATP + 6e- + 6H+ → 2 NH3 + (kb.) 12 ADP + (kb.) 12P. Ezért is nem engedheti meg magának a sejt, hogy a fotoszintézisről, mint ATP termelő folyamatról lemondjon, csak azt, hogy annak O2 termeléssel járó formájáról tér át egy olyanra, mely a N2-kötéssel összeegyeztethető. Az energiaigényesség további 2 következménnyel jár: 1) N2-kötés csak napközben zajlik (az energiát termelő fotoszintézis miatt), s mélységi megoszlásának intenzitása arányos a fotoszintézisével (14/9. ábra), valamint 2) mert a N2-kötésre fordított energia elvész a populáció növekedése számára a cianobaktériumok csak akkor kezdenek N2-t kötni, ha a környezet NH4+ tartalma kimerült, ill., ha már folyik N2 kötés, akkor az lassul majd megáll, ha pótlólag NH4+ kerül a vízbe.

35. A N2-kötés napszakos ritmusa (b) és intenzitása különböző vízmélységekben

36. Nitrogénforgalom A N2-kötést leginkább a nyíltvízben vizsgálták, de a rendelkezésre álló kevés adat arra utal, hogy a parti régió szerepe (pl. a bevonatban élő heterocitás cianobaktériumok tevékenysége miatt) egyáltalán nem elhanyagolható. Az e területeken folyó denitrifikáció az ökoszisztéma N készletét csökkenti, ezáltal a N/P arányt is csökkenti, s ez stimulálja a N2-kötést. A kiterjedt litorális régióval rendelkező sekély tavakban lehet ennek igan nagy jelentősége.

37. Foszforforgalom és eutrofizálódás • Biológiai makroelem -> organizmusok nagy mennyiségben veszik fel • Mennyisége a környezetben lényegesen alacsonyabb -> a vizek produktivitását a hozzáférhető P limitálja

38. P - formák • Ortofoszfát (PO43-) • Legfontosabb inorganikus forma • Közvetlenül hozzáférhető • Mennyisége nagyon alacsony lehet -> gyor asszimiláció miatt • Szerves foszfát • Édesvizekben a legnagyobb mennyiségben megtalálható P forma • Összes foszfor (TP) • A P terhelés mérőszáma • Szűretlen vízből: oldott P és partikulált P

39. Partikulált foszfor • Élőlényekben található foszfor • DNS, RNS, foszfortartalmú fehérjék, alacsony molekulatömegű észterek vitaminok • Nukleotid foszfátok (ADP, ATP) • Légzésben, fotoszintézisben C-forgalmi utakban energia transzfer • Talajásványokból • Hidroxiapatit • P abszorbens ásványok • Agyagásványok, vashidroxidok, karbonátok • Elhalt szervesanyagban, vagy azon abszorbeálva

40. Produktivitás TP (g/l) Ultra-oligotróf <5 Oligo-mesotróf 5-10 Meso-eutróf 10-30 Eutróf 30-100 Hipertróf >100 • Oldott P • Ortofoszfát (PO43-) • Polifoszfátok (szintetikus detergensekből) • Szerves kolloidok • Alacsony molekulatömegű foszfátészterek

41. P forrás • Ülepedés • Kevésbé jelentős, mint N esetében • Elsősorban emberi tevékenységből ered • Lakatlan régiókban a P ülepedés : < 3 μg P / l • Városi-ipari régiókban : >100 μg P / l • Talajvíz P-tartalma alacsony, átlagos konc. ~ 20 μg P / l • Kőzetekből való kioldódás csekély • Felszíni lefolyás folyóvizek • Talaj • A felszíni vizek kémiai összetétele függ a talajtipusoktól. • Felszíni lefolyás a legfőbb P forrás • Emberi tevékenység • Detergensek (mosószerek) • Urbanizáció (szennyvizek) • Mezőgazdaság (műtrágyák) • Ipar (élelmiszeripar)

42. Belső terhelés • Alacsony redoxpotenciál • P felszabadulás • Külső terhelés • Befolyók • légkör

43. Vertikális profil • Vertikális eloszlása a trofitástól függ • Eutróf tavak hipolimnionjában • élő és holt szervesanyag (plankton eső) • kalcit koprecipitáció, • bakteriális produkció

44. trofitás limitálás: súly arány:1 P : 7 N : 40 C szárazsúly gramm Redfield arány (atom): 1 P : 16 N : 106 C típusai Planktonikus eutrofizáció Bentonikus eutrofizáció Eutrofizáció • Eutrofizálódás: vizek növényi (N, P) tápanyagokban való gazdagodása • Eredetileg (Neumann XX. Sz eleje: oligotróf: kevés fitoplankton; eutróf: sok fitoplankton)

45. Oligotrofizáció eszközei: • Szennyvíztisztítók P-leválasztása • A fő terhelést jelentő folyóviz wetlandeken át való vezetése • Művelt területek szegélyezése dús vegetációval • Talaj erózió, bemosódás csökkentése • Üledék foszfortartalmának immobilizálása Al2(SO3) és FeCl3 bevitelével • Meszezés • Kotrás • Balatonnál nem vált be • Biomanipuláció • Hipolimnium levegőztetése Fény meghatározta szint P meghatározta szint

46. Foszforforgalom A limnológiában egyetlen más elemet sem tanulmányoztak olyan részletesen, mint a foszfort. Ennek az az oka, hogy egyike a biológiai makroelemeknek, az élőlények anyagcseréje nagy mennyiséget igényel (nukleinsavak, ATP/ADP). Ugyanakkor mennyisége a a környezetben lényegesen alacsonyabb, mint a többi biológiai makroelemé. Ezért a vizek produktivitását igen gyakran a hozzáférhető P mennyisége limitálja. Az előző fejezetekben láttuk, hogy a többi biológiai makroelem – s főleg a S és a N – igen sokféle oxidációs állapotban fordul elő a vízben, s átalakulásaikat mikrobiális folyamatok mediálják. A P különbözik: domináns szervetlen formája a foszfát (PO43-) s ugyanilyen oxidációs számmal fordul elő az élőlényekben szervesen kötött foszfor formájában. A szerves frakció tekintélyes: becslések szerint a vizek P készletének 90% fordul elő a szerves frakcióban, mely áll maguknak az élő szervezeteknek a P taralmából, s ehhez számítjuk az elhalt szerves alkotókon adszorbeálódott, vagy bennük kötött foszfort. Bár kémiai szempontból egyéb oxidációs számú P-vegyületek is előfordulhatnak, ezek jelentősége a vízi anyagforgalomban tán a foszfin PH3↑ kivételével (15/1 keret) elhanyagolható. A P a vizekbe a nagyrészt a vízgyűjtőn át, kisebb részben a légköri ülepedéssel jut be. A litoszférában elsősorban az apatitokból (Ca5[PO4]3-) oldódik ki, melyeknek hidroxóniummal (hidroxiapatit), kloriddal és fluoriddal asszociált változatai ismertek, de legalább 205 egyéb, kis mennyiségben előforduló ismert ásvány is tartalmaz P-t (Fischer, 1973). A vulkáni kőzetekből való kioldódását a szénsav segíti. A biológiai úton történő P felhalmozódás jelentős guánó-telepek kialakulásához vezetett.

47. Foszforforgalom A víz összes foszfor (TP, total P) tartalma oldott (DP, dissolved P) és partikulált (PP, particulate P) frakcióból áll. A partikulált frakciót a következőképp bonthatjuk tovább: az élőlényekben található P, ami áll relatíve stabil nukleinsavakból (DNS, RNS) és olyan foszfortartalmú fehérjékből, melyek foszfort tartalmaznak, de nem vesznek közvetlenül részt a sejt belső foszforszállítási folyamataiban alacsony molekulasúlyú enzim-észeterből, vitaminokból, stb. és a légzésben, a fotoszintézisben és a CO2 asszimliációban alapvető szerepet játszó nukleotid foszfátokból (ATP, ADP) a talajokból bekerülő ásványi formák, pl. hidroxiapatit, s minden egyéb ásványi anyag, melyhez a P adszorbeálódik (agyagásványok, vashidroxidok, karbonátok; az elhalt szerves anyagban található, vagy azon adszorbeálódott P. Az oldott frakció legfontosabb összetevői az ortofoszfát (PO43-), polifoszfátok, amik gyakran szintetikus detergensekből kerülnek a vízbe, szerves kolloidok és alacsony molekulatömegű foszfátészterek.

48. A foszforforgalom klasszikus modellje: a P-kérdést vízkémiai kérdésnek gondolja Megérthetjük az előzőek alapján: A tavak foszforforgalmának klasszikus modelljét jórészt a II. világháború idején dolgozta ki Ohle, Eisener és Mortimer (Kalff 2002). Eszerint a tavakba kerülő PO43- aerob körülmények közt igen gyorsan vas-oxi-hidroxid (FeOOH) flokkulumokhoz adszorbeálódik kiválik, s leülepszik. Az aerob üledékfelszínen ezen aggregátumok hatékony csapdát képeznek az anaerob üledékrétegekből származó P számára, ezzel megakadályozzák a víztérbe jutását. Mortimer (1941) 200 mV redoxpotenciálban állapította meg azt a határt, ami P szempontjából kritikus: e felett annak csapadékos (elsősorban Fe[III]-mal asszociált), oldhatatlan formái jellemzőek, s alatta a vas Fe(II) formájú, mely mellett a PO43- oldatban maradhat. Továbbfejlesztés: Az alapvetően Fe(II)-Fe(III)-P rendszert összekötötték a kénciklussal, tekintve, hogy a Fe2+ a szulfátredukció során keletkező szulfiddal oldhatatlan FeS csapadékot képez, ezért alacsony vastartalom esetén nem marad vas a P becsapdázására. Azt a folyamatot, mely a víz-üledék határ redoxpotenciál változásai miatti P-felszabadulást okozza belső foszforterhelésnek nevezzük (ebbe ma beleértjük a belső seice okozta P tartalom növekedést az eufotikus rétegben), megkülönböztetve a külső forszforterheléstől, mely a vizeket befolyóikon vagy a légkörön át éri. Az üledék redoxi állapota és belső foszforterhelés folyamata azért jelentős, mert jellemző módon az üledék intersticiális vizének P-tartalma 5-20x-osan haladja meg a közvetlenül felette lévő vízrétegét, s nem mindegy, hogy ez a hatalmas P készlet az általában P-limitált eufotikus rétegbe juthat vagy sem.

49. A foszforforgalom modern modellje: a P-kérdést biológiai kérdésnek gondolja A 20. század utolsó évtizedeiben végzett kutatások mutattak rá arra, hogy a P kibocsátást inkább biológiai, mint kémiai folyamatok határozzák meg. Az aerob, heterotróf baktériumok a szerves anyagok lebontása során keletkező oldható reaktív foszfort (SRP = soluble reacive phosphorus) közvetlenül a vízbe adják le. A Fe(III) redukciójához az oldott oxigén hiánya nem elégséges feltétel, mert az ezt tartalmazó flokkulumokat a hozzájuk asszociált szerves anyag stabilizálja. Ezért a vasoxidáló baktériumok (ezek a Fe[III]-at a szerves anyag oxidációja során keletkező elektronok akceptorának használják) jelenléte elengedhetetlen. Ha a klasszikus modell igaz lenne, akkor az üledék Fe2+ és PO43- kibocsátásának egyidejűen kéne bekövetkeznie. Ezzel szemben a kettő közt fáziseltolódás tapasztalható, s az a tény, hogy az antibiotikumokkal kezelt üledék P-kibocsátása lényegesen kisebb, mint a kezeletlené szintén a mikrobiális folyamatok fontosságára utal (Gächter és mtsi. 1988), sőt ez elő sem fordulhatna, ha a folyamatot csak fizikai vagy kémiai egyensúlyok szabályoznák.

50. A foszforforgalom modern modellje: a P-kérdést biológiai kérdésnek gondolja A 20. század utolsó évtizedeiben végzett kutatások mutattak rá arra, hogy a P kibocsátást inkább biológiai, mint kémiai folyamatok határozzák meg. Az üledék aerob körülmények mellett történő foszforkibocsátásában több tényező játszik szerepet, s ezek relatív fontossága térben és időben is változik. 1) A hőmérséklet gyorsítja a biológiai folyamatokat. A fotoszintézis intenzitásának növekedése pH emelkedéshez vezet, s a FeOOH flokkulumokban koprecipitált P ilyenkor OH--ra cserélődhet, ezáltal felszabadul (Søndergaard 1989). 2) Bioturbáció: Az üledéklakó gerinctelenek szűrésükkel, anyagcseretermékeik kibocsátásával, azzal, hogy folytonosan túrják az üledéket (ezeket a tevékenységeket nevezzük összefoglaló néven bioturbációnak) jelentősen befolyásolják annak kemizmusát, s a folyamat során P szabadulhat fel. A jelenség megítélése nem egyértelmű, mert az üledéklakó állatok légzése csökkenti, a bioturbáció viszont növeli az üledék oxigéntartalmát, s ezzel a P-felszabadulást meghatározó redoxi-viszonyokra ellentétes tényezők hatnak, melyek eredője térben és időben is változó. 3) Bevonatlakó szervezetek, elsősorban algák vékony, de igen aktív bevonatot képeznek az üledékfelszínen, mely a P-kibocsátás növekedéséhez és csökkenéséhez is vezethet időben változó módon. 4) A szél keltette hullámzás az üledék felső rétegét a nyíltvízbe keveri, s ezáltal a lényegesen nagyobb SRP tartalmú intersticiális víz is felszabadul. A Balaton belső foszforterhelésének ez igen lényeges összetevője, s a viharok során kiszabaduló foszfor vízvirágzásokat eredményezhet (Istvánovics és mtsi. 2004). 5) Az üledékben a baktériumok tevékenysége redukált gázokat termel, az üledék felszínén lévő algabevonat pedig oxigént. Mindkettő buborékok formájában akkumulálódhat, s amikor a légnyomás csökken e gázok a felszínre törnek. Az üledék felső rétegéből vagy felszínéről történő kibuborékolásuk a bioturbációhoz hasonló hatású lehet.