Stratifikace kyslíku ve vodních nádržích

Úvod

Kyslíkový režim je důležitým kritériem při hodnocení kvality vody. Vodní nádrže a toky s velkým organickým znečištěním mají nedostatek rozpuštěného O₂. Proces samočištění ve vodách je však závislý na dostatku rozpuštěného O₂ ve vodě, nehledě na sedimentaci, podílející se rovněž na samočisticích procesech, ale nezávisle na kyslíkovém režimu ve vodě. Je-li při rozkladných procesech ve vodním systému spotřebován veškerý rozpuštěný kyslík, pokračuje rozklad organických látek anaerobní cestou.^[1]

Stratifikace ve vodních nádržích

Voda se ve vodních nádržích chová v souladu s fyzikálními zákony. Stratifikace znamená rozvrstvení a tato vlastnost se týká teploty vody, obsahu fosforu ve vodě a v neposlední řadě také rozpuštěného kyslíku. V přírodě probíhá koloběh fosforu (podobně jako uhlíku, dusíku, železa a dalších prvků). Koloběh prvků se většinou týká alespoň zčásti vodního prostředí a souvisí s nasycením vody kyslíkem, případně s anoxickým prostředím. Pro vysvětlení pojmů je dále uvedena teplotní rozvrstvení vody v době letní stratifikace. V našich podmínkách se jezera s hlubokou vodou většinou chovají tak, že na jaře a na podzim nastává promíchávání, v létě a v zimě rozvrstvení vody podle teploty. (Při přítoku vody do nádrže se voda zařadí do vrstvy podle hustoty, tedy vody se stejnou teplotou.)
Letní stratifikace. Svrchní teplá vrstva se nazývá epilimnion. Je teplotně víceméně homogenní. Pod ní se nachází přechodná vrstva s termoklinou (čára, kde se prudce mění teplota), nazvaná metalimnion. Pod ní je hypolimnion s teplotou cca 4°C.^[5]

Obsah kyslíku rozpuštěného ve vodě

Část kyslíku rozpuštěného ve vodě je zajišťována ze vzduchu difuzí, která probíhá převážně u hladiny. Dalším zdrojem kyslíku je fotosyntetická asimilace vodních rostlin. Difuzí z atmosféry se dostane do vody 7% kyslíku, fotosyntézou 89% kyslíku a z přítoku 4% kyslíku.^[2] Obsah kyslíku a oxidu uhličitého vzájemně souvisí. Přibývá-li ve vodě jednoho plynu, druhého ubývá a naopak. Na tento režim má významný vliv osídlení vody živými organismy.^[2] Deficit kyslíku může být způsoben dýcháním rostlin a živočichů, rozkladem organické hmoty a vlivem ostatních plynů.^[3] Obsah plynů je nepřímo a nelineárně závislý na teplotě vody.^[2] Na snížení celkové koncentrace kyslíku se podílí zvýšení teploty, průsak a přítok podzemní vody, zvýšený obsah železa.^[3]

Příklady vertikální distribuce rozpuštěného kyslíku

Příklady vertikální distribuce rozpuštěného kyslíku v různých typech vod: A) ortográdní křivka typická pro neproduktivní jezero; B) klinográdní křivka charakteristická rpo produktivní nádrže; C) pozitivně a negativně heterográdní křivka ilustrující soustředění fotosyntetizujících řas na horní hranici skočné vrstvy (vzestup obsahu O₂) a zvýšenou respiraci fve spodní části termokliny na hranici meta- a hypolimnionu (metalimnické minimum kyslíku); D) anomální křivka způsobena přítokem studené vody a vysokým obsahem rozpuštěného O₂, která se "nasouvá" do hypolimnické vrstvy v souladu se stratifikací hustoty vody v nádrži (podle Goldmana et Horneho, 1983)^[1]

Produktivita nádrže

Jezera bohatá na organismy mají v hypolimniu větší úbytek kyslíku než jezera chudá. Proto lze vertikální vrstvení obsahu kyslíku v nádrži využít pro posouzení produktivity nádrže, t.j. použít intenzity spotřeby kyslíku v trofolytické vrstvě jako míry výstavby organické hmoty v trofogenní vrstvě. Je-li epilimnion objemnější než hypolimnion, koncentrují se sem odumřelá těla planktonních i litorálních organismů a k jejich mineralizaci se může spotřebovat i veškerý obsah kyslíku hypolimnia. Naopak je-li epilimnion objemově mnohem menší než hypolimnion, může být v epilimniu vysoká produkce organické hmoty a k mineralizaci klesajících odumřelých těl se nevyčerpá kyslíková zásoba hypolimnia. Jezera s malým obsahem živin, s malou produkcí organické hmoty a stéměř konstantním obsahu kyslíku v celém vodním sloupci označujeme jako oligotrofní. Na dně žijí m.j. larvy pakomárů rodu Tanytarsus jakožto vůdčí organismy bentického společenstva. Jezera a údolní nádrže s velkým obsahem živin, s velkou produkcí organické hmoty a s kyslíkovým přesycením v epilimniu, zatímco v hypolimniu se obsah kyslíku postupně odčerpává až ke vzniku anaerobie, nazýváme eutrofní. V jezerech žijí na dně larvy pakomárů rodu Chironomus, larvy komárů rodu Chaoborus a máloštětinatí červi rodů Tubifex a Limnodrilus, snášející nedostatek kyslíku.^[4]

Hodnocení kvality vody

Obsah kyslíku, kyslíkový režim, je velmi důležitým kritériem pro hodnocení kvality vody. Nepřímým chemickým parametrem hodnotícím obsah rozpuštěného kyslíku je BSK₅ (biochemická spotřeba kyslíku). Tento parametr informuje o míře organického znečištění ve vodách. Každý biotop je schopen procesu samočištění, pouze za předpokladu dostatku rozpuštěného kyslíku ve vodě.^[3]

Zdroje

1.↑ 1,0 Lellák, J.,Kubíček,F.: Hydrobiologie. Vydavatelství Karolinum, Praha, 1991

2.↑ Hartman, P., Přikryl, I., Štědronský, E.: Hydrobiologie. Nakladatelství Informatorium, spol. s r. o., Praha, 2005
3.↑ Ambrožová, J.: Aplikovaná a technická hydrobiologie. Učební text, VŠCHT v Praze, Praha, 2003
4.↑ Sládečková, A., Sládeček, V.: Hydrobiologie. Vydavatelství ČVUT, Praha, 1997
5.↑ přednášky Chemické a biologické polutanty ve vodě a ovzduší na Jihočeské univerzitě. http://kbe.prf.jcu.cz/files/prednasky/Chemicke_a_biologicke_polutanty_ve_vode_a_v_ovzdusi/2._prednaska_-_struktura_vodnich_ekosystemu.doc

Odkazy

Literatura

Lellák, J., Kubíček, F.: Hydrobiologie. Vydavatelství Karolinum, Praha, 1991
Hartman, P., Přikryl, I., Štědronský, E.: Hydrobiologie. Nakladatelství Informatorium, spol. s r. o., Praha, 2005
Ambrožová, J.: Aplikovaná a technická hydrobiologie. Učební text, VŠCHT v Praze, Praha, 2003
Sládečková, A., Sládeček, V.: Hydrobiologie. Vydavatelství ČVUT, Praha, 1997