4.3.7 Διαλυμένο οξυγόνο

Η συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου στο νερό αποτελεί αναμφισβήτητο δείκτη της κατάστασης και της βιωσιμότητας του λιμναίου οικοσυστήματος. Η ανάπτυξη των περισσότερων μορφών ζωής (ζωικών, φυτικών, μυκήτων, πρωτίστων και βακτηρίων) προϋποθέτει την παρουσία οξυγόνου. Η καύση οργανικών ουσιών (κυρίως σακχάρων και λιπαρών οξέων), κυτταρική αναπνοή, εξασφαλίζει την απαραίτητη για την επιβίωση, ανάπτυξη και αναπαραγωγή ενέργεια στην πλειονότητα του έμβιου κόσμου. Η παρακάτω αντίδραση περιγράφει συνοπτικά την καύση της γλυκόζης, της πιο άμεσης πηγής ενέργειας:

C6H12O6 + 6O2 > 6CO2 + 6H2O + ενέργεια

Ο εμπλουτισμός της λίμνης σε οξυγόνο γίνεται μέσω:
· διάχυσής του ατμοσφαιρικού οξυγόνου στο νερό της λίμνης
· φωτοσυνθετικής παραγωγής οξυγόνου από τα ανώτερα υδρόβια φυτά, το φυτοπλαγκτόν και το περίφυτον

6CO2 + 6H2O > C6H12O6 + 6O2

Το μεγαλύτερο ποσοστό του οξυγόνου που υπάρχει στον αέρα και στο νερό σχηματίστηκε στο πέρασμα των γεωλογικών αιώνων από τους αυτότροφους οργανισμούς μέσω της φωτοσύνθεσης.

Όλοι οι αερόβιοι οργανισμοί χρησιμοποιούν το οξυγόνο στη διαδικασία της αναπνοής. Το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό που παράγονται αποτελούν τα υλικά της φωτοσύνθεσης η οποία γίνεται στους αυτότροφους οργανισμούς και προϊόν της είναι το οξυγόνο. Ο κύκλος αυτός συμβαίνει και στα χερσαία και στα υδάτινα οικοσυστήματα και γενικά υπάρχει ισορροπία ανάμεσα στην παραγωγή και την κατανάλωση του οξυγόνου, όταν οι συνθήκες είναι κανονικές και δεν εμποδίζονται οι διαδικασίες της αναπνοής και της φωτοσύνθεσης (π.χ όταν μια λίμνη ρυπανθεί προκαλείται μείωση ή ακόμα και έλλειψη οξυγόνου) - εικ. 15.

Όταν εξαιτίας φυσικών ή ανθρώπινων δραστηριοτήτων εισέλθει στη λίμνη άφθονο θρεπτικό υλικό προκαλείται υπερβολική ανάπτυξη του φυτοπλαγκτού (άνθιση του νερού) με αποτέλεσμα το διαλυμένο στο νερό οξυγόνο να μειώνεται σε περιοχές κοντά στην ακτή και στον πυθμένα όπου καταλήγουν μεγάλες ποσότητες νεκρής υδρόβιας βλάστησης και αποσυντίθενται από τα αερόβια βακτήρια, τα οποία χρησιμοποιούν το διαλυμένο οξυγόνο.


Εικόνα 15. Ο κύκλος του οξυγόνου σε κανονικές συνθήκες διατηρείται σταθερός.

Η μείωση οξυγόνου που θα προκύψει μπορεί να οδηγήσει σε θάνατο μεγάλο μέρος της ιχθυοπανίδας κι αν συνεχιστεί η αύξηση των θρεπτικών συστατικών που εισρέουν στη λίμνη θα δημιουργηθούν ανοξικές συνθήκες. Αναερόβια βακτήρια θα κατακλύσουν την περιοχή τα οποία θα δημιουργήσουν αέρια προϊόντα αποσύνθεσης όπως το ιδιαίτερα δύσοσμο αλλά και τοξικό υδρόθειο και το εύφλεκτο μεθάνιο. Όταν υπάρχει έλλειψη οξυγόνου ο αριθμός των ειδών μειώνεται, αλλά αυξάνονται οι ανθεκτικοί σε αυτές τις συνθήκες οργανισμοί. Η κατάσταση αυτή μπορεί να παρατηρηθεί σε μια δεδομένη χρονική στιγμή και σε ένα συγκεκριμένο σημείο της λίμνης και δεν είναι οριστική. Όταν οι συνθήκες με την πάροδο του χρόνου ξαναγίνουν "κανονικές" οι αλλαγές εξαφανίζονται.

Σε γενικές γραμμές το οξυγόνο διαλύεται εύκολα στο νερό. Τα δίπολα του νερού μετατρέπουν τα μη πολικά μόρια του οξυγόνου σε ηλεκτρικά δίπολα. Η διάλυση του οξυγόνου στο νερό συντελείται με την ανάπτυξη ασθενών ελκτικών δυνάμεων ανάμεσα στα πολικά μόρια του νερού και στα σχηματιζόμενα πολικά μόρια του οξυγόνου.

Ωστόσο τόσο η διαλυτότητα του οξυγόνου στο νερό όσο και η κατανομή του σε μια υδάτινη μάζα εξαρτώνται από ποικιλία παραγόντων:
· κλίμα - μετεωρολογικές συνθήκες στην περιοχή
· θερμοκρασία νερού και θερμική στρωμάτωση της υδάτινης στήλης
· ατμοσφαιρική πίεση (υψόμετρο)
· ρεύματα αέρα - κυματισμός
· αφθονία φωτοσυνθετικών οργανισμών
· αφθονία αερόβιων οργανισμών
· αφθονία οργανικού και ανόργανου υλικού (που παράγεται στο εσωτερικό της λίμνης ή που εισέρχεται στη λίμνη)
· περιεκτικότητα των εισερχόμενων στη λίμνη νερών σε οξυγόνο (υπολίμνιες πηγές, επιφανειακά ρεύματα που απορρέουν στη λίμνη)
· σχήμα και μέγεθος της λεκάνης απορροής

Θερμοκρασία: Αύξηση της θερμοκρασίας του νερού συνεπάγεται μείωση της συγκέντρωσης του διαλυμένου οξυγόνου (αρχή Le Chatelier). Καθώς η θερμοκρασία ενός διαλύματος αυξάνεται, το περιεχόμενο αέριο εκδιώχνεται μέχρι να συμβεί πλήρης εξαέρωση του διαλύτη στο σημείο βρασμού.

Κατά τη φθινοπωρινή και την εαρινή αναστροφή, η ανάμιξη του νερού διαμορφώνει ομοιόμορφες σχεδόν συνθήκες ως προς τη συγκέντρωση του οξυγόνου σε όλο τον όγκο της υδάτινης μάζας. Ο συνδυασμός της θερμικής στρωμάτωσης και των βιολογικών δραστηριοτήτων επηρεάζει σημαντικά τη συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου.

Εαρινή στρωμάτωση: Στις εύκρατες περιοχές και στη διάρκεια του καλοκαιριού, η συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου στο επιλίμνιο παραμένει υψηλή εξαιτίας της έντονης φωτοσυνθετικής δραστηριότητας που αναπτύσσεται (το καλοκαίρι είναι ευνοϊκή περίοδος για την ανάπτυξη των φωτοσυνθετικών οργανισμών - η ηλιακή ακτινοβολία είναι έντονη και επιταχύνει τους φωτοσυνθετικούς ρυθμούς) και της διάχυσής του από την ατμόσφαιρα.

Ωστόσο, στη διάρκεια της συγκεκριμένης περιόδου, η συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου στο υπολίμνιο εξαρτάται από την τροφική κατάσταση της λίμνης. Σε εύτροφες (περισσότερο παραγωγικές) λίμνες, το διαλυμένο οξυγόνο του υπολίμνιου μειώνεται καθώς το διαχεόμενο από την ατμόσφαιρα και το παραγόμενο από τους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς των ανώτερων στρωμάτων οξυγόνο δεν εισέρχεται στην υδάτινη αυτή ζώνη (λόγω θερμικής στρωμάτωσης). Παράλληλα οι αερόβιοι οργανισμοί του υπολίμνιου (καταναλωτές, αποικοδομητές) μειώνουν σταδιακά την ποσότητα του διαθέσιμου οξυγόνου. Σε ακραίες περιπτώσεις τα βαθύτερα στρώματα της λίμνης γίνονται ανοξικά (απουσία οξυγόνου).

Σε ολιγότροφες λίμνες, η μικρή σχετικά βιομάζα του φυτοπλαγκτού επιτρέπει τη διείσδυση του φωτός σε μεγαλύτερα βάθη και συνεπώς φωτοσυνθετικοί οργανισμοί - παραγωγοί οξυγόνου - εμπλουτίζουν με οξυγόνο βαθύτερα στρώματα του νερού. Σε ολιγότροφες λίμνες και κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, η συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου μπορεί να αυξάνεται με το βάθος, στις υδάτινες ζώνες κάτω από το θερμοκλινές, καθώς οι χαμηλές θερμοκρασίες στο υπολίμνιο αυξάνουν τη διαλυτότητα του οξυγόνου.

Χειμερινή στρωμάτωση: Σε εύτροφες λίμνες και κατά τη διάρκεια της χειμερινής περιόδου, η κάλυψη των επιφανειακών νερών με πάγο προκαλεί στρωμάτωση της λίμνης ως προς τη συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου στα διάφορα βάθη. Περιορισμένη κάλυψη της επιφάνειας με πάγο επιτρέπει τη διείσδυση της ηλιακής ακτινοβολίας και την ανάπτυξη φωτοσυνθετικής δραστηριότητας. Στις παραπάνω συνθήκες η συγκέντρωση του οξυγόνου παρουσιάζεται αυξημένη στα στρώματα κοντά στην επιφάνεια και μειώνεται με το βάθος εξαιτίας της κατανάλωσης οξυγόνου από τους ετερότροφους οργανισμούς.

Σε περιπτώσεις όπου η λίμνη καλύπτεται από πάγο σε όλη την έκταση της επιφάνειάς της, η διάχυση οξυγόνου από την ατμόσφαιρα παρεμποδίζεται και το διαθέσιμο οξυγόνο στο εσωτερικό της σταδιακά μειώνεται. Η παραπάνω κατάσταση (ανεπάρκεια οξυγόνου) επιδεινώνεται σε περιπτώσεις όπου χιόνι καλύπτει τα επιφανειακά στρώματα του πάγου. Η έλλειψη φωτός καταστέλλει τη φωτοσυνθετική δραστηριότητα διαμορφώνοντας πιθανά ανοξικές συνθήκες στο εσωτερικό της λίμνης.

Ατμοσφαιρική πίεση: Η διαλυτότητα του οξυγόνου μπορεί να περιγραφεί από το γενικό τύπο του νόμου του Henry που αναφέρεται στη διαλυτότητα των αερίων:
P = K * N
Όπου P= πίεση του αερίου
N=το μοριακό κλάσμα του αερίου
K= συντελεστής Henry που εξαρτάται από τη φύση του αερίου, το διαλύτη και τη
θερμοκρασία

Σε σταθερή θερμοκρασία, η πίεση που ασκεί το ατμοσφαιρικό οξυγόνο στην επιφάνεια του νερού της λίμνης είναι ανάλογη της συγκέντρωσης του οξυγόνου στο νερό. Συνεπώς, αύξηση της ατμοσφαιρικής πίεσης αυξάνει τη διαλυτότητα του οξυγόνου στο νερό και αντίστροφα.

Οι υδρόβιοι οργανισμοί χρειάζονται διαφορετικά ποσά διαλυμένου οξυγόνου. Όταν τα επίπεδα του διαλυμένου οξυγόνου βρίσκονται κάτω από 3ppm, προκαλούν στρες στους περισσότερους υδρόβιους οργανισμούς, ενώ επίπεδα κάτω από 2 ή 1ppm δεν ευνοούν τη ζωή των ψαριών. Επίπεδα 5 ή 6ppm είναι συνήθως τα χαμηλότερα όρια για την ανάπτυξη και τις δραστηριότητες των υδρόβιων οργανισμών.

αρχική σελίδα
επόμενη σελίδα