Седиментація, осадоутворення та формування донних грунтів
Седиментація, осадоутворення та формування донних грунтів - раздел Экология, Динаміка водних мас та її роль у водних екосистемах У Товщі Води Постійно Знаходиться Певна Кількість Завислих Часток Мінеральног...
У товщі води постійно знаходиться певна кількість завислих часток мінерального і органічного походження. Під дією сили тяжіння вони поступово опускаються на дно. Процес осадження завислих частинок отримав назву седиментація. У водних екосистемах виділяють фізичну і біогенну седиментацію. Фізична седиментація – це процес осадження мінеральних частинок в стоячій воді. Такі частинки бувають різної величини і різного походження. Це можуть бути частинки піску, глини, мулу, вапняку, солі різних металів. Вони надходять у воду під час розмивання берегів, донних грунтів, змиву з прилеглих територій.
В залежності від їх фізичних характеристик змінюється швидкість осадження, яка визначається для стоячої води за формулою Стокса:
,
де V – швидкість фізичної седиментації;
h – коефіцієнт в’язкості;
r – радіус часток кулеподібної форми;
g – гравітаційне прискорення;
PS і PW – щільність часток і води.
На швидкість седиментації впливає температура води. З підвищенням її вище 4°С прискорюється осадження мінеральних частинок за рахунок зменшення в’язкості води. У стратифікованих водоймах такі частинки можуть затримуватись на якийсь час у зоні термоклину.
Крім мінеральних часток, у водоймах і водотоках відбувається осадження і органічних частинок, які утворюються у процесі життєдіяльності гідробіонтів. До них належать відмерлі організми, пелітні частинки, зокрема відфільтровані харчові мікрогрудки, фекалії, злущений епітелій, слиз. В залежності від трофності водойм, зоопланктонтами щодоби фільтрується від 5 до 90 % загального об’єму води континентальних водойм зі зниженою швидкістю течії води. В загальному процесі осадонакопичення біологічна седиментація може переважати фізичну. Причому в різні сезони року до біоседиментів входить різна кількість відмерлих планктонтів і бентонтів. У морських (океанічних) екосистемах об’єми біоседиментації ще більші. Протягом року вони досягають 100 г органічного вуглецю на 1 м2.
До організмів-седиментаторів, які утворюють пелітні мікрогрудки, належать морські і прісноводні інфузорії, губки, черви, молюски, личинки комах та деякі інші організми. Існують різні механізми утворення пелітних часток. Так, інфузорії завихрюють воду навколо себе спеціальними рухами війок. У такі завихрювання води втягуються органічні слизові і мінеральні частинки, які після злипання швидше осідають на дно. У коловерток частинки корму осаджуються током води, спрямованим коловертковим апаратом. Губки утворюють пелітні мікрогрудки, пропускаючи воду через спеціальні джгутикові камери.
Процес утворення донного осаду включає автохтонні (внутрішньоводоймні) та алохтонні органічні і мінеральні речовини. У протічних водоймах і водотоках частина таких речовин виноситься з потоком води. Швидкість осадоутворення у водоймах залежить від їх трофності. В оліготрофних водоймах цей процес проходить дуже повільно і може розтягнутись на сотні і тисячі років. В мезотрофних озерах і водосховищах осадоутворення іде швидше за рахунок автохтонної і алохтонної органічної речовини. Починаючи з мезотрофної стадії, водойми більш інтенсивно замулюються за рахунок утворення автохтонної органічної речовини, синтез якої прискорюється включенням у внутрішньоводоймний кругообіг азоту, фосфору та інших біогенних елементів, що переходять з донних відкладів у товщу води. Такі процеси характеризують перехід озерної екосистеми з мезотрофної в евтрофну стадію. Подальше зростання біомаси фітопланктону і вищої водяної рослинності призводить зо значного перевантаження органічною речовиною та розвитку дистрофної стадії, або процесу заболочування озер та водосховищ.
Органічні і мінеральні частинки, які опускаються на дно, проходять складний шлях фізико-хімічних і бактеріальних перетворень та ущільнення. В залежності від розміру, структури мінеральних частинок та органічних компонентів первісного дна, формується донний грунт.
За розміром частинок донні грунти континентальних водойм поділяються на ряд типів (табл. 4).
Таблиця 4
Класифікація донних грунтів за розміром частинок та вмістом фракцій (величиною менше 0,01 мм)
Тип грунту
Розмір часток
Тип донного грунту
Вміст тонких фракцій (< 0,01 мм)
Дрібнозернисті (м’які) грунти
Пісок
5 %
Глина
< 0,01 мм
Мулистий пісок
10 %
Мули
0,01 – 0,1 мм
Піщаний мул
30 %
Пісок
0,1 – 1,0 мм
Мул
50 %
Тверді грунти
Глинистий мул
> 50 %
Гравій
0,1 – 1,0 см
Галька
1 – 10 см
Валуни
10 – 100 см
Глиби
> 1 м
Донні відклади в процесі їх формування можуть змінювати свої властивості і навіть колір. Так, донні грунти, які утворюються у добре аерованих водоймах з високим рівнем насиченості придонних шарів води киснем, мають світлий колір. Навпаки, при переважанні анаеробних процесів і дефіциті кисню, коли мул насичений сульфідними сполуками, його колір – чорний.
На структуру та властивості грунтів істотно впливають донні гідробіонти (бентос). Під впливом бактерій, олігохет, хірономід та інших бентосних організмів важкорозчинні у воді органічні і мінеральні сполуки переходять у розчинені форми азоту, фосфору, заліза та інших біогенних елементів. Вони виявляються в значній кількості в інтерстиціальній воді донних відкладів, що заповнює капіляри між окремими частинками донного грунту. Використовуючи мул як кормовий компонент, донні черви роблять його більш структурованим. Під впливом зообентосу поступово може змінюватися хімічний склад поверхневого шару донного грунту та полегшуватись кругообіг речовин і енергії між донними відкладами та товщею води. Між донними грунтами та товщею води здійснюється постійний обмін біогенними елементами, що забезпечує функціонування водних екосистем у нерозривній єдності усіх їх компонентів. Зокрема донні грунти функціонують як джерело вторинного забруднення водних об’єктів, бо накопичені в них мінеральні і органічні речовини поступово переходять у товщу води. Цей процес відіграє особливу роль у підтриманні високого вмісту біогенних елементів у водоймах уповільненого стоку (озера, водоймища). В озерних екосистемах відклади донного мулу під дією мікроорганізмів, які мінералізують органічні речовини, можуть перетворюватись у сапропель (“гниючий мул”).
Структура донних відкладів відіграє визначальну роль у розселенні бентонтів, формуванні їх чисельності і біомаси. Так, на мулистих грунтах розселяються переважно черви та личинки комах, які можуть занурюватись в його товщу. В той же час вони уникають напіврідких і легкоперетікаючих донних грунтів.
На піщаних грунтах переважно поширені молюски, здатні закріплюватись на твердому піщаному дні водойм. Особливі умови існування складаються у інтерстиціальних водах піщаних грунтів. В них зосереджуються бактерії, водорості, найпростіші, дрібні безхребетні тварини. Донні грунти прибережних зон визначають і склад фітоценозів вищих водяних рослин.
Динаміка водних мас та її роль у водних екосистемах
Під водною масою розуміють об’єм води, який співпадає з площею і глибиною котловин водних об’єктів або заглибленнями земної поверхні і має однорідні фізико-хімічні характеристики,
Фізико-хімічні властивості води та їх екологічне значення
Вода – найважливіша середовищеутворююча речовина, вплив якої на життєдіяльність організмів багатосторонній. Саме завдяки особливим властивостям води як універсального розчинника неорганічних і орга
Щільність води
Під щільністю розуміють масу одиничного об’єму води – кг/м3. Вона залежить від температури, наявності розчинних солей, а також від атмосферного тиску та вищерозташованих
Кольоровість води
Колір природних вод залежить від власного кольору розчинених у ній речовин, завислих частинок та мікроорганізмів, що населяють водну товщу. Забарвлення води зумовлено взаємовідносинами між водним с
Температурний та термічний режим водних об’єктів
Температурний режим водних об’єктів – це зміна температури води по акваторії і глибині на протязі певного проміжку часу. Коливання температури води у водних екосистемах можуть бути добові, місячні,
Льодовий режим
Зі зниженням температури до 0°С і нижче на водоймах і водотоках утворюється льодовий покрив. Період замерзання починається з появи кристалічних структур води (лід) спочатку біля берега, де течія не
Світло та його роль у функціонуванні водних екосистем
Світло надходить до земної поверхні у вигляді прямої і розсіяної сонячної радіації, які разом оцінюються як сумарна радіація. На її видиму частину спектру припадає
Роль гідрофізичних факторів у життєдіяльності гідробіонтів
Турбулентне перемішування водних мас, їх температура, сонячна радіація та осадоутворення відіграють вирішальну роль у формуванні якості води та біологічної продуктивності водних екосистем. В зв’язк
Сольовий склад океанічних (морських) вод
Для вод відкритих океанів, незалежно від їх положення на Земній кулі, характерним є схожість у кількісному співвідношенні між основними іонами. Це пов'язано з тим, що маса солей в океанах настільки
Сольовий склад континентальних вод
На відміну від морських вод з однотипним сольовим складом, прісні води різних ландшафтних зон за складом головних іонів суттєво відрізняються. Згідно класифікації О.О. Альокіна (1970), природні вод
Евригалінні і стеногалінні гідробіонти
Солоність води є визначальним чинником у приуроченні водяних організмів до умов середовища. Саме за вмістом солей у воді можна поділити гідробіонти на морських і прісноводних. При цьому у високомін
Пристосування гідробіонтів до сольових факторів середовища
Пристосування гідробіонтів до солоності води пов'язане з регуляцією концентрації іонів у внутрішньоклітинній рідині та її осмотичного тиску.
Концентрація неорганічних іонів у водному серед
Пойкілоосмотичні гідробіонти
У процесі еволюції сформувались різні механізми сольової адаптації. За концентрацією осмотично активних речовин у біологічних рідинах внутрішнього середовища та цитоплазмі клітин пойкілоосм
Гомойоосмотичні гідробіонти
У прісноводних організмів концентрація біологічних рідин гіпертонічна по відношенню до водного середовища. Тому підтримання осмотичного тиску внутрішнього середовища є багатофункціональним процесом
Натрій, калій і цезій в водних екосистемах
Натрій, калій і цезій належать до групи лужних металів, які легко віддають один електрон, перетворюючись у позитивно заряджені іони. Саме завдяки цій властивості вони зустрічаються в природі виключ
Роль калію в метаболічних реакціях водяних рослин
Для водяних рослин характерним є досить високий вміст калію і значно менший – натрію в їхніх тканинних структурах. Калій у більшості рослин становить 0,9–1,2 % їх біомаси. Найбільша його кількість
Натрій і калій у морських і прісноводних рибах
Організм морських риб гіпоосмотичний по відношенню до морської води. Щоб підтримувати водний баланс, морські риби змушені постійно поглинати морську воду, з якою надходить в організм не тільки натр
Природний цезій в організмі гідробіонтів
Цезій належить до калієвої групи лужно-земельних металів. Він має один стабільний ізотоп і 21 радіоактивний. Після випробувань ядерної зброї та аварій на атомних електростанціях у гідросфері збільш
Кальцій у водних екосистемах
Кальцій – один з найголовніших іонів водних екосистем. Він переважає серед катіонів слабомінералізованих вод, а при зростанні загальної мінералізації його співвідношення з іншими хімічними елемента
Вміст кальцію в морських і океанічних водах
Океанічні (морські) води є водами хлоридного класу, групи натрію. Тому вміст Са2+ в них менший в порівнянні з поверхневими водами суші. Основна кількість кальцію надходи
Кальцій континентальних вод
Вміст кальцію в поверхневих водах суші дуже мінливий і може істотно відрізнятися в залежності від геологічних умов водозбірної площі та кліматичних умов. Води більшості озер, річок, водосховищ нале
Магній морських і континентальних вод
Серед елементів другої групи періодичної системи магній за своїми хімічними властивостями найближчий до кальцію. Він входить до складу більш ніж 100 мінералів, у тому числі бруситу Mg(OH)2
Форми міграції магнію у природних водах
У природних водах магній утворює сполуку з карбонатом – магнезит (MgCO3). Як і карбонат кальцію, він легко розчиняється у воді, яка містить розчинену вуглекислоту, внаслідок перетворення
Магній в організмі гідробіонтів
Вміст магнію в організмі гідробіонтів залежить від того, в якій воді – морській чи прісній вони мешкають. Так, у гемолімфі морських молюсків мідій (Mytіlus), устриць (Ostrea), морськи
Метаболічна роль магнію у гідробіонтів
Магній належить до іонів з дуже широким спектром дії. Він відіграє виключно важливу роль в активації ферментативних реакцій, які відбуваються у автотрофних і гетеротрофних організмів. У водоростей
Сірка природних вод та процеси сульфатредукції
Сірка зустрічається в природі як в самородному вигляді, так і в різних сполуках та газоподібному стані, у вигляді сірководню та оксиду сірки. Легкорозчинні сульфати сірки знаходяться у великій кіль
Форми розчиненого заліза у водних екосистемах
В океанічній воді, при загальній її солоності 34,5–35,0 ‰, концентрація заліза може коливатись у межах 0,005–0,14 мкг/дм3. На глибині 50 м міститься в середньому до 20 мг/м3 з
Марганець
Марганець належить до металів із змінною валентністю (Mn2+, Mn4+, Mn7+), що визначає його участь у окиснювано-від
Кобальт
Кобальт належить до елементів, які утворюють сполуки практично з усіма галогенами (CoF2, CoF3, CoCl2, CoBr2, CoІ2). Всі галогеніди двовалентно
Кадмій, хром, алюміній
Серед мікроелементів, які при певних концентраціях у воді виявляють високу токсичність, є особливо небезпечні забрудники водного середовища, які в мікродозах негативно впливають на функціональний с
Роль кисню в розкладі органічних речовин та формуванні якості води
Кисень водних екосистем відіграє виключно важливу роль у процесах розкладу розчинених органічних речовин, відмерлих рослин і тварин, при яких складні органічні речовини перетворюються на прості (СО
Роль кисню у життєдіяльності гідробіонтів
Підтримання життєдіяльності гідробіонтів тісно пов’язане з енергетичними процесами, які грунтуються на окиснювано-відновних реакціях, що протікають за участю кисню. Розщеплення молекул білків, жир
Особливості використання гідробіонтами кисню з води
У процесі еволюції у гідробіонтів різних трофічних рівнів сформувались механізми адаптації до більш низького рівня кисню у воді в порівнянні з атмосферним повітрям. Як відзначає В.І. Вернадський, “
Адаптація риб до змін вмісту СО2 у воді
Спостереження за поведінкою риб різних видів і вікових груп свідчать, що поряд з позитивним впливом розчиненого у воді СО2 на їх організм, мають місце прояви негативних реакцій. Такі різ
Азотфіксація у водних екосистемах
Азотфіксація – це засвоєння молекулярного азоту повітря за допомогою мікроорганізмів-азотфіксаторів. Основну масу азоту на Землі (4,6×1017 т) становить молекулярни
Алохтонний і автохтонний азот водних екосистем
Між сполуками азоту, які надходять у водойми іззовні (алохтонними) і тими, які утворюються в них за рахунок відмирання гідробіонтів (автохтонними), існує певна якісна різниця. Органічна біомаса наз
Вміст фосфору в організмі гідробіонтів і його метаболічна роль
Про вміст фосфору в організмі гідробіонтів свідчать такі дані. В сухій масі морського планктону міститься близько 0,42 % фосфору; в організмі бактерій він становить 3 %, бурих водоростей – 2,8 % і
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
,
Новости и инфо для студентов