Хімічний склад і будова води

Вода

Вода необхідна всім живим організмам і є важливим лімітуючим фактором у наземних і водних екосистемах.

Кількість опадів, вологість значною мірою визначають, разом з термальним режимом, головні характерні риси наземних фітоценозів.

Вода має низку унікальних властивостей, які сприяють життєвим процесам на нашій планеті.

Максимальна щільність чистої води спостерігається за температури 3,98°С. Ця властивість прісної води – максимальна щільність за температури 3,98°С, а з охолодженням і нагріванням щільність зменшується – має величезне екологічне значення.

Воді притаманна надзвичайно висока теплоємність (4,9 Дж/г на 1°С). Така аномально висока теплоємність пояснюється тим, що частина теплової енергії йде на розривання водневих зв’язків між асоційованими молекулами. В результаті вода повільно нагрівається і повільно охолоджується, відіграючи тим самим роль важливого регулятора температури при її добових та сезонних коливаннях.

Підтриманню термостабільності води сприяє вкрай висока теплота пароутворення (2,26 × 106 Дж/кг, або 539 кал/г при 100°С) і плавлення криги (3,35 × 105 Дж/кг, чи 80 кал/г).

Солоність води – сумарна концентрація всіх мінеральних йонів, що містяться у в 1 літрі води, виражені в грамах. Вимірюється в проміле (‰).

Існує низка класифікацій вод за солоністю. У гідроекології та гідробіології традиційно користуються Венеціанською системою. Згідно цієї системи всі природні води поділяють на:

1. прісні (до 0,5‰), солонуваті, чи міксогалинні (0,5–30,0‰),

2. еугалинні, чи морські (30-40‰) та

3. гіпергалинні, чи пересолені (понад 40‰).

Солоність океанічної води досить постійна і зазвичай коливається в межах 34–35‰. Лише в поверхневому шарі коливання складають 2–3‰ (що обумовлено випаровуванням і опадами).

Різні організми по-різному переносять зміни солоності води. Ті, які переносять значні коливання солоності, називаються евригалинними на противагу від стеногалинних.

У водному середовищі організми вирішують проблеми свого водного-сольового балансу двома шляхами:

Ø осмоконформісти (майже всі морські безхребетні, а з хребетних – міксини) є ізоосмотичними, тобто рідини їхнього тіла мають таку ж осмотичну концентрацію, як і середовище їх існування;

Ø осморегулятори (практично всі мешканці прісних вод), внаслідок своєї гіперосмотичності (осмотичність рідин їхнього організму вища, ніж середовища існування), мають підтримувати свій водний баланс, постійно виділяючи з організму надлишок води, а морські хребетні, навпаки, внаслідок своєї гіпоосмотичності, мають різні пристосування до поповнення свого водного балансу внаслідок втрати води через напівпроникні поверхні. Зокрема, морські костисті риби заковтують воду, щоб надолужити її втрати.

Водночас практично всі організми – як осморегулятори, так і осмоконформери, здатні до йонної регуляції. Підтримання певної концентрації різних йонів у гідробіонтів досягається шляхом йонної регуляції – контролю над сольовим складом внутрішнього середовища.

Як показав Ж. Леб ще наприкінці XVIII століття, водяні організми можуть швидко гинути в осмотично сприятливому середовищі, якщо його сольовий склад не збалансований за співвідношенням окремих йонів, особливо одно- і двовалентних катіонів.

Особливе значення для гідробіонтів має іонний коефіцієнт – відношення суми йонів калію і натрію до суми йонів кальцію і магнію.

Зі зменшенням солоності природних вод йонний коефіцієнт знижується, оскільки відносне значення кальцію зростає (карбонати), а натрію знижується (зменшення хлоридів).

Особливо чутливі до змін йонного коефіцієнту морські організми, оскільки вони мешкають в умовах відносно постійної солоності і слабко адаптовані до її змін.

Прісноводні гідробіонти є типовими гіперосмотичними організмами, а тому головна проблема у них – видалення надлишку води, яка постійно надходить через напівпроникні поверхні.

Цікаво, що і для прісноводних, і для морських форм крайня межа поширення знаходиться в межах 7–8‰. Причому ця межа простежується в найрізноманітніших морях: Чорному, Азовському, Білому, Балтійському, Північному та інших, а також для різних фауністичних груп, тобто має універсальний характер. Показано що це пов’язано з впливом солоності на низку біологічних процесів (Хлебович, 1974). Оскільки кількість морських видів значно зменшується зі зниженням солоності нижче 7–8‰, а кількість прісноводних – з її підвищенням до цього рівня, в даному інтервалі солоності видове різноманіття населення вкрай незначне і представлене, головним чином, специфічними солонуватоводними формами. Це явище дістало назву “ парадоксу солонуватих вод ”.

Слід також відзначити, що у деяких прісноводних форм максимальна щільність популяцій спостерігається за солоності 3–5‰.

Значна стійкість гідромакрофітів до пониження солоності обумовлена міцними клітинними оболонками, що виявляють механічний опір осмотичному надходженню води до організму.

Водневий показник (рН) має колосальне значення для водних і грунтових екосистем.

Концентрація водневих йонів у природних водах досить постійна, оскільки завдяки наявності карбонатів вони є досить забуференими системами.

У сфагнових болотах рН часто досягає 3,4, оскільки карбонатів дуже мало і присутня сульфатна кислота.

Під час інтенсивного фотосинтезу рН зростає до 10 і вище унаслідок майже повного вичерпання СО2 і підлуговування води карбонатами.

У морських водах рН зазвичай складає 8,1–8,4.

У водоймі добові коливання рН часто складають 2 одиниці і більше.

Дата добавления: 2014-01-04