Активная реакция среды в водоемах

В составе воды как минерала всегда присутствуют водородные ионы, которые возникают при диссоциации: [H₂O ⇔ H⁺ + OH^-]. Молекулы воды диссоциированы на ионы в очень небольшой своей части. Однако роль ионов водорода в природных водоемах весьма велика, поскольку они определяют количественное равновесие химических систем (в частности, углекислотно-кальциевой). Концентрацию ионов водорода, и гидроксиля в связи с малой Шеличиной принято выражать в виде их десятичных логарифмов, взятых с обратным знаком:

pH = - lg [Н⁺] рОН = — lg [ОН^-].

В условиях нейтральной среды [Н+]=10^-7 рН, откуда pН = 7. В щелочной среде рН>7, в кислой — рН<7. На величину активной реакции среды оказывает влияние температура, так как от нее зависит степень диссоциации. Ионное Произведение воды [Н^-] · [ОН^-]= 10^-14 г-моль/л при температype 22°. С понижением температуры воды Концентрация водородных ионов несколько снижается.

По Зёрнову (1949), все пресноводные бассейны можно объединить в две основные группы: воды нейтрально-щелочные с рН>6 и воды торфяные с рН<5. В природе могут встречаться и отклонения от этих двух групп как в сторону более щелочных вод с рН = 7,8 — 8,8 (9,5 — 10,5) — особенно в период массового развития фитопланктона или в зарослях низшей водной растительности при значительном освещении — так и в сторону кислых с рН = 4,0 — 4,5 (3,4 — 3,8) п сфагновых озерах и болотах, богатых гуминовыми веществами. Подкисление болотных вод связано с деятельностью фагнума, способного избирательно адсорбировать различаются катионы солей, замещая их водородными ионами и повышая рН примерно до 4, когда наступает ионное равновесие и процесс обмена приостанавливается. Ионообменной способностью обладают и другие органические торфообразующие материалы растительной природы (хвощи, осоки и др.), аиако сфагновые мхи — в большей степени.

Активная реакция среды может иметь значительные суточные и сезонные колебания, особенно в евтрофных водоемах, что связано с высокой активностью биологических и физико-химических процессов в богатых жизнью водах. Побуженная водная растительность растет в щелочных водах и избегает кислых, она находится в более тесной зависимости от химического состава илов и состава газов воды, чем растения с плавающими и надводными листьями. В кислых дистрофных водоёмах погруженная водная растительность развивается слабо., уступая место сфагновым мхам.

Активная реакция среды, как и растворенные газы, определяет наличие тех или иных форм соединений, биогенных элементов в водоемах и степень их доступности для использования высшей водной растительностью и фитопланктоном.

Растворенные газы

Поступление газов в водоем происходит как из атмосферы, так и в результате жизнедеятельности и разложения водных организмов. Растения и животные потребляют газы в процессе жизни, часть их может выделяться в атмосферу (звазия). Так, при пересыщении воды кислородом в процессе фотосинтеза этот газ выделяется из воды. Газовый режим тесно связан с термическими и биологическими условиями водоема. Из атмосферы поверхностью воды абсорбируется кислород, азот и углекислый газ в количествах, определяемых температурой и давлением воздуха.

Кислород — один из основных факторов, обеспечивающих наличие жизни в водоеме. Содержание в воде растворенного кислорода обусловлено ветровыми волнениями, конвекционными течениями и процессом фотосинтеза. Роль диффузии кислорода из атмосферы в спокойных водах имеет весьма малое значение. Кислород отличается умеренной растворимостью в воде, которая зависит от ряда факторов, прежде всего от температуры и солености (таблица ниже).

Таблица. Зависимость растворимости кислорода в воде (мл/л) от температуры и солености.

Температура	Соленость, %
Температура	0	5	10	15	20	25	30	35	40
0	10,29	9,97	9,65	9,33	9,01	8,68	8,36	8,03	7,71
5	9,03	8,75	8,48	8,21	7,94	7,67	7,40	7,13	6,86
10	8,02	7,79	7,56	7,33	7,10	6,87	6,63	6,40	6,17
15	7,22	7,03	6,83	6,63	6,43	6,23	6,04	5,84	5,64
20	6,57	6,40	6,22	6,05	5,88	5,70	5,53	5,35	5,18
25	6,04	5,88	5,72	5,56	5,40	5,24	5,08	4,93	4,77
30	5,57	5,42	5,27	5,12	4,96	4,80	4,65	4,50	4,35

В случае необходимости пересчета объемных единиц растворенного кислорода в весовые следует иметь в виду, что при 0° и атмосферном давлении 760 мм рт. ст. 1 мл О₂ = -1,429 мг 02; 1 мг О₂ = 0,70 мл О₂ и 1 ммоль О₂=16мг О₂= -11,2 мл О₂.

Абсолютное выражение содержания растворенного кислорода еще не показывает полностью, много или мало кислорода в воде при данных условиях. Для оценки относительного содержания О₂ применяется расчет процента насыщения воды кислородом по отношению к нормальной величине ра растворимости при данной температуре и давлении:

где:

а — количество О₂, определенное в водоеме,

А — нормальное количество О₂ при данной температуре и давлении 760 мм рт. ст. (Таблица ниже),

Р — атмосферное давление

Таблица. Растворимость кислорода в дистиллированной воде при 760 мм давления сухой атмосферы и парциальном давлении кислорода, равном 20,90% (мг/л).

Температура, С	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0.5	0,6	0,7	6,8	0,9
0	14,70	14,66	14,62	14,58	14,54	14,50	14,46	14,42	14,38	14,34
1	14,30	14,26	14,23	14,19	14,15	14,11	14,07	14,03	14,00	13,96
2	13,92	13,88	13,85	13,81	13,78	13,74	13,70	13,67	13,63	13,60
3	13,56	13,53	13,49	13,46	13,42	13,39	13,36	13,32	13,29	13,25
4	13,22	13,19	13,15	13,12	13,09	13,05	13,02	12,99	12,96	12,92
5	12,89	12,86	12,83	12,80	12,77	12,73	12,70	12,67	12,64	12,51
6	12,58	12,56	12,52	12,49	12,46	12,43	12,41	12,38	12,35	12,32
7	12,29	12,26	12,23	12,20	12,17	12,14	12,12	12,09	12,06	12,03
8	12,00	11,97	11,95	11,92	11,89	11,86	11,84	11,81	11,78	11,76
9	11,73	11,70	11,68	11,65	11,63	11,60	11,57	11,55	11,52	11,50
10	11,47	11,45	11,42	11,40	11,37	11,35	11,33	11,30	11,28	11,25
11	11,23	11,21	П,18	11,16	11,13	11,11	11,09	11,06	11,04	11,01
12	10,99	10,97	10,94	10,92	10,90	10,87	10,85	10,83	10,81	10,78
13	10,76	10,74	10,72	10,69	10,67	10,65	10,63	10,61	10,58	10,56
14	10,54	10,52	10,50	10,48	10,46	10,43	10,41	10,39	10,37	10,35
15	10,33	10,31	10,29	10,27	10,25	10,23	10,21	10,19	10,17	10,15
16	10,13	10,11	10,09	10,07	10,05	10,03	10,01	9,99	9,97	9,95
17	9,93	9,91	9,89	9,87	9,85	9,83	9,82	9,80	9,78	9,76
18	9,74	9,72	9,70	9,69	9,67	9,65	9,63	9,61	9,60	9,58
19	9,56	9,54	9,53	9,51	9,49	9,47	9,46	9,44	9,42	9,41
20	9,39	9,37	9,36	9,34	9,33	9,31	9,29	9,28	9,26	9,25
21	9,23	9,21	9,19	9,18	9,16	9,14	9,13	9,11	9,09	9,08
22	9,06	9,04	9,03	9,02	9,00	8,98	8,97	8,95	8,94	8,02
23	8,91	8,89	8,88	8,87	8,85	8,83	8,82	8,80	8,79	8,77
24	8,76	8,75	8,73	8,72	8,70	8,69	8,68	8,66	8,65	8, 53
25	8,62	8,61	8,59	8,58	8,56	8,55	8,54	8,52	8,51	8, 49
26	8,48	8,47	8,45	8,44	8,43	8,41	8,40	8,39	8,38	8, 36
27	8,35	8,34	8,32	8,31	8,30	8,28	8,27	8,26	8,25	8,23
28	8,22	8,21	8,20	8,18	8,17	8,16	8,15	8,14	8,12	8,11
29	8,10	8,09	8,08	8,06	8,05	8,04	8,03	8,02	8,00	7,99
30	7,98	—	—	—-	—	—	—	—	—	—

Поступление кислорода в водоем ограничивается верхним фотическим слоем.

Потребление кислорода на дыхание и окислительные процессы проходит во всей толще воды, поэтому в водоемах с интенсивными окислительными процессами дефицит кислорода бывает весьма значителен, а в придонных слоях, особенно в период летней стагнации и зимнего покоя, кислород часто полностью потребляется. В зоне фотосинтеза в дневные часы вода пересыщается кислородом, в темное время суток он расходуется на дыхание.

Содержание кислорода в воде на единицу объема в 30 - 35 раз меньше, чем в воздухе. Если в воздухе содержание кислорода — достаточно постоянная величина, то в воде его содержание колеблется.