Uhlík a uhličitany ve vodě umělé nádrže | Hydrologie

Oxid uhelnatý (IV) nebo, jak se mu častěji říká, oxid uhličitý, hraje důležitou roli v procesech probíhajících ve vodě umělé nádrže. Je to sloučenina uhlíku a kyslíku; v molekule látky je jeden atom uhlíku vázán na dva atomy kyslíku – CO₂Oxid uhličitý ovlivňuje hydrochemické parametry vody (tvrdost, pH, obsah různých látek), ovlivňuje ryby a další vodní živočichy a hraje zásadní roli ve vývoji akvarijních rostlin.

Oxid uhličitý se ve vodě nachází převážně ve formě rozpuštěných molekul CO.₂ a pouze malá část (asi 1 %), při interakci s vodou tvoří kyselinu uhličitou:

Oxid uhličitý, uhlovodíkové a uhličitanové ionty jsou hlavními složkami uhličitanového systému. V roztoku mezi nimi panuje dynamická rovnováha:

Poměr mezi složkami je do značné míry určen hodnotou pH.

Při pH 4.5 a nižším je ze všech složek uhličitanové rovnováhy ve vodě přítomen pouze volný oxid uhličitý.
V rozmezí pH=6-10 (pH vody v umělé nádrži by za normálních podmínek mělo být od 7.8 do 9) jsou uhlovodíkové ionty hlavní formou derivátů kyseliny uhličité (jejich maximální obsah je při pH=8.3-8.4).
Při pH vyšším než 10.5 je hlavní formou existence kyseliny uhličité uhličitanové ionty.

Hlavním zdrojem oxidu uhelnatého vstupujícího do vod umělé nádrže jsou procesy biochemického rozkladu organických zbytků, oxidace organické hmoty a dýchání vodních organismů.

Současně s procesy příjmu se významná část oxidu uhličitého spotřebovává během fotosyntézy a také se vynakládá na rozpouštění uhličitanů a chemické zvětrávání hlinitokřemičitanů:

K redukci oxidu uhličitého ve vodě dochází také v důsledku jeho uvolňování do atmosféry.

Koncentrace oxidu uhličitého v přírodních vodách se pohybuje od několika desetin do 3–4 mg/dm3, občas dosahuje 10–20 mg/dm3.

Obvykle na jaře a v létě obsah oxidu uhličitého v nádrži klesá a dosahuje svého maxima na konci zimy. Oxid uhličitý má mimořádný význam pro rostlinné organismy obývající umělou nádrž (jako zdroj uhlíku).

Jak je známo, vodní rostliny se skládají z organických sloučenin, tj. sloučenin, jejichž základem (kostrou) je uhlík. Růst rostlinné biomasy je spojen s potřebou živit je sloučeninami uhlíku zvenčí. Hlavní látkou, která slouží k výživě rostlin, je oxid uhličitý. Rostliny asimilují (absorbují) CO2.₂, přeměňujíc ho na organické sloučeniny – glukózu, škrob a další.

Absorpce CO2₂ je spojena se změnou pH vody umělé nádrže: posun její hodnoty směrem k zásadité straně. Obsah oxidu uhličitého ve vodě umělé nádrže klesá s poklesem tvrdosti a poklesem kyselosti vody. Proto je velmi měkká a zejména zásaditá voda pro vodní rostliny nepříznivá. Mnoho rostlin přestává růst i v mírně zásaditém prostředí (při pH asi 8).

Tím, že vodní rostliny odebírají oxid uhličitý z vody, si samy zhoršují životní podmínky; k jejich zlepšení je potřeba nový zdroj uhlíku. Některé vodní rostliny dokáží v procesu fotosyntézy využívat pouze volný CO2.₂, rozpuštěný ve vodě umělé nádrže. Pokud je veškerý oxid uhličitý spotřebován, proces fotosyntézy se zastaví a rostlina přestane růst.

Zároveň zvýšené koncentrace CO₂ mají depresivní vliv na živočišné organismy žijící v rybníku. Oxid uhličitý ve vysokých koncentracích je pro vodní živočichy toxický. S vysokým obsahem CO₂ Ve vodě se dostává do krve ryb a způsobuje udušení. Pro normální fungování vodního systému je koncentrace CO₂ ve vodě umělé nádrže by neměl překročit 4 ml/l.

Při vysokých koncentracích CO₂ Vody se stávají agresivními i vůči kovům a betonu v důsledku tvorby rozpustných uhlovodíků, které narušují strukturu těchto materiálů.

Uhličitany

Důležitou rolí oxidu uhličitého v hydrochemii umělé nádrže je vytvoření tzv. rovnováhy oxidu uhličitého a vápníku. Tato rovnováha je určena především třemi parametry: koncentrací CO₂ ve vodě, hodnoty pH a uhličitanová tvrdost dKH. Uhličitan vápenatý CaCO₃ má velmi špatnou rozpustnost ve vodě (7 mg na 1 l), což odpovídá tvrdosti 2°. Při rozpouštění CO₂ Ve vodě uhličitany, které jsou téměř vždy přítomny v půdě, začínají interagovat s oxidem uhličitým a vytvářejí uhlovodíky, které jsou ve vodě vysoce rozpustné:

Hlavním zdrojem uhlovodíkových a uhličitanových iontů v povrchových vodách jsou procesy chemického zvětrávání a rozpouštění uhličitanových hornin, jako jsou vápence, slíny a dolomity:

Některé uhlovodíkové ionty se dostávají s atmosférickými srážkami a podzemní vodou. Uhlovodíkové a uhličitanové ionty se do vodních útvarů dostávají s odpadními vodami z chemického, silikátového, sodného průmyslu atd.

Jak se uhlovodíkové a zejména uhličitanové ionty hromadí, mohou se vysrážet:

V říčních vodách se obsah uhličitanových a uhličitanových iontů pohybuje od 30 do 400 mg HCOXNUMX.₃ – /dm3, v jezerech – od 1 do 500 mg HCOXNUMX₃ — /dm3, v mořské vodě — od 100 do 200 mg/dm3, v atmosférických srážkách — od 30 do 100 mg/dm3, v podzemní vodě — od 150 do 300 mg/dm3, v podzemní vodě — od 150 do 900 mg/dm3.

Kyselost a uhličitanová tvrdost však nejsou jedinými faktory určujícími rovnováhu oxidu uhličitého a vápníku ve vodě v umělé nádrži. Tato rovnováha závisí na řadě faktorů:

1. Objem umělé nádrže. V umělých nádržích s velkým objemem jsou rovnovážné procesy zpravidla stabilnější.

2. Geometrické rozměry umělé nádrže. V umělé nádrži s velkým povrchem se lépe provádí výměna plynů se vzduchem.

3. Počet ryb a jiných vodních živočichů, kteří při dýchání uvolňují oxid uhličitý.

4. Počet vodních rostlin v umělé nádrži, které v závislosti na osvětlení emitují nebo absorbují oxid uhličitý.

5. Intenzita světla ovlivňující životně důležitou aktivitu vodních rostlin.

6. Chemické složení vody nalité do umělé nádrže. Nejdůležitějším faktorem je uhličitanová tvrdost (dKH).

7. Krmný režim ryb. Rozkládající se přebytečné krmivo se stává zdrojem oxidu uhličitého.

8. Teplota vody. Ovlivňuje rozpustnost uhličitanů, oxidu uhličitého a rychlost všech chemických reakcí.

9. Půda. Hydrochemické složení vody závisí na obsahu uhličitanů v půdě.

10. Pohyb vody v důsledku filtrů, potoků, kaskád, čerpadel atd. Ovlivňuje nasycení vody oxidem uhličitým ze vzduchu a rozpustnost uhličitanů.

Všechny výše uvedené faktory naznačují komplexní závislost rovnováhy na podmínkách umělé nádrže: kvůli tak velkému komplexu faktorů je často nemožné předpovědět směr posunu v bilanci oxidu uhličitého a vápna a odpovídající změnu hydrochemického složení vody v umělé nádrži.