- •Викладач: Бобко а.О.
- •2. Гідрофізичні фактори водних екосистем
- •2.1. Фізико-хімічні властивості води та їх екологічне значення
- •2.2. Щільність води
- •2.3. Кольоровість води
- •2.4. Температурний та термічний режим водних об’єктів
- •9.7. Льодовий режим
- •9.8. Світло та його роль у функціонуванні водних екосистем
- •9.9. Седиментація, осадоутворення та формування донних грунтів
- •9.10. Роль гідрофізичних факторів у життєдіяльності гідробіонтів
- •Глава 10. Сольовий склад вод та адаптація до нього гідробіонтів
- •10.1. Сольовий склад океанічних (морських) вод
- •10.2. Сольовий склад континентальних вод
- •10.3. Евригалінні і стеногалінні гідробіонти
- •10.4. Пристосування гідробіонтів до сольових факторів середовища
- •10.5. Адаптація гідробіонтів до водно-сольових умов середовища Пойкілоосмотичні гідробіонти
- •Гомойоосмотичні гідробіонти
- •Глава 11. Іонні компоненти та їх екологічна роль
- •11.1. Натрій, калій і цезій в водних екосистемах
- •Роль калію в метаболічних реакціях водяних рослин
- •Особливості обміну натрію і калію в організмі водяних безхребетних
- •Натрій і калій у морських і прісноводних рибах
- •Природний цезій в організмі гідробіонтів
- •11.2. Кальцій у водних екосистемах
- •Вміст кальцію в морських і океанічних водах
- •Кальцій континентальних вод
- •Метаболічна роль кальцію та шляхи його надходження в організми гідробіонтів
- •11.3. Магній морських і континентальних вод
- •Форми міграції магнію у природних водах
- •Магній в організмі гідробіонтів
- •Метаболічна роль магнію у гідробіонтів
- •11.4. Сірка природних вод та процеси сульфатредукції
- •Глава 12. Мікроелементи водних екосистем та їх біологічна роль
- •12.1. Залізо
- •Форми розчиненого заліза у водних екосистемах
- •Роль заліза у ферментативних реакціях та процесах дихання гідробіонтів
- •12.2. Мідь
- •12.3. Марганець
- •12.4. Цинк
- •12.5. Кобальт
- •12.6. Кадмій, хром, алюміній
- •Глава 13. Кисень гідросфери та його роль у водних екосистемах
- •13.1. Кругообіг кисню в водних екосистемах. Формування кисневого режиму водних екосистем
- •13.2. Роль кисню в розкладі органічних речовин та формуванні якості води
- •13.3. Роль кисню у життєдіяльності гідробіонтів
- •13.4. Особливості використання гідробіонтами кисню з води
- •Глава 14. Діоксид вуглецю в водних екосистемах
- •14.1. Хімічні та біологічні перетворення діоксиду вуглецю у водних екосистемах
- •14.2. Фотосинтез. Фіксація вуглекислоти автотрофними і гетеротрофними організмами
- •14.3. Адаптація риб до змін вмісту со2 у воді
- •Глава 15. Кругообіг та роль азоту у водних екосистемах
- •15.1. Азотфіксація у водних екосистемах
- •15.2. Використання азоту в біосинтетичних процесах водоростей
- •15.3. Алохтонний і автохтонний азот водних екосистем
- •15.4. Амоніфікація, нітрифікація і денітрифікація та їх роль в кругообігу азота в водних екосистемах
- •Глава 16. Фосфор у водних екосистемах
- •16.1. Неорганічний та органічний фосфор водних екосистем
- •16.2. Вміст фосфору в організмі гідробіонтів і його метаболічна роль
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 заліза (Fe2+, Fe3+) у вигляді неорганічних та органічних сполук. Як в морських, так і в прісних водах залізо знаходиться в різному ступені окиснення: Fe2+ і Fe3. При цьому Fe2+ найчастіше зустрічається у водах з низьким вмістом кисню, а у водах, збагачених на розчинений кисень – переважають окиснені форми заліза (Fe3+).
Загальна концентрація та форми сполук заліза у водних екосистемах залежать від геологічних особливостей водозбірної площі, характеру водообміну, кількості опадів та надходження його сполук із стічними водами та атмосферними опадами. Останнє має особливе значення для водних об’єктів, розташованих поблизу металургійних комбінатів (Дніпродзержинськ, Запоріжжя, Кривий Ріг та інші).
Характерною особливістю кругообігу заліза є його надходження з водозбірної площі у вигляді розчинених солей Fe2+, оксидів та в комплексах з гуматами. Вміст заліза коливається в широких межах як у воді, так і в донних відкладах (табл. 12).
Таблиця 12
Вміст заліза у воді і донних відкладах водойм Дністра і Дніпра
Водні об’єкти |
Вода (мкг/дм3) |
Донні відклади (г/кг сухої маси) |
Дністер |
|
|
Верхній Дністер |
0,0–9,6 |
|
Дністровське водосховище |
300,6–457,2 |
8,4–8,9 |
Середній Дністер |
309,0–334,5 |
4,8 |
Дубосарське водосховище |
197,5–357,8 |
4,9–6,9 |
Нижній Дністер |
182,4–227,0 |
3,6–7,8 |
Водосховища Дніпра |
|
|
Київське |
278,0 |
3,2–39,8 (19,8) |
Кременчуцьке |
140,0 |
2,6–21,7 (11.2) |
Запорізьке |
122,5 |
1,8–35,6 (19,3) |
Каховське |
118,0 |
2,5–31,4 (17,5) |
Лимани |
|
|
Дніпровсько-Бузький |
135,0 |
2,7–22,5 (15,4) |
Примітка. Вказані граничні величини. В дужках – середні концентрації.
Таблиця складена за даними П.М. Линника (1999), С.Й. Кошелевої, К.М. Цапліної (1998).
У Дніпрі до його зарегулювання верхня межа концентрації заліза становила 2,0 мг/дм3, у тому числі розчинених форм – 1,2 мг/дм3. Після зарегулювання стоку Дніпра відбулося значне зниження загальної концентрації заліза до 0,09–0,72 мг/дм3, а розчиненого – до 0,02–0,32 мг/дм3. Зарегулювання вплинуло на вміст заліза у каскаді як у часі, так і в просторі, тобто, вміст заліза зменшувався від верхнього Київського до нижнього Каховського водосховища, а також в міру віддалення від часу затоплення ложа. Зменшення концентрації заліза у водосховищах пов’язано з його біоседиментацією та депонуванням у донних відкладах. У кожному з дніпровських водосховищ акумулюється близько 40 % заліза, яке до нього надходить.
Із двох форм заліза – Fe2+, Fe3+ більш стійкою є остання, тому його сполуки частіше зустрічаються у поверхневих водах суші. На окиснення Fe2+ до Fe3+ впливає насиченість води киснем. У той же час фульвокислоти та гумінові кислоти можуть в значній мірі запобігати окисненню Fe2+ до Fe3+, внаслідок зв’язування його в комплекси. При цьому фульвокислоти мають більшу комплексоутворюючу здатність у порівнянні з гуміновими кислотами.
Залізо може утворювати комплекси з розчиненими у воді органічними речовинами, які виділяються у процесі життєдіяльності водоростей та мікроорганізмів.
Основний вплив на стан заліза у поверхневих водах може бути пов’язаний з його комплексоутворенням з неорганічними лігандами. Але в більшості випадків концентрація розчиненого заліза зумовлюється комплексоутворенням з органічними речовинами, зокрема, з фульвокислотами та гуміновими кислотами. У річкових водах високі величини концентрації заліза зумовлюються, як правило, утворенням переважно негативно заряджених колоїдних частинок у процесі взаємодії гідроксиду заліза і органічних речовин гумусової природи. Для Fe2+ і Fe3+ характерним є також утворення у реакціях гідролізу і полімеризації таких сполук, як [FeOH]+, [Fe(OH)2], [Fe(OH)3], [Fe2(OH)3] 3+, [Fe2(OH)2]4+, [Fe2(OH)]5+ та інші. Їх співвідношення залежить від реакції середовища (рН), окиснювано-відновного потенціалу (Eh) та загальної концентрації заліза у природних водах.
Серед чинників, які впливають на співвідношення окремих форм заліза: закомплексованого з органічними речовинами, відновленого та зв’язаного гідроксил-іонами, особливо істотна роль належить активній реакції (рН) води. Окиснення Fe2+ до Fe3+ найбільш інтенсивно відбувається у нейтральних та слаболужних водах.
Вміст заліза у природних водах та співвідношення його окремих форм залежить від сезонних особливостей протікання внутрішньоводоймних процесів. В озерах, річках і водосховищах найбільші величини концентрації заліза виявляються у зимовий і ранньовесняний період. Особливо велика кількість заліза надходить у водойми із заболочених місцевостей. До таких належить, зокрема, басейн р. Прип’яті. З нього надходить у Київське водосховище вода збагачена залізо-гумусовими комплексними сполуками.
Крім комплексів з органічними речовинами, залізо може взаємодіяти із завислими у воді частинками. Особливо відчутну роль вони відіграють у міграції заліза з річковими водами, які формуються в гірській місцевості. До них належить стік Дунаю і таких його притоків, як Тиса, Прут, Серет, Латориця та інші.
У дунайській воді вміст заліза у складі завислих частинок становить більше 85–90 % його загальної кількості, що виноситься з водним стоком. Серед завислих частинок, з якими залізо переноситься потоками води, більшу частку становлять силікатні сполуки, дещо менше припадає на його гідрогенні форми і ще менше – на біогенні комплекси. Щорічно з річковим стоком виноситься у Світовий океан близько 9,6108 т заліза. При цьому, на завислі форми припадає 98 % або 9,45108 т.
У водоймах озерного типу чітко виявляється вертикальна стратифікація; двовалентне залізо (Fe2+), яке надходить з притічною водою, окиснюється на поверхні водної товщі до Fe3+ і у вигляді більш важкого гідроксиду [Fe(OH)3] опускається на дно; у придонних шарах води під впливом підвищеного вмісту СО2 і HCO3– та низьких величин Eh воно знову перетворюється на двовалентне залізо (Fe2+), яке розчиняється у воді. Внаслідок таких перетворень різниця між концентрацією Fe2+ в поверхневому і в придонному шарах може досягати 30–40 мг/дм3.
У порових розчинах донних відкладів більша частина заліза закомплексована і знаходиться у складі високомолекулярних сполук, при цьому його вміст значно виший у порівнянні з поверхневими шарами водної товщі.
Основними формами міграції заліза в поверхневих прісних водах є завислі та колоїдні форми, які становлять 95–97 % валового його вмісту у річкових водах і на 10–30 % менше – у водах озер і водосховищ.