Раскройте сущность физико-химических и биохимических процессов, определяющих режим растворенных в воде газов, биогенных и органических веществ.

Газы

Газы, из которых состоит воздух, мы находим в воде в других концентрациях: азот, кислород, аргон и двуокись углерода (см. таблицу па стр. 25). Газообразный азот растворяется в воде согласно физическим законам для газов. Он не участвует в химических реакциях, но принимает участие в биологических процессах. Так же пассивно ведет себя инертный газ аргон.

Кислород, необходимый для всех жизненных процессов, следует тем же физическим законам, что и азот. Кислород вступает в интенсивный биологический цикл и является газом для дыхания, всех живых существ за исключением некоторых бактерий. Двуокись углерода, напротив, участвует как в химических, так и в биологических процессах.

Между водой, грунтом и атмосферой происходит постоянный газовый обмен

Газообмен между водой и атмосферой происходит преимущественно на поверхности воды. Газы, такие, как CO2, выделяются из недр Земли и также поглощаются водой. Если вода вытекает из источников в земле, то она также вступает во взаимодействие с атмосферой. Вещества, имеющиеся в воде в избытке, такие, как угольная кислота, переходят в атмосферу. Другие газы, которых нет в воде или есть только в незначительном количестве, напротив, поглощаются. На поверхности воды происходит газообмен с помощью диффузии.

Концентрация определенного газа в воздухе находится в балансе с концентрацией этого же газа в жидкости. Если каким-либо образом концентрация газа в растворе становится более высокой, то на поверхности волы происходит газообмен до тех пор, пока равновесие снова не будет достигнуто. Вода, напротив, поглощает из воздуха значительные количества газов, концентрация которых в воде слишком низка. Концентрация, при которой газообмен приходит к равновесию, называется точкой насыщения. Граница раздела вода/воздух может представлять собой не только ровное водное зеркало. В частности, движение волн, быстрые течения, водопады и, прежде всего, медленно восходящие пузырьки газов приводят, как показано в таблице на стр. 25, к увеличению пограничной поверхности и, таким образом, к интенсивному газообмену в обоих направлениях. Чем быстрее вода передвигается, тем больше становится пограничная поверхность между водой и воздухом, и тем более интенсивным будет массообмен между водой и воздухом, например, в быстром потоке. Это приводит к увеличению поглощения кислорода на порядок по сравнению с поверхностью спокойного озера. Содержание кислорода и азота в воде значительно ниже, чем в воздухе, в то время как двуокись углерода в этих средах имеет примерно равные концентрации. Отметим, что кислорода в воде содержится мало. Это приводит к тому, что живые существа должны предпринимать значительные усилия, чтобы поглощать его в достаточном количестве.

Биогенные вещества

Биогенные вещества– минеральные вещества наиболее активно участвующие в жизнедеятельности водных организмов. К ним относятся минеральные соединения N, P, Si, Fe и соединения некоторых микроэлементов. Цикл круговорота биогенных веществ, начатый в процессе фотосинтеза, заканчивается разложением морских растений и животных. В результате биогенные вещества переходят из органических в неорганические соединения . Этот процесс перехода биогенных веществ из сложных органических соединений в минеральные формы называется регенерацией. Биогенные вещества участвуют в создании органического вещества в процессе фотосинтеза. К ним относят фосфор, неорганические формы азота и кремний. Важную роль играют металлы, встречающиеся в следовых количествах.

Содержание биогенных веществ в морской воде непостоянно, и различается в зависимости от места, глубины и времени взятия пробы. Обычно их содержание минимально у поверхности, возрастает до максимума до глубины 1000—1500 метров, и затем снова плавно снижается. Содержание фосфатов может резко повышаться у дна океан.

Под действием апвеллингов обогащённая биогенами вода может подниматься к поверхности

Происходит постоянный биогенный круговорот воды в биосфере

Органические вещества

В воде источников водоснабжения обнаружено несколько тысяч органических веществ разных химических классов и групп.

Органические соединения природного происхождения (гуминовые вещества, различные амины) и техногенного происхождения (поверхностно-активные вещества) способны изменять органолептические свойства воды (запах, привкус, окраска, мутность, способность к пенообразованию, пленкообразование), что позволяет их выявить и ограничить содержание в питьевой воде. В то же время огромное число органических соединений весьма неустойчивы и склонны к непрерывной трансформации, поэтому непосредственное определение концентрации органических веществ в питьевой воде затруднительно, из-за чего содержание их принято характеризовать косвенным путем в мг О2/л, определяя, например, перманганатную окисляемость питьевой воды.

Органические вещества находятся в воде в растворенном, коллоидном и взвешенном состояниях, образующих некоторую динамическую систему, в общем неравновесную, в которой под воздействием физических, химических и биологических факторов непрерывно осуществляются переходы из одного состояния в другое.

Физические факторы. Самоочищение речной воды происходит в результате разбавления ее чистой водой и свежими притоками. В связи с этим снижается концентрация органических веществ в воде, создаются неблагоприятные условия для размножения микробов. Оседание в воде нерастворимых органических и неорганических частиц, а вместе с ними и бактерий, губительное действие ультрафиолетовых лучей на микроорганизмы способствуют самоочищению водоема.

Химические факторы. Бактериостатическое и бактерицидное действие на микроорганизмы оказывают соли серебра, меди, галогенов (иод, бром и др.), NaCl, растворенные в воде, рН, а также окисление органических и неорганических веществ в водоеме.

Биологические факторы. Огромная роль в самоочищении водоемов принадлежит биологическим факторам, действие которых обусловлено сложными взаимоотношениями гидробионтов. Гидробионты— растительные и животные организмы, приспособленные к жизни в водной среде. К ним относятся микробы, зеленые водоросли, простейшие, бактериофаги и др.