hidroekologija i zaštita kopnenih voda osnovi hidrobiologije
TRANSCRIPT
HIDROEKOLOGIJA
Prof. dr Gordana Subakov Simić
Biološki fakultet
Univerzitet u Beogradu
Osnovne naučne discipline hidrobiologije
hidroekologija
okeanologija glaciologija
potamologija
talmatologija
limnologija
Kako je nastala hidrosfera?• iz vulkana Zemlje• bombardovanjem meteora,
kometa i asteroida koji su bili bogati vodom
• bombardovanje Zemlje – meteorski pljusak i formiranje praokeana trajalo je i završeno 150 miliona godina nakon formiranja čvrste Zemljine kore.
Praokean
• prvobitno zelene boje• radom fotosintetičkih
organizama boja prelazi u plavu
• kiseonik oslobođen u fotosintezi taložio je velike količine gvožđa
• crvene stene
Hidrosfera
• ukupna masa vode koja se nalazi iznad, ispod i na površini planete
• “plava planeta”• 70,8 % voda• voda – led, vodena
para i u tečnom stanju
Količina i raspored kopnenih voda
Količina i raspored kopnenih voda
Bajkalsko jezero
• 20% ukupne količine slatke vode
• 31 500 km2
• 1620 m max dubina
Amazon
dužina 7100 km; površina sliva 5 965 000 km2; Južna Amerika
POTREBE ČOVEKA ZA VODOM
• potrebe za vodom neprekidno rastu• dnevne fiziološke potrebe čoveka su za
muškarce 3,7l,a za žene 2,7l• stvarne potrebe su mnogo veće• najveći potrošači SAD – 2000 m3 po
stanovniku godišnje
Najveći potrošači vode u svetu
zemlja potrošnja vode (m3/stan. godišnje)-2002
ukupna potrošnja vode
SAD 2000 (1730) 476 800
Kanada 1600 (1420) 42 214
Australija 1300 24 071
Portugalija 1090 11 090
Italija 980 56 200
Potrošnja vode u Srbiji
• dnevno 250-300 l po stanovniku• “rasipničnko ponašanje”• u USA 200 l dnevno po stanovniku• u evropskim zemljama 120-150 l• naša potrošnja nije posledica održavanja
lične higijene
Količina, raspored i vreme obnavljanja vode u biosferi
Kruženje vode• evaporacija – isparavanje vode• transpiracija – isparavanje sa površine biljaka• evapotranspiracija – zbir evaporacije i transpir.• izlučivanje – odstranjivanje vode kod životinja• otapanje – led i sneg prelaze u tečno stanje• sublimacija – direktno isparavanje leda • kondenzacija – prelazak vodene pare u vodu• precipitacija – stvaranje padavina• oticanje – tok vode u vidu reka, rečica i potoka• infiltracija – zemljišna voda – zadržavanje vode
u zemljjištu u njegovim porama
Globalni balans vode
Podela kopnenih voda
kopnene vode
tekuće stajaće
podzemne
površinske
slatke slane
termalne
Kopnene vode Srbije
• više hiljada vodotoka – 65 980 km / 747 m/km2
• gustina rečne mreže neujednačena 120 m/km2
• samo 11 reka duže od 200 km• Crno more, Jadransko more i Egejsko
more• prirodnih jezera malo
Crnomorski sliv• 92,46%• najduže reke u Srbiji:
Dunav, Tisa, Sava, Velika Morava, Mlava, Pek i Timok
Jadranski sliv
• 4732 km2
• 5,36%• Metohijska kotlina• sliv Belog Drima
Egejski sliv
• 1926 km2
• 2,18%• najviši vrh je Ljuboten
na Šar-planini• Lepenac i Pčinja• Dragovištica
Jezera Srbije
Prirodna jezera• lednička jezera Šar-planine i Prokletija• Balta Alušontu kod Donjeg Milanovca• Zavojsko jezero na Visočici, Pirot• Blacko i Oblačinsko kod Niša• Palićko, Ludoško, Krvavo i Slano kod
Subotice
Veštačka jezera• mnogo jezera, različite namene• Đerdapsko, Vlasinsko, Bajina Bašta,
Zvorničko, Sjeničko, Radoinjsko, Gruža, Garaši, Bukulja, Bovansko, Barje itd.
Jezera Srbije
Specifičnosti slatkovodnih ekosistema
• vodeni ekosistemi• slatkovodni i slani ekosistemi• Zašto je more slano?
salinitet vode u ‰slatka voda manje od 0,5brakična voda 0,5 – 30 morska voda 30 – 50 (35) slana voda više od 50
Sukcesije
Okeani i mora• Svetsko more• prosečna dubina svetskog mora je 3795m• razlika između mora i okeana• prema položaju razlikujemo: ivična
(Severno), sredozemna (Sredozemno), unutrašnja (Crno more) i zatvorena (Aralsko)
• u odnosu na temperaturu: polarna, subpolarna, umerena i tropska
Fizičke osobine vode
• građa molekula vode• agregatna stanja vode - gustina i viskozitet• optičke osobine vode (providnost, boja,
osvetljenost)• miris i ukus • električna svojstva • toplotna svojstva
Građa molekula vode
• atom O i 2 atoma H• trouglaste strukture• 104,5 0 između O i 2H • izrazito dipolnog karaktera • formiraju se H- veze
Građa molekula vode• Prosta formula H2O -
vodena para• smeša hidrola,
dihidrola i trihidrola – tečno stanje vode
• molekuli trihidrola - led
Gustina vode• tri agregatna stanja• tačka mržnjenja 00 , tačka ključanja 1000
• najveća gustina vode na 40
• gustina vode zavisi od:– temperature– mineralizacije– pritiska– količine suspendovanih čestica– rastvorenih gasova
Struktura leda• tetraedri u vidu
pčelinjeg saća• što smanjuje gustinu,
a povećava zapreminu
• na 00C = 0.916 g/cm3
• pluta po površini vode• odličan toplotni
izolator• specifična toplota
leda duplo manja od tečne vode
Gustina vode• linearno se povećava sa povećanjem
koncentracije rastvorenih soli (mineralizacija)
• morska voda ima najveći gustinu na 3,50C• tačka mržnjenja -1,910C
Viskozitet vode• je unutrašnje trenje u tečnosti do koga
dolazi usled uzajamnog privlačenja molekula vode
• čestice i organizmi u vodi trpe do 100 puta veće trenje nego u vazdušnoj sredini
• za savladavanje viskoznosti potrebna je velika količina energije
• lebdenje planktona omogućeno je velikom viskoznošću vode
Toplotni kapacitet vode• količina toplote koja je potrebna da se
temperatura 1 g vode poveća za 10
• specifična toplota vode izuzetno velika• specifična toplota leda duplo manja• toplotni kapacitet vode najveći u prirodi• nepravilno se menja pri promeni
temperature
Površinski napon• je rezultujuća sila privlačenja molekula
vode koja na granici voda-atmosfera deluje upravno na površinu vode i nastoji da molekule vode sa površine povuče dublje u tečnost
• napon teži da što više smanji površinu tečnosti u odnosu na zapreminu
• kapljice vode u obliku kugle
Ukus i miris vode• čista voda bez ukusa i mirisa• slatka (0,3 ‰), slanasta (do 25 ‰) i slana
voda (preko 25‰)• miris vode potiče od materija kroz koje
voda prolazi ili se nalaze u njoj• geosmin
Električna svojstva vode• velika postojanost vode• malo jona H i OH• čista voda loš provodnik elektriciteta• elektroprovodljivost raste sa povećanjem
koncentracije rastvorenih soli u vodi
Hidrostatički pritisak• pritisak vode koji ona vrši u mirnoj tečnosti
na neku površinu• nastaje zbog same težine vode• jedinica atm, odnosno Pa• na svakih 10 m dubine vode pritisak raste
za 1 atm
Kretanje vode• laminarno i turbulentno• laminarno
– retko u prirodi– u podzemnim vodotokovima
• turbulentno– neprekidne promene brzine, veličine i
kreatnja– od dna ka površini toka brzina se povećava– od obala ka sredini toka se povećava brzina
Reke• sila Zemljine teže• sile trenja koje se suprotstavljaju kretanju
vodebrzina vode je uvek manja od očekivane
Jezera • talasi• mešanjem vode u periodima cirkulacije
Kretanje vode
Kretanje vode – mora i okeani• talasi
– pod uticajem vetrova– energija talasa naglo opada sa dubinom– na dubini od 50 m samo 2% – direktno oblikuju morske obale
• plima i oseka– posledica delovanja Sunca i Meseca– od 10 cm (Mediteran) do 12m (jz Velike
Britanije)
Zone sa različitom visinom talasa u Svetskom moru
• morske struje– horizontalne – usled dejstva konstantnih
vetrova• zahvataju površinski sloj vode do 200 m• tople i hladne• Golfska struja
- vertikalne – usled promene gustine morske vode
- obogaćivanje nutrijentima
Kretanje vode – mora i okeani
Proticaj
• zapremina vode koja protekne kroz poprečni profil vodotoka u jedinici vremena
• m3/s ili m3/h
Svetlost• jedan od najvažnijih ekoloških faktora• apsorpcija Sunčeve energije i rasipanje u
vidu toplote ima uticaj na:– termalnu strukturu– stratifikaciju– modele cirkulacije u jezerima
Optičke pojave u vodenim ekosistemima
• osvetljenost• providnost• boja
Osvetljenost• zavisi od količine svetlosne energije koja prodire
u vodu• od UV do infracrvenog zračenja• deo se absorbuje u atmosferi, deo se raseje, a
najveći deo koji dopire do površine vode su infracrveni zraci koji imaju ulogu u zagrevanju
• apsorbcija atmosfere zavisi od mnogih faktora i promenjiva je
• do vode dopire 52% od ukupne količine svetlosne energije
Refleksija• odbijanje sunčeve energije sa površine vode• ½ ukupne količine svetla koja napušta jezero je
reflektovana, a druga polovina rasejana• zavisi od
– od upadnog ugla zraka (u toku dana, godine i geografske širine)
– površinskih karakteristika vode– okolnog reljefa– meteoroloških uslova sredine– prisustva leda
Rasejavanje• skretanje svetlosti od molekula vode i
drugih molekula u vodi• se menja sa dubinom, sezonom i delom
jezera• zavisi od: suspendovanih čestica,
prisustva planktona koji povećavaju rasejavanje
• veći deo (80-90%) rasejane svetlosti se gubi u atmosferi
Apsorpcija• umanjenje svetlosne energije u dubini,
transformacijom u toplotu• atenuacija je umanjenje svetlosne
energije usled rasejavanja i apsorpcije• najviše se apsorbuje infracrveni i UV deo
spektra; do 1 m dubine se apsorbuje 90%• plavi zraci se najviše rasejavaju, pa je otud
voda plave boje• na apsorpciju utiče koncentracija org. jed.
Providnost vode
• meri se Secchii diskom
• zavisi od suspendovanih čestica, planktona, refleksije, rastvorenih organskih materija
• on nekoliko cm do preko 40 m
Providnost u rekama• mala• promenjiva tokom godine• najmanja u doba velikih poplava 1-5 cm• najveća zimi, prelazi 3 m• fotična zona – trofogeni sloj• afotična zona – žive samo heterotrofi• led bitno ne menja svetlosnu klimu u vodi
Boja vode• čista voda bezbojna u tankom sloju• modre boje u debljem sloju• nastaje kao rezultat prelamanja svetlosti• zavisi od materija:
– kristalaste i magmatske stene – bezbojna– kraške reke – zelenkasto plava– močvare – žuto-mrka– vode ledničkih reka – beličaste– od planktona - zelenkasta
Toplota• akumulacija svetlosne energije u vidu
toplote• faktori koji utiču na zadržavanje toplote:
– vetar – talasi– struje– kretanje vode– morfometrija basena– gubitak vode
Izvori toplote u vodenom ekosistemu
• sunčeva energija• toplota iz vazduha ili podloge• uticaj utoka• prisustvo podzemnih izvora• vulkanska aktivnost• kondenzacija vodene pare na površini
vode
Gubitak toplote• toplotnim zračenjem• putem istoka• promenom meteoroloških uslova• smenom dana i noćiDistribucija toplote uglavnom potiče od
energije vetra.
Termički režim reka• dnevna amlituda vode nije veća od 1,60C• minimalna temperatura izjutra, 7-8 časova• maksimalna po podne, 15 časova• srednja dnevna oko 11 časova
termički režim reka
srednja godiš. tem.vode viša od tem.
vazduha
srednja godiš. tem.vode niža od tem.
vazduha
Termički režim jezera - proleće
• prolećna cirkulacija• temperatura blizu 40 C, max gustina• vetar i konvekcione struje izvrše mešanje vode• nekoliko dana do nekoliko nedelja• cirkulacija poveća T i iznad 100C
• kako proleće odmiče, površinska voda se brže zagreva i postaje ređa, javlja se otpor mešanju
• razlika od svega nekoliko stepeni je dovoljna da se cirkulacija prekine
• od tog momenta na dalje voda se deli na tri regiona, koji su otporni na dalje mešanje
Termički režim jezera - proleće
Termički režim jezera - leto
• letnja stratifikacija• epilimnion, hipolimnion, metalimnion• termoklina – površina gde T opada
maksimalnom stopom u odnosu na dubinu
Termički režim jezera - jesen
• jesenja cirkulacija• T vode na površini opada, pri čemu raste gustina• teža voda pada u toplije niže slojeve – dolazi do mešanja• nekad dovoljno i nekoliko časova
• zimska ili inverzna stratifikacija• kada T dostigne 40C, površina se i dalje
hladi, ali je mešanje otežano• hladnija voda prekriva topliju• formira se led, odličan izolator• voda se zagreva ispod leda sunčevim
zračenjem• ako ima snega, nema zagrevanja
Termički režim jezera - zima
• toplota iz sedimenata, rastvaranje čestica sedimenata povećavaju T u hipolimnionu i iznad 40C
• anomalije rasporeda T, mogu biti prouzrokovane meteorološkim uslovima ili razvojem fitoplanktona pod ledom
Termički režim jezera - zima
Tipovi stratifikacije jezera
amiktična monomiktična dimiktična
jezera
hladna
oligomiktična polimiktična
hladna toplatopla