В воде кислорода больше чем в воздухе

Если вы еще помните физику восьмого класса, то понять несложно из рисунка. При движении хвоста возникает сила, которая направлена по диагонали. Эта сила разлагается на две составляющих. Рыба компенсирует поперечную составляющую, а продольная двигает рыбу вперед.

Что видит рыба

Начнем с самого начала. Как известно, вода имеет больший коэффициент преломления, чем воздух. Поэтому лучи света, которые входят или выходят из воды преломляются согласно закону синусов, который гласит, что угол между лучом и нормалью к поверхности раздела в точке падения луча больше там, где показатель преломления меньше:

В принципе, вся геометрическая оптика, с ее трехэтажными формулами, является следствием этого закона (и закона отражения)

На этом основаны все опыты с монетой в стакане, которая становится видимой, когда она залита водой. Снимки слева сделаны из одной точки, во втором случае в тарелку налита вода.

Для воды показатель преломления примерно равен 1.33, поэтому критический угол составляет чуть меньше 50°

На практике это означает, что смотря через переднюю стенку аквариума, вы не можете видеть то, что находится за боковой, в воздухе.

На этом снимке видны растения, рыбы и их отражения, но не то что находится за аквариумом справа.

Всего этого достаточно, чтобы понять, что видит рыба.

Если из точки О рассматривать объект 1-4 :

Эти два изображения ( не в масштабе ), показывают, как будет казаться Wile E. Coyote, зашедший в воду, чтобы ему проще было поймать неуловимого Road Runner-a

Вне круга, который ограничивает изображение моста будет видно дно, за счет эффекта полного внутреннего отражения, что понятно из картинки выше.

Здесь примерно показано, как нас будет видно рыбе из аквариума. Помимо пространственных искажений еще будут наболюдаться цветовые эффекты. Поскольку для различных длин волн показатель преломления различен, то предметы будут казаться окрашенными в цвета радуги по краям.

Примерно такую же картину можно наблюдать при рассматривании себя в кривом зеркале.

Почему у моего аквариума изогнута задняя стенка?

«Склеил я тут давеча аквариум из стекла 6мм 810x46x45 (длина x ширина x высота) и после заливки воды обнаружил странный сабж: кажется, что задняя стенка как бы искривлена, т.е. наибольшее расстояние в точке взгляда, а слева и справа расстояние до задней стенки кажется заметно короче. Как с этим бороться?»

Из-за того, что наш мозг «думает» в прямых линиях, все расстояния кажутся короче примерно в полтора раза.

Когда вы плавали под водой в маске, то сколько раз вам казалось, что вон ту рыбку легко можно ухватить за хвост, настолько она близка?

Отсюда и понятно, почему задняя аквариума кажется выпуклой. Особенно это заметно у длинных аквариумов. Ширина аквариума всегда кажется наибольшей там, где линия взгляда перпендикулярна стеклу. Встаньте возле края аквариума и проверьте.

Источник

Или мы просто незначительно переводим газосодержащий воздух из одного состояния в другое, который смешивается с воздушным океаном, восстанавливая первоначальный баланс воздушной смеси, свойственный атмосфере земли на настоящий момент, ничего не изменив в общем окружающем воздушном пространстве.

Кислород и вода это единая водновоздушная система на данном этапе эволюции нашей планеты, воздействовать на которую мы не в состоянии.

В далеком прошлом были гигантские пожары, когда сгорали леса целых континентов. Горели вырвавшийся из недр газ, бьющая фонтаном нефть. Выгорали торфяники, угольные пласты. При этом в большом количестве на горение потреблялся кислород.

Всё, что мы, люди, сжигаем за всю нашу сознательную историю – это ничто по сравнению с континентальным пожаром! По сравнению с горящим нефтяным морем, которое горит третий год! И оно еще будет гореть два года, пока полностью не выгорит. А что с кислородом? Он есть в воздухе, и поддерживает горение нефтяного моря. Кроме того, при наличии воды на планете, при понижении уровня кислорода запускается процесс активного его восстановления до исходного уровня.

Предположим, что кислород вырабатывают растения.

Мы знаем, что существует круговорот воды в природе. Тут вопросов нет. Мы знаем, что существуют теплые и холодные воздушные потоки. Существуют теплые и холодные течения в океанах. Все они существенно влияют на климат планеты.

Еще один удивительный момент. Зима. Вся Северная Америка и Евразия под снегом. В октябре все растения засыпают и только в апреле распускаются первые листочки. Все хвойные деревья тоже спят, и никакого кислорода не выделяют целых 6 месяцев! А мы этого не замечаем! Даже наоборот, говорим о какой – то зимней свежести! Ну, какая свежесть без кислорода!

Так откуда же берется кислород?

Предыдущая Метагалактика, сжимаясь, поглощает всю материю, в том числе и воду, и все газы вместе с кислородом. Рой Черных дыр сливается в единую Черную дыру. Происходит «утрамбовывание» материи собственной массой, или «Уничтожение Материи».

Вся материя Метагалактики собралась в единый Шар, так называемый Проматеринский Шар, с самой гигантской плотностью материи и с самым наивысшим уровнем сжатия. (См. статью «Происхождение нашей Вселенной» )

Запустился процесс «Возникновения Материи» или новой, нашей Метагалактики.

Эволюционная цепочка Возникающей Материи:

Ядро нашей планеты является частичкой Проматеринского Шара. Только в процессе эволюции Новой (нашей) Метагалактики ядро Земли имеет самую низкую плотность материи и самый низкий уровень сжатия, по отношению к Проматеринскому Шару.

Таким образом, ядро Земли содержит в себе все элементы предыдущей Метагалактики.

Итак, после Марса Солнце в очередной раз выбросило часть своего ядра. Ядро вспыхнуло ярким светом, и по удлиненной эллиптической орбите стало двигаться вокруг Солнца, облучая сверх мощной радиацией все планеты Солнечной системы.

Так появилась новая звезда Земля.

Вскоре эта звезда погасла, превратившись в планету, и на ней начались процессы остывания.

Излияние магмы, первая затвердевшая кора, и огромное выделение газов.

А так как ядро содержит в себе все элементы предыдущей Метагалактики, в составе вырывающихся газов была и вода. Первоначальная вода была сверхтяжелая, со сверхтяжелым кислородом, такая вода обладала высокой радиоактивностью, но в процессе эволюции она стала такой, какой мы её знаем. В газе современного вулкана так же присутствует вода, только значительно в меньшем количестве.

Ну, а там где вода,- там и свободный кислород. Где из воды выделяется кислород? В океанах – возможно. Но судя по равномерному распределению кислорода в атмосфере земли, кислород выделяется из водяного пара в верхних слоях атмосферы, под воздействием солнечных лучей, и выпадает равномерно на всю планету, независимо от того экватор это или полюс.

Источник

Кислород в морских и пресноводных системах

Для жизнедеятельности почти всех водных организмов, за исключением некоторых бактерий, необходим кислород. Большинству этих организмов приходится извлекать его из воды, поэтому извлечение кислорода из воды и внесение его в воду — процессы жизненно важные для водных организмов. В хозяйствах аквакультуры важнейшей задачей является обеспечение насыщения воды необходимым количеством кислорода. Это особенно важно для систем с большой биологической нагрузкой.

Основными источниками кислорода для воды являются фотосинтезирующие растения и атмосфера. В атмосфере содержится около 21% кислорода. В холодной воде, находящейся в контакте с воздухом атмосферы, в состоянии насыщения растворено не более 15 мг/л кислорода, т. е. массовая доля кислорода составляет примерно 0,0015. Столь малые концентрации затрудняют извлечение кислорода водными организмами и требуют строгого контроля за содержанием кислорода в воде.

Содержание кислорода в воде, насыщенной воздухом, зависит от температуры и солености (хлорности). При постоянной температуре концентрация насыщения воды кислородом линейно связана с хлорностью. Однако с увеличением температуры наклон кривой уменьшается (рис. 4.1). Зависимость концентрации насыщения от температуры при постоянной хлорности, если ее изобразить на полулогарифмической координатной бумаге, выглядит почти линейно.

В табл. 4.1 показано, как концентрация насыщения воды кислородом зависит от температуры и солености. Из таблицы видно, что в холодной воде может содержаться больше кислорода, чем в теплой, а в пресной больше, чем в соленой. Иными словами, увеличение как солености, так и температуры приводит к уменьшению содержания кислорода в воде при 100 %-ном насыщении.

Скорость переноса кислорода из воздушной среды в водную зависит от температуры, солености и степени насыщения воды, а также от турбулентности поверхности раздела вода — воздух. Температура воды, соленость, степень насыщения — все эти факторы влияют на градиент концентрации, являющийся движущей силой процесса переноса кислорода. Турбулентность раздела вода — воздух значительно увеличивает площадь контакта двух сред: чем больше площадь поверхности раздела, тем больше скорость переноса кислорода. Перенос кислорода в воде почти целиком обусловлен циркуляцией, течениями и турбулентностью. Диффузия кислорода столь мала, что не имеет практического значения. Например, для увеличения концентрации кислорода на глубине 10 м от 0 до 0,4 мг/л диффузией потребовалось бы около 600 лет (Reid, 1961).

Градиент концентрации оказывает большое влияние на скорость переноса кислорода через поверхность раздела вода—воздух. Поскольку содержание кислорода в атмосфере может лишь незначительно отклоняться от 21%, скорость переноса определяется отношением данной концентрации кислорода в воде к концентрации насыщения.. Математически градиент концентрации можно записать в виде

где C_s — концентрация кислорода при 100 %-ном насыщении; С_t — концентрация кислорода в момент времени t; ΔС_t — градиент концентрации в момент времени t.

Скорость переноса кислорода с увеличением градиента концентрации возрастает, поэтому по мере приближения содержания кислорода в воде к 100 %-ному насыщению скорость переноса уменьшается.

Именно поэтому значительно труднее полностью насытить воду кислородом, чем повысить концентрацию на 1—2 мг/л.

Математически перенос кислорода можно описать следующим уравнением:

где ΔС/Δt — изменение концентрации за время Δt; К — константа, учитывающая влияние турбулентности и зависящая от условий; А — площадь поверхности контакта вода—воздух; C_s и C_t — те же, что и в уравнении (4.1).

Уравнение (4.2) чаще встречается в дифференциальной форме

Это уравнение показывает, что скорость изменения концентрации dC/dt равна произведению константны К, учитывающей влияние турбулентности поверхности раздела вода—воздух, на площадь поверхности контакта и градиент концентрации C_s—C_t.

Фотосинтез — второй основной источник кислорода для водных систем. Кислород является побочным продуктом фотосинтеза и выделяется в воду фотосинтезирующими растениями. Однако фотосинтез и продуцирование кислорода могут происходить только при наличии света. Те водоросли, которые в дневное время выделяют кислород, ночью потребляют его. В солнечные дни количество кислорода, выделяемого фотосинтезирующими растениями, может быть достаточно для пересыщения поверхностных вод кислородом. В этом случае он выделяется в атмосферу. Фотосинтетическая продукция кислорода несколько отстает от суточного хода получаемой Землей солнечной энергии, поэтому содержание кислорода в естественных водоемах и прудах минимально на рассвете. Максимальные концентрации обычно наблюдаются в середине дня или несколько позднее. Таким образом, определение концентрации кислорода для выявления возможного его дефицита следует проводить на рассвете.

Пресноводные системы

Озера и пруды. Для водоемов, глубина которых превышает толщину слоя фотосинтеза, характерны некоторые особенности распределения кислорода. В верхнем слое воды продуцирование кислорода в результате фотосинтетической активности, осредненное за сутки, превышает его потребление. В нижележащих слоях кислорода производится меньше, чем потребляется. На некоторой глубине количество продуцируемого кислорода равно количеству потребляемого. Эта глубина называется глубиной компенсации. Ниже этой точки потребности кислорода на дыхание превышают его продуцирование, так как фотосинтез ограничен количеством проникающей сюда световой энергии. Кроме того, сюда же опускается отмерший планктон из вышележащих слоев. По мере погружения частицы планктона облепляются бактериями, которые извлекают из них органические компоненты. Кислород требуется для дыхания бактерий и других обитателей этих глубин.

Вертикальное распределение кислорода в озерах и прудах зависит от циркуляции и потенциальной продукции вод. На рис. 4.2 представлено типичное вертикальное распределение кислорода в эвтрофном высокопродуктивном озере. Зимой при наличии ледового покрова содержание кислорода незначительно убывает с глубиной и со временем медленно уменьшается во всей толще вод. Непосредственно у поверхности концентрация может быть несколько выше, что обусловлено фотосинтетической активностью. Однако фотосинтез лимитируется количеством света, проникающего сквозь толщу льда, а также низкой температурой воды. С наступлением весны и таянием льда начинается обмен кислородом между водной средой и атмосферой. Одновременно начинается весеннее перемешивание вод. Исчезновение ледового покрова и перемешивание приводят к тому, что содержание кислорода становится довольно высоким и одинаковым по всей глубине. С приближением лета происходит стратификация водной толщи. Воды, находящиеся над термоклином, перемешанные и прогретые, благодаря активному фотосинтезу и обмену с атмосферой характеризуются высоким содержанием кислорода. Поверхностные воды могут даже в течение дня достигать насыщения. Воды термоклина и нижележащие не контактируют с атмосферой из-за температурной стратификации. Сюда в значительном количестве поступают органические остатки погибших в вышележащих продуктивных слоях организмов. Температура этих вод несколько выше, чем зимой. Это способствует интенсификации метаболизма бактерий. Процессы разложения и дыхания приводят к быстрому использованию получаемого кислорода.

Часто к концу лета воды ниже термоклина становятся анаэробными. В анаэробных условиях возможно накопление (метана и сероводорода. Эти газы с характерным неприятным запахом токсичны для обитателей водоемов. С наступлением осени поверхностные воды охлаждаются, термоклин разрушается — начинается осеннее перемешивание. Концентрация кислорода выравнивается по всей глубине, а излишки углекислоты, сероводорода и метана высвобождаются в атмосферу.

Олиготрофные низкопродуктивные воды относительно чисты и прозрачны. На рис. 4.3 показано распределение кислорода по сезонам в олиготрофном димиктическом озере. Кривые вертикального распределения очень сходны с кривыми для эвтрофного озера. Различия заключаются в том, что зимой, когда процессы дыхания и разложения органических веществ замедлены, концентрация кислорода в олиготрофном озере несколько выше, чем в эвтрофном. Весной и осенью распределение кислорода в олиготрофном озере такое же, как в эвтрофном. Наиболее значительные различия в распределении кислорода между этими двумя типами водоемов наблюдаются летом. В олиготрофном озере слой компенсации располагается на большей глубине в связи с меньшей продуктивностью и соответственно меньшим экранирующим эффектом планктона. Пониженная продуктивность требует также меньше кислорода на дыхание и разложение органических веществ. В результате летом наблюдается высокая концентрация кислорода выше клинограда (правда, несколько ниже, чем в эвтрофном озере), сравнительно слабо выраженный клиноград и медленное снижение в нижележащих слоях. В олиготрофных озерах анаэробные условия развиваются редко, даже к концу лета в глубинных водах.

Эвтрофные и олиготрофные воды были описаны в качестве экстремальных примеров. Кроме них существуют озера и пруды с промежуточными характеристиками. Рыбоводные пруды часто недостаточно глубоки для развития выраженного термоклина, но могут иметь довольно резко выраженный клиноград. Причиной его образования может быть избыточное кормление. При правильной биотехнике в прудах не должен образовываться заметный клиноград. При устройстве коллекторов, садков и других приспособлений для выращивания водных организмов необходимо исключать возможность обитания культивируемых объектов под слоем скачка кислорода. Это оборудование нельзя также размещать в местах, где возможно значительное выделение сероводорода под клиноградом, даже если оно установлено над ним, так как проходящие сквозь столб воды пузырьки сероводорода могут оказаться глубительными для культивируемых объектов. Кроме того, следует избегать размещения водозаборных устройств под клиноградом, если не обеспечена достаточная аэрация. Хотя аэрация обходится довольно дорого, в некоторых районах, возможно, целесообразно для получения охлажденной воды откачивать ее из-под клинограда.

Проточные воды. Проточные воды насыщаются кислородом в результате фотосинтетической активности и контакта с воздухом атмосферы. Однако фотосинтез не имеет здесь такого значения, как в озерах и прудах, поскольку в проточной воде рост фитопланктона затруднен. Чем больше скорость и турбулентность потока, тем меньшую роль играет фотосинтез как источник кислорода. Прикрепленные водоросли могут продуцировать значительное количество кислорода, особенно в реках и ручьях с медленным течением.

Содержание кислорода в проточных водных системах (реках, ручьях, рыбоводных каналах) зависит от скорости течения, расхода системы, мутности (в частности, обусловленной неживым веществом) и температуры воды, поперечного сечения ручья или канала и количества получаемой солнечной энергии. Влияние этих факторов проявляется косвенно: они определяют скорость фотосинтеза, дыхание, разложение органического вещества и интенсивность физической аэрации, т. е. содержание кислорода в системе. Относительное значение каждого из них определить довольно трудно, поскольку они в значительной степени различаются для разных систем и изменяются для каждой системы во времени и пространстве.

Годовой цикл кислорода в реках и ручьях тесно коррелирует с температурой. В большинстве рек содержание кислорода достигает максимума зимой, а минимума — летом. Однако эта основная зависимость может нарушаться несколькими факторами. Ледовый покров подавляет фотосинтез и уменьшает зимний максимум кислорода. Весеннее уменьшение концентрации кислорода может быть связано с выносом подводной растительности во время половодья. Минимум растворенного кислорода в конце лета часто обусловлен высокой температурой воды, уменьшением перемешивания и расхода или интенсивным разложением продуцированного за лето органического вещества. При достаточном содержании питательных веществ возможно быстрое размножение фитопланктона («цветение»). В это время содержание кислорода днем может резко увеличиваться.

Суточный цикл кислорода в ручьях в основном определяется флуктуациями температуры и соотношением процессов фотосинтеза и дыхания. В быстрых чистых ручьях) с ограниченным количеством растительности концентрация кислорода благодаря турбулентности поддерживается на уровне 100%-ного насыщения или около него. Фотосинтетическая продукция кислорода за светлое время суток часто превышает диффузию его в атмосферу и потребление на дыхание, вместе взятые. В результате днем происходит перенасыщение воды кислородом, а ночью концентрация его снижается до 100 %-ного насыщения. Зимой максимумы суточной продукции кислорода и температуры наблюдаются примерно в одно время. Летом увеличение продукции кислорода часто отстает от роста температуры на 2—3 ч. Это приводит к тому, что содержание кислорода остается высоким даже после наступления темноты. Минимум кислорода в ручьях этого типа наблюдается перед понижением температуры ранним утром, но точное его время зависит в определенной степени от потребления кислорода. Большое влияние на концентрацию кислорода в ручьях этого типа оказывает интенсивность солнечной радиации.

Содержание кислорода в той части реки, которая расположена ниже дамб и водохранилищ, зависит от того, с какого уровня водохранилища производится забор воды. Воды, забираемые из гиполимниона при развитой летней стратификации, бедны кислородом и могут оказать большое влияние на все компоненты экосистемы ниже по течению. Если вода забирается из верхнего слоя водохранилища, богатого кислородом, это может способствовать повышению содержания кислорода в нижнем течении реки.

Морские системы

Хотя концентрация кислорода в различных океанах и даже в разных районах одного океана колеблется, можно обнаружить определенные закономерности в вертикальном распределении. На рис. 4.4 показана типичная кривая вертикального распределения кислорода для вод субтропической зоны океанов.

Концентрация кислорода в поверхностном слое в этих районах довольно высока. Поступление кислорода из атмосферы и в процессе фотосинтеза поддерживает концентрацию на уровне, близком к равновесному насыщению (5—7 мг/л). Ниже глубины слоя фотосинтеза концентрация резко убывает, образуя область, известную как «зона кислородного минимума». Глубина ее колеблется от 150 м в некоторых морях до 1000 м в океанах. Концентрация кислорода в этой зоне может быть ниже 1,4 мг/л. Наиболее низких значений (0,14 мг/л) она достигает в зоне кислородного минимума у берегов Южной и Центральной Америки в Тихом океане. Концентрация кислорода в зоне кислородного минимума в Атлантическом океане, по-видимому, в среднем несколько выше, чем в Тихом. Это различие может быть объяснено смешением больших количеств подповерхностных вод с Тихоокеанскими промежуточными водами, что приводит к образованию верхнего минимума кислорода с очень низкими концентрациями в юго-восточной части Тихого океана. 3

Ниже зоны кислородного минимума с увеличением глубины концентрация кислорода возрастает и в глубинных водах достигает довольно высоких значений (Raymont, 1963).

Образование зоны кислородного минимума, по-видимому, обусловлено несколькими причинами. В областях минимальных концентраций скорости течений, вероятно, достигают минимальных значений. Поскольку термоклин располагается на этой же глубине, происходит быстрое увеличение плотности и вязкости воды. В результате скорость опускания детрита уменьшается, что приводит к увеличению концентрации разлагающегося органического вещества. Для его окисления требуется значительное количество кислорода. На глубинах, где прослеживается зона кислородного минимума, обнаруживаются большие скопления зоопланктона, потребляющего кислород в процессе метаболизма. Совместное действие всех перечисленных выше факторов приводит к уменьшению концентрации растворенного кислорода в воде на данных горизонтах.

Хотя описанное выше вертикальное распределение дает представление о характере изменения концентрации кислорода с глубиной, кривые вертикального распределения в некоторых районах океана отличаются от типичных. В полярных областях, где происходит погружение поверхностных вод, содержание кислорода остается почти постоянным во всей толще. В таких районах подъема вод, как, например, у западных берегов Северной и Южной Америки концентрация кислорода на поверхности или вблизи нее значительно ниже концентрации равновесного насыщения. Поверхностные слои в высокопродуктивных районах, например к востоку от Гренландии или около некоторых коралловых рифов, в периоды интенсивной фотосинтетической деятельности могут быть перенасыщены кислородом.

Солоноватоводные системы

Концентрация кислорода в эстуариях колеблется в широком диапазоне и зависит от многих факторов. Поскольку степень насыщения кислородом уменьшается с увеличением температуры и солености, градиент кислорода часто расположен вдоль эстуария с максимальными концентрациями в верхней по течению части эстуария. В периоды большого речного расхода и притока пресной воды концентрация кислорода в эстуарии увеличивается. В сухое время года с повышением солености эстуарных вод следует ожидать снижения концентрации растворенного кислорода.

Концентрация кислорода в водах эстуария может определяться стратификацией, глубиной, наличием растительности, приливами, временем года и даже дня. При плотностной стратификации в эстуарии может существовать значительная разница в концентрации кислорода между поверхностными и глубинными водами. Например, в Чесапикском заливе концентрация кислорода летом в поверхностных водах составляет 90—100% равновесного насыщения, в то время как в придонных — 40—50% (Raymont, 1963). Это свидетельствует о продуцировании кислорода в процессе фотосинтеза в верхних слоях и об утилизации его при разложении органических веществ или о присутствии бедных кислородом морских вод в нижних слоях.

Суточные и сезонные колебания концентрации кислорода в эстуариях зависят от происхождения пресноводного источника, морфологии бассейна и влияния приливов. В глубоких эстуариях фотосинтетическая активность придонной флоры ограниченна, в результате чего суточный ход кислорода выражен довольно слабо. В менее глубоких эстуариях суточные колебания концентрации проявляются ярче. Приливные перемещения воды маскируют суточные колебания и в значительной мере затрудняют их изучение.

Сезонные колебания концентрации кислорода зависят от изменений расхода, приливов, продолжительности дня и биологических процессов. Приток морской воды во время прилива изменяет концентрацию кислорода в эстуарии. Продолжительность дня в значительной степени определяет температуру воды, кроме того, с ней связано функционирование биологических организмов и фотосинтетическая деятельность. Сезонные колебания содержания кислорода хорошо просматриваются на примере Чесапикского залива. В апреле на поверхности содержание кислорода составило 143% равновесного насыщения, а в августе — 42%. В придонных водах концентрация кислорода достигала 133% в октябре и 24% в июне (Reid, 1961).

Значение кислорода в жизни водных организмов

Кислород часто является лимитирующим фактором в водных системах. Источники первичной продукции (фотосинтезирующие растения) при свете продуцируют кислород, но в темноте потребляют его. Таким образом, кислород может лимитировать как первичную, так и вторичную продукцию. Весьма высокое содержание кислорода в атмосфере (около 21%) может замедлять фотосинтез некоторых растений суши. Это явление невозможно в водной среде, так как концентрация кислорода здесь слишком мала. Истощение запасов кислорода в темное время суток может косвенно влиять на фотосинтез, поскольку популяция фотосинтезирующих водорослей сокращается.

Водные организмы исключительно хорошо приспособились к низкому содержанию кислорода и извлекают его из воды даже при очень низких концентрациях. Величина лимитирующей концентрации для любой рыбы зависит от ее генетического строения температуры воды, уровня активности, а также испытываемого стресса. Обычно рыбы не способны существовать при концентрации менее 3 мг/л, хотя некоторые моллюски и другие организмы могут ограниченное время существовать в воде при столь низком содержании кислорода. При концентрации кислорода 3—5 мг/л некоторые виды рыб могут жить неограниченное время, а другие — только в течение короткого периода. При концентрации свыше 5 мг/л все водные организмы могут существовать неограниченное время (в пределах естественного жизненного цикла), если другие параметры окружающей среды благоприятны.

Как правило, низкие концентрации кислорода легче переносятся взрослыми особями видов, стоящих на нижней ступени эволюционной лестницы (например, крабы и устрицы). Молодь почти всех видов менее устойчива к низким концентрациям, чем взрослые. Однако делать широкое обобщение относительно влияния генетического строения и возраста на толерантность к низким концентрациям кислорода трудно из-за значительного разнообразия видов и существующих между ними различий. Потребности в кислороде многих распространенных водных организмов в настоящее время еще неизвестны.

Как уже отмечалось в главе 3, существуют оптимальная и максимальная температуры жизнедеятельности рыб. При оптимальной температуре потребление кислорода высоко в связи с быстрым ростом и значительной активностью. Однако при температуре выше оптимальной организм испытывает стресс, который мобилизует сигнальную и защитную системы организма, что приводит к очень высокому потреблению кислорода. Дальнейшее повышение температуры усугубляет стресс и потребность в кислороде начинает обгонять рост температуры. При испуге и в других стрессовых ситуациях происходит аналогичное увеличение потребности организма в кислороде независимо от температуры. Стресс является одной из причин того, что рыба часто задыхается при вылове.

На потребление кислорода влияет также уровень активности (рис. 4.5). Скорость потребления кислорода непосредственно зависит от его концентрации в воде. Если концентрация столь низка, что организм не может извлечь достаточного для удовлетворения основных метаболических потребностей количества кислорода, наступает гибель. В некотором диапазоне концентраций выше той, при которой уже удовлетворяются основные метаболические потребности, организм может выжить, но не проявлять достаточной активности. При этом он более уязвим для хищников, подвержен заболеваниям и влиянию различных негативных факторов. Поскольку в этой области концентраций рыба находится в стрессовом состоянии, потребности в кислороде возрастают, что еще больше осложняет ее существование. Организмы, способные совершать значительные перемещения, например пелагические рыбы, стремятся по возможности избегать районов, где концентрация кислорода ограничивает их активность. Обычно при недостатке кислорода в поведении рыбы появляется пассивность, она поднимается к поверхности, чтобы глотнуть воздуха. Если персонал, обслуживающий рыбоводные пруды, особенно с плотной посадкой, не обратит внимания на эти особенности поведения рыб, то в течение нескольких минут или часов может произойти катастрофический замор.

Выше той концентрации, при которой активность организма ограниченна, расположена область концентраций, обеспечивающих полную, неограниченную активность. Нижней границей этой области является критический уровень, показанный на рис. 4.5, а верхней — концентрация равновесного насыщения. Для водных организмов необходимо поддерживать концентрацию кислорода в этом диапазоне. При перенасыщении воды кислородом существует значительный риск развития так называемой газопузырьковой болезни. Она вызывается перенасыщением крови рыб и моллюсков газом, который затем выделяется в виде пузырьков в тканях животного. Накопление большого количества этих пузырьков может привести к гибели. Чаще всего газопузырьковая болезнь вызывается азотом, но кислород также может быть ее причиной.

Необходимо отметить, что критический и летальный уровни, показанные на рис. 4.5, для различных биологических видов могут смещаться как влево, так и вправо. Верхняя граница — уровень равновесного насыщения — определяется исключительно физическими факторами: температурой и соленостью воды. С увеличением температуры воды скорость роста водных организмов возрастает до определенного предела. Температура, обеспечивающая максимальную скорость роста, различна для разных видов (см. главу 3). С увеличением температуры у всех водных организмов, по крайней мере пойкилотермных, потребление кислорода возрастает. Следовательно, повышается и критический уровень концентрации кислорода (см. рис. 4.5). В то же время увеличение температуры приводит к уменьшению концентрации равновесного насыщения. В результате диапазон концентрации кислорода, при котором возможна полная активность, сужается. Это означает, что в системах для культивирования повышение температуры воды вплоть до предельной позволяет ускорять рост культивируемых объектов, но одновременно уменьшает полезный диапазон концентраций кислорода. При этом повышаются требования к контролю концентрации кислорода, особенно в системах с высокой плотностью посадки.

В табл. 4.2 приведены критические концентрации кислорода для нескольких видов рыб при разной температуре. В табл. 4.3—4.5 представлены минимальные концентрации, переносимые различными видами рыб при разных значениях температуры. Из таблиц видно, что при повышении температуры потребности в кислороде одних и тех же видов увеличиваются. Критические концентрации значительно превышают минимальные. Данные для отдельных видов значительно варьируют. Такая вариабельность может быть связана как с различиями в методиках определения критических и минимальных концентраций, так и с индивидуальными особенностями тестируемых особей. Колебания таких факторов, как температура акклимации и уровень стрессовых воздействий, затрудняют определение минимальных и критических концентраций. Значительные трудности возникают при обобщении данных, полученных разными исследователями, как это сделано в табл. 4.2—4.5.

В табл. 4.2—4.5 приведены диапазоны значений или значения критических и минимальных концентраций. Эти данные полезны для конструкторов, но при разработке проектов желательно иметь более полную информацию. Летальные температуры часто выражают с помощью LD₅₀ (температура, при которой 50% подопытных организмов погибают за определенный период времени). Эти сведения также могут быть весьма полезны при проектировании. Однако ни один из этих параметров не учитывает естественных биологических различий между особями. В какой-то мере приближается к этому требованию LD50, но вряд ли найдется инженер, который при разработке проекта будет исходить из 50%-ной смертности культивируемых объектов, поэтому конструкторам необходим показатель, дающий информацию о критических и минимальных значениях параметров с учетом функции распределения. Эта функция должна отражать колебания критических и минимальных температур для отдельных особей при различном времени воздействия. Получение такой информации требует затрат времени и средств, однако она позволяет правильно выбрать кислородный режим в системе для культивирования.

Список литературы

Примечания

1. В отечественной литературе этот слой называется слоем скачка кислорода.

2. С этим утверждением автора трудно согласиться, поскольку колония кораллов не выделяет, а поглощает кислород. В некоторых случаях в воде, прошедшей через коралловый риф, содержится всего 60—70% кислорода.

3. Не являясь специалистом в области химической океанографии, автор ошибочно трактует известный факт о большей аэрируемости промежуточных вод Атлантики в результате меньшей плотностной стратификации.

Источник

• ← В воде в бассейне много железа что делать
• В воде много железа что делать →