Е.А. Зилов
Гидробиология и водная экология
Учебное пособие. – Иркутск: Иркут. ун-т, 2007.
Предыдущая |
Содержание статьи:
Раздел 4. Загрязнение водных экосистем
21. Проблема повышения кислотности вод
21.2. Действие кислотных осадков на окружающую среду
Чувствительность водоемов к повышению кислотности
Внутренние водоемы, особенно чувствительные к повышению кислотности, характеризуются высокой прозрачностью, низкой минерализацией (проводимость ниже 50 мS см–1), относительно низким содержанием гидрокарбонат–ионов, ANC<50 мкэкв л–1. В Восточной Канаде примерно 350 000 таких озер, из них уже 14 000 закислены (pH < 4,7, ANC < 0 мкэкв л–1). В Швеции примерно 85 000 озер площадью более 1 га, из которых закислены около 20 000 и 90 000 км закисленных водотоков. В Норвегии водоемы и водотоки закислены на площади около 33 000 км2.
При использовании видового состава водорослей в осадках как индикатора кислотности было показано, что большинство озер Адирондэйкских гор (США) в 1900 г. имели pH около 6,0. Сейчас pH снизился на величину от 1,0 (в 10 раз) до 2,0 (в 100 раз) в большинстве озер, при наибольшем росте кислотности между 1920 и 1950 г. (Cumming et al., 1994).
Чувствительность к закислению определяется (Kalff, 2002):
— способностью почв и пород бассейна нейтрализовать поступающие кислоты;
— морфометрией озера и особенностями бассейна;
— содержанием органических кислот в смывах с бассейна;
— нейтрализующими агентами и процессами в водной системе.
Способность почв и пород водосборного бассейна нейтрализовать поступающие кислоты – определяющий фактор закисления озер в регионах с низким pH осадков. Чем больше доля карбонатных пород в водосборном бассейне, тем выше устойчивость озер к закислению. В богатых карбонатами бассейнах поступающие ионы нейтрализуются, освобождая ионы кальция или магния, углекислота поступает в атмосферу. Наоборот, озера, расположенные в бассейнах, образованных изверженными породами (гранитами, базальтами, гнейсами) очень чувствительны к закислению.
Озера, расположенные в изголовье бассейна, также очень чувствительны, поскольку площадь бассейна мала, слой почвы тонок, практически все осадки напрямую попадают в озеро.
3/4 из 1 180 озер, исследованных в чувствительных к закислению частях США, были закислены органическими кислотами, поступающими с водосбора (Baker et al., 1991). В Финляндии большое число озер закислено по той же причине (Finnish lake…, 1991).
В бассейнах, сложенных изверженными породами, HCO3– высвобождается в процессах выветривания. Некоторое количество водород–ионов связывается при растворении гидроксидов и оксидов алюминия, двуокиси кремния. Часть заменяет катионы в частичках почвы. Буферные свойства почв определяются:
Долей силикатов и глинистых веществ, способных к выветриванию;
Долей отрицательно заряженных частиц почвы, связанных с Ca2+, Mg2+, NH4+, Al3+, которые могут заменяться на H+;
Временем контакта воды с почвой, зависящим от толщины и структуры почвенного покрова.
Буферная емкость озер, рек и болот
Нейтрализационная емкость вод (процессы, воздействующие на нее, приведены в таблице 42) определяется, в упрощенной форме, как
ANC = [HCO3–] + [CO32–] + [OH–] ± [Al–] – [H+] – У [Al+],
где
У [Al+] = 3 [Al3+] + 2 [AlOH2+] + [Al (OH)2+].
Кроме того, обменная
ANC = [Ca2+] + [Mg2+] + [Na+] + [K+] + [NH4+] – [SO42–] – [Cl–] – [NO3–].
Таблица 42
Процессы, воздействующие на ANC, выраженную в молях потребленного CH2O (∆ ANC, органическая) и на моль восстановленного неорганического субстрата (∆ ANC, неорганическая) (Kalff, 2002)
Процессы |
Реакция |
∆ ANC, орг. |
∆ ANC, неорг. |
Выветривание |
CaCO3+2H+↔Ca2++CO2+H2O |
– |
+2 |
|
CaAl2Si2O8+2H+↔Ca2++H2O+Al2Si2O8(OH)4 |
– |
+2 |
|
Al2O3+3H2O+6H+↔2Al3++6H2O |
– |
+6 |
Ионообмен |
2ROH+SO42–↔R2SO4+2OH– |
– |
+2 |
|
NaR+H+↔HR+Na+ |
– |
+1 |
Денитрификация |
2CH2O+NO3–+2H+↔2CO2+NH4++H2O |
+1 |
+2 |
|
5CH2O+4NO3–+4H+↔5CO2+2N2+7H2O |
+0,8 |
+1 |
Восстановление марганца |
CH2O+2MnO2+4H+↔CO2+2Mn2++3H2O |
+4 |
+2 |
Восстановление железа |
CH2O+4FeO(OH)+8H+↔CO2+4Fe2++7H2O |
+8 |
+2 |
Восстановление сульфата |
2CH2O+SO42–+2H+↔CO2+H2S+2H2O |
+1 |
+2 |
Нитрификация |
NH4++2O2↔NO3–+2H++H2O |
–1 |
–2 |
Окисление марганца |
2Mn2++O2+3H2O↔2MnO2+4H++H2O |
–4 |
–2 |
Окисление железа |
4Fe2++O2+6H2O↔4FeO(OH)+8H+ |
–8 |
–2 |
Окисление сульфидов |
H2S+2O2↔SO42–+2H+ |
–1 |
–2 |
Окисление пирита |
FeS2+3ѕO2+3ЅH2O↔Fe(OH)3+2SO42–+4H+ |
–1,1 |
–4 |
Действие закисления на водную биоту
Закисление практически не сказывается на обилии гетеротрофных бактерий в планктоне. Не отмечено и изменения минерализационной активности бактерий.
Отмечается замена некоторых макрофитов, например, Lobelia и Isoetes на мхи рода Sphagnum. Наблюдается массовое развитие нитчатых зеленых водорослей. Число видов фитопланктона уменьшается, но ни биомасса фитопланктона, ни продукция не снижаются. Золотистые, другие мелкие жгутиковые и диатомовые вытесняются динофитовыми водорослями. Биомасса зоопланктона меняется мало, но чувствительные виды замещаются устойчивыми к загрязнению. Происходит замена крупных форм мелкими.
В зообентосе снижается доля гаммарид, моллюсков, тогда как водяные ослики сохраняются, не меняется биомасса хирономид, водяных жуков, клопов. Чувствительны к закислению личинки целого ряда насекомых (ручейников, поденок, верблюдок). Чувствительна к закислению ихтиофауна, особенно форель. При pH < 5,0 рыбы, как правило, отсутствуют (Comparison…, 1991; Experimental acidification…, 1993).
Предыдущая |