Магній морських і континентальних вод

Серед елементів другої групи періодичної системи магній за своїми хімічними властивостями найближчий до кальцію. Він входить до складу більш ніж 100 мінералів, у тому числі бруситу Mg(ОН)₂ з вмістом близько 41,7 %, магнезиту - МgСОз (28,8%), доломіту - МgС0₃, СаСОз

(18,2%) та інш. У водні об’єкти магній надходить в основному при розчиненні доломітів, мергелей або при вивітрюванні основних (габбро), ультраосновних (дуніт) та інших порід.

Вміст магнію у поверхневих водах суші залежить від характеру грунтів водозбірної площі.

Висока розчинність сполук магнію сприяє його постійному надходженню з річковим стоком у моря і океани. Загальна маса магнію у Світовому океані становить 2077-10¹² т,. До складу морської води входить в середньому 1,317 г магнію на 1 л води.
Лекція 5

Тема: Абіотичні фактори водних екосистем

1. Мікроелементи водних екосистем та їх біологічна роль.

2. Кисень гідросфери та його роль у водних екосистемах.

3. Діоксид вуглецю в водних екосистемах.

4. Кругообіг та роль азоту у водних екосистемах.

5. Фосфор у водних екосистемах.

Мікроелементи водних екосистем та їх біологічна роль

Хімічні елементи, вміст яких в організмі рослин і тварин знаходиться у дуже низьких концентраціях (тисячні долі відсотка), належать до мікроелементів. Незважаючи на мікрокількості їх в організмі гідробіонтів, вони відіграють дуже важливу метаболічну роль. Домікроелементів зараховують більше ЗО найважливіших елементів, середних метали алюміній, залізо, мідь, марганець, цинк, молібден, кобальт, нікель, стронцій та інші, і неметали - йод, селен, бром, фтор, миш’як, бор. В організм бактерій, водяних рослин і тварин вони надходять безпосередньо з води і донних відкладів. Переважно це водорозчинні форми, які легкозасвоюються. Мікроелементи входять до складу ферментів, зокрема, Мn - аргінази, Zn- карбоаигідрази, Сu - поліфенолоксидази, Со - вітаміну В12, J- тироксину. Всі вони істотновпливають на метаболічніпроцеси в організмі рослин і тварин. У водних екосистемах такі елементи, як мідь, цинк, марганець,залізо, нікель, свинець при концентраціях, що перевищуютьграничнодопустимі, стають біологічно небезпечними компонентами і їх розглядаютьяк токсиканти. Гідробіонти різних трофічних рівнів можутьакумулювати всвоєму організмі деякі мікроелементи, особливо метали.

В залежності від здатності гідробіонтів накопичуватихімічні елементи в організмі, вони поділяються на макро- і вджроконцентраторів і деконцентраторів.Критерієм для такого поділу може бути коефіцієнт біологічного накопичення (К_а), під яким розуміють відношення концентрації металу в тілі гідробіонтів до їх вмісту у мулі (намасу сухої речовини). Умовно до макроконцентраторів відносятьгідробіонтів з К_а > 2, до мікроконцентраторів - з К_а= 1-2 і до деконцентраторів - з К_а < 1. Такий поділ умовний, але вінможе датиуявлення проставлення того чи іншого гідробіонта до окремих хімічних елементів водного середовища. Принаймні такі дані можуть свідчити про метаболічні взаємини між організмом гідробіонтів і окремими хімічними елементами, розчиненими у воді. Залізо

Залізо - один з найактивніших металів, які в природі майже не зустрічаються у вільному стані. Серед мінералів, до складу яких входить залізо, найголовніші пірит (FеS₂), магнітний залізняк (FеО, Fе₂0₃), бурий залізняк (2Fе₂0з • ЗН₂0), шпатовий залізняк (FеС0₃). Залізо утворює комплексні сполуки з органічними кислотами, азотмісткими речовинами, білками тощо. Важливу роль у біосфері відіграють полімеризовані сполуки заліза з ланцюговою структурою та комплексні сполуки фосфатів заліза.

У Світовому океані залізо утворює неорганічні і органічні сполуки, а його вміст у евфотичному шарі води (0-25 м) залежить від біоседиментації та депонування його сполук у донних відкладах. У поверхневих водах суші залізо може утворювати комплексні сполуки з розчиненими органічними речовинами, взаємодіяти з завислими та диспергованими частинками в донних відкладах, а з легкорозчинними сполуками порових вод, переважно органічного характеру, залізо може утворювати кінетично стійкі сполуки, які погано дисоціюють.

У клітинах і тканинах гідробіонтів залізо входить до складу органічних речовин, багатьох ферментів. Незважаючи на відносно незначний вміст заліза в тканинах і біологічних рідинах живих організмів, його біологічна роль надзвичайно велика.

Мідь

У природі мідь зустрічається у вільному стані у вигляді самородків та в складі мінералів халькопіриту (СuFеS₂), халькозину (Сu₂ S), малахіту (СuС0₃ • Сu(ОН)₂, азуриту (СuСОз • 2Сu(ОН)₂ та інших. У сполуках мідь проявляє ступінь окиснення +1 і +2. Вона легко взаємодіє з галогенами, сіркою, селеном. Різна валентність іонів міді (Сu⁺ і Сu²⁺) зумовлює наявність у природних водах її важко- і легкорозчинних сполук. Солі міді утворюють як легкорозчинні (Сіі80₄), так і важкорозчинні (Сu₂0, Сu₂S, СuС1₂) форми. Форми міді в поверхневих водах залежать від рН води, наявності в ній розчинених органічних речовин (гумінових і фульвокислот) та завислих частинок органічної і мінеральної природи. Розчинена мідь представлена переважно у закомплексованому стані, що обумовлено, в основному, хімічними властивостями самого елементу, як сильного комплексоутворювача. Поряд з утворенням комплексів з органічними речовинами, мідь може сорбуватись завислими частинками, серед яких є гідроксиди металів (Fе, АІ, Мn), та взаємодіяти з гумусовими та іншими органічними речовинами. Певна її частина у водоймах адсорбується на завислих глинистих мінеральних частинках, разом з якими осідає на дно. Значна частина міді асимілюється планктонними організмами, в складі яких вона приймає участь у кругообігу речовин у водних екосистемах. Близько 30-50 % загальної кількості міді, що надходить з річковим стоком у дніпровські водосховища, взаємодіє із завислими частинками, які поступово осідають на дно. Тому в донних відкладах водосховищ зосереджено значно більше міді, ніж у товщі води.

В перші роки після утворення Київського водосховища концентрація розчинених форм міді, що виносилася з нього, була вищою ніж та, що надходила з водою притоків. Такий позитивний баланс був наслідком її десорбції із залитих грунтів. З часом в донних відкладах накопичувались значні запаси міді, що в свою чергу, призводило до зростання її концентрації У воді.

Існують певні особливості формування балансу міді у верхній, середній та нижній течії зарегульованого Дніпра. Вони пов’язані із впливом вищерозташованих у каскаді водосховищ на нижчерозташовані. Так, з Канівського водосховища до Кременчуцького надходить, крім розчинених, значна кількість завислих форм міді, більшість яких поступово осідає на дно. Загальний баланс міді у цьому водосховищі головним чином визначається їх акумуляцією в донних відкладах.

Марганець

Марганець належить до металів із змінною валентністю (Мn²⁺, Мn⁴⁺, Мn), що визначає його участь у окиснювано-відновних реакціях ключових метаболічних процесів. У поверхневі води він надходить внаслідок вимивання з грунту та мінералів, особливо запізо-марганцевих руд. Надходить також із стічними водами марганцевих гірничозбагачувальних комбінатів, металургійних заводів та інших підприємств.

Формування вмісту марганцю у поверхневих водах пов’язано з його привнесенням з підземним стоком та змивом з водозбірної площі. У його кругообігу у водних екосистемах важливу роль відіграють органічні речовини рослинного і тваринного походження.

У континентальних і морських водах марганець зустрічається у розчиненій, завислій і колоїдній формах. Верхній Дніпро та його притоки (особливо Прип’ять) несуть значну кількість розчинених форм марганцю, частина яких, адсорбуючись на зависі, осідає у Київському водосховищі. У розчинених формах марганець частіше зустрічається в ступені окиснення +2, а в +4 - у формі завислих частинок. При високій концентрації у воді

гідрокарбонат-іонів (НСОз) або сульфат-іонів (804) певна частина розчиненого марганцю може знаходитись у комплексних сполуках. Він може утворювати комплекси з фосфат-іонами та деякими органічними лігандами.

У поверхневих водах марганець в ступені окиснення +2 термодинамічно нестабільний і легко окиснюється, перетворюючись в діоксид марганцю (МnО2) та інші оксиди. У річковій воді міграція Мn²⁺ відбувається переважно в складі завислих форм. Так, до зарегулювання Дніпра, на них припадало близько 81 %, а у Прип’яті - 73 % від його загальної концентрації у воді. Як завислі форми марганцю можна розглядати його вміст у клітинах водоростей, з якими він може мігрувати, а також адсорбований на оксиді заліза, глинистих частинках та інших органічних і неорганічних субстратах.

Розчинені форми марганцю - це в основному його комплексні сполуки з органічними речовинами різної молекулярної маси, зокрема з гуміновими і фульвокислотами. Вони становлять лише 2-27 % загальної кількості розчиненого марганцю. У порівнянні з іншими металами, комплекси марганцю з речовинами гумусової природи не відзначаються високою стабільністю. За кількістю зв’язаного з органічними речовинами металу марганець займає останнє місце серед найбільш поширених у природних водах мікроелементів (Cu²⁺ > Ni²⁺ > Со²⁺ > Zn²⁺ > Мп²⁺). Співставлення різних форм марганцю в річкових водах свідчить про те, що він може взаємодіяти, утворюючи комплексні сполуки, з гуміновими, фульвокислотами та органічними речовинами.

Кобальт

Кобальт належить до елементів, які утворюють сполуки практично з усіма галогенами (CoF₂, C0F3, СоС1₂, СоВг₂, СоІ₂). Всі галогеніди двовалентного кобальту добре розчинні у воді. Серед інших сполук, які зустрічаються у природі, заслуговують на увагу карбонат кобальту (С0СО3), нітрат кобальту [Со(КОз)₂ • 6Н₂0], сульфат кобальту [C0SO4 • 7Н₂0].

У розчинах для кобальту характерні два стани окиснення, при яких він виступає як двовалентний (Со²⁺) і тривалентний (Со³⁺) елемент. Двовалентний кобальт (Со²⁺) у процесі розчинення його солей взаємодіє з молекулами води. В присутності лігандів він легко окиснюється молекулярним киснем і може сприяти його транспорту. В природних водах кобальт може знаходитись у різних формах. На його взаємодію з іншими речовинами впливає pH і окиснювано-відновний потенціал (Eh) середовища. Кобальт може утворювати комплекси з гуміновими кислотами. При pH води 6,5-8,0 виявляється його максимальна здатність до комплексоутворення з фульвокислотами.

Метаболічна роль кобальту пов’язана з його участю в процесах кровотворення і перенесенням кисню гемоглобіном та іншими пігментами крові. Він є необхідним елементом у синтезі гемоглобіну, що відбувається опосередковано - через вітамін В₁₂, в структуру якого входить кобальт.

В організмі тварин кобальт активує іонізацію і резорбцію заліза, сприяючи тим самим включенню атомів заліза в молекулу гемоглобіну. Внаслідок його впливу на еритропоез (процес утворення еритроцитів) в крові зростає кількість формених елементів крові, що свідчить про його безпосередню участь у реакціях, які відбуваються у кровотворних органах. Гемопоетичний (гемопоез - кроветворения) вплив кобальту виявляється найбільш ефективно, якщо в організмі присутні залізо і мідь, тобто ті елементи, які приймають участь у механізмі переносу кисню гемоглобіном та іншими пігментними білками.

Крім участі в кровотворенні, кобальт сприяє синтезу білків, асиміляції азоту та накопиченню в органах і тканинах білків. Введення у кормові суміші риб солей кобальту сприяло збільшенню біомаси цьогорічок майже на 20 %, а додаткове введення в гранульовані кормові суміші комплексу мікроелементів, до яких входять кобальт, марганець і молібден (у кількості Змг на 1 кг корму), стимулює приріст біомаси у молоді коропа на 15 %, а у дворічних коропів - на 22 %.

Як уже відзначалось, вплив кобальту на процеси перенесення гемоглобіном кисню виявляється в присутності іонів заліза і міді. Він впливає також на обмін і біологічну дію кальцію і фосфору. Так, недостатнє надходження в організм солей кобальту призводить до неповного засвоєння кальцію і фосфору. При дефіциті кобальту у воді знижується і їх утилізація молюсками та іншими водяними тваринами.

Кобальт активує кісткові і кишкові фосфатази, карбоксилази, аргінази, каталази і деякі пептидази. В той же час під його впливом знижується активність сукцинатдегідрогенази і цитохромоксидази.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: