Τα συστατικά του νερού ενός ποταμού περιλαμβάνουν αιωρούμενα ανόργανα υλικά (συμπεριλαμβανομένων και των βασικών στοιχείων Al, Fe, Si, Ca, K, Mg, Na, P), dιαλυμένα ανόργανα ιόντα, διαλυμένες θρεπτικές ύλες (αζώτου, φωσφόρου και λιγότερο πυριτίου), αιωρούμενο και διαλυμένο οργανικό υλικό, αέρια, αλλά και βαριά μέταλλα (Allan, 1995).
2.1 Προέλευση των συστατικών των νερών ενός ποταμού
Το βρόχινο νερό και το χιόνι περιέχουν σκόνη, άζωτο, διοξείδιο του άνθρακα, ιόντα, ευγενή αέρια και ίχνη θειώδους ή θειικού οξέος αλλά και νιτρώδους ή νιτρικού αμμωνίου κλπ (Ericsson, 1993). Όταν το νερό της βροχής έρχεται σε επαφή με την επιφάνεια της γης, η σύστασή του αλλάζει δραστικά. Προσλαμβάνει συστατικά από τη διάλυση αλάτων που έχουν συσσωρευτεί στο έδαφος μετά την εξάτμιση του νερού, και ορυκτών που προέρχονται από την αποσύνθεση των πετρωμάτων. Έτσι τα επιφανειακά νερά εμπλουτίζεται με αιωρούμενα σωματίδια και διαλυμένα συστατικά.
Αντίθετα από τα επιφανειακά, τα υπόγεια νερά χαρακτηρίζονται από μεγαλύτερες συγκεντρώσεις ανόργανων συστατικών, γιατί το νερό κινείται με πολύ μικρότερη ταχύτητα μέσα στα πετρώματα του εδάφους και έρχεται για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα σε επαφή με τα ορυκτά τους, αποσπώντας έτσι από αυτά περισσότερα συστατικά σε διάλυση (Σκουληκίδης, 1997). Η αύξηση επίσης της θερμοκρασίας του εδάφους κατά 10C κάθε 30 μέτρα συντελεί στην αύξηση της διαλυτότητας των στερεών ουσιών.
Τα επιφανειακά νερά χαρακτηρίζονται πάνω απ’ όλα από μεγάλη ποικιλία στη σύνθεση, αλλά και στη συγκέντρωση διαλυμένων ιόντων, η οποία και εξαρτάται από τη γεωλογία της λεκάνης απορροής (τύπος πετρωμάτων), το κλίμα (ποσοστό βροχόπτωσης – σύσταση βροχής), το ανάγλυφο, το ποσοστό φυτοκάλυψης και την τροφοδοσία από υπόγειους υδροφορείς (Lacroix, 1991).
Η ολική συγκέντρωση των διαλυμένων ιόντων είναι περίπου διπλάσια σε ποτάμια που αποστραγγίζουν ιζηματογενή παρά μεταμορφωσιγενή ή πυριγενή εδάφη, λόγω της διαφορετικής αντίστασης των πετρωμάτων στη διάβρωση (Allan, 1995).
Τέσσερα κατιόντα (ιόντα θετικά φορτισμένα) και τέσσερα ανιόντα (ιόντα αρνητικά φορτισμένα) κυριαρχούν στη σύνθεση των νερών και ονομάζονται βασικά ιόντα. Τα τέσσερα κατιόντα είναι: το ασβέστιο (Ca++), το μαγνήσιο (Mg++), το νάτριο (Na+) και το κάλιο (Κ+). Τα τέσσερα ανιόντα είναι: το οξυανθρακικό (HCO3—), το θειικό (SO4—), το χλώριο (Cl–) και το νιτρικό (ΝΟ3—) (Σκουληκίδης, 1997).
Στο νερό της βροχής η συγκέντρωση ιόντων είναι πολύ μικρότερη απ’ ό,τι στα επιφανειακά νερά (Berner & Berner, 1987). Τα SO4— , NH4+ και ΝΟ3— προέρχονται κυρίως από τα αέρια της ατμόσφαιρας ενώ τα Na+ και Cl–από άλατα της θάλασσας.
2.2 Η μεταβολή της σύστασης των νερών των ποταμών
2.2.1 Παροχή
Ο κύριος παράγοντας που καθορίζει τη συγκέντρωση μιας ουσίας στο ποτάμιο νερό είναι η παροχή.
Μάλιστα, από τη σύγκριση των εποχιακών με τις τοπικές (κατά μήκος του ποταμού) υδροχημικές διακυμάνσεις για κάθε ποταμό, φαίνεται ότι κατά κανόνα οι μεταβολές στη συγκέντρωση διαλυμένων στοιχείων στα ελληνικά ποτάμια οφείλονται κυρίως στις εποχιακές υδρολογικές διακυμάνσεις (Σκουληκίδης, 1993).
Κατά κανόνα επίσης οι συγκεντρώσεις φθάνουν σε ετήσιο μέγιστο κατά τη διάρκεια της άνομβρης περιόδου, καθώς το ποσοστό συμμετοχής της βασικής απορροής (που είναι πλούσια σε διαλυμένα ανόργανα συστατικά) είναι μεγαλύτερο, η εξατμισοδιαπνοή είναι αυξημένη (Walling, 1984) και η επίδραση της ρύπανσης γίνεται πιό αισθητή. Μετά την ξηρή περίοδο, αλλά και σε περιόδους αιχμής το χειμώνα ή την άνοιξη όταν λιώνουν τα χιόνια, τα περισσότερα φυσικά ποτάμια πλημμυρίζουν και κατακλύζουν μεγάλες εδαφικές επιφάνειες. Τα πλημμυρικά νερά ξεπλένουν τα άλατα που είχαν συγκεντρωθεί κατά την ξηρή περίοδο στο έδαφος λόγω εξάτμισης και έτσι συνήθως οι συγκεντρώσεις αρχικά αυξάνονται, ενώ στη συνέχεια μειώνονται, καθώς υπερισχύουν φαινόμενα αραίωσης.
Η συνολική συγκέντρωση διαλυμένων ουσιών ενός ποταμού είναι το αποτέλεσμα του συνδυασμού της ποσότητάς τους και της παροχής του ποταμού. Το ίδιο ισχύει και για το στερεό αιωρούμενο φορτίο του.
2.3 Η σπουδαιότητα των ιόντων για την ανάπτυξη της ζωής
Οι περισσότερες λειτουργίες στα κύτταρα των οργανισμών πραγματοποιούνται με ανταλλαγή ιόντων. Έτσι μετά από πολλές μελέτες έχει βρεθεί ότι σε νερά με χαμηλή συγκέντρωση ιόντων μειώνεται η αφθονία και η ποικιλότητα της χλωρίδας και της πανίδας (Allan, 1995).
Από τα ασπόνδυλα του ποταμού, φαίνεται ότι τα μαλάκια, τα καρκινοειδή και οι βδέλλες επηρεάζονται περισσότερο από τις διαβαθμίσεις της συγκέντρωσης ιόντων (Hynes, 1970 – Macan, 1974), αλλά και πληθυσμοί υδρόβιων βενθικών εντόμων εμφανίζουν μικρότερη ποικιλία και αφθονία σε ποταμούς με μικρότερη συγκέντρωση ιόντων απ’ ότι σε άλλους με μεγαλύτερη. Τα καρκινοειδή αμφίποδα Gammarus (γαριδούλα του γλυκού νερού) είναι κοινά σε νερά μόνον όταν η συγκέντρωση ασβεστίου (Ca++) είναι μεγαλύτερη των 3mg/l. Ο λόγος ίσως είναι ότι για τη δημιουργία και την ανάπτυξη του κελύφους και του εξωσκελετού τους χρειάζονται απαραίτητα CaCO3, αρκετή ποσότητα του οποίου την απορροφούν άμεσα από το υδάτινο περιβάλλον τους. Το ασβέστιο είναι επίσης σημαντικό και για την ηλεκτρολυτική ισορροπία των υγρών του σώματός τους.
Ηλεκτρολύτες ονομάζονται τα διαλύματα στα οποία υπάρχουν ελεύθερες ρίζες ιόντων και τα οποία μεταφέρουν (άγουν) το ηλεκτρικό ρεύμα, χάρη κυρίως στα ιόντα υδρογόνου (H+) και υδροξυλίου (OH–) (που έχοντας μικρότερη μάζα είναι πιό ευκίνητα). Μετρώντας τη δυνατότητα διέλευσης του ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από ένα υγρό (δηλαδή την αγωγιμότητα), μπορούμε να υπολογίσουμε τη συγκέντρωση των ιόντων.
Oστόσο πολλές φορές η σχέση μεταξύ των οργανισμών και της χημείας του νερού εκφράζεται με την ολική περιεκτικότητα σε κατιόντα, από τα οποία τα κυριότερα είναι τα Ca++ και Mg++. Όταν το νερό περιέχει μεγάλες ποσότητες διαλυμένων αλάτων ασβεστίου και μαγνησίου χαρακτηρίζεται ως σκληρό, ενώ στην αντίθετη περίπτωση ως μαλακό. Ο ρυθμός αύξησης και το μέγεθος της πέστροφας αυξάνονται σε σκληρά νερά (McFadden & Cooper, 1962) αλλά και γενικά ο αριθμός των ειδών συνήθως αυξάνεται στα σκληρά νερά (Allan, 1995).
Η αγωγιμότητα και η σκληρότητα είναι πολύ μικρότερες σε περιοχές με σκληρά πετρώματα απ’ ότι σε άλλες στις οποίες επικρατούν ασβεστολιθικά πετρώματα (Costello, McCarthy & O’Farrell, 1984). Πάντως, όπως επεσήμανε ο Macan (1974), δεν υπάρχει ακριβής διαχωριστική γραμμή μεταξύ νερών χαμηλής και υψηλής ιοντικής συγκέντρωσης.
Η μεγάλη διάδοση των ανθρακικών πετρωμάτων (ασβεστόλιθοι και δολομίτες) στην Ελληνική χερσόνησο έχει ως αποτέλεσμα τα ποτάμια μας να είναι πολύ πλούσια σε ασβέστιο Ca++ και ανθρακικά ανιόντα HCO3—. Τα δύο αυτά ιόντα αποτελούν, κατά μέσο όρο, το 75% των συνολικών ιόντων των Ελληνικών ποταμών. Επίσης, λόγω της γειτονίας των Ελληνικών ποταμών με τη θάλασσα, οι συγκεντρώσεις νατρίου και χλωρίου είναι αρκετά υψηλές. Έτσι τα Ελληνικά ποτάμια παρουσιάζουν κατά πολύ μεγαλύτερες συγκεντρώσεις των βασικών ιόντων, σε σύγκριση με τον παγκόσμιο μέσο όρο, αλλά και με τον μέσο όρο των ευρωπαϊκών ποταμών (Σκουληκίδης, 1997).
2.3.1 Πώς επηρεάζει η ρύπανση τις συγκεντρώσεις των ιόντων στα νερά των ποταμών;
Η συγκέντρωση των ιόντων στα νερά των ποταμών αυξάνει, καθώς αυτοί κατευθύνονται προς τις εκβολές τους (Livingston, 1963) λόγω ανθρώπινων απορρίψεων και αύξησης της ρύπανσης και λόγω διείσδυσης του θαλασσινού νερού, είτε επιφανειακά, είτε υπόγεια.
Η συγκέντρωση των ιόντων του Na+ κυρίως αυξάνεται λόγω της απόρριψης οικιακών λυμάτων, λιπασμάτων και αλάτων του αστικού δικτύου. Τα ιόντα HCO3— και Ca++ προέρχονται σε μεγάλο βαθμό από την αποσάθρωση ανθρακικών πετρωμάτων, αλλά η άμεση πηγή για το πρώτο είναι το CO2 pου βρίσκεται στο έδαφος και στα υπόγεια νερά, και προέρχεται από τη βακτηριακή αποσύνθεση του οργανικού υλικού. Το CO2 µπορεί επίσης να δεσμευτεί από την ατμόσφαιρα κατά τη φωτοσυνθετική δραστηριότητα των αυτότροφων οργανισμών ενός ποταμού. Το SO4— προέρχεται από ιζηματογενή πετρώματα και από λιπάσματα και απόβλητα. Σε ορισμένες περιοχές όμως αυξάνονται υπερβολικά οι συγκεντρώσεις του εξ αιτίας της όξινης βροχής που συνήθως περιέχει ενώσεις θείου (Likens et al. 1977). Το Cl– έχει λίγο-πολύ την ίδια προέλευση με το Na+ και μπορεί η συγκέντρωσή του να αυξηθεί πολύ από τοπικές πηγές ρύπανσης (π.χ. αστικά λύματα, τα οποία εκτός των άλλων περιέχουν και το χλωριωμένο πόσιμο νερό).
Η ανώτερη επιτρεπτή τιμή της αγωγιμότητας είναι 1000μs/cm ενώ ενδεικτική τιμή είναι τα 400μs/cm (όρια της Ευρωπαϊκής Ένωσης).
Σύμφωνα με δεδομένα του Υπ. Γεωργίας της τελευταίας δεκαπενταετίας, παρατηρείται μια προοδευτική αύξηση της αγωγιμότητας σε όλα τα μεγάλα ελληνικά ποτάμια για τα οποία υπάρχουν στοιχεία. Η αύξηση της αγωγιμότητας στη διάρκεια αυτής της περιόδου είναι εντυπωσιακή και κυμαίνεται μεταξύ 9 και 40%, ανάλογα με το ποτάμι (Σκουληκίδης, 1996). Τα αίτια που προκαλούν αυτό το φαινόμενο είναι:
- Η διαχρονική μείωση των ποτάμιων απορροών που οδηγούν σε αύξηση του ποσοστού της βασικής απορροής και προκαλούν εντονότερη διείσδυση του θαλασσινού νερού προς τα ανάντι και προς τους υπόγειους υδροφόρους ορίζοντες.
- Η αύξηση της εξατμισοδιαπνοής κατά τις αρχές της δεκαετίας ‘80 και τις αρχές της δεκαετίας ‘90.
- Οι εντατικές αρδεύσεις που προκαλούν αλάτωση των εδαφών.
- Η αύξηση της ρύπανσης των επιφανειακών αποδεκτών.
- Η κατακράτηση σημαντικών ποσοτήτων νερού στα φράγματα αλλά και στα γειτονικά κράτη (προκειμένου για διασυνοριακούς ποταμούς) που επιτείνει την προέλαση της θάλασσας προς τα ανάντι και την υφαλμύρωση των υπόγειων νερών.
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Η ρύπανση με άλατα αυξάνει την αγωγιμότητα του νερού και προκαλεί διαταραχές στους υδρόβιους οργανισμούς. Οι ανθρώπινοι ρύποι φθάνουν στο νερό του ποταμού με τις βροχοπτώσεις, ή με άμεση απόρριψη στον ποταμό οικιακών λυμάτων, εκροών από βιομηχανική διάσπαση αλάτων κ.λ.π.
ΘΕΜΑΤΑ ΣΥΖΗΤΗΣΗΣ
- Γιατί το σκληρό νερό δεν είναι κατάλληλο για πλύση;
ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ: 23
2.4 Αλατότητα του νερού
Ως αλατότητα του νερού μπορεί να καθοριστεί η συγκέντρωση των ιόντων, θετικών ή αρνητικών, των χημικών ουσιών που βρίσκονται διαλυμένες μέσα στο νερό. Η αλατότητα του θαλασσινού νερού πλησιάζει τα 35 γραμμάρια αλάτων ανά λίτρο, εκ των οποίων τα 30 είναι χλωριούχο νάτριο. Τα γλυκά νερά περιέχουν λιγότερο από 0.5 γραμμάρια άλατος ανά λίτρο. Νερά με ενδιάμεση περιεκτικότητα σε άλατα, ονομάζονται υφάλμυρα.
2.4.1 Είναι όλα τα εσωτερικά νερά το ίδιο «γλυκά»;
Είναι συνηθισμένο να εξομοιώνουμε τα ηπειρωτικά νερά με τα γλυκά. Αυτό όμως δεν είναι πάντα σωστό. Μερικά εσωτερικά υδάτινα περιβάλλοντα έχουν πολύ υψηλότερη αλατότητα από το θαλασσινό νερό.
2.4.2 Τι συμβαίνει όταν οι οργανισμοί είναι περισσότερο «αλμυροί» από το περιβάλλον μέσο;
Η αλατότητα είναι ένας βασικός παράγοντας που αναγκάζει τους υδρόβιους οργανισμούς να διατηρούν ορισμένους πολύπλοκους μηχανισμούς για να εξασφαλίζουν σταθερότητα στο εσωτερικό τους ισοζύγιο αλάτων, έναντι εκείνου του περιβάλλοντος μέσου στο οποίο ζούν.
Όλοι οι οργανισμοί περιέχουν διαλυμένα άλατα μέσα στα κύτταρά τους. Η συγκέντρωση των αλάτων αυτών υπολογίζεται σε 350/00 (δηλαδή 35g/l, το ίδιο όπως το θαλασσινό νερό). Αυτό είναι μιά ένδειξη ότι η ζωή μπορεί να ξεκίνησε από τη θάλασσα.
Τα ζώα που ζούν στη θάλασσα είναι τόσο «αλμυρά», όσο και το νερό γύρω τους, άρα το νερό ούτε μπαίνει ούτε βγαίνει από τα κύτταρά τους. Για τα ζώα όμως του γλυκού νερού το περιεχόμενο των κυττάρων τους έχει πολύ μεγαλύτερη συγκέντρωση αλάτων από το περιβάλλον τους, και η όσμωση τείνει να τραβήξει νερό από το περιβάλλον μέσα στα κύτταρα. Χωρίς κάποια προστατευτικά μέτρα τα ζώα αυτά θα διογκώνονταν και θα έσκαγαν.
2.4.3 Οι οργανισμοί του γλυκού νερού έχουν αναπτύξει τρόπους αντιμετώπισης της όσμωσης…
2.4.3.1 Αποβάλλοντας το περίσσευμα νερού
Ακόμη και τα μονοκύτταρα ζώα έχουν ειδικά οργανίδια (σφυγμώδη χυμοτόπια) για να αποβάλλουν την περίσσεια νερού.
Ψάρια του γλυκού νερού έχουν ως κύρια οσμωρυθμιστική λειτουργία του οργανισμού τους την αποβολή, κυρίως από τα βράγχια και το δέρμα, του παραπανίσιου νερού που μπαίνει στο σώμα τους. Η γρήγορη μεταφορά των ψαριών αυτών στη θάλασσα έχει ως άμεσο αποτέλεσμα το θάνατό τους από αφυδάτωση (Οικονομίδης, 1991).
2.4.3.2 Εμποδίζοντας την είσοδό του στο εσωτερικό του σώματός τους
Αλλα είδη ζώων έχουν σώμα που δε διαπερνάται εύκολα από το νερό, όπως όσα είναι κλεισμένα σε όστρακο, ή το σώμα τους σκεπάζεται από κάποιο σκληρό κέλυφος (καραβίδα), ή σκληρή επιδερμίδα (ερπετά), ή σκληρό περίβλημα (εξωτερικός σκελετός των εντόμων).
2.4.3.3 Περιορίζοντας τις δραστηριότητές τους σε περιβάλλοντα με σταθερή αλατότητα
Πολλά είδη έχουν προσαρμοστεί σε αρκετά «στενά όρια» περιεκτικότητας διαλυμένων αλάτων στο περιβάλλον μέσο. Χτυπητό παράδειγμα αποτελούν τα αμφίβια. Αν τα αμφίβια βρεθούν σε νερά περισσότερο «αλμυρά» από αυτά στα οποία έχουν προσαρμοστεί, απειλούνται άμεσα με εξαφάνιση, λόγω της πολύ διαπερατής στο νερό επιφάνειας του σώματός τους (Λαζαρίδου-Δημητριάδου, 1991).
2.4.3.4 Διευρύνοντας με διάφορους τρόπους τη δυνατότητα προσαρμογής τους
Υπάρχουν ωστόσο οργανισμοί που μπορούν να επιζήσουν σε περιβάλλοντα με διαφορετική αλατότητα (όπως της θάλασσας και των ποταμών) και ονομάζονται «ευρύαλοι«. Τέτοια είδη είναι μερικά παράκτια ψάρια που ανεβαίνουν συχνά τα ποτάμια ρεύματα, όπως τα κεφαλόπουλα, οι γοβιοί, οι λάμπραινες, οι μουρούνες, οι θαλάσσιες πέστροφες και οι σωλωμοί (ανάδρομα είδη). Ο λόγος αυτής της «ανάβασης» από τη θάλασσα στα ποτάμια είναι η ωοτοκία. Το χέλι είναι αντίστροφο παράδειγμα, οργανισμού που ενώ ζει στα ποτάμια, ωοτοκεί στη θάλασσα των Σαργάσσων, σε απόσταση 5.000km από την Ελλάδα, και είναι ο μόνος γνωστός οργανισμός που κατεβαίνει από τα ποτάμια προς τη θάλασσα (κατάδρομο είδος).
Στο Lamperta fluviatilis, κατά τη διάρκεια της μετανάστευσης από τη θάλασσα στο γλυκό νερό, εξ αιτίας της εισόδου μεγάλης ποσότητας νερού στο σώμα από το γυμνό δέρμα, η έκκριση ούρων αυξάνει και φθάνει το 45% του βάρους του σώματός του ανά ημέρα. Αντίθετα στο χέλι, ένα παχύ στρώμα βλέννας εμποδίζει την απώλεια νερού και αλάτων, όταν αυτό μεταναστεύει στη θάλασσα. Αν σκουπίσουμε τη βλέννα μ’ ένα κομμάτι ύφασμα, το χέλι μέσα στη θάλασσα πεθαίνει αμέσως (Οικονομίδης, 1991).
2.4.4 Μήπως η αύξηση της αλατότητας των γλυκών νερών θα ευνοούσε την επιβίωση των οργανισμών σ’ αυτά;
Η φυσική διαβάθμιση της αλατότητας των εσωτερικών νερών είναι πολύ πλατιά. Αυξημένες τιμές ωστόσο μπορούν να παρουσιαστούν πολλές φορές ως αποτέλεσμα ανθρώπινων δραστηριοτήτων. Όταν η τιμή της ξεπεράσει τα 500mg/l τότε το νερό δεν θεωρείται κατάλληλο για πόση, ενώ έχουμε καταστροφικές επιδράσεις σε καλλιέργειες που αρδεύονται με νερό αλατότητας άνω του 0.5-1g/l (Williams, 1987).
Η αύξηση της αλατότητας είναι ένα διογκούμενο ανησυχητικό πρόβλημα των άνυδρων και ημίξερων περιοχών, και οφείλεται στην υπερβολική άρδευση που οδηγεί σε μεγάλες συγκεντρώσεις αλάτων. Το νερό αυτό μετά την άρδευση καταλήγει πάλι, επιφανειακά ή υπο-επιφανειακά, στους ποταμούς. Άλλες αιτίες αύξησης του NaCl στα νερά των ποταμών είναι η χρήση του αλατιού το χειμώνα για το λιώσιμο των πάγων στα οδικά δίκτυα, και η συγκράτηση του νερού από αρδευτικά ή υδροηλεκτρικά έργα, που προκαλεί υποχώρηση των πεδινών υδροφόρων οριζόντων και αντίστοιχη διείσδυση του θαλασσινού νερού κατά αρκετά χιλιόμετρα προς τα ανάντι.
Οι Crowther και Hynes (1977) υποστήριξαν ότι τα μακροασπόνδυλα δηλητηριάζονται όταν οι συγκεντρώσεις του Cl– ξεπεράσουν το 1g/l. Στην Αυστραλία διάφορα κοινά είδη της πανίδας έχουν εξαφανιστεί από εκτεταμένες περιοχές, ως αποτέλεσμα αύξησης της αλατότητας (Williams, 1987).
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Οι σημαντικές χρονικές εναλλαγές της αλατότητας έχουν καταστροφικές επιπτώσεις στους ζωικούς και φυτικούς οργανισμούς, όπως στη βακτηριδιακή πανίδα, στα μικροφύκη και τα μακρόφυτα, στην παρόχθια βλάστηση, στα ψάρια, τα αμφίβια, τα ερπετά και τα θηλαστικά που διαβιούν σε γλυκά νερά (Hart et al., 1990) και προκαλούν μεγάλες διαταραχές στην ισορροπία του οικοσυστήματος. Με την καταστροφή της βακτηριδιακής πανίδας μειώνεται η ικανότητα αυτοκαθαρισμού του ποτάμιου οικοσυστήματος, ενώ με την απομάκρυνση των μακροφύτων περιορίζεται η συγκράτηση ρυπαντών στην παρόχθια ζώνη.
ΘΕΜΑΤΑ ΣΥΖΗΤΗΣΗΣ
- Γιατί αν βάλουμε μια σταφίδα στο νερό φουσκώνει;
ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ: 16, 18.
2.5 Τα θρεπτικά άλατα
Τα θρεπτικά άλατα είναι ανόργανα υλικά απαραίτητα για τη ζωή, αφού τα βασικά συστατικά τους χρησιμεύουν στους οργανισμούς είτε ως δομικά υλικά, είτε για την παραγωγή ενέργειας μέσω της οξείδωσής τους. Έτσι σημαντικές μεταβολικές διαδικασίες επηρεάζουν και επηρεάζονται από τα θρεπτικά, όπως η πρωτογενής παραγωγή από τους αυτότροφους οργανισμούς, και η μικροβιακή αποσύνθεση του οργανικού υλικού. Το άζωτο (N2) και ο φωσφόρος (P) διεγείρουν την πρωτογενή παραγωγή, ενώ το πυρίτιο (Si) είναι σημαντικό για την κατασκευή των κυτταρικών τοιχωμάτων των διατόμων (μονοκύτταρα και πολυκύτταρα φύκη).
2.5.1 Δυναμική των θρεπτικών αλάτων του ποταμού
Ο κύκλος των θρεπτικών περιγράφει το πέρασμα ενός ατόμου ή ιόντος ενός διαλυμένου ανόργανου θρεπτικού, προς την ενσωμάτωσή του στους ζωντανούς ιστούς ενός οργανισμού και τη σταδιακή ανοργανοποίησή του πάλι, με τις σωματικές απεκκρίσεις ή με την αποσύνθεση του οργανισμού. Στα περισσότερα οικοσυστήματα τα θρεπτικά ανακυκλώνονται τοπικά, και η ροή του ποταμού συνεχίζει και μορφοποιεί τους κύκλους των θρεπτικών σανσπιράλ. Αρχικά το σε ανόργανη διαλυμένη μορφή θρεπτικό διανύει μιαν απόσταση, (SW στην Εικ-2.12) προτού δεσμευθεί από κάποιον οργανισμό (U). Κατόπιν μεταφέρεται από τον ζωντανό οργανισμό (απόσταση SB), ζωικό ή φυτικό, έως την απελευθέρωσή του πάλι στο υδάτινο περιβάλλον (R).
Αβιοτικές και βιοτικές διαδικασίες επηρεάζουν συνεχώς τη μετακίνηση των θρεπτικών. Μεγάλης ταχύτητας ρεύματα μειώνουν τις ευκαιρίες για βιολογική δέσμευση και αυξάνουν την ταχύτητα μεταφοράς των θρεπτικών και τη συσσώρευσή τους στα κατώτερα τμήματα του ποταμού, ενώ τα μικρής ταχύτητας ρέματα αυξάνουν τις ευκαιρίες για βιολογική δέσμευση. Με την άμεση δέσμευση από τους αυτότροφους και τα μικρόβια, η βιολογική κοινωνία επιδρά έντονα στη δυναμική των θρεπτικών. Ωστόσο, οι μεγάλες ποσότητες θρεπτικών υλικών που μεταφέρουν τα ρέματα και τα ποτάμια, ανακυκλούμενες συνεχώς κατά την κατάντι μεταφορά τους, ελέγχονται από ένα σύνθετο, αλληλοεξαρτώμενο σύνολο βιολογικών – υδρολογικών και φυσικοχημικών διαδικασιών.
2.5.2 Ο κύκλος του αζώτου
Το άζωτο (Ν2) είναι βασικό συστατικό της σύνθεσης των πρωτεϊνών, η οποία είναι απαραίτητη για όλους τους ζωντανούς οργανισμούς. Το άζωτο αποτελεί τα 4/5 της γήινης ατμόσφαιρας και υπάρχει, σε πολύ μικρότερη αλλά αρκετά σημαντική ποσότητα, και στα υδάτινα περιβάλλοντα. Ωστόσο τα φυτά δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν άμεσα αυτό το αέριο. Το μόριο του αέριου αζώτου χαρακτηρίζεται στην πραγματικότητα από έναν τριπλό δεσμό (N N), πολύ ισχυρό, που είναι δύσκολο να σπάσει. Μόνον ορισμένα βακτήρια, π.χ. τα κυανοβακτήρια (πιο γνωστά με το όνομα μπλε φύκη), είναι ικανά να το δεσμεύσουν ως αέριο μόριο, μετατρέποντάς το σε αμμωνιακό άλας (NH4+). (Lacroix, 1991).
Το κύριο προϊόν διάσπασης των αζωτούχων οργανικών ενώσεων (πρωτεΐνες, αμινοξέα, ουρία, ουρικό οξύ), αλλά και απέκκρισης των υδρόβιων οργανισμών, είναι το αμμώνιο (NH4+) σε τιμές pH κατώτερες του 7, και η αμμωνία (NH3) σε τιμές pH υψηλότερες του 7.
Τα νιτρώδη (NO2—) και τα νιτρικά (NO3—) άλατα σχηματίζονται από μικροβιακή οξείδωση αμμώνιου ή αμμωνίας, σε καλά οξυγονωμένα νερά, σε δύο στάδια: πρώτα σε NO2— κι ύστερα σε NO3—.
NH3 + 3/2O2 –(Nitrosomonas)–> HNO2 + H2O + 79kcal
HNO2 + 1/2O2 –(Nitrobacter)–> HNO3 + 22kcal
Το άζωτο τελικά προσλαμβάνεται εύκολα από τα φυτά με τη μορφή νιτρικών ιόντων (που είναι οι πιο κοινές και σταθερές μορφές σε νερά καλά οξυγονωμένα), αλλά και ιόντων αμμωνίου.
Νιτρικά άλατα μπορούν να προέλθουν ακόμη κι από χημικές ουσίες που παράγονται από αστραπές στον αέρα (ατμοσφαιρικός ιονισμός) και οι οποίες καταλήγουν τελικά στο έδαφος με τις βροχές. Πολύ διαλυτά στο νερό τα νιτρικά, ξεπλένονται εύκολα απ’ το έδαφος, ή παρασύρονται από ρέοντα νερά σε υδάτινα περιβάλλοντα. Ορισμένα βακτήρια μπορούν να οξειδώσουν τα νιτρικά υπό αναερόβιες συνθήκες και με τη διαδικασία της απονιτροποίησης να παράγουν τελικά αέριο άζωτο (Ν2).
Σε καλά οξυγονωμένα υποστρώματα του πυθμένα του ποταμού (χαλικώδη-βοτσαλώδη υποστρώματα) η απονίτρωση συντελείται σε πολύ μικρό ποσοστό, ενώ μέσα σε ιλυώδη ιζήματα όπου τα επίπεδα του οξυγόνου είναι χαμηλά, η διαδικασία της απονίτρωσης είναι εκτεταμένη. Εκτός αυτού, οι αναερόβιες συνθήκες εμποδίζουν και τις λειτουργίες της νιτροποίησης, προκαλώντας συσσώρευση αμμωνίας (Allan, 1995).
2.5.3 Ο κύκλος του φωσφόρου
Ο φωσφόρος είναι ένα αρκετά σπάνιο στοιχείο στη γη. Οι ζωντανοί οργανισμοί χρειάζονται πολύ μικρές ποσότητες φωσφόρου, οι οποίες όμως είναι απαραίτητες σε όλες τις μορφές ζωής. Τα φωσφορούχα οργανικά σύνθετα αποσυνθέτονται από μικροοργανισμούς και μετατρέπονται σε διαλυτά φωσφορικά (ΡΟ4, Ρ2Ο5). Αυτά τα τελευταία αποτελούν τα ολικά φωσφορικά που αφομοιώνονται και ανακυκλώνονται πολύ γρήγορα απ’ τους οργανισμούς, συμμετέχοντας σε μιά ποικιλία βιολογικών μεταβολισμών, ώστε τελικά βρίσκονται σε πολύ μικρές ποσότητες μέσα στο νερό.
Ο φωσφόρος βρίσκεται φυσιολογικά σε περιορισμένες ποσότητες στα ποτάμια και στα ρέοντα νερά. Η φυσική παραγωγή φωσφορικών είναι ελάχιστη. Προέρχεται κυρίως από βροχές και από τη διάβρωση πετρωμάτων που περιέχουν φωσφορικά (π.χ. απατίτης) (Prigge & Tissler, 1997).
Τα φωσφορικά, όπως και τα νιτρικά, χαρακτηρίζονται ως «θρεπτικά άλατα» και αποτελούν καθοριστικό παράγοντα για την ανάπτυξη των φυτών. Σε καλά οξυγονωμένο περιβάλλον, ο φωσφόρος συνδυάζεται και με άλλα στοιχεία (σίδηρο, αλουμίνιο) και σχηματίζει αδιάλυτα συμπλέγματα (π.χ. σύμπλοκο τρισθενούς σιδήρου με φωσφόρο) που καθιζάνουν στον πυθμένα των υδατοσυλλογών. Ένα τμήμα του φωσφόρου λοιπόν αποθηκεύεται ως ίζημα. Σε περιόδους όμως έλλειψης οξυγόνου, αυτά τα χημικά σύνθετα μπορούν να μετασχηματιστούν σε πιο διαλυτά σύνθετα. Η λάσπη απελευθερώνει έτσι έως και 1.000 φορές περισσότερα φωσφορικά άλατα σε περιόδους ανοξίας (έλλειψης οξυγόνου), απ’ ότι σε περιόδους καλής οξυγόνωσης (Lacroix, 1991).
2.5.4 Ανθρωπογενείς επιδράσεις στα θρεπτικά άλατα των ποταμών
Τα επίπεδα συγκέντρωσης των θρεπτικών αλάτων είναι πολύ χαμηλά σε μη ρυπασμένα νερά, αλλά πολύ υψηλά στα περισσότερα ποτάμια των εύκρατων περιοχών. Αυτό οφείλεται σε εισροές από γεωργικά λιπάσματα, λύματα και βιομηχανικά απόβλητα. Όταν οι συγκεντρώσεις των θρεπτικών ξεπεράσουν κάποια όρια, προκαλούν το φαινόμενο του ευτροφισμού.
Οι διαφορετικές μορφές αζώτου με τις οποίες αυτό εμφανίζεται στα νερά μπορεί να προέρχονται από την ατμόσφαιρα με διάχυση, από επιφανειακές απορροές και ανθρωπογενείς εισροές, και από οξείδια του αζώτου βιομηχανικής προέλευσης που καταλήγουν στα νερά με τις βροχοπτώσεις (όξινη βροχή).
Η αστικοποίηση, η βιομηχανοποίηση και η εντατική χρήση λιπασμάτων κατά τα τελευταία χρόνια αύξησαν σημαντικά τις παρενέργειες αυτών των εισροών και προκάλεσαν μεγάλες διαταραχές στους φυσικούς κύκλους αυτών των στοιχείων.
Κύρια πηγή προέλευσης της αμμωνίας είναι οι αποπλύσεις των λιπασμάτων και η απόρριψη οικιακών λυμάτων που περιέχουν ουρία, ενώ η κυριότερη πηγή των νιτρικών αλάτων είναι τα γεωργικά λιπάσματα. Σε μεγάλες συγκεντρώσεις η αμμωνία, όπως και τα νιτρικά, είναι τοξική. Η συσσώρευση νιτρικών στα υπόγεια αποθέματα νερού και ο κίνδυνος να φθάσουν στο νερό ύδρευσης προκαλούν μεγάλη ανησυχία τα τελευταία χρόνια (Prigge & Tissler, 1997).
Στο πόσιμο νερό, οι ανώτερες επιτρεπτές τιμές της Ευρωπαϊκής Ένωσης για τα νιτρικά, τα φωσφορικά και την αμμωνία δίδονται στον παρακάτω πίνακα: (Υγειονομ. διάταξη αρ. Α5/288/23-1-86, βασισμένη στην 80/778/17-7-80 οδηγία της ΕΟΚ)
| NO3— mg/l | NO2— mg/l | P2O5 mg/l | NH3 mg/l | |
| Ανώτερες τιμές | 50 | 0.1 | 5 | 0.5 |
| Ενδεικτικές τιμές | 25 | — | 0.4 | 0.05 |
Η μεγαλύτερη πηγή φωσφορικής ρύπανσης, εκτός των βιομηχανικών αποβλήτων και των εκπλύσεων των λιπασμάτων, είναι τα οικιακά φωσφατούχα απορρυπαντικά των οικιακών λυμάτων.
Όσον αφορά τα ελληνικά ποτάμια, παρατηρείται σημαντική αύξηση της περιεκτικότητας νιτρικών στον Έβρο, τον Πηνειό και τον Αξιό, μέσα στην τελευταία δεκαετία. Τα άλλα μεγάλα ποτάμια δεν παρουσιάζουν σημαντικές διαφοροποιήσεις ως προς τα νιτρικά, ενώ οι συγκεντρώσεις φωσφόρου δεν παρουσιάζουν ιδιαίτερη μεταβολή στο σύνολο των μεγάλων ποταμών (Σκουληκίδης, 1996).
2.6 Διαύγεια
Το φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που εκπέμπεται από τον ήλιο, εκτείνεται από το υπεριώδες (μικρά μήκη κύματος) έως το υπέρυθρο (μεγάλα μήκη κύματος), περιλαμβάνοντας όλα τα ενδιάμεσα μήκη κύματος, και μεταξύ αυτών και το ορατό τμήμα του φάσματος.
Οι ακτίνες του ήλιου διασχίζουν ανεμπόδιστα το μεγαλύτερο μέρος της διαδρομής από τον ήλιο έως τη γη, αλλά υφίστανται πολλές τροποποιήσεις κατά το πέρασμά τους από τη γήινη ατμόσφαιρα. Η υπεριώδης ακτινοβολία απορροφάται κυρίως από το στρώμα του όζοντος, ενώ η απορρόφηση των υπέρυθρων ακτινοβολιών οφείλεται κυρίως στα μόρια του νερού (μικροσκοπικά σταγονίδια ή υδρατμούς) και του διοξειδίου του άνθρακα.
Άλλες ακτινοβολίες του ηλιακού φάσματος ανακλώνται και άλλες διαθλώνται, κυρίως από τα μικροσκοπικά σταγονίδια του νερού της ατμόσφαιρας, προς διάφορες κατευθύνσεις, που εξαρτώνται από το μήκος κύματός τους, προκαλώντας τη διάχυση της ηλιακής ακτινοβολίας. Περίπου το 50% της ηλιακής ενέργειας φτάνει τελικά στην επιφάνεια του πλανήτη, μετά το πέρασμά της από την ατμόσφαιρα.
Η φωτεινότητα σε μια συγκεκριμένη τοποθεσία εξαρτάται από το υψόμετρο, την εποχή, τη νέφωση και την ώρα της ημέρας.
2.6.1 Γιατί ο βαθμός διαύγειας μιας υδατοσυλλογής επηρεάζει σημαντικά τη ζωή του ποταμού;
Φτάνοντας οι φωτεινές ακτίνες στην επιφάνεια του νερού, ένα ποσοστό τους ανακλάται και πάλι προς την ατμόσφαιρα, και το ποσοστό αυτό γίνεται σημαντικότερο όταν ο ήλιος βρίσκεται χαμηλά στον ορίζοντα. Ένα άλλο ποσοστό εισέρχεται στο νερό όπου διαθλάται και διαχέεται από τα μόρια του νερού και τα αιωρούμενα υλικά, και ένα άλλο σημαντικό ποσοστό φωτός απορροφάται από το νερό, στα πρώτα εκατοστά ακόμη. Η φωτεινή ένταση λοιπόν ελαττώνεται πολύ γρήγορα με την αύξηση του βάθους. Στο καθαρό νερό μειώνεται περίπου στο μισό μετά το πρώτο μέτρο (Lacroix, 1991).
Πολλών υδρόβιων φυτών το ριζικό σύστημα έχει πάψει να χρησιμεύει ως μέσο στερέωσης στο υπόστρωμα. Αυτά τα φυτά, όπως π.χ. ένα είδος νούφαρου (Nymphoides), το κάστανο του νερού (Trapa natans), τα κερατόφυλλα (Ceratophyllum) κ.ά., επιπλέουν ελεύθερα, απαγκιστρωμένα από το υπόστρωμα, στην προσπάθειά τους να παραμένουν πάντα στην υδάτινη επιφάνεια παρά τις διακυμάνσεις του επιπέδου του νερού, ώστε να μη στερηθούν το φως (Lacroix, 1991).
2.6.2 Πώς επιδρά η ρύπανση στη διαύγεια του νερού;
Τα ποτάμια με τη ροή τους παρασέρνουν διάφορα υλικά που επηρεάζουν τη διαύγειά τους. Στα νερά των ρεμάτων, το φαινόμενο της αιώρησης διαφόρων υλικών και της έντονης θολότητας είναι κανόνας. Η αύξηση των διαλυμένων οργανικών υλικών, των αιωρούμενων μορίων και σωματιδίων ή και μικροοργανισμών, που παρατηρείται με την αυξανόμενη ρύπανση κατά τα τελευταία χρόνια, εμποδίζει σημαντικά τη διείσδυση εις βάθος του φωτός στο νερό και συντελεί στη μεγαλύτερη απορρόφηση ηλιακής ενέργειας. Κατά συνέπεια έχουμε και μείωση της αφθονίας των φυτικών φωτοσυνθετικών οργανισμών και μείωση της λειτουργίας της φωτοσύνθεσης και επομένως του παραγόμενου οξυγόνου στα βαθύτερα στρώματα νερού και στον πυθμένα. Επίσης έχουμε μείωση της διαλυτότητας του οξυγόνου, λόγω της θέρμανσης των νερών από την απορρόφηση της ηλιακής ενέργειας, και επομένως μείωση και της περιεκτικότητάς του.
Ο βαθμός διαύγειας μιας υδάτινης μάζας είναι ένας από τους παράγοντες που καθορίζουν το ποσοστό του διαλυμένου στο νερό οξυγόνου.
2.7 Αέρια
2.7.1 Αέρια διαλυμένα στο νερό του ποταμού
Το νερό περιέχει πολλά αέρια σε διάλυση. Όλα τα αέρια της ατμόσφαιρας είναι διαλυτά στο νερό. Έχουν λοιπόν την τάση να διαχέονται στα υδάτινα περιβάλλοντα μέσω του αέρα και αναλόγως της μερικής πίεσής τους στον ατμοσφαιρικό αέρα. Οι ποσοστιαίες αναλογίες τους όμως δεν είναι παρόμοιες μέσα στην ατμόσφαιρα και μέσα στα νερά. Η αναλογία οξυγόνου προς διοξείδιο του άνθρακα π.χ. είναι 635:1 στον αέρα, ενώ στο καθαρό νερό δεν είναι μεγαλύτερη από 20:1, κι αυτό επειδή το οξυγόνο είναι 31 φορές λιγότερο διαλυτό απ’ το διοξείδιο του άνθρακα.
Το άζωτο, που είναι το πρώτο συνθετικό του αέρα, είναι δύο φορές λιγότερο διαλυτό απ’ το οξυγόνο.
Η διαλυτότητα των αερίων ελαττώνεται με την υψομετρική μείωση της ατμοσφαιρικής πίεσης, έτσι ώστε η περιεκτικότητα του νερού σε αέρια είναι μικρότερη σε ορεινά υδάτινα περιβάλλοντα, απ’ ό,τι στο επίπεδο της θάλασσας, όπου η ατμοσφαιρική πίεση (σε bar ή atm) ισούται με τη μονάδα.
Η διαλυτότητα των αερίων αυξάνεται σε χαμηλές θερμοκρασίες και σε νερά που αναδεύονται. Έτσι, κρύα, ορμητικά ορεινά ρέματα έχουν αυξημένες συγκεντρώσεις αερίων.
Το οξυγόνο στο νερό διαχέεται με αργότερο ρυθμό απ’ ό,τι στον αέρα, ώστε η ομοιόμορφη κατανομή του σε όλη τη μάζα του νερού εξαρτάται και πάλι από την ανάδευση του νερού. Όμως, καθώς η διαλυτότητά του στο νερό ελαττώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, η αύξηση αυτή της θερμοκρασίας επιταχύνει το μεταβολισμό των οργανισμών και συντελεί στην αύξηση των απαιτήσεών τους σε οξυγόνο. Βλέπουμε λοιπόν πώς η θερμοκρασία του νερού επηρεάζει με δύο τρόπους την περιεκτικότητα του νερού σε οξυγόνο. Σε σχέση με την επίδραση της θερμοκρασίας στην κατανάλωση του οξυγόνου, πρέπει να αναφερθεί επίσης ότι στους εξώθερμους υδρόβιους οργανισμούς η κατανάλωση του οξυγόνου αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας μέχρις ενός σημείου, πάνω από το οποίο παρουσιάζονται φαινόμενα δηλητηρίασης, και ο βαθμός του μεταβολισμού πέφτει απότομα.
2.7.2 Αλληλεπιδράσεις μεταξύ αερίων και βιολογικών διαδικασιών
Ο βαθμός συγκέντρωσης των αερίων στο νερό δεν καθορίζεται μόνον από τη διάχυσή τους σ’ αυτό μέσω του αέρα, αλλά και από βιολογικές διαδικασίες. Αυτό το φαινόμενο είναι ιδιαίτερα χαρακτηριστικό για το οξυγόνο και το διοξείδιο του άνθρακα, που παίζουν βασικό ρόλο στη φωτοσύνθεση και την αναπνοή.
Κατά τη φωτοσύνθεση τα φυτά αντλούν διοξείδιο του άνθρακα με τα φύλλα τους. Ύστερα, χρησιμοποιώντας την ενέργεια του ηλιακού φωτός που τη δεσμεύουν με τη βοήθεια μορίων χλωροφύλλης των πράσινων φύλλων, μετατρέπουν το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε γλυκόζη, με την ταυτόχρονη έκλυση οξυγόνου. Η φωτοσύνθεση: 6CO2 + 12H2O + ηλ.ενέργεια –(χλωροφύλλη)–> C6H12O6 + 6O2– + 6H2O επιτρέπει στα φυτά να μετατρέψουν την ηλιακή σε χημική ενέργεια, με την ταυτόχρονη σύνθεση οργανικών υλών. Μ’ αυτόν τον τρόπο, τα φυτά παράγουν μόνα τους την τροφή και το οξυγόνο που χρειάζονται για την αναπνοή τους.
Επειδή η φωτοσύνθεση εξαρτάται απ’ τη φωτεινή ενέργεια και τη θερμοκρασία, η παραγωγή οξυγόνου των υδρόβιων φυτών είναι μέγιστη κατά το καλοκαίρι και στην επιφάνεια των νερών.
Οι συγκεντρώσεις του οξυγόνου και του διοξειδίου του άνθρακα επηρεάζονται έντονα από τη λειτουργία της φωτοσύνθεσης. Ιδιαίτερα σε νερά μικρής ροής, όπου άφθονα υδρόβια φυτά μπορεί να αναπτυχθούν, το ποσοστό του οξυγόνου αυξάνεται και του διοξειδίου του άνθρακα μειώνεται κατά τη διάρκεια της ημέρας, ενώ το αντίθετο ακριβώς συμβαίνει κατά τη διάρκεια της νύχτας. Εάν δεν υπάρχει έντονη φωτοσυνθετική δραστηριότητα, οι αλλαγές της θερμοκρασίας μεταξύ ημέρας και νύχτας προκαλούν την αντίθετη διαβάθμιση στις συγκεντρώσεις οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα.
Η αναπνοή επιτρέπει στο σύνολο των ζωντανών οργανισμών ν’ απελευθερώσουν την αποθηκευμένη σε οργανικά μόρια χημική ενέργεια, που θα χρησιμοποιήσουν κατόπιν τα ζωντανά κύτταρα, κυρίως για συνθέσεις πολύπλοκων μορίων και δομών και για την πραγματοποίηση άλλων ζωτικών λειτουργιών. Κατά την αναπνοή, αντίθετα από τη φωτοσύνθεση, διασπάται (καίγεται) η γλυκόζη (ή άλλοι πολυσακχαρίτες) με τη βοήθεια οξυγόνου και παράγεται διοξείδιο του άνθρακα και νερό, με την ταυτόχρονη έκλυση θερμικής ενέργειας:
C6H12O6 + 6O2 –> 6CO2 + 6H2O + ενέργεια
Η οξείδωση των μορίων μπορεί να γίνει με ή χωρίς οξυγόνο. Όμως χωρίς οξυγόνο (αναερόβιες συνθήκες) παράγεται πολύ λιγότερη ενέργεια, σε σχέση με την ενέργεια που παράγεται όταν υπάρχει και χρησιμοποιείται οξυγόνο (αερόβιες συνθήκες). Έτσι οι περισσότεροι οργανισμοί επιλέγουν την αερόβια αναπνοή που εξασφαλίζει άφθονη ενέργεια, απαραίτητη στους ανώτερους, εξελιγμένους οργανισμούς.
Η αναπνοή των φυτικών και ζωικών οργανισμών καθώς και η οξείδωση οργανικών ουσιών αφαιρούν οξυγόνο από τα νερά. Η επίδραση αυτής της διαδικασίας είναι εμφανέστερη τις νυχτερινές ώρες, κατά τις οποίες δεν πραγματοποιείται φωτοσύνθεση. Η κατάσταση επιδεινώνεται κατά την περίοδο του καλοκαιριού, επειδή η αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί αύξηση της μικροβιακής δραστηριότητας και μείωση της διαλυτότητας του οξυγόνου στο νερό (Kempe, Fettine & Cauwet, 1991).
Η διάχυση των αερίων από τον ατμοσφαιρικό αέρα στο νερό δεν παίζει σημαντικό ρόλο στα μεγάλα ποτάμια, λόγω της μικρότερης επιφάνειας του νερού σε σχέση με τον όγκο του, αλλά και στα ποτάμια μικρής ροής, λόγω της μειωμένης ανάδευσης του νερού. Υπ’ αυτές τις συνθήκες, οι μεταβολές των συγκεντρώσεων των αερίων εξαρτώνται σ’ ένα πολύ μεγάλο βαθμό από τις βιολογικές δραστηριότητες. Στα μεγάλα ποτάμια, η αύξηση του οργανικού τους φορτίου καθώς προχωρούν προς το κατάντι, οφείλεται πολλές φορές σε ανθρωπογενείς εισροές και προκαλεί αύξηση της μικροβιακής δραστηριότητας, υπερκατανάλωση οξυγόνου και υπερπαραγωγή διοξειδίου του άνθρακα.
Τα υπόγεια νερά είναι πολύ φτωχά σε οξυγόνο, λόγω της φωτοσυνθετικής δραστηριότητας, ενώ είναι πολύ πλούσια σε διοξείδιο του άνθρακα σαν αποτέλεσμα μικροβιακών διασπάσεων οργανικού υλικού κατά την υπόγεια διαδρομή του νερού.
2.7.3 Οταν τα φυτά δε στερούνται το νερό
Για την πραγματοποίηση της φωτοσύνθεσης και της αναπνοής, τα αέρια περνούν στα φυτά μέσα από μικροσκοπικά ανοίγματα που ονομάζονται στόματα. Τα στόματα βρίσκονται σε πολύ μεγάλο αριθμό στην επιδερμίδα κυρίως του κάτω μέρους των φύλλων tων εδαφικών φυτών, για να μειώσουν τις απώλειες νερού με τη μορφή υδρατμών κατά τη διαπνοή τους. Οι ανταλλαγές αυτές των αερίων περιορίζονται επίσης και από έναν επιφανειακό προστατευτικό υμένα των φύλλων, την εφυμενίδα. Καθώς όμως στα φύλλα των βυθισμένων στο νερό φυτών δεν υπάρχει πρόβλημα απώλειας νερού, αυτά δεν έχουν ούτε στόματα, ούτε εφυμενίδα. Έτσι οι ανταλλαγές διοξειδίου του άνθρακα και οξυγόνου πραγματοποιούνται από ολόκληρη την επιφάνειά τους.
Επιπλέον πολλά υδρόβια είδη έχουν φύλλα πολυσχιδή ή σχήματος λεπτών λωρίδων (Ceratophyllym, Myriophyllum, Ranunculus sp.), ωστε να αυξάνει αισθητά η επιφάνεια των ανταλλαγών με το περιβάλλον μέσο (Lacroix, 1991). Αυτό έγινε κυρίως για την ευκολότερη πρόσληψη του οξυγόνου από το περιβάλλον μέσο, λόγω της πολύ μικρότερής του συγκέντρωσης στο νερό.
Κάποια επιπλέοντα φύλλα, όπως αυτά των Potamogeton sp. Þ του άσπρου νούφαρου (Nymphaea alba) έχουν στόματα μόνο στην επάνω υδρόφοβη επιφάνειά τους, που είναι καλυμμένη με μια κηρώδη λεπτή μεμβράνη. Οι μίσχοι αυτών των υδρόβιων φυτών είναι συχνά κοίλοι, με σημαντικά μεσοκυττάρια διαστήματα και κανάλια που διευκολύνουν πάλι τις ανταλλαγές των αερίων (Μπαμπαλώνας, 1997).
Το φυτό Polygonum Amphibium οφείλει το όνομά του στην ικανότητά του να αναπτύσσεται τόσο καλά στην ξηρά, όσο και στην επιφάνεια του νερού. Τα επιπλέοντα φύλλα, επιμηκυσμένα και με σχήμα καρδιάς σχεδόν στη βάση (φύλλα καρδιόσχημα), δεν παρουσιάζουν στόματα παρά μόνο στην επάνω επιφάνειά τους, που είναι άτριχη και γυαλιστερή. Αντίθετα, τα φύλλα της εδαφόβιας μορφής είναι θαμπά, καλυμμένα με τρίχες, και δεν είναι καρδιόσχημα, έχουν δε περισσότερα στόματα στην κάτω επιφάνειά τους. Η ποικιλομορφία του Polygonum amphibium δεν αφορά μόνο τα φύλλα, αλλά και τους βλαστούς που είναι άκαμπτοι και με δομές στήριξης στην εδαφόβια μορφή, αλλά κούφιοι και εύκαμπτοι στην υδρόβια μορφή.
2.7.4 Οι υδρόβιοι οργανισμοί ανακάλυψαν διαφορετικούς τρόπους για να προσλαμβάνουν οξυγόνο
Στους υδρόβιους οργανισμούς η αναπνοή πραγματοποιείται είτε από την εξωτερική επιφάνεια του σώματός τους, είτε με βράγχια.
2.7.4.1 Δερματική αναπνοή
Αναπνοή από την εξωτερική επιφάνεια του σώματος πραγματοποιούν, ως κάποιο βαθμό τουλάχιστον, όλοι σχεδόν οι ζωικοί υδρόβιοι οργανισμοί, από τις απλούστερες μορφές μέχρι και κάποια ψάρια. Για να είναι αποτελεσματικός ο τρόπος αυτός της αναπνοής, είναι αναγκαίο να λειτουργεί ένα συνεχές υδάτινο ρεύμα επάνω από την επιφάνεια του σώματος των υδρόβιων οργανισμών, μέσω της οποίας γίνεται η πρόσληψη του οξυγόνου και η διάχυσή του κατόπιν προς τα κύτταρα, χωρίς την ύπαρξη ειδικών αναπνευστικών μηχανισμών.
Αποκλειστικά τέτοιου είδους αναπνοή έχουν πολλά είδη μικρών υδρόβιων οργανισμών, όπως σκουλίκια, μικρά αρθρόποδα, έμβρυα και ατελείς μορφές ψαριών ή άλλων μεγαλύτερων υδρόβιων οργανισμών. Μεταξύ των εντόμων, αυτό το είδος της αναπνοής χαρακτηρίζει κυρίως τα είδη των νερών που είναι πλούσια σε διαλυμένο οξυγόνο. Παράδειγμα: στις προνύμφες των πλεκόπτερων (πέρλες) είναι σημαντική η δερματική αναπνοή, έτσι ώστε τα βράγχια συχνά είτε απουσιάζουν, είτε έχουν περιοριστεί σε υπολειμματικές προεξοχές στη βάση των ποδιών. Αντίθετα από άλλα ψάρια, το Cobitis fussilis που είναι προσαρμοσμένο σε νερά φτωχά σε οξυγόνο, έχει προνύμφες εφοδιασμένες με εξωτερικά βράγχια, σχήματος μακριών λεπτών νηματίων. Αλλά ακόμη και σε υδρόβιους οργανισμούς που διαθέτουν βράγχια, πραγματοποιείται σε μεγάλο ποσοστό ανταλλαγή αερίων από την επιφάνεια του σώματός τους.
Η δερματική αναπνοή συμπληρώνει τη βραγχιακή αναπνοή του γόνου πολλών ψαριών και μερικών ενηλίκων, όπως των Cobitis fussilis και Anguilla anguilla (χέλι). Στα χέλια, το 12% της συνολικής αναπνευστικής εναλλαγής αερίων πραγματοποιείται στο δέρμα τους, και στα αμφίβια το 30% της αναπνευστικής λειτουργίας καλύπτεται από δερματική αναπνοή (Lacroix, 1991).
2.7.4.2 Πρόσληψη του οξυγόνου από τα βράγχια
Τα βράγχια είναι αναπνευστικά όργανα χωρισμένα σε λεπτά, μικρά ελάσματα, με πολύ καλά ανεπτυγμένο αγγειακό δίκτυο. Το αίμα που κυκλοφορεί σ’ αυτό απορροφά το διαλυμένο στο νερό Ο2 και αποβάλλει το CO2 και τα άλλα προϊόντα απέκκρισης του μεταβολισμού. Τα βράγχια είναι είτε εσωτερικά (τελευταία προνυμφικά στάδια βατράχων και ψαριών), είτε εξωτερικά (προνύμφες οδοντογνάθων, κολεοπτέρων και εφημεροπτέρων από τα έντομα, προνύμφες σαλαμανδρών, πρώιμα προνυμφικά στάδια βατράχων) (Λαζαρίδου-Δημητριάδου, 1991). Η βραγχιακή αναπνοή συναντάται, εκτός των ψαριών και των αμφιβίων, στα έντομα, στα καρκινοειδή, στα μαλάκια κ.ά.
2.7.4.3 Βράγχια με προσαρμογές για την πρόσληψη οξυγόνου και από την ατμόσφαιρα
Τα βράγχια των υδρόβιων οργανισμών είναι ευαίσθητες κατασκευές, ακατάλληλες για την αξιοποίηση του ατμοσφαιρικού οξυγόνου, και καταστρέφονται σχεδόν όταν εκτεθούν στον ατμοσφαιρικό αέρα. Σε ορισμένους όμως κατοίκους των παράκτιων περιοχών παρατηρείται μια αισθητή προοδευτική προσαρμογή των βραγχίων ή συναφών κατασκευών σε πλήρη ή περιοδική απουσία νερού. Οι προσαρμογές αυτές συνίστανται σε μείωση της βραγχιακής επιφάνειας με ταυτόχρονη ανάπτυξη έντονου δικτύου τριχοειδών αγγείων με τα οποία επιτυγχάνεται αξιοποίηση του ατμοσφαιρικού οξυγόνου. Τα είδη των καβουριών που προσαρμόστηκαν προοδευτικά σε περιβάλλον που χαρακτηρίζεται από έλλειψη ύδατος, έχουν πολύ λιγότερα βράγχια από εκείνα που ζουν στο νερό.
2.7.4.4 Με τη νηκτική κύστη στο ρόλο του πνεύμονα
Προσαρμογή των ψαριών στην αξιοποίηση του ατμοσφαιρικού οξυγόνου παρατηρείται συχνά σε είδη των γλυκών νερών, ενώ αποτελεί μάλλον σπάνιο φαινόμενο για τα είδη της θάλασσας. Τα περισσότερα είδη αυτών των ψαριών που εκμεταλλεύονται το ατμοσφαιρικό οξυγόνο, χάρη στη νηκτική κύστη που παίζει το ρόλο του πνεύμονα, μπορούν να παραμείνουν για πολλές ώρες έξω από το νερό. Ορισμένα μάλιστα από αυτά χρησιμοποιούν το ατμοσφαιρικό οξυγόνο ακόμη κι όταν δεν υπάρχει έλλειψη νερού. (Οικονομίδης, 1991).
2.7.4.5 Με αποθήκευση νερού
Το πρόβλημα της προσαρμογής των βραγχίων στην αξιοποίηση του οξυγόνου της ατμόσφαιρας έχει δημιουργηθεί σε ορισμένους υδρόβιους οργανισμούς που βρίσκονται συνήθως σε περιοχές που δεν καλύπτονται πάντα από νερό. Έτσι, οργανισμοί σαν τα δίθυρα μαλάκια (μύδια, στρείδια, κυδώνια) που ζουν σε περιοχές όπου παρατηρούνται παλιρροϊκά φαινόμενα, κλείνουν τα κελύφη τους εγκλωβίζοντας μέσα νερό μέχρι την επόμενη παλίρροια. Κατά την περίοδο αυτή, ο μεταβολισμός τους ελαττώνεται σημαντικά, κι έτσι αντιμετωπίζεται μια περίοδος μειωμένης παρουσίας οξυγόνου. Πάντως, ο κίνδυνος της ξήρανσης, για τους οργανισμούς αυτούς, είναι εντονότερος από τον κίνδυνο της προσωρινής έλλειψης οξυγόνου. (Λαζαρίδου-Δημητριάδου, 1992).
2.7.4.6 Με κατάποση φυσαλίδων αέρα
Η απλούστερη μέθοδος αναπνοής ατμοσφαιρικού οξυγόνου από τα ψάρια είναι να καταπίνουν φυσαλίδες αέρα, που τις φέρνουν σε επαφή με τα βράγχια, από την επιφάνεια των οποίων απορροφάται το οξυγόνο (Οικονομίδης, 1991).
2.7.4.7 Με αποθήκευση φυσαλίδων αέρα
Εκτός από τα ψάρια, και μερικά άλλα υδρόβια, όπως τα υδρόβια σκαθάρια, εκμεταλλεύονται το ατμοσφαιρικό οξυγόνο, αποθηκεύοντας φυσαλίδες αέρα στο δέρμα τους, όταν πρόκειται να βρεθούν κάτω από την επιφάνεια. (Λαζαρίδου-Δημητριάδου, 1992).
2.7.4.8 Εισπνέοντας απ’ ευθείας το ατμοσφαιρικό οξυγόνο
Άλλα ζώα, όπως πολυάριθμα υδρόβια έντομα, ανεβαίνουν κανονικά μέχρι την επιφάνεια του νερού, εισπνέουν τον αέρα στο επίπεδο ανοιγμάτων που ονομάζονται στίγματα και τον οδηγούν μέσω του τραχειακού συστήματος σε όργανα που τον χρησιμοποιούν.
2.7.4.9 Με «καλάμι» (αναπνευστικό σωλήνα)
Μια άλλη κατηγορία, όπως οι κάμπιες των κουνουπιών, χρησιμοποιούν αναπνευστικούς σωλήνες, σαν αναπνευστήρες, που διαπερνούν την επιφάνεια του νερού. Στη Nepa cinerea και τη Ranatra linearis, η άκρη του υπογάστριου προεκτείνεται σ’ ένα μακρύ αναπνευστικό σωλήνα. Το πιο θεαματικό παράδειγμα «αναπνευστικού σωλήνα» παρατηρείται στην προνύμφη του Eristalis sp., ένα δίπτερο της οικογένειας Syrphionide, που ζει στη λάσπη στάσιμων νερών με πολύ μικρή περιεκτικότητα οξυγόνου. Έχει ένα τηλεσκοπικό αναπνευστικό σωλήνα με τρία τμήματα, που φτάνει τα 12cm μήκος, και που χάρη σ’ αυτόν ονομάστηκε «το σκουλίκι με την ουρά ποντικού» (Lacroix, 1991).
2.7.4.10 Από καμπάνα αέρα
Το παράδειγμα της Argyroneta aquatica, που είναι η μόνη πραγματικά υδρόβια αράχνη των γλυκών νερών, είναι ίσως πιο θεαματικό. Αυτή η αράχνη μπορεί ν’ αναπνεύσει τον αέρα της επιφάνειας, ζώντας στο βάθος του νερού και περνώντας το μεγαλύτερο μέρος της ζωής της σε μια πραγματική «καμπάνα-δύτη», υφασμένη μέσα στη βλάστηση και γεμάτη με αέρα (Lacroix, 1991).
2.7.4.11 Εισπνέοντας το οξυγόνο των φυτών
Μερικά ζώα δεν χρησιμοποιούν απ’ ευθείας το ατμοσφαιρικό οξυγόνο, αλλά αυτό των φυτών. Οι προνύμφες των κολεόπτερων της οικογένειας των Chrysomelidae, με χρώματα μεταλλικά, ζουν στερεωμένα με δύο αγκαθωτές προεξοχές του υπογάστριου, σε στελέχη υδρόβιων φυτών και μπορούν και χρησιμοποιούν το οξυγόνο που περιέχεται σε κοιλότητες των φυτικών ιστών (Λαζαρίδου-Δημητριάδου, 1991).
2.7.5 Όταν το οξυγόνο δεν επαρκεί
Η ανεπάρκεια οξυγόνου αυξάνεται με το βάθος και μπορεί να οδηγήσει σε ανοξικές συνθήκες, με την υπερβολική συσσώρευση οργανικού υλικού εξ αιτίας της αποσύνθεσης.
Η έλλειψη οξυγόνου μπορεί να έχει επίπτωση και στη χημεία του νερού. Χωρίς οξυγόνο, οι οργανικές ύλες αποικοδομούνται από αναερόβια βακτήρια και έχουμε παραγωγή δηλητηριώδους υδρόθειου (H2S). Τα φωσφορικά που είναι δεσμευμένα με άλλα στοιχεία (σίδηρο, αλουμίνιο) απελευθερώνονται ελλείψει οξυγόνου και εισέρχονται στο νερό σε μεγάλες ποσότητες όπου λειτουργούν ως θρεπτικό υλικό και συντελούν σε μεγάλο βαθμό στον ευτροφισμό του νερού. Η αμμωνία και το αμμώνιο δε μετατρέπονται σε νιτρικά, που είναι η κύρια μορφή με την οποία τα φυτά προσλαμβάνουν το άζωτο.
Όλοι οι υδρόβιοι οργανισμοί εξαρτώνται από την περιεκτικότητα οξυγόνου στα νερά. Έντονη αύξηση της κατανάλωσης οξυγόνου έχει παρατηρηθεί στα αυγά ορισμένων οργανισμών κατά την επώασή τους. Σε αρκετούς οργανισμούς του βυθού παρατηρείται μεγάλη αύξηση της κατανάλωσης οξυγόνου κατά τα πλαγκτονικά στάδια της ζωής τους, και στη συνέχεια μείωση, κατά την περίοδο που σχηματίζεται η τελική τους μορφή.
Η έλλειψη οξυγόνου οδηγεί σε μειωμένη πρόσληψη τροφής από τα ζώα. Έτσι τα ζώα εξασθενούν και γίνονται πιο ευάλωτα σε επιθέσεις των παρασίτων. Η έλλειψη οξυγόνου ακόμη κι αν δεν προκαλέσει ξαφνική θνησιμότητα στα ζώα, μπορεί να οδηγήσει σε σταδιακούς θανάτους για μεγαλύτερη περίοδο.
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Η πολύ μικρότερη του αέρος περιεκτικότητα σε οξυγόνο στα νερά και η δυσκολία πρόσληψής του από τους υδρόβιους οργανισμούς, για την οποία εν μέρει ευθύνεται και το ιξώδες του νερού, τονίζουν την πολυτιμότητα του διαλυμένου στο νερό οξυγόνου και μας προκαλούν να φανταστούμε τι μπορεί να συμβεί αν κάποιοι παράγοντες συντελέσουν στη σταδιακή και μόνιμη μείωσή του.
ΘΕΜΑΤΑ ΣΥΖΗΤΗΣΗΣ
- Ποιοι τρόποι πρόσληψης οξυγόνου υπάρχουν;
2.7.6 Το διοδείδιο του άνθρακα (CO2)
Λιγότερο από το 1% του άνθρακα της Γης κυκλοφορεί στη βιόσφαιρα. Ο υπόλοιπος είναι δεσμευμένος σε ανόργανες ενώσεις στα πετρώματα και σε οργανικές ενώσεις στα ορυκτά καύσιμα. Εκτιμάται ότι η ποσότητα του άνθρακα που διαχέεται στην ατμόσφαιρα με την καύση αυτών των ορυκτών καυσίμων είναι πενήντα φορές περισσότερη από τον άνθρακα που περιέχεται σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς του πλανήτη μας.
Η συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα στα γλυκά νερά υπακούει σε σύνθετους κανόνες, επειδή το διοξείδιο του άνθρακα υφίσταται στην πραγματικότητα κάτω από διάφορες χημικές μορφές.
Ένα μικρό μέρος διαλυμένου διοξειδίου του άνθρακα συνδυάζεται με μόρια νερού για να δώσει ανθρακικό οξύ:
Ένα μέρος αυτού του οξέος διαχωρίζεται σύμφωνα με τις ακόλουθες αντιδράσεις:
Η διαδικασία της φωτοσύνθεσης χρησιμοποιεί κυρίως το διαλυμένο διοξείδιο του άνθρακα. Ξέρουμε ωστόσο ότι ορισμένα φυτά μπορούν ν’ αφομοιώσουν επίσης την οξυανθρακική ρίζα (HCO3—) (Lacroix, 1991).
Οι σχετικές συγκεντρώσεις του CO2 και των δύο ανθρακικών ιόντων (HCO3— και CO3—) βρίσκονται σε μια ισορροπία που εξαρτάται από το pΗ, δηλαδή την οξύτητα των νερών. Μια μεταβολή του pH ή της συγκέντρωσης ενός εκ των ανθρακικών ιόντων, θα προκαλέσει μετατόπιση της ισορροπίας. Αυτό το πολύπλοκο σύστημα χημικών αλληλεπιδράσεων, αποτελώντας «ρυθμιστικό διάλυμα», διατηρεί το βαθμό οξύτητας σχετικά σταθερό.
2.8 Τι είναι το pH
Το pH είναι δείκτης της περιεκτικότητας ενός διαλύματος σε οξέα. Η τιμή του pH δείχνει το βαθμό οξύτητας του διαλύματος και ορίζεται ως ο αρνητικός δεκαδικός λογάριθμος της συγκέντρωσης ιόντων υδρογόνου (Η+) στο διάλυμα αυτό.
Η κλίμακα του pH έχει εύρος 14. Διάλυμα με pH 7 είναι ουδέτερο. Όσο κατεβαίνουμε από το 7 προς το 1, το διάλυμα είναι οξύτερο και όσο ανεβαίνουμε προς το 14 το διάλυμα γίνεται πιο βασικό (αλκαλικό). Η διαφορά κατά ένα βαθμό pH πάνω ή κάτω, σημαίνει πολλαπλασιασμό επί 1/10 ή επί 10 αντίστοιχα της οξύτητας, δηλ. της συγκέντρωσης οξέος.
2.8.1 Από τι εξαρτάται το pH
Η συγκέντρωση των ιόντων υδρογόνου είναι συνάρτηση της συγκέντρωσης CO2 στο νερό. Η τιμή του pH επίσης εξαρτάται από τη φωτοσύνθεση και την αναπνοή, εφ’ όσον αυτές είναι δραστηριότητες που επηρεάζουν τη συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα στο νερό (Rebsdorf, Thyssen & Erlandsen, 1991).
Κατά τη διάρκεια της ημέρας, η τιμή του pH αυξάνεται σημαντικά λόγω της φωτοσύνθεσης, ενώ το αντίθετο συμβαίνει κατά τη διάρκεια της νύχτας, λόγω απουσίας φωτοσυνθετικής δραστηριότητας και επικράτησης της αναπνοής.
2.8.2 Επίδραση του pH στους οργανισμούς
Η οξύτητα του νερού είναι εξαιρετικά σημαντική για το έδαφος, τη βλάστηση και τα ζώα, επειδή επηρεάζει την απελευθέρωση θρεπτικών συστατικών και τη διαθεσιμότητα αυτών για τα φυτά (π.χ. σε pH μεγαλύτερο του 7, ο σίδηρος καθιζάνει ως Fe2Ο3 ή ως FeO, aναλόγως της περιεκτικότητας σε οξυγόνο). Αυτό έχει προφανώς σημαντικές αγροτικές και βιολογικές επιπτώσεις (UNESCO-UNEP, 1993). Η διαλυτότητα των μετάλλων αυξάνεται με τη μείωση του pH: αυξημένες συγκεντρώσεις αλουμινίου παρατηρήθηκαν σε όξινα νερά, με τάση να αυξηθούν περισσότερο με την αύξηση της οξύτητας των νερών (Hall, Driscoll & Likens, 1980).
Το pH έχει ιδιαίτερη σημασία για τους ζωντανούς οργανισμούς, επειδή παρουσιάζουν μικρή ανοχή στις μεταβολές του.
Από παρατηρήσεις έχει βρεθεί ότι, σχετικά με την οξίνιση των νερών, άλλα είδη αντέχουν περισσότερο (π.χ. από τις προνύμφες εντόμων, τα πλεκόπτερα και τριχόπτερα) και άλλα λιγότερο (π.χ. οι προνύμφες εφημεροπτέρων και μερικών διπτέρων). Αυτό εξαρτάται από τον τρόπο ζωής τους, τον τρόπο αναπνοής τους (Hall, Driscoll & Likens, 1987), από την αντοχή τους στις μεταβολές των ιοντικών συγκεντρώσεων του περιβάλλοντος (Willoughby & Mappin, 1988) και από την ικανότητά τους να προσλαμβάνουν το ασβέστιο (Økland & Økland, 1986). Άμεσες επιπτώσεις της οξίνισης των νερών έχουν παρατηρηθεί και αποδειχθεί και εργαστηριακά στη βιοσιμότητα των αυγών των ζώων. Έχει βρεθεί από τους Carrick (1979) – Burton, Stanford & Allan (1985) – Willoughby & Mappin (1988) αυξημένη θνησιμότητα στα αυγά των ζώων με τη μείωση του pH. Οι Itildrew, Townsend & Francis (1984) επίσης βρήκαν μείωση του πληθυσμού των μικροβίων με την αύξηση της οξίνισης των νερών. Αυτό έχει πολύ σημαντικές επιπτώσεις στη μικροβιακή αποσύνθεση της οργανικής ύλης.
Αντοχή διαφόρων οργανισμών στην κλίμακα του pH
(Prigge & Tissler, 1993)
ΠΙΝΑΚΑΣ
(* για τους περισσότερους οργανισμούς)
Ακραίες τιμές του pH, κάτω του 5 ή άνω του 9, είναι επιβλαβείς για τους περισσότερους οργανισμούς.
2.8.3 Πως επιδρά ο άνθρωπος στο pH των επιφανειακών νερών;
Το pH επηρεάζεται από την όξινη βροχή, και εξαρτάται από τα πετρώματα που κυριαρχούν στην περιοχή και από τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Απόβλητα γεωργικής παραγωγής ή λύματα αποχετεύσεων που περιέχουν οξείδια του αζώτου και ενώσεις του θείου οδηγούν σε επικύνδινα χαμηλά επίπεδα pH (Prigge & Tissler, 1977). Επίσης οργανικά (χουμικά) οξέα που παράγονται από αποσυντιθέμενες φυτικές ύλες, ιδίως σε βάλτους ή έλη, συντελούν στη μεγάλη μείωση του pH (4-5).
Οι συγκεντρώσεις των θειικών (SO4—) και των καρβονικών (HCO3–) ριζών είναι συνήθως αντιστρόφως ανάλογες μέσα στο νερό των ποταμών.
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Ο βαθμός οξίνισης είναι πολύ σημαντικός και εξαρτάται από τις εξωτερικές εισροές και από την αποτελεσματικότητα του συστήματος εξισορρόπησης που διαθέτει ο ποταμός.
ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ: 17
2.8.4 Ο ρόλος του ασβεστίου
Σ’ ένα μεγάλο αριθμό υδάτινων ευρωπαϊκών περιοχών και κυρίως σε ασβεστολιθικές περιοχές, το ασβέστιο (Ca) και τα οξυανθρακικά (HCO3—) sυνήθως κυριαρχούν.
Σ’ αυτές τις περιοχές τα νερά των ρευμάτων δεν παρουσιάζουν μεγάλη συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα γιατί αυτό ενώνεται με το ασβέστιο (Ca) και δίνει ανθρακικό ασβέστιο (CaCO3). Το ανθρακικό ασβέστιο είναι πολύ λίγο διαλυτό στο νερό. Ωστόσο η παρουσία διοξειδίου του άνθρακα προσφέρει στο νερό σημαντική διαλυτική ικανότητα κι έτσι έχουμε τη μετατροπή του CaCO3 σε Ca(HCO3)2 (διττανθρακικό οξύ) που είναι πολύ πιο διαλυτό στο νερό.
2.8.5 Σύστημα εξισορρόπησης: buffer system (Wetzel, 1983)
Ισορροπία σημαίνει ότι οι χημικές αντιδράσεις τείνουν ν’ αντιτίθενται στις μεταβολές του περιβάλλοντός τους. Σε περιόδους έντονης φωτοσύνθεσης, οι αντιδράσεις της παραπάνω εξίσωσης πραγματοποιούνται από τα δεξιά προς τ’ αριστερά λόγω υπερκατανάλωσης του CO2 από τα φυτά. Σε νερά πλούσια σε Ca (σκληρά νερά) έχουμε υπερπαραγωγή ανθρακικού ασβεστίου και καθίζηση αυτού (Lacroix, 1991).
Εκτός από το ανθρακικό ασβέστιο (CaCO3), ανθρακικό μαγνήσιο (MgCO3) βρίσκεται επίσης στο νερό και συντελεί κι αυτό στη σκληρότητά του. Επίσης θειικά και χλωριούχα άλατα προσδίδουν σκληρότητα.
Ο συνδυασμός μεγάλης περιεκτικότητας ανθρακικών αλάτων και μικρής περιεκτικότητας σε CO2 επηρεάζει το pH του νερού, εμποδίζει την αύξηση της οξύτητάς του και προσφέρει καλύτερες περιβαλλοντικές συνθήκες για την ανάπτυξη φυτικών και ζωικών οργανισμών. Ίσως γι’ αυτό και ο αριθμός των ειδών συνήθως αυξάνεται με τη σκληρότητα του νερού (Allan, 1991).
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Στο νερό βρίσκονται διαλυμένες στερεές, υγρές και αέριες ουσίες. Αυτές αλλοιώνουν τη χημική σύσταση του και τα φυσικοχημικά του χαρακτηριστικά, όπως το pH, τις δυνάμεις όσμωσης, τη σκληρότητα του κλπ. και του δίνουν ορισμένες χαρακτηριστικές ιδιότητες, ανάλογα με το είδος και την ποσότητα της διαλυμένης ουσίας, ενώ δημιουργούν ποικίλα υδάτινα περιβάλλοντα. Οι οργανισμοί που ζούνε σ΄αυτά έχουν αναπτύξει ειδικές προσαρμογές, αναλόγως των συνθηκών που καθορίζουν οι διαλυμένες ουσίες, όπως π.χ. τα ψάρια του γλυκού και του αλμυρού νερού. Το νερό αποτελεί το μέσον διασποράς των διαλυμένων ουσιών που αποτελούν πηγή διατροφής για φυτά και ζώα, ενώ το οξυγόνο που είναι διαλυμένο μέσα στο νερόχρησιμοποιείται από τους οργανισμούς για την αναπνοή τους. Η απόρριψη από τον άνθρωπο βλαβερών ουσιών μέσα στο νερό διαταράσσει την ισορροπία και τα χαρακτηριστικά αυτών των οικοσυστημάτων, και δηλητιριάζει τους οργανισμούς που ζουν σ’ αυτά.
