Йонні компоненти і їх екологічна роль

 

 

У водні об'єкти магній поступає в основному при розчиненні доломіту, мергелів або при вивітрюванні гірських порід.

Висока розчинність сполук магнію сприяє його постійному надходженню з річковим стоком в моря і океани. У 1 л морської води міститься в середньому 1, 317 г магнію.

У природних водах магній утворює комплексні сполуки з органічними речовинами. Комплексні сполуки магнію вдеяких озерах Німеччини складають більше 65% загального вмісту розчинених форм. У слабомінералізованих водах зони вічної мерзлоти (тундра) майже 90-100% йонів Мg2+ утворюють комплекси з гуміновими і фульвокислотами. Такі комплекси відіграють стабілізуючу роль у водних розчинах.

Природна вода, в якій розчинена значна кількість гідрокарбонатів і сульфатів кальцію і магнію, відрізняється підвищеною жорсткістю, яку виражають сумарною кількістю міліграм-еквівалентів йонів кальцію і магнію, що знаходяться в 1 л води. Один міліграм-еквівалент відповідає вмісту 20, 04 мг/дм3 йонів Са2+ або 12, 16 мг/дм3 йонів Мg2+.

На відміну від прісних, морські і океанічні води характеризуються високим вмістом не тільки натрію, але і магнію. У океанічній воді хлориди натрію і магнію складають 88, 7% кількості всіх розчинених солей. Через високу концентрацію магнію морська вода має гіркуватий присмак. Всього в океанічній воді на сполуки магнію доводиться близько 11% вмісту всіх солей. У морях його концентрація дещо менша, зокрема у воді Чорного моря вона складає близько 3, 34% загальної маси солей.

Вміст магнію в організмі гідробіонтів залежить від того, в якій воді – морській або прісній вони мешкають. Так, в гемолімфі морських молюсків мідій, устриць його концентрація складає 55-58 ммоль/дм3, а у прісноводої беззубки і живородки – лише 0, 19 і 0, 31-0, 37 ммоль/дм3. У морських ракоподібних (лангустів і креветок) концентрація магнію в гемолімфі рівна відповідно 16, 6 і 12, 6 ммоль/дм3. Значно вища вона у краба (Саrcinus) - 23, 6 ммоль/дм3. У гемолімфі прісноводного американського річкового рака (Саmbarus) – 4, 3.

Метаболічна роль магнію у гідробіонтів. Магній відноситься до йонів з дуже широким спектром дії. Він відіграє виключно важливу роль в активації ферментативних реакцій, що протікають у автотрофних і гетеротрофних організмів. У водоростей і вищих водних рослин він входить до складу молекули хлорофілу.

Про значення магнію для нормального протікання фотосинтезу свідчить той факт, що при його дефіциті у воді спостерігається блідість і пожовтіння листя у водних рослин. У водних тварин магній відіграє ключову роль в забезпеченні біоенергетики мембранного транспорту йонів і внутріклітинному обміні амінокислот [7, 12, 14].

 

 

Сірка зустрічається в природі як в самородному вигляді, так і у вигляді різних сполук, а також в газоподібному стані (сірководень і оксид сірки). Легкорозчинні сульфати містяться у великій кількості в морській воді.

Сірка один з незамінних компонентів при синтезі білків в організмі тварин і утворенні сірковмісних органічних речовин у рослин. Сіркобактерії здатні окиснювати сірководень (Н2S) до сірки, а енергію, що звільняється при цьому, використовують для метаболічних процесів – здійснюють хемосинтез.

Сульфати можуть поступати у поверхневі водойми при хімічному вивітрюванні і вимиванні з таких мінеральних покладів, як гіпс (СаSО4•2Н2О), ангідрит (СаSО4) і барит (ВаSО4). При вилуговуванні солончаків води також збагачуються сульфатними йонами.

Причиною зростання вмісту сірки у воді може бути окиснення сульфідів, що поступають із стічними водами промислових, сільськогосподарських і комунально-побутових підприємств. Джерелом утворення сірководню у водних об'єктах є також розкладання органічних речовин в донних грунтах в анаеробних умовах.

Хоча сульфати добре розчинні у воді, їх вміст у водоймах обмежується утворенням малорозчинних сульфатів кальцію (СаSО4), що осідають на дно.

У водних екосистемах сульфатні йони знаходяться в біологічному кругообігу, який здійснюється за участю практично всіх гідробіонтів, що засвоюють сульфати для побудови свого тіла. Після відмирання організмів Н2S під впливом сіркобактерій окиснюється спочатку в S, а потім в йон SО42-, який знову включається в кругообіг. У водних екосистемах відбувається також процес сульфатредукції.

Сульфатредукція–це відновлення сульфатних йонів до сірководню під впливом сульфатредукуючих бактерій за відсутності кисню і у присутності органічних речовин. Схематично реакція протікає таким чином:

 

2 SО4 2- + 4С + 3Н2О = Н2S + НS- + СО2 + 3НСО3 -

 

У анаеробних умовах сульфатредукуючі бактерії використовують енергію сульфатів для дихання, а сірководень виділяється у воду. Подібні реакції характерні практично для всіх водойм, де є значні поклади донних мулів і сповільнений водообмін. Характерними ознаками таких водойм є наявність у воді сірководню, сульфідів, тіосульфатів і сульфатредукуючих бактерій. Процеси сульфатредукції протікають з найбільшою активністю в мероміктичних водоймах, до яких відноситься Чорне море.

Мероміктичні водойми мають двошарову стратифікацію товщі води, причому вода нижнього шару більш мінералізована і значно щільніша, ніж верхнього. У таких водоймах циркуляція охоплює тільки поверхневий шар води меншої густини. Чорне море належить до найбільших в світі мероміктичних водойм. На глибині 150-250 м в ньому проходить хемоклин, який розділяє розпріснений і збагачений киснем міксолімніон, або верхній шар, і в 10 разів могутніший монімолімніон, або нижній шар води, який не перемішується.

У водоймах з хорошим кисневим режимом сульфатредукція відбувається тільки в товщі відкладень мулу. При цьому чорний колір донних відкладень свідчить про характер сульфатредукуючих процесів. Вони властиві водним об'єктам, в які скидаються висококонцентровані стічні води, збагачені органічними речовинами, що містять в своєму складі сульфати. Сульфатредукція часто виникає в евтрофних водоймах в періоди літньої або зимової стагнації.

Підвищений вміст сірководню у водному середовищі негативно впливає на життєдіяльність гідробіонтів, тому вони володіють високою чутливістю до нього. Так, поліхети Nereis zonata, Phyllodoce tuberculata, гіллястовусі рачки Daphnia magna і багато інших не витримують навіть слідів сірководню у воді. Стійкіші до сірководню донні поліхети Nereis diversicolor, черви Сapitella capitata і деякі інші бентоніти, які живуть в товщі донних відкладень, де відбувається гниття органічних речовин. Виняткову стійкість до сірководню проявляє рачок Artemia salina. Токсичною для його молоді є концентрація 76, 8 мг/дм3, а для дорослих–109 мг/дм3. Риби, особливо молодь, відрізняються підвищеною чутливістю до сірководню [7, 12, 14].

 

 

1. Наведіть порівняльну характеристику іонного складу морських і прісних вод.

2. В чому проявляється вплив концентрацій натрію і калію на життєдіяльність гідробіонтів?

3. Значення кальцію у функціонуванні водних екосистем.

4. Метаболічна роль мікроелементів в організмах гідробіонтів.

5. Чинники, що обумовлюють жорсткість води.

6. Механізм сульфат редукції. Екологічне значення процесу.