1

UNIVERSITATEA „ALEXANDRU IOAN CUZA” DIN IAŞI FACULTATEA DE BIOLOGIE

SPECIALIZAREA BIOLOGIE – ID ANUL III

SEMESTRUL I

HIDROBIOLOGIE

SUPORT DE CURS

Profesor univ. dr. Mircea Nicoară

IAȘI 2010

2

Datele de contact: - coordonator de disciplină: Profesor dr. Mircea Nicoară, mirmag@uaic.ro - tutore: Preparator dr. Gabriel Plăvan, safe2006@yahoo.com Propuneri tematice pentru activităţile tutoriale: 1. Ciclul hidrologic 2. Apa ca resursă naturală 3. Proprietăţile apei 4. Tipuri de ecosisteme acvatice 5. Asociaţiile de organisme acvatice Oligaţiile minime ale studenţilor în vederea promovării examenului:

- Participarea activă la activităţile tutoriale (AT) - Prezenţa obligatorie la activităţile asistate (AA)

Modul de stabilire a notei finale:

- notele obţinute la verificările pe parcurs - 75% - evaluarea activităţii desfăşurate în cadrul orelor de lucrări practice - 25%

Teme de licenţă ce pot fi abordate în cadrul disciplinei:

- Caracterizarea hidrobiologică a ecosistemului acvatic ... - Studiul diversității faunei de macronevertebrate din lacul/râul ... - Rolul macronevertebratelor acvatice în rețeaua trofică a lacului/râului ... - Influența poluării antropogene asupra biodiversității lacului/râului ...

3

CUPRINS Introducere

4

Obiectul de studiu al Hidrobiologiei 5 1. Ciclul hidrologic 8 2. Apa ca resursă naturală 12 2.1. Apele de suprafaţă 12 2.2. Apa subterană 13 2.2.1. Probleme în legătură cu apa subterană 3. Proprietăţile apei

13 16

3.1. Proprietăţile organoleptice ale apei 16 3.2. Proprietăţile fizice ale apei 18 3.3. Proprietăţile chimice ale apei 29 3.3.1. Elementele biogene 35 3.3.2. Gazele dizolvate în apă 37 3.3.3. Substanţele organice 42 3.3.4. Substanţele radioactive 42 4. Tipuri de ecosisteme acvatice 47 4.1. Ecosistemele hipogee 47 4.2. Apele curgătoare (mediul lotic) 48 4.3. Apele stagnante (mediul lentic) 50 4.4. Biomurile de apă sărată (mările şi oceanele) 53 5. Asociaţiile de organisme acvatice 58 5.1. Originea organismelor acvatice 59 5.2. Pleustonul 59 5.3. Neustonul 60 5.4. Planctonul 61 5.4.1. Adaptările organismelor la viaţa planctonică 64 5.5. Nectonul 66 5.6. Bentosul 67 5.7. Perifitonul (biotectonul) 71 Bibliografie 76

4

Introducere

În ultimele decade s-a întărit convingerea că omenirea a atins o nouă limită

condiţionată de o barieră la care nu ne-am gândit înainte: planeta Pământ şi resursele ei sunt limitate. Cu o populaţie de 10 miliarde în anul 2050, trebuie făcuţi paşi semnificativi pentru a preveni colapsul sistemelor naturale datorat supraexploatării acestora.

Cele patru probleme de dimensiune globală care implică hidrosfera sunt:

Calitatea şi cantitatea apei dulci;

Pierderea de diversitate biologică;

Schimbarea climei;

Utilizarea durabilă a resurselor naturale. La scară globală, pierderea zonelor umede şi a speciilor conţinute de

acestea reprezintă una din cele mai mari reduceri ale biodiversităţii secolului al XX-lea. Aceste pierderi s-au produs printr-o varietate de atacuri: drenaj, inundaţii, infiltrare, eutrofizare, recoltare, ardere, poluare şi introducere intenţionată sau accidentală a speciilor exotice. Păstrarea, restaurarea şi protecţia zonelor umede rămase ridică provocări ştiinţifice cărora trebuie să le răspundem. Ameninţările la adresa diversităţii genetice a florei şi faunei indigene a lacurilor dulci, râurilor, zonelor umede, apelor subterane şi a apelor interioare sărate, ridicate de introducerea speciilor exotice, au fost întărite de: Schimbări în utilizarea terenurilor şi de calitate a apei; Modificarea habitatelor prin lucrări hidrotehnice (construirea de diguri şi

diversiuni); ex.: o Canalul Suez a produs restructurarea complexă şi profundă a

biocenozelor din estul Mării Mediterane: populaţia unor specii locale s-a redus la limită, altele – imigrate, s-au înmulţit mult peste nivelul de echilibru;

o Canalul Panama a creat premisele unei evoluţii convergente a faunei celor două oceane (Atlantic şi Pacific), în regiunea învecinată canalului;

o Barajul de la Assuan a produs nedorite schimbări ecologice în estul Mării Mediterane şi pe valea Nilului inferior: regimul viiturilor, reducerea fertilităţii solului, diminuarea vegetaţiei marine şi a producţiei piscicole. În schimb, în canalele de irigaţie s-a dezvoltat o bogată vegetaţie şi corelativ o faună nedorită pentru sănătate: gasteropodele pulmonate, din care unele sunt gazde intermediare pentru agenţii bilharziozei; vectori ai malariei, oncocercozei etc.

o Barajul Kariba, pe Zambezi, a dus la: înlocuirea speciilor locale de peşti cu specii de pe cursul superior ce aparţineau altui complex faunistic; proliferarea unor specii de plante acvatice ce împiedică pescuitul şi navigaţia; crearea condiţiilor favorabile pentru musca tze-tze;

5

Încercări de a îmbunătăţi pescuitul (ex., introducerea lui Lates niloticus în Lacul Victoria din estul Africii; Basilichthyes bonariensis în Lacul Titicaca din Anzi, Salmo trutta în Noua Zeelandă);

Programe de combatere biologică ce implică utilizarea speciilor exotice; Răspândirea şi intensificarea acvaculturii, implicând specii exotice şi specii

native agresive care evadează (ex., racul de apă dulce Cherax în sud - estul Australiei);

Dezvoltarea şi eliberarea organismelor modificate genetic; Volumul crescut al traficului şi vitezei de circulaţie a populaţiei şi produselor

între ţări, care creşte ratele de introducere, stabilire şi răspândire a organismelor exotice în cursurile de apă. Problemelor de mediu şi economice (ex., introducerea şi răspândirea

midiei zebră eurasiatice - Dreissena polymorpha, în marile lacuri laurentiene din America de Nord), li se mai pot adăuga cele legate de sănătatea umană, datorate unor cianobacterii şi dinoflagelate producătoare de înfloriri sau unor bacterii şi protozoare - cauze ale unor boli hidrice umane.

Impactul schimbării climei asupra ecosistemelor acvatice, în special efectele temperaturii şi ale iradierii intense cu radiaţii ultraviolete (UV-B), au fost în cursul ultimelor decade şi vor continua să fie ţinta unui studiu intensiv. Problemele legate de cantitatea şi calitatea apei dulci şi de pierderile de diversitate biologică vor fi probabil intensificate de schimbările de climă, în special în regiunile aride şi semiaride.

Nevoia de a conserva cursurile de apă şi de a preveni poluarea lor a dus la împuternicirea prin lege a unor agenţii, autorităţi etc. de a stabili reglementările necesare pentru protecţia mediului acvatic. Politicile pentru îmbunătăţirea calităţii apei şi managementul ecosistemelor trebuie să fie holistice şi integrative. Conservarea şi administrarea pe termen lung a ecosistemelor acvatice şi a resurselor lor trebuie să se bazeze pe comunicare, colaborare, coordonare şi educaţie printre aceia a căror activitate afectează ecosistemele (sensibilizarea ecologică a publicului), adică pe un management cooperativ. Utilizarea şi managementul durabil al resurselor de ape naturale ale planetei sunt fundamentale pentru supravieţuirea umană. Acvacultura intensivă a condus la probleme ambientale, iar resursele de apă ar putea constitui obiectul unor veritabile războaie în viitor.

Obiectul de studiu al Hidrobiologiei

Mediul acvatic (apele marine şi apele continentale) constituie cel mai vast

şi mai cuprinzător domeniu al vieţii, în care probabil au apărut primele şi cele mai elementare forme ale acesteia. Apa mărilor acoperă 71% (360 milioane km2) din suprafaţa totală a globului terestru (510 milioane km2). Din 1.400 mil. km3 apă planetară, 97% este apă sărată, doar 3% ape dulci din care: 77,2% în calotele polare, 22,4% în spaţiile subterane, 0,35% în lacuri şi mlaştini, 0,01% în râuri şi 0,04% în atmosferă. Volumul de apă dulce ce susţine viaţa pe uscat este excesiv

6

de redus faţă de volumul total, constituind una din cele mai importante bariere în calea extinderii vieţii.

Definiţie: Hidrobiologia reprezintă studiul organismelor din apele de suprafaţă şi subterane ale planetei, incluzând atât mediile dulcicole, cât şi oceanice.

Hidrobiologia are ca ramuri:

oceanologia biologică sau biologia marină;

limnobiologia sau biologia apelor interioare dulci sau salmastre;

freatobiologia sau biologia apelor subterane şi constă din: - studiul interacţiunilor dintre organismele acvatice (hidrobionţi) şi mediul lor de viaţă; există două componente ale „mediului”: mediul fizic (temperatură, pH, dinamica apei etc.) şi mediul biotic care include orice influenţe din partea altor organisme, precum: competiţie, prădătorism, parazitism şi cooperare; - studiul sistemelor biologice supraindividuale din ape, cu reliefarea caracteristicilor biotopurilor, a organizării şi adaptărilor populaţiilor din biocenoze la aceste condiţii, a structurii trofice a ecosistemului, producţiei şi succesiunii.

Mulţi cercetători lucrează la graniţa dintre discipline. De ex., biologii pot studia cum se adaptează organismele la mediul lor acvatic (ex., curenţi sau lumină) şi cum interacţionează între ele şi cu mediul înconjurător. Chimiştii pot studia efectul compuşilor eliberaţi de organisme asupra, de ex., chimiei metalelor urmă sau transportul şi distribuţia substanţelor chimice datorată mişcării maselor de apă. Mulţi fac studii comparative, căutând asemănări şi diferenţe între habitate variate precum: regiunile tropicale şi polare, regiunile bogate şi cele sărace în nutrienţi, regiunile stabile şi cele instabile.

Cercetătorii acvatici studiază procese care acoperă intervale de timp mergând de la mai puţin de o secundă la intervale zilnice, săptămânale, lunare, sezonale, anuale, decadale sau geologice (milioane de ani), şi intervale spaţiale mergând de la milimetri la întinderea oceanică. Ecologia acvatică este interdisciplinară. Ex., oceanologii fizicieni şi biologi colaborează pentru a înţelege efectele proceselor fizice asupra organismelor, în timp ce chimiştii şi biologii colaborează pentru a înţelege modurile în care constituenţii chimici ai maselor de apă interacţionează cu plantele, animalele şi microorganisme precum bacteriile.

Astăzi, mulţi cercetători efectuează studii în legătură cu schimbarea globală de mediu. Deoarece oceanele acoperă o porţiune atât de întinsă a planetei noastre, modificările proceselor oceanice alterează procesele globale. Fiind cele mai mari rezervoare de dioxid de carbon de pe planetă, oceanele joacă un rol cheie în ciclul global al carbonului şi moderează formarea dioxidului de carbon în atmosferă.

Mulţi oameni de ştiinţă dezvoltă şi testează modele pentru a prognoza condiţiile viitoare. Aceste modele sunt folosite pentru a prezice: impactul creşterii emisiilor de dioxid de carbon şi alte gaze de seră, al creşterii radiaţiei UV-B rezultate din epuizarea ozonului stratosferic, al modificărilor curenţilor sau temperaturii oceanului; efectele încărcării crescute cu nutrienţi şi poluării datorate

7

fertilizatorilor, pesticidelor, apelor uzate; efectele datorate distrugerii habitatelor; efectele pe termen scurt şi lung ale acidităţii crescute datorită arderii combustibililor fosili; poluarea în creştere a apei noastre potabile; impactul diferitelor practici de pescuit asupra populaţiilor de importanţă comercială precum peştii şi homarii.

Paleolimnologia studiază condiţiile anterioare, existente în ecosistemele acvatice (lacuri) prin analiza (fizică, chimică, microfosile) sedimentelor depuse cronologic.

Întrebări de verificare și evaluare a cunoștințelor

1. Care este dimensiunea estimată a populației umane pentru anul 2050?

a. 10 miliarde b. 6 miliarde c. 9 miliarde d. 20 miliarde.

2. Care sunt problemele de dimensiune globală care implică hidrosfera?

a. schimbarea regimurilor politice după 1989 b. pierderea de diversitate biologică c. schimbarea climei d. utilizarea durabilă a resurselor naturale.

3. Atacurile care au condus la pierderea biodiversităţii zonelor umede sunt:

a. irigaţiile b. eutrofizarea c. poluarea d. introducerea speciilor exotice.

4. Hidrobiologia reprezintă studiul:

a. organismelor din apele de suprafaţă şi subterane b. apelor stagnante şi curgătoare c. apelor interioare şi exterioare d. apelor dulci şi sărate ale planetei.

5. Ramurile hidrobiologiei sunt:

a. freatobiologia b. paleontologia c. limnobiologia d. hidrologia.

8

1. Ciclul hidrologic

Mişcarea apei pe suprafaţa uscatului, sub acţiunea energiei solare, constituie ciclul hidrologic. Aprox. 97,4% din apa de pe sau de lângă suprafaţa Pământului se găseşte în mări şi oceane; 1,98% este legată ca gheaţă, în primul rând în calotele polare; topită, această cantitate (29 milioane km3) ar corespunde unui strat de apă de 50 m adâncime, pe întreaga suprafaţă a pământului, cu modificări majore ale nivelului mării; 0,59% este depozitată temporar ca apă subterană; numai 0,014% se găseşte în lacurile dulci, în râuri şi fluvii, şi doar 0,001% ia forma vaporilor de apă atmosferici. Transformarea apei pe glob prin ciclul hidrologic redistribuie căldura şi face, în general, climatele mai echitabile. Ciclul hidrologic joacă, de asemenea, un rol proeminent în cadrul ciclului mineral, prin dizolvarea şi descompunerea rocilor. Împreună cu ciclurile atmosferice, ciclul hidrologic este răspunzător şi pentru vreme (perturbaţiile pe termen scurt, zilnice în ciclurile atmosferic şi hidrologic) (figura 1.1.).

Fig. nr. 1.1. Circuitul biogeochimic al apei pe Pământ (după Hutchinson, 1957; Barry and Chorley, 1970)

Toate apele Pământului, fie dulci, fie sărate, sunt conectate prin ciclul

hidrologic. Acesta este "marea pompă" care pune în circulaţie apa prin atmosferă, uscat şi oceane. Circulaţia este întreţinută cu energie de la Soare. Acest ciclu global al apei implică două procese principale: (a) evapo-transpiraţia şi (2) precipitaţia. Evapo-transpiraţia este procesul de transfer al apei în atmosferă (ca

Evaporaţie din mare (319)

Precipitaţii deasupra uscatului (95)

Precipitaţii deasupra mării (283)

Vapori de apă atmosferici (13)

Evaporaţie şi transpiraţie (59)

Conţinutul de apă al oceanelor (1.380.000)

Mişcarea netă a vaporilor de apă, datorată vântului

(36)

9

gaz - vapori de apă), prin evaporare şi transpiraţie. Evaporarea are loc prin încălzirea apei de către Soare, iar transpiraţia este eliberarea vaporilor de apă de către plante. Precipitaţia are loc când apa cade pe pământ ca ploaie, zăpadă, lapoviţă şi grindină. Pe scurt, evapo-transpiraţia scoate apa din starea lichidă, iar precipitaţia o readuce la loc. Prin coeficientul ciclului hidrologic se înţelege cantitatea totală de precipitaţii pentru o zonă continentală, relativă la o cantitate iniţială de precipitaţii (datorită întoarcerii în atmosferă prin evaporare). Ciclul hidrologic, care începe cu evaporaţia apei oceanice, antrenează circa 425.000 km3 de apă anual. Evaporarea (vaporizarea) apei este o funcţie a temperaturii, vitezei vântului şi umidităţii relative. Are loc mai ales la suprafaţa oceanului, dar şi a plantelor, în special frunze (evapotranspiraţie). Prin sublimare se înţelege vaporizarea gheţii fără a se topi mai întâi. Viteza sa este mai mică decât a evaporării apei lichide. Evaporarea anuală din ocean este egală cu precipitaţia anuală. Cea mai mare parte precipită înapoi în oceane, dar circa 40.000 km3 cade pe pământ. Ciclul se completează când circa 40.000 km3 de apă se întorc în oceane ca ape de şiroire, prin râuri sau curgerea subterană. Ciclul este echilibrat prin aceea că aceeaşi cantitate de apă luată din mare prin evaporaţie şi precipitată pe pământ este returnată în mare prin scurgerea de pe uscat. Ciclul hidrologic complet cuprinde:

- infiltrarea apei de ploaie în sol; - trecerea prin stratul central al freaticului (la 4 °C); - purificarea la 4 °C; - scufundarea în acvifere subterane, datorită propriei greutăţi; - tranziţia la o stare vaporoasă, datorită puternicelor influenţe geotermice; - ridicarea din nou spre suprafaţa solului, cu un aport simultan de nutrienţi; - scurgerea pe suprafaţa solului; - evaporarea şi formarea norilor; - căderea din nou sub formă de ploaie.

Ciclul hidrologic incomplet cuprinde: - precipitarea apei pe sol; - scurgerea pe suprafaţa solului; - evaporarea; - formarea norilor; - re-precipitarea sub formă de ploaie.

Cât de repede circulă apa prin acest sistem? Timpul de "rezidenţă" este timpul în care o masă de apă rămâne într-o porţiune de apă determinată. În ocean acest timp este foarte mare, iar într-un râu este mult mai mic. Relaţionat cu aceasta, apare rata de renovare (rata de reînnoire a apei într-un anumit loc), care în râu este înaltă, iar în mare este scăzută. În ecosistemele lentice, timpul de rezidenţă este mare şi rata de renovare mică. În ecosistemele lotice este invers şi organismele nu au suficient timp pentru a modifica condiţiile, pe când în ecosistemele lentice, organismele petrec suficient timp pentru a le modifica.

10

O mare parte din apa totală este atât de profundă încât are loc un schimb foarte redus cu apa care circulă activ. În fiecare an, evapotranspiraţia pune în mişcare o cantitate de apă echivalentă cu o pătură groasă de 1 m în jurul globului. În circa 40.000 ani se recirculă toată apa din oceane. În contrast, mult mai micul rezervor al atmosferei este recirculat în 9-10 zile, în funcţie de variaţiile sezoniere. Apa râurilor şi fluviilor este complet reînoită la fiecare două săptămâni. Apa din lacuri este reînoită la câţiva ani iar apele subterane necesită decenii.

Întrebări de verificare și evaluare a cunoștințelor 1. Cea mai mare parte a apei de pe Terra este:

a. în stare solidă b. în fază gazoasă c. în râuri şi lacuri d. în mări şi oceane.

2. Cine pune în mişcare apa pe Pământ?

a. energia solară b. atracţia lunii c. forţa gravitaţională d. mişcarea de rotaţie.

3. Ce se înțelege prin ciclu hidrologic?

a. topirea zăpezii, primăvara b. evaporarea apei, vara c. mişcarea apei pe suprafaţa uscatului, sub acţiunea energiei solare d. înghețarea apei sub acțiunea gerului prelungit.

4. Care sunt tipurile de ciclu hidrologic?

a. perfect şi imperfect b. complet şi incomplet c. anual şi sezonier d. zilnic şi săptămânal.

5. Ciclul hidrologic complet are în plus:

a. căderea apei sub formă de ploaie b. purificarea la 4 °C c. ridicarea din nou spre suprafaţa solului, cu un aport simultan de nutrienţi d. scurgerea pe suprafaţa solului.

6. Ciclul hidrologic incomplet cuprinde:

a. precipitarea apei pe sol b. scurgerea pe suprafaţa solului

c. infiltrarea apei de ploaie în sol

11

d. trecerea prin stratul central al freaticului (la 4 °C). 7. Ce se înţelege prin timp de rezidenţă?

a. viteza de evaporare a apei b. timpul în care o masă de apă rămâne într-o porţiune de apă determinată c. perioada dintre două precipitaţii d. perioada necesară apei să parcurgă traseul de la izvor la vărsare.

8. Ce este rata de renovare?

a. viteza de curgere a apei b. cantitatea de apă evaporată zilnic c. rata de reînnoire a apei într-un anumit loc d. cantitatea de apă care precipită zilnic.

9. Timpul de rezidenţă este cel mai mic şi rata de renovare cea mai mare în:

a. atmosferă b. râuri c. fluvii d. oceane.

12

2. Apa ca resursă naturală

Pentru nevoile sale, omului îi trebuie o apă curată. Ea este luată din apele de suprafaţă şi subterane, este tratată prin procedee fizico-chimice şi este livrată cu un conţinut cât mai scăzut de suspensii, substanţe chimice şi microorganisme; după tratare, ea se numeşte apă potabilă.

Resursele de apă sunt clasificate obişnuit ca: (1) apă de suprafaţă sau (2) apă subterană. Zonele deficitare au de asemenea aceste două tipuri de resurse, dar în rezerve reduse. Astfel, chiar zonele aride din vestul SUA au câteva râuri mari (ex., Colorado) şi rezerve subterane. Deoarece precipitaţiile sunt reduse, aceste resurse se refac mult mai greu după consum. Doar 1% din apa totală reprezintă apa vehiculată în circuitul hidrologic şi accesibilă societăţii umane.

2.1 Apele de suprafaţă

Oamenii au folosit în mod tradiţional apele de suprafaţă, acolo unde a fost posibil, deoarece sunt mult mai accesibile decât apa subterană. Apele de suprafaţă includ (a) apele curgătoare, precum fluviile şi râurile, şi (b) ape de bazin, ca bălţile şi lacurile. Viaţa oricărei fiinţe, procesele sale, metabolismul sunt condiţionate în desfăşurarea lor de existenţa apei. Pentru activităţile sale, omul utilizează cantităţi tot mai mari pe care, după folosire, le deversează în emisari. Circa 20% din precipitaţiile care cad pe pământ curg pe suprafaţă, mai întâi ca strat, apoi pârâu şi apoi şuvoi. Aceste şuvoaie numite frecvent "tributari" converg eventual într-un râu mare. Cum apa curgătoare curge dinspre pârâuri spre râuri, se sapă progresiv canale mai mari, creându-se un model de arbore. regiunea drenată de o astfel de reţea e numită bazin de drenaj. Văile fluviilor şi râurilor de la Nil la Mississippi, au fost întotdeauna printre cele mai intens populate zone. Motivele sunt numeroase: (a) solul luncilor este bogat în nutrienţi, depuşi când râul inundă; (b) apa asigură un mijloc la îndemână de transport şi navigaţie; (c) apa în mişcare transportă reziduurile la distanţă mai uşor decât lacurile şi alte ape stagnante; (d) râul asigură o sursă de apă potabilă. Aceste folosinţe variate intră frecvent în conflict, iar conflictele s-au intensificat pe măsură ce populaţia umană în creştere a aplicat presiuni tot mai mari asupra resurselor de tip fluviu sau râu. În 1969, au fost deversate în râul Cuyahoga, lângă Cleveland-Ohio, cantităţi atât de mari de reziduuri industriale, încât râul a luat foc. Astfel de incidente au condus la Actul Apei Curate al SUA şi la alte legislaţii, la începutul anilor 1970, care au reuşit să menţină apele curgătoare disponibile pentru anumite folosinţe. Apele dulci stagnante, precum bălţile şi lacurile, sunt mai uşor poluate decât apele curgătoare. Deoarece primele se formează prin acumularea apei în depresiuni locale în pământ, reziduurile nu sunt transportate, ci tind să se acumuleze în bazin. Rezerva de apă, chiar în bazine foarte mari ca Marea Aral, poate sărăci dacă se fac presiuni suficiente.

13

2.2 Apa subterană

Vasta majoritate a apei dulci accesibile apare ca apă subterană. Apa subterană este un termen general care se referă la apa aflată sub suprafaţa Pământului. Cca. 10% din apa de precipitaţii intră în cele din urmă în sol, infiltrându-se prin sol şi rocă. Deoarece apa este atrasă gravitaţional, ea umple porii rocilor, până este oprită de un strat de rocă impermeabilă. Pe măsură ce apa infiltrată se adună, ea formează zona de saturaţie, ce constă din goluri complet saturate cu apă. Deasupra acesteia este zona de aeraţie, care constă din goluri care pot fi umezite dar nu saturate. Platoul apei este hotarul dintre zonele de saturaţie şi aeraţie. Roca care conţine zona de saturaţie este cunoscută ca acvifer. Un acvifer trebuie să fie o rocă relativ permeabilă, precum: nisip, pietriş, fragmente de calcar sau de granit. Rocile impermeabile care blochează curgerea apei sunt numite acviclude (ex., argile). Acvicludele pot separa zona de saturaţie în unul sau mai multe acvifere numite frecvent acvifere închise. Acestea sunt aprovizionate cu apă din una sau mai multe zone de reîncărcare, prin care apa de ploaie se infiltrează până la ele. Dacă acviferul este suficient de închis de acviclude astfel încât presiunea apare datorită reîncărcării, poate rezulta o fântână arteziană. Injectarea reziduurilor în puţuri, în acvifere bine închise a fost demult o metodă comună de a scăpa de reziduuri, deoarece se credea greşit că reziduurile nu se vor scurge în acviferele superioare care asigură frecvent apa potabilă. Dar acvicludele prezintă frecvent fisuri sau alte deschideri care permit apei să se mişte între acvifere; acviferele închise sunt rareori complet închise. În zonele cu ploi intense, platoul apei tinde să fie lângă suprafaţă. Acest lucru este valabil în special pentru locurile joase, precum Florida, care e apropiată de nivelul mării. În astfel de zone, lacurile şi râurile sunt în special abundente, deoarece ele apar acolo unde nivelul solului coboară sub nivelul apei. Acolo unde oceanul este aproape, apa subterană cea mai apropiată de ocean va fi compusă din apă sărată. Apa subterană sărată va migra spre interiorul ţării, dacă oamenii vor preleva prea multă apă. 2.2.1. Probleme în legătură cu apa subterană

Aproape toate zonele Terrei au rezerve subterane de apă. În ciuda acestei bogăţii, au apărut două grupe de probleme care reduc utilitatea apei:

Probleme de deversare (ex., poluarea apei freatice);

Probleme de prelevare: - sărăcire - denivelarea /scufundarea terenului - pătrunderea apei sărate. Problemele legate de deversare apar datorită descărcării de toxine,

metale, substanţe organice şi alte multe materiale în rezerva subterană /freatică. Poluarea apei freatice este considerată în general a fi problema majoră de poluare

14

a apei în viitor. Până acum câţiva ani, cercetarea şi legislaţia neglija în cea mai mare parte poluarea apei freatice, concentrându-se asupra apelor de suprafaţă. Totuşi, mişcarea slabă a apei freatice (în medie, circa 15,2 m.an-1) produce staţionarea poluanţilor în apă pentru lungi perioade de timp.

2,7% din apa de pe Terra este apă dulce, potabilă. Statele Unite, Canada şi Australia sunt cei mai mari consumatori, fiecare foloseşte mai multă apă per capita decât majoritatea celorlalte naţiuni. Cu excepţia Europei şi Americii de Nord industrializate, oamenii folosesc cea mai mare parte a apei pentru a obţine hrana.

Per capita se consumă anual: - America de Nord: 1.280 m3; - Oceania: 694 m3; - Europa: 578 m3; - Asia: 535 m3; - America de Sud: 311 m3; - Africa: 186 m3.

Problemele prelevării apar datorită îndepărtării apei din acvifer. Sărăcirea apare când apa freatică este prelevată mai repede decât se poate reîncărca acviferul. Acviferele se pot epuiza chiar în zone cu căderi foarte mari de ploaie, deoarece pompele fabricate îndepărtează apa freatică la o rată mult mai mare decât se reîncarcă acviferele (cel puţin 200 ani pentru o reîncărcare completă). În astfel de cazuri, apa freatică devine o resursă neregenerabilă care este extrasă în timpul unei vieţi de om. Mare parte din centrul şi sudul Floridei, de ex., suferă deja o criză severă de apă freatică, în ciuda ploii foarte intense. Sărăcirea este adesea sever agravată prin pavarea zonelor de reîncărcare, care împiedică apa să se infiltreze. O altă problemă este distrugerea mlaştinilor şi altor zone umede ("rinichii" ciclului hidrologic). Acestea sunt zone majore de reîncărcare, deoarece reţin apa lungi perioade de timp, purificând apa. SUA au pierdut deja circa 1/2 din zonele umede, datorită dezvoltării urbane şi agricole. Timpul de reîncărcare este mai lung în zonele cu mai puţină ploaie. Deşerturile şi alte zone deficitare în apă tind să aibă acvifere la mare adâncime, astfel încât trebuie săpate puţuri adânci pentru a ajunge la ele. Această apă freatică este frecvent numită "fosilă", deoarece a fost depozitată cu mii de ani în urmă, când climatul în zonă era mai umed. Ca rezultat al vârstei apei, calitatea ei este frecvent slabă, de ex., puternic sărată. Mai important, când apa este prelevată în astfel de zone aride, sunt necesari mii de ani pentru reîncărcare. Când apar cereri mari în zone cu puţină ploaie, precum sudul Californiei, cu populaţia sa densă sau vestul mijlociu cu agricultura sa intensivă, problemele aprovizionării apei freatice devin acute.

Utilizarea excesivă a apei freatice a dus la coborârea nivelului acesteia. Marele acvifer Ogallala din Marile Câmpii furnizează apă pentru "coşul cu pâine" al lumii (SUA). Totuşi, acest acvifer este probabil pe 1/2 mai secat, cu rate de reîncărcare care sunt mult mai mici /lente în climatul mai uscat de azi: cea mai mare parte a acviferului Ogallala s-a format cu multe mii de ani în urmă, în timpul climatului mai umed al Erei Glaciare.

15

Rata sărăcirii freaticului poate fi estimată prin rata scăderii nivelului apei într-o zonă. Ex.: Tucson-Arizona: 2,1 m.an-1; Beijing-China: 0,91 m.an-1; Manila-Filipine: 9,1 m.an-1; Tamil Nadu-India: 27,4 m.an-1.

A doua problemă legată de prelevare: scufundarea uscatului, este mai localizată decât sărăcirea. Cu toate acestea, scufundarea este foarte costisitoare pentru cei care trăiesc în acele zone. Uscatul se scufundă, antrenând cu el clădiri, drumuri şi alte structuri superficiale. La început, această coborâre este localizată în jurul puţului, unde nivelul apei care se retrage formează un con de depresie. Pe măsură ce se sapă puţuri pentru a extrage apa din acvifer, întreaga pânză de apă va coborî. Scufundarea tinde să fie gravă mai ales în zonele urbane (prelevare intensă) cu acvifer de sedimente puternic saturate cu apă. Un exemplu notoriu este Mexico City. A fost construit pe fundalul unui lac străvechi astfel încât prelevarea masivă a apei freatice a produs scufundarea uscatului cu mulţi metri. În unele clădiri trebuie intrat acum pe la etajul întâi. Houston Texas; Veneţia - Italia şi alte oraşe de coastă suferă o scufundare semnificativă. S-au făcut eforturi pentru a combate scufundarea prin pomparea apei înapoi în acvifer. Pe lângă costul ridicat, totuşi, abilitatea acviferului de a menţine apa este frecvent redusă în mod permanent, deoarece spaţiul gol, odată redus, nu mai poate fi recreat.

Întrebări de verificare și evaluare a cunoștințelor

1. Cum sunt clasificate resursele de apă?

a. deficitare, suficiente şi excedentare b. de suprafaţă, respectiv subterane c. atmosferice, respectiv terestre d. gazoase, lichide şi solide.

2. Unde au înflorit marile civilizații umane?

a. în peșteri b. la țărmul mării/oceanului c. în jungla amazoniană d. pe malul râurilor mari.

3. Ce este un acvifer?

a. o rocă relativ permeabilă b. o rocă impermeabilă c. un rezervor d. un bazin hidrografic.

4. Problemele în legătură cu apa subterană sunt:

a. pătrunderea apei sărate b. desecarea c. evaporarea freaticului d. sărăcirea în săruri.

16

3. Proprietăţile apei Apa este singurul compus chimic ce se găseşte natural în stare solidă, lichidă sau gazoasă. Apa este mediul intern universal al tuturor organismelor, reprezentând mai mult de 90% în structura materiei vii. Relaţia unică dintre apă şi organismele vii vine din faptul că apa este un solvent universal: aproape orice se dizolvă în apă, într-un anumit grad. Apa este şi mediul extern al tuturor formelor de viaţă acvatice şi poate funcţiona ca resursă, condiţie şi habitat. Apa este atât de comună încât presupunem că este un lichid tipic. Dar, de fapt, aproape toate proprietăţile sale chimice şi fizice sunt neobişnuite, comparativ cu alte lichide (Apa este unicul mineral lichid, exceptând mercurul.).

Majoritatea proprietăţilor neobişnuite ale apei în legătură cu reacţiile fizico-chimice se explică prin însăşi molecula de apă sau oxid de hidrogen (H-O-H). Deşi molecula de apă ca întreg este neutră electric, ea conţine sarcini electrice; este un dipol. Forma moleculei de apă, cu un unghi al (legăturilor) apei de 105°, conduce la apariţia unui pol cu hidrogenul încărcat electropozitiv, în timp ce celălalt pol este încărcat electronegativ. Explică şi de ce apa este atrasă spre ionii încărcaţi. Cationi precum Na+, K+, Ca2+, devin hidrataţi datorită atracţiei lor către capătul cu oxigen al moleculei de apă, încărcat negativ.

Legarea fiecărei molecule de apă de alte molecule de apă şi de alte componente biologice explică proprietăţile soluţiei. Aceste sarcini creează o relativ puternică atracţie între moleculele de apă, ceea ce explică de ce apa fierbe la temperaturi atât de ridicate. Puternicele sarcini electrice sunt importante şi în creşterea reactivităţii chimice a unei substanţe, ceea ce explică de ce apa este un solvent atât de bun. În apa lichidă, în funcţie de temperatură, se pot întâlni diverse asociaţii moleculare care corespund formulei generale de tip polimeric (H2O)n, unde n = 2-6.

Din cele 18 tipuri de apă posibile, datorită celor 6 izotopi de oxigen (instabili: 14O, 15O, şi 19O, respectiv stabili: 16O, 17O, şi 18O) şi 3 de hidrogen (1H, 2H şi 3H), în natură se găsesc doar 9, cele mai importante fiind apa grea, apa supergrea şi apa uşoară.

Apa grea conţine izotopul deuteriu (2H216O sau D2O) şi se întâlneşte în

oceanul planetar la adâncimi mari. Intră în alcătuirea mediului intern al organismelor abisale, încetinind reacţiile metabolice accelerate de presiunea hidrostatică mare.

Apa supergrea conţine izotopul tritiu (3H216O sau T2O) şi se găseşte în

cantităţi reduse în apa de ploaie.

3.1. Proprietăţile organoleptice ale apei

Apa curată este insipidă, inodoră, limpede. Apele naturale, datorită prezenţei impurităţilor, au aspect, miros, gust şi culoare particulare.

Aspectul apei se cercetează cu ochiul liber. Proba de apă poate fi opalescentă, tulbure sau colorată.

17

Mirosurile sunt imprimate de substanţele organice şi anorganice care ajung pe diferite căi în apele naturale sau de substanţele de metabolism eliminate de alge în apă. Algele produc substanţe organice analoage uleiurilor eterice şi imprimă apei mirosuri diferite: castraveţi - Synura, Asterionella: la densităţi mici miros aromatic, iar la densităţi mari miros de peşte; Anabaena: iarbă proaspăt cosită sau de mucegai.

Apele naturale sau cele poluate pot avea mirosuri diferite, codificate prin simboluri precum: A - aromatic; P - pământos; Cl - clorurat; F - fecaloid; S - sulfurat; B - balsamic; H - hidrocarburi; M - mucegai; Cm - medicamentos; V - de varză;

Gustul particular (sărat, amar, sălciu, de medicamente, de pământ, metalic) este determinat de prezenţa în apă a unor substanţe organice sau minerale, sau de proliferarea unor alge. Ex.:

- concentraţiile mari de fier dau un gust metalic; - concentraţiile crescute de calciu dau un gust sălciu; - concentraţiile ridicate de magneziu dau un gust amar; - concentraţiile însemnate de cloruri dau un gust sărat; - amestecul de clor şi fenoli conferă un gust medicamentos; - proliferarea actinomicetelor imprimă un gust de pământ. Culoarea apelor naturale este determinată de concentraţia de fitoplancton,

tripton (materie nevie în suspensie) şi substanţe humice dizolvate. Culoarea scade valoarea comercială a apei atât pentru folosinţa casnică, cât şi industrială.

Culoarea apei variază de la albastru la verde sau cafeniu, în funcţie de substanţele solvite (în majoritate organice) - culoarea reală şi cele coloidale aflate în suspensie - culoarea aparentă.

Culoarea albastră a apelor curate şi adânci se datorează radiaţiilor albastre care au cea mai mare putere de pătrundere. Culoarea galbenă se datorează conţinutului mare în substanţe organice, cea galben-roşcată substanţelor humice şi fierului, cea galben-brună argilei coloidale, cea roşcată sau verde dezvoltării din abundenţă a unor specii de alge. Turbăriile au o coloraţie cafenie datorită substanţelor humice.

Există ecosisteme cu ape negre din zona taigalei boreale până la pădurile ecuatoriale. Culoarea neagră se datorează materiei organice dizolvate, în special acizi humici, proveniţi din descompunerea materiei organice în bazinul hidrografic. Lacurile glaciare (oligotrofe) sunt gri sau albe, dacă primesc aporturi de particule de rocă de origine glaciară, sau albastre, dacă particulele s-au depus.

În golfuri, fiorduri şi estuare, apa poate căpăta o culoare roşie (flux roşu) sau violacee, datorită proliferării dinoflagelatelor din genurile Gonyaulax, Glenodium sau bacteriilor din familia Athiorhodaceae.

Coloraţia apelor indică şi productivitatea acestora. Culoarea verde arată o productivitate naturală crescută. "Înflorirea" apei cu diferite specii de alge imprimă acesteia culori diferite.

18

3.2. Proprietăţile fizice ale apei

Transparenţa reprezintă grosimea stratului de apă prin care se pot observa cu claritate contururile unui obiect scufundat. Transparenţa relativă a apei sau adâncimea Secchi (transparenţa măsurată cu discul Secchi) reprezintă adâncimea exprimată în metri, până la care pătrunde lumina. Transparenţa apei din ecosistemele acvatice variază în funcţie de concentraţia substanţelor minerale şi organice din apă, şi de densitatea organismelor planctonice din aceasta.

Lumina vizibilă pătrunde prin masa apei conform unei relaţii negativ-exponenţiale numite "legea lui Lambert-Beer":

Iz = I0.e

-εz

ε = coeficientul de absorbţie sau extincţie a luminii; Iz = intensitatea luminii la adâncimea z; I0 = intensitatea luminii la suprafaţă.

În râurile ce traversează "pământuri roşii" (cu mult fier), lumina este

absorbită în primele straturi. Un coeficient de extincţie ridicat poate fi rezultatul mâlului şi al altor materii anorganice în suspensie, dar poate fi datorat şi unei densităţi mari a fitoplanctonului. Apa foarte clară este, în general, indicatorul unei productivităţi scăzute. Transparenţa în lacul Tanganyika este de 40-50 m.

Botnariuc şi Beldescu (1961) au introdus indicele de transparenţă (T/A); la o valoare T/A mai mică de 0,2 m, nu se instalează macrofitele submerse.

În lacurile oligotrofe arctice foarte transparente, puţin adânci, care nu oferă refugiu în faţa radiaţiei dăunătoare, o mare parte din populaţia de Daphnia este pigmentată maro-închis sau negru, datorită melaninei. Aceasta sugerează că mecanismul este o adaptare la stresul UV.

Degradarea ozonului stratosferic a produs creşterea iradierii UV pe pământ cu 10-20% în ultimele decade. Deşi UV sunt puternic absorbite de apă, organismele acvatice şi ecosistemele acvatice sunt afectate.

Apa absoarbe selectiv lumina vizibilă, începând cu cea infraroşie. Absorbţia cea mai rapidă are loc la extremităţile spectrului: la 75 m adâncime nu mai există radiaţii UV şi portocalii. Radiaţia roşie pătrunde până la 18 m, cea galbenă până la 100 m, cele verzi şi albastre până la 240 m. Radiaţiile albastre şi violet pot ajunge până la 300 sau 600 m, în funcţie de condiţiile locale de radiaţie solară şi transparenţă. Turbiditatea datorată suspensiilor solide (mâl) în suspensie va sărăci puternic apa în lumină vizibilă.

Lumina provine în principal de la Soare şi în foarte mică măsură de la organismele producătoare de lumină. Intensitatea luminii variază în funcţie de: latitudinea geografică, sezon, lungimea de undă a radiaţiei incidente, gradul de turbulenţă a apei, natura chimică a particulelor din apă etc. Intensitatea luminii variază cu adâncimea, astfel că de la suprafaţă spre fundul bazinului se pot descrie următoarele zone:

19

zona eufotică sau polifotică, între 1-100 m. Este zona proprie organismelor fotoautotrofe, unde există lumină suficientă pentru a activa procesele fotosintetice.

160 m este adâncimea maximă pentru plantele bentice. Zona eufotică este cea mai variabilă ca salinitate, temperatură şi oxigenare, cea mai bogată în nişe ecologice şi supusă influenţelor fizice şi trofice ale uscatului învecinat; este cea mai perturbată de mişcările apei: maree, valuri, curenţi.

zona disfotică sau mezofotică, o zonă "de amurg" până la 200-250 m. Este locuită de bacterii fotosintetizante şi cocolitoforide foarte sensibile la lumină; pătrund radiaţiile albastre şi violet.

zona oligofotică, extrem de slab luminată, până la 1.500 m; pătrund radiaţiile albastre şi violet.

zona afotică, lipsită de lumină, unde trăiesc unele organisme luminiscente. Adâncimea până la care ajunge lumina solară depinde de unghiul de incidenţă, de sezon etc. În general, lumina pătrunde până la 200 m adâncime. Intensitatea maximă a producţiei nu este chiar la suprafaţa apei, ci între 10-30 m adâncime, în funcţie de mişcările apei. Figura 3.1. arată efectul apei oceanice limpezi asupra unei raze de lumină. Componenta roşie este puternic absorbită la numai 10 m de la suprafaţă. În adâncime, scena apare luminoasă, efectul datorându-se reducerii radiaţiilor roşii, portocalii şi galbene şi efortului de adaptare a ochiului la o intensitate scăzută a luminii. Sub 20 m, lumea scafandrului este verde, albastră, violetă şi neagră.

Fig. nr. 3.1. Absorbţia radiaţiilor vizibile în mediul acvatic

20

Fenomenul de bioluminiscenţă caracterizează apele marine cu adâncimi mai mari de 250-300 m şi, mai puţin, apele dulci, interioare. În Marea Neagră, se întâlnesc organismele bioluminiscente: Ceratium şi Noctiluca (dinoflagelate). În mările tropicale, astfel de specii sunt mai numeroase: meduze, crustacee, peşti etc. Ex. Pyrosoma (salpe), Gorgone (celenterate). Bioluminiscenţa constă în oxidarea luciferinei, reacţie în care intervine o moleculă de oxigen şi o enzimă numită luciferază: oxidare luciferină + oxigen + luciferază oxiluciferină + lumină

(moleculă luminiscentă destul de

excitată pentru a emite un foton)

Lumina poate fi emisă sub formă de sclipiri instantanee sau constante. Funcţiile luminii:

- cea mai generală ar fi evadarea. În anumite cazuri, prădătorul este surprins şi ameţit de lumină; în altele, lumina salvează animalul, disimulându-i forma, creând un contur difuz sau făcându-l invizibil (peşti, calmari);

- comunicare intraspecifică, cu valoare de semnale pentru alţi indivizi, permiţând formarea perechilor. Mişcarea apei în ecosistemele acvatice (hidrodinamismul) constă în:

valuri, curenţi şi maree. Agitaţia verticală a apei încetează în cazul în care există un important gradient de densitate între straturile superioare şi cele inferioare, situaţie ce corespunde unei încălziri sau salinităţi diferite a straturilor de apă. Vântul transferă energie mecanică apei.

Valurile spală sau sfărâmă substratul, modificând astfel condiţiile de existenţă ale organismelor ce trăiesc pe şi în substrat. Prin turbiditatea produsă, valurile împiedică pătrunderea luminii în adâncime. În largul mării, agitaţia apei constituie principalul factor de mediu; salinitatea, concentraţia oxigenului dizolvat şi pH-ul sunt aproape constante.

Curenţii sunt de două tipuri: de suprafaţă şi de adâncime. Cei de suprafaţă (calzi sau reci) produc mari variaţii de temperatură ale apelor prin care trec. Acestea sunt urmate de şocuri termice şi moartea în masă a animalelor stenoterme. Curenţii de adâncime ies la suprafaţă în lungul unor coaste înalte (ex., ţărmul vestic al Americii de Sud), aducând pe lângă apele reci elemente biogene (P şi N). Vânturile dinspre ţărm spre larg, prin punerea în mişcare a apei de suprafaţă, pot produce urcarea apei din nivelurile mai adânci spre suprafaţă. Acest fenomen – upwelling, apare la latitudini mici, în lungul coastelor vestice ale continentelor, pentru a înlocui apa de suprafaţă care curge spre vest, datorită curenţilor ecuatoriali (de la 100–200 m, lângă Canare, Peru, California, Benguela, Australia de vest). Fenomenul de upwelling este asociat cu dezvoltarea bogată a fitoplanctonului şi implicit a tuturor verigilor lanţurilor trofice până la peşti: ex., upwelling-ul din Marile Lacuri Americane şi din Lacul Tanganyika. Cel din Marile

21

Lacuri este indus de efectul Coriolis; cel din lacurile mici şi mijlocii apare în urma înclinaţiei picnoclinei ca răspuns la forţa vântului (figura 3.2.).

Mareele caracterizează zona tidală a mării. În zona tidală trăiesc numai organisme euribionte, capabile să suporte toate variaţii largi ale factorilor fizici şi chimici. Organismele prezintă o zonare pe verticală, dependentă de mecanismele lor de supravieţuire în absenţa apei. Ex., gasteropodul Littorina respiră în perioada refluxului prin intermediul unei pelicule de apă ce rămâne sub cochilie, la marginea branhiilor. Organismele din zona tidală sunt capabile să piardă foarte multă apă prin desicare, uneori până la 50%.

Aceasta este zona în care formele actuale de animale marine se adaptează lent la viaţa terestră şi invers, fenomen demonstrat de schimbările funcţionale constatate (respiraţie, rezistenţă la uscăciune, hrănire etc.). Decapodele „terestre” pot efectua deplasări prelungite departe de apă, carapacea fiind un înveliş impermeabil care acoperă şi spaţiul branhial. Ele se pot detaşa de mediul acvatic doar temporar, deoarece brahniiile nu funcţionează decât acoperite de apă. Ex., crabul Birgus latro poate rezista la aer, chiar dacă are o respiraţie branhială. Multe gasteropode marine şi viermi pot ieşi pe uscat unde se hrănesc şi pătrund în mare numai pentru a elimina produşii de excreţie acumulaţi în timpul emersiunii. Peştele teleostean Periophtalmus poate abandona zona de maree pentru a se căţăra în arbori. El are solzi impermeabili şi respiră cu ajutorul intestinului.

Sunetele nu lipsesc în domeniul acvatic, în special ultrasunetele. Acestea au rol de semnale. Viteza sunetului în apă este de 4-5 ori mai mare decât în aer.

Turbiditatea este o măsură a proprietăţilor de transmitere a luminii, datorită împrăştierii şi absorbţiei razelor luminoase de către particulele foarte fine aflate în suspensie şi care nu se sedimentează în timp. Turbiditatea reduce transparenţa, scade zona de fotosinteză şi productivitatea apei. Speciile criofile

Fig. nr. 3.2. Upwelling datorat acţiunii vântului pe suprafaţa apei

Vânt dominant

Abrupt/taluz continental

Uscat

Apa de adâncime ce urcă, înlocuind apa de suprafaţă

Apa de suprafaţă, pusă în mişcare de vânt

22

(ex., salmonidele), mai ales ca ou sau alevini, sunt afectate de creşterea turbidităţii, în timp ce speciile termofile (ex., ciprinidele) sunt rezistente la turbiditatea crescută a apei.

Suspensiile minerale autohtone şi alohtone, organismele moarte sau părţi ale acestor organisme şi substanţele organice solvite formează împreună detritusul. Acesta este o sursă importantă de hrană pentru hidrobionţii filtratori fixaţi (moluşte, spongieri) sau pentru cei pelagici (rotifere, crustacee etc.). Suspensiile din coloana de apă (sestonul) sunt de natură organică şi/sau anorganică (minerală). Sestonul este alcătuit dintr-un bioseston alcătuit din organisme vii (plancton) şi un abioseston sau tripton, alcătuit din detritus şi suspensii minerale aduse de afluenţi. Când creşte, cantitatea de tripton anorganic interferează cu alimentaţia animalelor: pentru prădători, determină o eficienţă scăzută în descoperirea prăzii; în cazul filtratorilor de particule organice, reţelele de filtrare se saturează cu cristale, limitând alimentaţia; la organismele detritivore duce la creşterea cantităţii de seston care se depozitează peste bentos.

Materia organică în suspensie (biosestonul) are dimensiuni mai mari de 0,45 μm. În lacuri, cea mai mare parte a sestonului o reprezintă planctonul, iar într-un râu domină triptonul (există puţin plancton pentru că organismele sunt luate de curent).

Densitatea: are valoarea maximă la 4 °C (ρ = 1,05 g.cm-3). Densitatea medie are valoarea de 1,00 g.cm-3. Apa este unicul lichid obişnuit care se dilată la rece. Datorită densității mai mici, apa îngheţată pluteşte. Dacă apa ar fi ca majoritatea lichidelor, gheaţa formată la suprafaţă s-ar scufunda, permiţând apei din râuri, fluvii, lacuri să îngheţe puternic, omorând în fiecare iarnă peştii, plantele şi alte forme de viaţă acvatice.

Relaţia temperatură/densitate nu este liniară (figura 3.3.). Apa atinge densitatea sa maximă la o temperatură de 4 °C; sub această temperatură va creşte densitatea; peste 4 °C, pe măsură ce temperatura creşte, apa ocupă un volum mai mare iar densitatea ei scade.

Fig. nr. 3.3. Densitatea apei, ca funcţie a temperaturii (după Mackenzie et al., 1998)

23

Densitatea apei de mare la o salinitate medie de 35‰ este de 1,028 la 4 °C

şi o atmosferă. Densitatea apei dulci este cu atât mai mare cu cât apa este mai dură. Apa de mare îşi creşte densitatea până la punctul de îngheţ: -2 °C. Talia organismelor este limitată de greutate; astfel, în mare, datorită densităţii mari a apei, organismele pot avea talii mult mai mari decât ale rudelor din mediul terestru: ex., algele macrofite de sute de metri (Macrocystis), calmarii giganţi (Architeuthis), balenele (Balaenoptera musculus).

Vâscozitatea apei este relativ joasă şi măsoară forţa de frecare între masele de fluid ce se deplasează. Este de aproape 100 ori mai mare ca cea a aerului şi influenţează profund viaţa organismelor acvatice. Ea creşte o dată cu salinitatea şi variază invers proporţional cu temperatura.

Tensiunea superficială a apei este destul de ridicată (72,7.10-3 N.m-1). Pe baza acesteia, pelicula superficială a apei se comportă ca o membrană elastică.

Organismele acvatice prezintă suprafeţe hidrofile (corpul se udă, pentru că forţele de coeziune ce menţin moleculele de apă unite sunt mai mici decât forţele de adeziune la organism, respectiv hidrofobe (corpul nu se udă, deoarece forţele de coeziune sunt mai mari decât forţele de adeziune). Aceasta face ca în lacuri să se creeze o comunitate de indivizi la interfaţa aer/apă numită neuston.

Presiunea hidrostatică depinde de înălţimea coloanei de apă şi de densitatea ei. În apele dulci, presiunea apei creşte cu o atmosferă la fiecare 10,33 m, iar în cele marine cu o atmosferă la fiecare 9,98 m.

Apa din corpul organismelor acvatice are aceeaşi presiune ca şi apa din exterior. Organismele abisale scoase la suprafaţă mor, datorită lipsei unor faze de adaptare fiziologică la scăderea presiunii. În Oceanul Pacific, la adâncimi de peste 10 km, trăiesc bacterii barofile, foraminifere, polichete, holoturii etc. Unele bacterii trăiesc în jurul coşurilor vulcanice de pe fundul mării; ex., Pyrolobus fumarii trăieşte la 113 °C şi peste 1.000 atmosfere (Ecuador).

Variaţile verticale ale presiunii hidrostatice sunt rapide şi puternice. Vidrele de mare plonjează până la 20 m, majoritatea speciilor de focă ajung la 250 m, caşaloţii ajung până la 1600 m, câteva specii de nevertebrate trăiesc la 10.500 m (Groapa Filipinelor, la 1 t.cm-2): anemone de mare, bivalve, holoturii, crustacee, echinoide.

Există organisme stenobate, incapabile să suporte schimbări ample sau rapide, care populează fie apele puţin adânci (gasteropode ca: Littorina, Patella, Purpura, Haliotis, bivalvele Mytilidae care trăiesc în zona mareică), fie zonele abisale. Gasteropodul Turris, lamelibranhiatul Limopsis, monoplacoforele din genul Neopilina, unii teleosteeni şi selacieni precum Chimaera sunt stenobate de ape adânci. Euribatele sunt capabile să suporte mari schimbări de presiune hidrostatică; ex., steaua de mare Henricia sanguinolenta trăieşte de la zona mareică până la 2500 m; holoturiile: Elpidia şi Myriotrocus de la sute la 6-9000 m; echinoidul Cidaris cidaris de la 50 la 2000 m; ofiuridul Ophiacantha bidentata, specie sublitorală în Groenlanda, poate ajunge în sud la mii de m adâncime. Această distribuţie este explicată prin stenotermia respectivelor specii. Alte

24

euribate sunt bivalve precum: Modiolaria discors, Scrobicularia longicallus sau gasteropode precum Natica groenlandica, care trăiesc din zona perilitorală pînă la 4000 m sau crustaceele planctonice, capabile să se deplaseze pe sute de metri adâncime, cu o periodicitate nictemerală.

Camerele aerifere de la cefalopode (Sepia, Nautilus, Spirula) le permit acestora să desfăşoare o viaţă nectonică, deplasându-se activ sute de metri pe verticala apei. La calmarii oceanici din familia Cranchidae, cavitatea celomică care conţine NH4Cl joacă rol de cameră de flotaţie.

Temperatura este factorul de mediu care exercită cea mai puternică influenţă asupra organismelor hidrobionte, fie direct prin acţiunea asupra metabolismului, reproducerii şi repartiţiei speciilor, fie indirect prin modificarea proprietăţilor fizico-chimice ale apei.

Suprafeţele de apă sunt slabi reflectori ai radiaţiei solare şi, de aceea, servesc ca o bună chiuvetă pentru energia solară. Apa are o capacitate calorică ridicată, ceea ce înseamnă că poate absorbi energie calorică cu o creştere minoră a temperaturii, comparativ cu alte substanţe. Temperatura apei fluctuează mai puţin decât temperatura uscatului, astfel încât mari mase de apă, precum oceanele, servesc ca influenţe moderatoare asupra climatului. Spre regiunile polare, temperatura scade atât de mult, încât la suprafaţă poate îngheţa formând banchize, ceea ce împiedică răcirea apelor de adâncime sub -2 °C. Deriva aisbergurilor spre ecuator produce răcirea apelor de suprafaţă. Spre adâncime, temperatura se reduce, până la zona de constanţă termică relativă. Sub 1000 m, temperatura este de 1 °C până la 2 °C în toate mările.

Singura sursă importantă de căldură pentru bazinele acvatice naturale este radiaţia solară, care este rapid absorbită în straturile superioare ale apei. Fluxul termic care vine din profunzimea pământului şi traversează fundul mărilor este practic neglijabil. Răcirea apei se produce prin radiaţie, evaporare sau topirea gheţii, toate fenomene de suprafaţă. Transferul de căldură spre straturile inferioare ale apei, se realizează numai prin mişcarea efectivă a acesteia, adică prin circulaţie verticală.

Datorită capacităţii calorice ridicate şi abilităţii apei de a se amesteca şi disipa rapid căldura, organismele acvatice nu trebuie să se adapteze la o mare varietate de temperaturi sau la modificări rapide de temperatură. În apele de suprafaţă cu temperatură variabilă, în special în apele de ţărm, pot trăi numai organisme euriterme, al căror metabolism se poate desfăşura într-un diapazon larg, în timp ce în apele mai adânci pot exista şi organisme stenoterme, legate, obişnuit, de zone mult mai restrânse sub aspect termic. Organismele abisale sunt stenoterme.

Există variaţii termice circadiene şi sezoniere. Variaţiile diurne şi anuale (sezoniere) ale temperaturii apei sunt mai reduse decât cele ale solului.

Vara şi iarna, în lacurile din zona temperată se constată o stratificaţie termică. Deoarece apa are densitatea maximă la 4 °C, apa devine mai uşoară la temperaturi spre 0 °C (punctul de îngheţ). Densitatea apei lichide la 0 °C este mai mare decât densitatea apei îngheţate la aceeaşi temperatură. Apa solidă şi cea

25

caldă plutesc peste cea rece. În timpul iernii, majoritatea lacurilor nu îngheaţă până la fund, datorită gheţii izolatoare de la suprafaţă. Pe lacuri, gheaţa se formează după o perioadă mai lungă în care temperatura aerului se menţine la –3, -4 °C. Primăvara şi toamna, temperatura se omogenizează în toată masa apei.

Variaţiile anuale depind de adâncime şi latitudine, a căror acţiune este conjugată. Variaţiile termice sezoniere se mai numesc şi variaţii termice verticale. În timpul verii, apa unui lac se împarte în trei zone (figura nr. 3.4.):

epilimnion, o zonă superficială, unde apa este agitată de vânt, iar temperatura descreşte lent, o dată cu creşterea adâncimii:

termoclină/mezolimnion/metalimnion („pătura saltului termic”), o zonă de tranziţie, unde temperatura descreşte rapid, cu cel puţin 1 °C.m-1;

hipolimnion, o masă de apă relativ stagnantă, cu variaţii termice anuale foarte mici.

Fig. nr. 3.4. Repartiţia verticală a temperaturii într-un lac temperat (în perioada stagnării estivale)

(după Welch, 1952)

În apa mărilor şi oceanelor există trei straturi, cu variaţii termice diferite, în

funcţie de adâncime:

un strat superficial (troposfera sau termosfera marină), gros de cca. 400 m, cu ape agitate de vânt, cu variaţii de temperatură zilnice până la cca. 50 m şi sezoniere până la peste 50 m.

26

un strat intermediar, până la cca. 1.500 m adâncime, cu temperaturi ce coboară până la 1-3 °C.

un strat profund, cu temperatură uniformă de 1-3 °C, exceptând regiunile polare, unde se înregistrează temperaturi apropiate de 0 °C. Sub 3.000 m, chiar la latitudini ecuatoriale, apa nu depăşeşte 3 °C, decât

datorită unor fenomene locale excepţionale. La mai mult de 5.000 m adâncime, temperatura oscilează între 2-2,5 °C, cu minima spre 0 °C. Temperatura medie la suprafaţa Oceanului Arctic de -1,23 °C. Temperatura în Oceanul Planetar poate ajunge la peste 90 °C în sistemele hidrotermale puţin adânci şi 350 °C în coşurile hidrotermale adânci (tabelul 3.1.).

Tabelul nr. 3.1. Variaţiile verticale ale temperaturii apei marine şi oceanice (după R. Dajoz)

Adâncimile (m) TEMPERATURILE (°C)

Oceanul Pacific (Groapa

Filipinelor)

Oceanul Atlantic

(sud)

Oceanul Arctic Marea Mediterană

0 28,8 25,72 -1,23 24

100 25,9 14,55 2,15 15,55

200 15,15 12,44 2,7 15,16

1.000 4,45 4,02 -0,2 13,7

2.000 2,25 3,35 -0,85 13,7

3.000 1,64 2,65 -0,82 13,7

4.000 1,58 2,03 13,7

5.000 1,72 0,72

8.000 2,15

10.000 2,48

La mari adâncimi, aproape de fundul oceanelor, temperatura înregistrează

o uşoară creştere provocată de compresiunea apei. În aceleaşi condiţii topografice, apa oceanelor înregistrează temperaturi mai mici de 4 °C, deoarece spre deosebire de apele dulci, a căror densitate este maximă la 4 °C, apele sărate au densitatea maximă sub această temperatură.

Deşi influenţa latitudinii asupra temperaturii apelor se exercită şi în profunzime, ea este mai evidentă în straturile superioare. La suprafaţa apelor polare, temperatura medie este de –2 °C, iar la suprafaţa apelor ecuatoriale de 27 °C. În mările închise, înconjurate de masele continentale, temperatura este şi mai ridicată. Ex. în Marea Roşie, se înregistrează o temperatură superficială medie de 34 °C. La latitudini foarte mari sau foarte mici, temperatura apei este uniformă aproape tot timpul anului. La latitudini temperate, rareori se înregistrează variaţii de temperatură mai mari de 10 °C. Ex., în Marea Nordului există oscilaţii de 6–17 °C; pe coasta de sud-vest a Angliei de 7–16 °C. În mările întinse şi puţin adânci (Marea Neagră, Marea Chinei), amplitudinea acestor variaţii este de 18–20 °C.

Se pare că, cu cât organismele sunt mai puţin evoluate, cu atât temperatura maximă suportată de ele este mai mare. În unele izvoare termale au fost găsite bacterii (la 88 °C) şi cianobacterii (Phormidium bijahense şi Oscillatoria filiformis, la 85 °C). Prosobranhiatul Hydrobia aponensis trăieşte într-un izvor din

27

Italia, la 46 °C. În Tunisia a fost găsit crustaceul Thermobathynella adami în izvoare, la 45–48 °C. Larvele de Chironomus pot trăi în izvoare termale la 51 °C, rizopodul Hyalodiscus la 54 °C. Dintre vertebrate, teleosteeanul Cyprinodon macularis trăieşte în California, la 52 °C.

Dintre animalele acvatice, cele mai multe sunt stenoterme, deoarece mediul acvatic se caracterizează prin variaţii mici de temperatură. Organismele stenoterme (stenos = statornic) nu pot tolera decât variaţii mici de temperatură, în timp ce euritermele (euris = larg) (ex. Astacus fluvialilis), sunt capabile să suporte variaţii termice de mai mare amplitudine (ex., Planaria gonocephala între 0,5–24 °C; stridia între –2 şi 20 °C, gasteropodul Hydrobia aponensis suportă variaţii mai mari, de la -1 la 60 °C, broasca care rezistă de la 1 la 30 °C.

În funcţie de nivelul termic la care sunt adaptate, speciile stenoterme se împart în: microterme (stenoterme criofile, psyhrofile, oligoterme), adaptate la temperaturi joase: între 0 °C şi 15 °C de ex., Planaria alpina (sub 10 °C) şi păstrăvul, care trăiesc în apele reci de munte (pâraie şi râuri mici), bogate în oxigen (2-12 °C) şi megaterme (stenoterme termofile) (ex., Thermocyclops decipens şi T. tenuiswas - copepode termofile, din apele calde ale Columbiei; Diaphanosoma brachyurum - specie megalotermă de cladocer, întâlnită şi în apele româneşti; cleanul suportă între 16-28 °C), adaptate la temperaturi crescute.

Stenotermele termofile (politerme) trăiesc mai ales la tropice la 45-60 °C. Ex. coralii madreporari, răspândiţi în ape mai calde de 22 °C; în vecinătatea ţărmului, unde se produc curenţi reci (ex., ţărmul de sud–vest al Africii), nu există astfel de recifuri. Copepodul Copilia mirabilis nu tolerează variaţii mai mari de 6 °C (23–29 °C). Peştele Idus melanotus trăieşte la 25 °C.

În izvoarele termale din Islanda, viaţa animală încetează la 50-52 °C. Peste această temperatură, există asociaţii vegetale fără animale (comunităţi algale de cianobacterii). La 80-90 °C dispar şi algele, rămânând numai bacteriocenoza (bacterii termobiotice) care rezistă până la 95 °C. Organismele termofile extreme sau hipertermofile pot trăi la temperaturi de 80-110 °C, în coşurile vulcanilor submarini. Pyrolobus fumarii nu se poate dezvolta sub 90 °C, ci chiar la 113 °C. Pyrococcus furiosus, specie anaerobă, are optimumul termic la 105 °C.

Similar, la limita inferioară a domeniului de toleranţă termică a vieţii, există criobiotopuri - kryos = frig (grec.); pe câmpuri de zăpadă şi de gheţari se formează criobiocenoze, comunităţi de alge, bacterii şi ciuperci. Uneori apar şi animale (colembole). Criobiocenoza este funcţională şi fără participarea animalelor la circuitul de substanţe, deoarece bacteriile şi ciupercile deţin rolul de consumatori. Există şi o categorie de organisme mezoterme/mezofile care preferă temperaturi cuprinse între 15-45 °C.

Peştii se adaptează la modificarea treptată a temperaturii apei, dar se îmbolnăvesc şi mor în cazul unei modificări bruşte. Unele animale mai primitive manifestă o termotaxie, adică o reacţie de orientare spre sursa de căldură. Peştii lună (Mola mola) se strâng laolaltă (gregarism) când temperatura apei coboară sub 5 °C şi, dimpotrivă, se separă când temperatura urcă peste 8 °C. Unele specii de nevertebrate acvatice, precum moluştele intermareice tropicale Tetracleta

28

squamosa, Fissurella barbadensis şi Nerita tesselata sunt capabile de termoreglare prin răcire evaporativă. La fel şi crabul Ocypode macrocera, respectiv isopodul Ligia oceanica.

Dimensiunile atinse de animalele cu creştere continuă din aceeaşi specie sunt mai mari în apele reci decât în cele calde. În conformitate cu regula lui Bergmann, multe specii marine abisale care trăiesc la temperaturi scăzute au o talie mai mare decât speciile înrudite din apele de suprafaţă mai calde.

Giaja (1956) considera că „evoluţia poikilotermiei spre homeotermie a fost o intensificare a vieţii şi o lărgire a domeniului său”. Homeotermele (omoïos=asemănător, thermos=cald) sunt numite şi endoterme, deoarece „ele produc şi controlează sursele lor proprii de căldură”. Se consideră că în evoluţia homeotermelor, primele au apărut mecanismele de protecţie contra supraîncălzirii şi mai târziu cele împotriva răcirii. Şi homeotermele experimentează perioade cu temperatură redusă a corpului, de aceea împărţirea în ectoterme (plante, reptile, protiste) şi endoterme este preferabilă celei homeoterme/poikiloterme. Multe specii sunt omorâte de temperaturi sub -1 °C, datorită formării cristalelor de gheaţă, care afectează integritatea celulelor. Unele animale ectoterme supravieţuiesc la temperaturi scăzute, deoarece acumulează soluţii ce se comportă ca un antigel, prevenind formarea cristalelor. Unele specii de hidrobionţi se înfundă în nămol sau detritusul organic (gasteropodul Bithynia tentaculata încă de la 9 °C), pentru a trece iarna.

Punctul de fierbere: dacă apa ar fi la fel cu majoritatea celorlalte lichide de pe Pământ, ar fierbe la temperatura normală de la suprafaţă şi astfel ar exista numai ca gaz. Aceasta ar face-o inutilă vieţii care necesită apă în stare lichidă, precum în curentul sanguin.

Căldura specifică a apei este mai mare decât a oricărui lichid cunoscut, cu excepţia amoniacului. Căldura specifică a apei solide este 4,1846 J.g/ °C. Apa conduce foarte rău căldura; primele două straturi de apă absorb 99% din radiaţia solară.

Căldura latentă de vaporizare a apei este foarte ridicată (cca. 586 cal sau 2430 J.g-1). Astfel, evaporarea apei de pe suprafaţa vegetală are un efect răcoritor intens asupra plantei. Întinderile mari de apă al Terrei au un rol moderator asupra climei.

Căldura latentă de topire are şi ea valoare ridicată: 539,2 80 cal/g sau circa 9,70 kcal/mol.

Temperatura de solidificare a apei este ridicată comparativ cu a altor compuşi. Importanţa biologică constă în faptul că, la temperaturi în jur de 0 °C, în organisme pot avea loc procese biologice care nu ar fi posibile la temperaturi scăzute.

Căldura de fuziune a apei, necesară pentru topirea unui gram de gheaţă la 0 °C, este ridicată (cca. 335 J g-1).

Sublimarea - tranziţia directă din fază solidă în aceea de vapori (şi invers), fără a trece printr-o fază lichidă intermediară - implică consumul sau eliberarea a 335 J.g-1.

29

Conductibilitatea electrică/conductivitatea apei crește în mediul lotic (apă curgătoare) odată cu concentraţia de săruri minerale, în funcţie de abundenţa acestora pe substrat, durata contactului cu substratul, suprafaţa de contact şi viteza de curgere a apei. Apa liberă de săruri nu conduce curentul electric.

Radioliza apei: Sub acţiunea radiaţiilor ionizante, molecula de apă pierde un electron şi se transformă în ion pozitiv. Electronul este captat de o altă moleculă de apă care se transformă în ion negativ. Ionii formaţi sunt instabili şi conduc spre doi radicali liberi: H. şi OH. , respectiv doi ioni stabili: H+ şi OH-, care se recombină şi formează din nou apa.

Radioliza apei sub acţiunea radiaţiilor ionizante poate modifica structura macromoleculelor proteice şi a acizilor nucleici. Radioliza apei sub acţiunea radiaţiilor solare se numeşte fotoliză.

3.3. Proprietăţile chimice ale apei

Sunt determinate de substanţele chimice prezente în apă în stare solvită. Apa conţine cca. 30 substanţe diferite (Na, K, Mg, carbonaţi, sulfaţi, silicaţi, cloruri). Ioni comuni în apă: H+, Na+, K+, [NH4]

+, Cl-, I-, hipoclorit [OCl]-, [HCO3]-,

Ca2+, Fe2+, S2-, [CO3]2-, [PO4]

3-. Bazele, sărurile, acizii minerali se dizolvă cu uşurinţă, în timp ce grăsimile şi uleiurile cu greu. Capacitatea de dizolvare creşte cu temperatura.

În mediul acvatic, disponibilul de apă nu constituie o problemă, însă menţinerea echilibrului hidric da. Apa va tinde, fie să pătrundă în organismele acvatice din mediu (dacă au o concentraţie mai mare decât mediul), fie să le părăsească (dacă apa are o concentraţie mai mare decât organismele). Aceste procese sunt împiedicate prin mecanisme de osmoreglare. Aceasta este o adaptare pentru a controla echilibrul apei în organismele care trăiesc în medii hipotonice sau hipertonice.

Un peşte dulcicol trebuie să excrete apa în exces, deoarece animalul este hipertonic faţă de ambient. Peştii osoşi care trăiesc în mediul marin sunt hipotonici faţă de ambient şi au probleme inverse. Rinichii lor secretă foarte puţină urină şi au rolul de a îndepărta ionii bivalenţi precum Ca2+, Mg2+ şi SO4

2-, luaţi din apa înghiţită în continuu. Branhiile acestor peşti excretă ioni monovalenţi precum Na+, Cl- şi NH4

+. Reacţia ionică (pH-ul) este logaritm cu semn schimbat al concentraţiei

ionilor de hidrogen dintr-o soluţie:

pH = lg 1 = - lg H+

H+

pH-ul apelor naturale variază între 4 şi 10 unităţi. Apele naturale au un pH

variabil, în funcţie de natura şi originea lor, astfel: - apele pâraielor de munte: 6,5-7,2; - apa râurilor: 6,2-7,2;

30

- apa de lac: 7,4-8,4; - apa de mare: 8,2-9,8. În funcţie de preferinţa hidrobionţilor pentru un domeniu sau altul de pH,

deosebim: - acidofile: 1-4. - alkalifile: peste 9. Organismele haloalkalifile trăiesc la o salinitate peste

33% sare; ele au adesea o coloraţie roşie. Organismele care trăiesc în condiţii extreme de mediu (temperatură, presiune, salinitate) se numesc extremofile.

Peştii mor la pH mai mic de 4,5 (figura 3.5.). În turbării, valoarea pH-ului poate scădea la 4, datorită acizilor humici. Concentraţia ridicată de substanţe humice reduce pH-ul şi în lacuri.

Fig. 3.5. Efectul acidifierii lacurilor (după C. Mason, 2002)

Înfloririle algale cresc rapid pH-ul. Ca urmare a asimilaţiei clorofiliene (cu

consum de CO2), fitoplanctonul poate conduce la valori de 9 sau chiar 10. Apele continentale prezintă variaţii mai largi decât cele marine.

Aciditatea apelor de suprafaţă se poate datora unor cauze naturale, precum acizii humici extraşi din mlaştini sau turbării, dar mai curând este rezultatul poluării industriale. Acizii pătrund în apele de suprafaţă şi subterane din drenajul minelor, resturi industriale şi depuneri acide. Infiltrările acide în apă tind să crească solubilitatea altor minerale nocive.

Aciditatea este de obicei cauzată de prezenţa acizilor minerali, a sărurilor acizilor puternici sau a dioxidului de carbon liber şi nu trebuie confundată cu valoarea pH-ului. Acizii ucid unele organisme. Numărul redus de macronevertebrate din cursurile de apă împădurite de conifere se datorează în general acidifierii.

Concentraţia de aluminiu creşte cu scăderea pH-ului, iar sub 5,0 domină aluminiul anorganic, care este toxic pentru biota acvatică. Eroziunea aluminiului din solul pădurilor de către ploile acide în SUA şi Germania reprezintă o problemă importantă. O valoare ridicată a manganului are potenţialul pentru deformarea peştilor. Precipitaţiile acide (pH sub 4,0) spală aluminiul şi magneziul.

31

Alcalinitatea este produsă de prezenţa carbonaţilor, bicarbonaţilor (de Na, K, Mg şi Ca), hidroxizilor şi a diferitelor săruri ionice dizolvate. Alcalinitatea ridicată face apa nepotabilă și afectează procesele de tratare a apei (coagularea).

Peştii mor la mai mult de 25 mg.l-1 NaOH (folosit în procese tehnologice din tăbăcării, industria textilelor şi a cauciucului). În general, apele cele mai apte pentru a susţine o viaţă acvatică diversă au o alcalinitate de 100 mg.l-1 sau mai mult şi un pH de 7-8.

Potenţialul redox/oxidoreducător (rH) sau potenţialul redox este o măsură a echilibrului între procesele de oxidare şi cele de reducere dintr-un mediu lichid. - la un rH între 0-27, apa este considerată reducătoare; - la un rH între 28-54, apa este considerată oxidantă. Procesele oxido-reducătoare sunt foarte intense la interfaţa apă/mâl a unui bazin acvatic. Un potenţial redox redus favorizează creşterea fosforului anorganic în sedimente.

rH–ul se calculează după relaţia:

rH = (E + 0,058 pH) / 0,029

unde : E = diferenţa de potenţial exprimată în mV.

Salinitatea - S (‰) reprezintă greutatea elementelor solide care poate fi obţinută prin evaporarea a 1 kg apă în vid la 480 °C până la greutate constantă. În apele dulci domină carbonaţii (de calciu, sodiu, magneziu, potasiu): 79,9%; urmează: sulfaţii: 13,2%; clorurile: 6,9%; nitraţii etc. În cele marine domină clorurile: 88,8%; urmează sulfaţii: 10,8% şi carbonaţii: 0,4%.

Salinitatea oceanelor se caracterizează prin prezenţa unor constituenţi majori (peste 100 ppm), minori (1-100 ppm) şi a unor elemente rare (sub 1 ppm). Dintre constituenţii majori: clorul, sodiul, anionul sulfat, magneziul, calciul, potasiul. Dintre constituenţii minori: bromul, carbonul, stronţiul, borul, siliciul, fluorul. Dintre elementele rare: azotul, litiul, rubidiul, fosforul, iodul, fierul, zincul, molibdenul.

Salinitatea medie a oceanului este de 35‰, adică 35 g.l-1. Râurile diluează sărurile în apropierea estuarelor şi schimbă chiar compoziţia apei marine, prin sărurile pe care le varsă în mare. Curenţii de suprafaţă sau de adâncime modifică distribuţia sărurilor; ploile şi evaporarea influenţează de asemenea chimismul apei marine. Există şi variaţii sezoniere.

În Marea Roşie, salinitatea ajunge la 41‰, în timp ce Marea Neagră are doar 17-21‰, fiind o apă salmastră. Salinitatea Mării Baltice este şi mai redusă: 2-11‰.

Există variaţii şi în funcţie de latitudine. Astfel, în emisfera nordică salinitatea este mai mică decât în cea sudică. În zona ecuatorială, datorită precipitaţiilor abundente, salinitatea este mai mică decât la tropice unde evaporaţia este intensă iar precipitaţiile sărace. În funcţie de gradul de salinitate, apele se împart în:

32

dulci (ahaline): sub 0,5‰

sălcii (mixohaline): a. oligohaline: 0,5-5‰ b. mezohaline (salmastre): 5-18‰ c. polihaline: 18-30‰

marine / oceanice (euhaline): 30-40‰

suprasărate (hiperhaline/ultrahaline): peste 40‰. Astfel de ape suprasărate se întâlnesc în golfuri marine izolate sau în lacurile mari din zonele foarte aride.

Pentru acestea din urmă, gradul de adaptare la valoarea concentraţiei de săruri este particulară fiecărui grup de organisme (halobii): - speciile haloxene, de origine dulcicolă, supravieţuiesc în apele sărate cu concentraţii de săruri între 0-100 g‰ (Lymnaea ovata, Stratiomys chameleo); - speciile halofile, iubitoare de apă sărată, suportă concentraţii între 25-100 g‰ (Notolca stricta, Cyclops bicuspidatus şi C. strenuus, Chironomus halophilus, Culicoides salinarius, Gasterosteus aculeatus); - speciile halobionte trăiesc în ape cu concentraţii foarte mari: între 25-280 g‰ (Brachionus mülleri, Artemia salina, Ephydra riparia). Marea Moartă se află la 415 m sub 0. Densitatea ei este de 1,237 kg.l-1. Principalele componente ale biotei sunt alga verde Dunaliella - singurul producător primar şi câteva bacterii halofile din familia Halobacteriacee.

Păsările marine excretă o parte din sarea ingerată din apa marină prin urină (concentraţia în NaCl=1,5%), iar o altă parte prin secreţia nazală a unor glande salifere (concentraţia în NaCl=4%). Mamiferele acvatice (foci, balene) îşi hrănesc puii cu un lapte foarte concentrat şi bogat în grăsimi (30-40%), realizând o importantă economie de apă.

Salinitatea influenţează anumite proprietăţi ale apei. Astfel, căldura specifică creşte cu salinitatea; densitatea apei, de asemenea. La salinităţi mai mari de 20 g ‰, densitatea maximă apare la o temperatură inferioară punctului normal de îngheţ. Vaporizarea scade cu creşterea salinităţii deoarece sărurile fac moleculele de apă mai puţin disponibile pentru evaporare. Presiunea osmotică a apei creşte odată cu creşterea salinităţii. Toate aceste proprietăţi se numesc coligative. Ele influenţează condiţiile de flotaţie şi locomoţie, precum şi morfologia, metabolismul şi răspândirea hidrobionţilor. Deosebim, în funcţie de preferinţe, specii stenohaline şi eurihaline. Speciile stenohaline trăiesc în medii cu salinitate relativ constantă întreg ciclul lor biologic, fie la salinităţi mici şi constante (stenohaline de apă dulce), fie la salinităţi mari şi constante (stenohaline de apă sărată). Mecanismele de reglare osmotică ale acestor organisme au eficienţă scăzută, creşterea sau scăderea salinităţii ducând la moartea prin şoc osmotic.

Organismele eurihaline pot trăi în medii acvatice în care salinitatea variază în limite foarte mari, în toate fazele ciclului ontogenetic. Stadiile tinere ale hidrobionţilor sunt mai sensibile la variaţiile salinităţii decât cele mature. Unele specii petrec primele stadii de viaţă în medii cu salinitate redusă, iar fazele de maturitate în medii cu salinitate ridicată: morunul, nisetrul, păstruga, scrumbia de

33

mare, peştii migratori anadromi. Unele specii eurihaline prezintă adaptări pasive la variaţia salinităţii: starea de anabioză salină.

În estuare, apele dulci şi cele sărate se amestecă. În regiunea mareelor, acest amestec de ape este întins pe o lungime mult mai mare decât în mările fără maree, organismele fiind supuse unui stres continuu. La limita dintre mare şi estuar, apele sunt mai sărate şi populate predominant de forme marine. Mai aproape de vărsarea fluviului, apele au salinitatea scăzută şi sunt populate predominant de forme dulcicole. La mijlocul estuarului se află o zonă de salinitate intermediară, cu forme tipic salmastre.

La contactul apelor dulci şi sărate se produce moartea multor organisme pelagice care nu pot suporta şocul salin (se adaugă şocul termic şi variaţia concentraţiei oxigenului). Salinitatea poate avea un efect important şi asupra distribuţiei plantelor în habitate terestre învecinate cu marea. Mangrovele pot tolera concentraţii saline de 10-20 ori mai mari decât speciile terestre (avocado). Estuarele reprezintă o regiune de adaptare a animalelor marine la apele dulci şi invers. Este un loc în care speciaţia este mult mai activă comparativ cu zonele cu factori de mediu constanţi.

Organismele acvatice pot fi poikilosmotice (izoosmotice), care îşi modifică concentraţia mediului intern în funcţie de cea a mediului extern (nevertebratele marine), respectiv homeosmotice (algele şi nevertebratele dulcicole, ca şi cele din apele suprasărate şi vertebratele), care îşi păstrează presiunea osmotică a mediului intern indiferent de cea a mediului extern.

Clorinitatea - Cl (‰) exprimă cantitatea totală de halogeni (Cl, I, Br) dintr-un kg de apă de mare în care bromul şi iodul sunt substituiţi printr-o greutate echivalentă de clor. Clorinitatea exprimă concentraţia halogenilor la unitatea de greutate. Se utilizează şi noţiunea de clorositate care exprimă clorinitatea în grame la un volum de 1 litru (clorositatea = clorinitatea x densitatea apei la 20 °C).

Rhopia (factorul rhopic) reprezintă raportul numeric dintre diferiţii ioni din mediul acvatic, care acţionează antagonic sau sinergic asupra parametrilor funcţionali ai organismelor. Comparând raportul diferiţilor ioni ai Mării Negre şi ai Mării Mediterane (fluviile aduc în bazinul pontic o cantitate însemnată de ioni de K şi Ca), E. Pora a constatat că principalul factor care limitează pătrunderea speciilor mediteraneene (leptostracei, scafode, pteropode, cefalopode, brahiopode, enteropneuste, echinide, asteride, alge fucoidee, laminariacee) în Marea Neagră este raportul ionic diferit, nu salinitatea totală diferită.

Anionii mai frecvenţi în apele naturale sunt: Carbonaţii sunt cei mai importanţi compuşi din apele dulci continentale

(80%), în timp ce în apele marine se găsesc în proporţie de numai 0,2-0,4 %. Cei mai frecvenţi sunt: CaCO3, MgCO3, SrCO3.

Bicarbonaţii sunt mult mai solubili decât carbonaţii, în funcţie de pH-ul apei. Cel de calciu joacă rol de "tampon" între H2CO3 şi CaCO3.

Halogenii cei mai răspândiţi sunt: clorul, bromul şi iodul, prezenţi sub formă de cloruri, bromuri, ioduri. În apele marine, clorurile sunt dominante (89%); în apele continentale reprezintă numai 7% din cantitatea totală de săruri.

34

Sulful este al doilea anion ca importanţă în apele interioare. Se găseşte sub formă de sulfaţi, sulfuri sau hidrogen sulfurat. În ecosistemele lacustre, bacteriile depun sulf la interfaţa apă/mâl.

Cationii din apele naturale: În apele naturale, metalele provin din dizolvarea depozitelor naturale şi

deversările de ape uzate casnice, agricole sau industriale. Metalele netoxice comune în apă sunt: Ca, Mg, Fe, Mn, Al, Cu, Zn, Na (foarte abundente în scoarţă).

Sodiul şi potasiul sunt prezenţi în apele continentale sub formă de cloruri, sulfuri, ioduri, carbonaţi, bicarbonaţi etc., în concentraţii de miligrame la litru.

Calciul este unul dintre cei mai importanţi cationi din apele naturale. Se găseşte sub formă de cloruri, carbonaţi, bicarbonaţi şi sulfaţi. Calciul este cel mai important pentru moluşte. Calciul influenţează direct proporţional cantitatea de CO2 fixat sub o formă asimilabilă de către fitoplancton. Vara, în lacurile cu vegetaţie submersă bogată are loc transformarea bicarbonatului de calciu în carbonat depus pe plante ca şi calciu de asimilaţie ("creta de lac").

(CO3H)2Ca = CO2 + CaCO3 + H2O

Iarna, datorită intensităţii reduse a fotosintezei, creşte concentraţia de

calciu din apă, ca urmare a descompunerii bicarbonatului format în timpul verii. Calciul intră în alcătuirea scheletului la numeroase specii de organisme

acvatice, vertebrate sau nevertebrate. Magneziul se găseşte în apele de suprafaţă. Intră în alcătuirea clorofilei şi

în compoziţia unor enzime. Raportul Ca/Mg reprezintă un factor limitativ în dezvoltarea unor specii din zooplancton sau a unor peşti de apă dulce. Are acţiune stimulatoare asupra algelor fixatoare de azot.

Fierul se găseşte în apă sub formă feroasă (găsită în apa de fântână, apele subterane sau păturile inferioare ale lacurilor stratificate şi în ape cu un conţinut scăzut de oxigen dizolvat), ferică sau coloidală, în legătură cu prezenţa acizilor humici. Este un oligoelement foarte important. Concentraţia fierului în apă poate fi un factor limitativ pentru dezvoltarea populaţiilor de cianobacterii. În cantităţi mari, fierul devine toxic şi pentru peşti. Unele zăcăminte actuale de fier sunt rezultatul activităţii oxidative bacteriene.

Manganul activează unele enzime; în doze mici, stimulează creşterea algelor. În cantităţi crescute, inhibă dezvoltarea cianobacteriilor. În lacuri, manganul îmbogăţește în oxigen apa din profunzime. Manganul poate fi găsit în concentraţii foarte ridicate în apele subterane, în condiţii anaerobe.

Cuprul este prezent în apă sub formă ionică sau ca şi compus organomineral. Compuşii carbonici ai cuprului se depun pe substrat, perturbând viaţa organismelor bentice. În concentraţii mari este toxic pentru populaţiile algale, sulfatul de cupru fiind folosit ca algicid pentru combaterea "înfloririlor algale" ale bazinelor acvatice. Cuprul intră în alcătuirea unor enzime, a unor pigmenţi respiratori (hemocianina, cerebrocuprina, hepatocuprina).

35

Siliciul se găseşte în apele continentale şi oceanice sub formă ionică şi coloidală (bioxid de siliciu), având originea în scoarţa terestră. Primăvara şi toamna - perioadele de maximă dezvoltare a diatomeelor, concentraţia siliciului în apă scade. Siliciul intră în alcătuirea frustulelor la diatomee şi a scheletului la spongierii silicioşi şi radiolari. După moartea acestor organisme şi sedimentarea la fundul apelor se formează depozite de siliciu.

Duritatea apei (titrul hidrometric) este dată de suma concentraţiei cationilor, cu excepţia celor de H+ şi a metalelor alcaline. Duritatea unei ape este dată practic de suma concentraţiilor ionilor de Ca şi Mg.

Duritatea poate fi temporară, dată de bicarbonaţii de calciu şi magneziu prezenţi în apă şi care pot fi eliminaţi prin fierbere (cea carbonat), respectiv permanentă (cea necarbonat), dată de clorurile, sulfaţii şi nitraţii foarte solubili, care se menţin în apă şi după ce precipită carbonaţii. Însumate, formează duritatea totală.

Duritatea unei ape se exprimă în grade de duritate: germane sau franceze. Apele pot fi clasificate astfel: ape foarte moi (0-4°), ape moi (4-8°), ape mijlocii (8-

12°), ape relativ dure (12-18°), ape dure (18-30°), ape foarte dure (peste 30°).

Apele piscicole au o duritate moderată. Apele dure, care conţin sulfat de Mg în principal, cu efect cataric asupra populaţiei, se depun pe conducte, micşorându-le capacitatea de transport, de transfer al căldurii, reduce eficienţa boilerelor, interferează cu vopselele din industria textilă, afectează calitatea produselor de la fabrica de bere, zahăr etc.

Apa dură nu face clăbuc la spălare; este laxativă. Precipitatul (săpun+apă dură) poate păta hainele, vasele etc. iar pielea devine aspră, se cojeşte. Apele cu duritate mare nu pot fi utilizate la irigaţii deoarece accentuează fenomenul de sărăturare a solului, iar în industrie folosirea lor este limitată la anumite domenii.

3.3.1. Elementele biogene

Se mai numesc nutrienţi sau biostimulenţi. Sunt elemente precum: carbonul, azotul, fosforul, sulful, siliciul, magneziul, cuprul, calciul, fierul, potasiul, manganul, cobaltul, borul, esenţiale pentru creşterea şi reproducerea hidrobionţilor. Nutrienţii pot fi consideraţi poluanţi, atunci când concentraţiile lor ridicate duc la creşterea excesivă a plantelor acvatice (ex., înfloriri algale).

Există numeroase surse naturale de carbon, de aceea carbonul este rareori un nutrient limitativ. Azotul şi fosforul sunt factori de creştere esenţiali şi factori limitativi în creşterea plantelor acvatice. Apa de mare este cel mai adesea limitată de azot, în timp ce sistemele dulcicole sunt cel mai frecvent limitate de fosfor. Factorii limitativi din ecologia apei dulci includ: - temperatura - lumina - turbiditatea - gazele atmosferice dizolvate, în special oxigenul - mişcarea apei (curentul râului)

36

- sărurile biogene sub formă de macronutrienţi şi micronutrienţi. Dintre macronutrienţi: N, P, K, Ca şi S. Dintre micronutrienţi: Fe, Cu, Zn, Cl şi Na.

Azotul se găseşte sub formă de azot molecular, săruri de amoniu, nitraţi, nitriţi, ca şi sub forma combinaţiilor organice. Azotul molecular (gazos) - extrem de stabil - ajunge din atmosferă în apele de suprafaţă datorită solubilităţii ridicate sau provine din acţiunea bacteriilor denitrificatoare. Poate fi utilizat direct de unele cianoficee precum Nostoc sau Anabaena sau de bacteriile fixatoare de azot. Sursele majore de azot includ scurgerea de pe terenurile de furajare a animalelor, fertilizanţii de pe terenurile agricole, descărcările de apă uzată municipală şi unele bacterii şi alge albastru-verzi care pot obţine azot direct din atmosferă. În plus, unele forme de ploaie acidă pot contribui la îmbogăţirea în azot a apelor de suprafaţă.

Azotul amoniacal rezultă din hidratarea amoniacului. Este utilizat de bacterioplancton care îl oxidează sau de către diatomee care îl transformă în azotaţi. Amoniacul provine din reducerea compuşilor cu azot şi hidroliza ureei; ia naştere din acţiunea bacteriilor de putrefacţie asupra proteinelor din cadavrele hidrobionţilor. Sunt eliminaţi în apă compuşi cu o toxicitate mai redusă precum: ureea, acidul uric, sărurile amoniacale. Amoniacul este foarte toxic pentru majoritatea hidrobionţilor, prezenţa sa în cantităţi crescute indicând o poluare organică a apei. Este prezent în apele superficiale până la 200 m adâncime. Concentraţia sa scade cu adâncimea deoarece este oxidat repede. În zona eufotică prezintă oscilaţii mari datorită procesului de fotosinteză.

Azotiţii sunt produşi intermediari de oxidare a amoniacului de către bacteriile nitrificatoare. Poate rezulta şi din reducerea nitriţilor de către bacteriile anaerobe.

bacterii

2 NH3 + (3+1/2) O2 2 NO2 + 3 H2O aerobe

bacterii

NO3- + H2 NO2 + H2O

anaerobe

Sunt substanţe instabile care se oxidează formând azotaţi sau se reduc la amoniac. Azotaţii sunt sărurile utilizate de producătorii primari în sinteza proteinelor. Se formează sub acţiunea radiaţiilor ultraviolete şi a descărcărilor electrice din azot molecular sau sub acţiunea nitrat-bacteriilor, prin oxidarea nitriţilor:

bacterii NO2 + 1/2 O2 NO3

- + 12.000 cal

nitrificatoare

37

Procesul biologic prin care amoniacul sau alte forme reduse ale azotului organic sunt oxidate la nitriţi se numeşte nitrificare. Azotul molecular este transformat fotochimic până la azotaţi. Amoniacul este transformat în nitriţi şi apoi în nitraţi, prin acţiunea bacteriilor.

Sub acţiunea bacteriilor poate avea loc procesul de denitrificare, ce constă în reducerea azotaţilor şi azotiţilor până la oxizi de azot (NO sau NO2), ce pot fi reduşi la azot molecular care trece în atmosferă.

În apa potabilă, nitraţii pot conduce la probleme serioase (intoxicarea copiilor, a animalelor, mergând până la moartea acestora). Aceasta se datorează unei bacterii comune în tractul intestinal al copiilor, care converteşte nitraţii la o formă foarte toxică: nitriţi. Nitriţii pot înlocui oxigenul în curentul sanguin, conducând la un deficit de oxigen care produce o coloraţie albăstruie (cianoză) la copii.

Azotul organic se găseşte în apă sub formă coloidală sau ca molecule de aminoacizi, provenite din descompunerea cadavrelor hidrobionţilor. Din metabolismul organismelor acvatice rezultă aminoacizi şi polipeptide, dar şi hidroxilamină şi uree.

Fosforul este prezent în apă sub formă organică, legat de radicali sau substanţe complexe, sau sub formă de săruri ale acidului fosforic. Concentraţia normală în apele dulci este de 1 mg.m-3, dar concentraţia lui creşte cu adâncimea, fiind maximă în mâlul de pe fundul bazinului.

Apele uzate încărcate cu substanţe organice cresc nivelul fosforului, mărind riscul de eutrofizare. Apele ce ies de la staţiile de epurare conţin de 10 ori mai mulţi fosfaţi decât la intrare datorită descompunerii bacteriene a substanţelor organice.

Fertilitatea chimică a apei poate fi exprimată prin raportul N/P, adică între azotaţi şi fosfaţi. Valoarea raportului este relativ constantă în biotopul acvatic, dar şi în plancton. Modificarea raportului arată o alterare a metabolismului ecosistemului. Circuitul fosforului într-un bazin acvatic este de 4-5 zile.

Respectând ecuaţia fotosintezei, azotul şi fosforul sunt principalii factori limitativi ai producţiei primare. Fosforul se asimilează doar sub formă de fosfat - PO4H

- ce provine din descompunerea şi disoluţia rocilor. O creştere mică de azot presupune o creştere adiţională în fosfor. O creştere mică de fosfor presupune o mare creştere a producţiei primare. Sursele majore de fosfor antropice sunt: incendiile forestiere, detergenţii domestici, fertilizanţii şi scurgerile de pe terenurile de hrănire a animalelor, descărcările municipale de ape uzate.

3.3.2. Gazele dizolvate în apă

Gazele din ape prezintă variaţii largi. La interfaţa aer/apă, are loc un schimb permanent de gaze între atmosferă şi hidrosferă. Din atmosferă pot trece în apă gaze precum: O2, CO2, N2, H2, H2S, CH4 etc. Concentraţia acestor gaze depinde de solubilitatea gazului, temperatura şi salinitatea apei, presiunea atmosferică etc.

38

Oxigenul dizolvat în apă are fie origine atmosferică, fie provine din fotosinteza fitoplanctonului şi a macrofitelor acvatice, sau are origine minerală, provenind din reducerea oxizilor.

Concentraţia oxigenului se schimbă cu adâncimea, depozitele de mâl, turbulenţă, temperatură, toleranţă microbiană, lumină etc. Există un echilibru relativ între oxigenul produs prin fotosinteză şi cel consumat prin respiraţia plantelor sau descompunerea substanţelor organice din apă. În mezolimnion se formează şi o chemoclină ce separă cele două părţi suprapuse de apă cu regim chimic diferit, în special pentru oxigenarea apei.

În timpul zilei predomină fotosinteza iar cantitatea de oxigen din apă creşte, în timp ce noaptea predomină respiraţia, consumul făcând ca nivelul de oxigen să scadă. Încălzirea apei duce la scăderea oxigenului dizolvat şi dezvoltarea excesivă a bacteriilor aerobe.

Oxigenul este doar puţin solubil în apă. Solubilitatea în apă a oxigenului variază invers proporţional cu temperatura (tabelul 3.2.) şi salinitatea apei, şi este favorizată de mişcarea apei şi creşterea presiunii atmosferice (tabelul 3.3.). Cantitatea de oxigen ce se poate dizolva în apă la o anumită temperatură şi presiune rezultă din relaţia:

V = 1000 x K x p

760

unde: V = volumul de oxigen în ml.l-1; K = coeficientul de absorbţie a oxigenului (0,04998); p = presiunea atmosferică a oxigenului.

Tabelul nr. 3.2. Solubilitatea oxigenului în funcţie de temperatura apei

Temperatura (°C) Solubilitatea (mg.l-1

)

0 14,64

1 14,22

2 13,82

3 13,44

4 13,09

5 12,74

6 12,42

7 12,11

8 11,81

9 11,53

10 11,26

11 11,01

12 10,77

13 10,53

14 10,30

15 10,08

16 9,86

17 9,66

18 9,46

19 9,27

39

20 9,00

21 8,90

22 8,73

23 8,57

24 8,41

25 8,25

26 8,11

27 7,96

28 7,82

29 7,62

30 7,56

31 7,43

Tabelul nr. 3.3. Solubilitatea oxigenului, în funcţie de temperatura apei şi presiunea atmosferică

Temperatura (°C)

Presiunea atmosferică (mm Hg)

700 750 760 790

1 12,5 13,5 14,0 14,5

10 10,0 11,0 11,0 11,5

20 8,1 8,7 8,8 9,2

25 7,5 8,0 8,1 8,4

Cantitatea de oxigen solvit în apă se exprimă în ml O2 l

-1 sau mg.l-1 (1 ml O2=1,43 mg). Gradul de saturaţie în oxigen a apei se exprimă în procente şi se calculează după relaţia:

Saturaţia (%) = C/CO x 100

unde: C = concentraţia oxigenului dizolvat în momentul colectării probei; CO = concentraţia la saturaţie a oxigenului, la temperatura din momentul colectării. Atunci când gradul de saturaţie a apei în oxigen este sub 100%, în apă există un deficit de oxigen. Când această valoare este peste 100%, apa este suprasaturată în oxigen.

Oxigenul este un factor limitativ pentru organismele acvatice. Există organisme anaerobe (se dezvoltă numai în absenţa oxigenului), microaerofile (se dezvoltă numai la concentraţii reduse de oxigen) şi aerobe (se dezvoltă numai în prezenţa oxigenului). Există şi facultativ-anaerobe, care se pot dezvolta şi în prezenţa şi în absenţa oxigenului (ex., levuri).

Vântul scade oxigenul prin agitaţia sedimentelor de pe fund. Oxigenul este consumat neuniform de către organismele acvatice. Bacteriile utilizează oxigenul în degradarea oxidativă a substanţei organice moarte. În unele locuri, biodegradarea oxidativă este atât de intensă încât se consumă tot oxigenul din apă, producându-se fenomenul zamor (moartea în masă a hidrobionţilor). Sida crystallina (cladocere) este o specie oxifilă. Speciile oxifile: Viviparus, Fagotia (gasteropode) se refugiază la linia apei sau urcă spre orizontul de apă mai aerat.

40

Vara, în lacurile cu vegetaţie abundentă, datorită fotosintezei intense are loc o suprasaturare a apei în oxigen. O slabă suprasaturaţie este inofensivă, în timp ce una puternică are efecte fatale asupra puietului de peşte în special datorită emboliei gazoase. Datorită variaţiilor termice sezoniere, în apele stagnante apare o adevărată stratificare a oxigenului. Iarna, difuzia oxigenului din atmosferă este împiedicată de pătura de gheaţă, din fotosinteză rezultă puţin oxigen, însă solubilitatea acestuia este mai mare datorită temperaturii scăzute. Circulaţia de primăvară face ca apa să fie saturată în oxigen. Încălzirea apei conduce la o scădere a cantităţii de oxigen din hipolimnion, datorită proceselor de oxidare, descompunerii bacteriene sau fermentative a substanţelor organice şi datorită respiraţiei hidrobionţilor. Stagnaţia de vară din lacurile eutrofe duce la o scădere puternică a concentraţiei de oxigen datorită descompunerii substanţelor organice rezultate după moartea organismelor acvatice. Mâlul de pe fundul bazinelor acvatice conţine de regulă puţin oxigen datorită proceselor de descompunere a substanţelor organice, ce au loc la nivelul sedimentelor. De aceea, în bălţile mici cu mâl abundent se instalează fenomenul de hipoxie ce afectează în special populaţiile piscicole. În apele curgătoare nu are loc o stratificare a oxigenului, datorită mişcării continue a apei. Variaţiile concentraţiei de oxigen în lungul unui curs de apă se explică prin diferenţele de temperatură dintre izvor şi vărsare şi prin conţinutul diferit de substanţe organice de pe traseu.

Organismele din zona tidală pot fixa oxigenul din aer. Când lipseşte oxigenul, ele îşi pot procura energia necesară prin anaerobioză. Numeroase organisme pot trăi în apă fără oxigen: scoica Crassostrea virginica şi alte lamelibranhiate se închid complet în timpul emersiei şi stau într-o stare de minim metabolic anaerobiotic. Isopodul marin Idotea din Marea Neagră rezistă 24 h printre algele costiere, în ape complet lipsite de oxigen. Păianjenii acvatici (Argyroneta sp.) folosesc clopote de scufundare confecţionate dintr-o reţea de fire de mătase ancorate de tulpinile submerse ale plantelor acvatice. Ei aduc aer de la suprafaţă, bulă cu bulă, între picioarele posterioare, până ce clopotul este umplut.

Dioxidul de carbon apare natural în apă (în concentraţii cuprinse între 0,2-0,5 ml.l-1), ca produs al descompunerii aerobe sau anaerobe a materiei organice, din respiraţia hidrobionţilor, din procese de dehidrogenare şi din activitatea industrială. Este, de asemenea, uşor absorbit din atmosferă în funcţie de temperatura şi salinitatea apei. Creşterea acestora reduce solubilitatea CO2 în apă.

Dioxidul de carbon este prezent în apă sub formă de carbonaţi (complet legat), bicarbonaţi (semilegat) şi mai rar sub formă de bioxid de carbon liber. Dioxidul de carbon se află într-un echilibru dinamic sub formă moleculară, acid carbonic sau ioni bicarbonat şi carbonat:

41

CO2 atm. CO2 din apă H2CO3 Ca(HCO3)2 CaCO3

Concentraţia CO2 din apă poate scădea prin consumul lui în procesul de fotosinteză a plantelor şi creşte prin eliberare în timpul respiraţiei hidrobionţilor.

Variaţiile conţinutului de CO2 din apă datorită unor cauze chimice sau biologice sunt însoţite de modificări ale pH-ului apei. Scăderea concentraţiei de CO2 în timpul verii datorită consumului intens prin fotosinteză duce la ridicarea pH-ului în epilimnion până la valori de 9 unităţi. În hipolimnion, în funcţie de conţinutul de calciu al apelor, concentraţia de CO2 poate creşte, proces însoţit de scăderea pH-ului. Sistemul carbon/carbonaţi este un sistem tampon ce reglează pH-ul (foarte util în situaţia ploilor acide).

Dioxidul de carbon are un efect marcat asupra peştelui şi a altor forme de viaţă acvatice. Peştii răspund semnificativ la concentraţii ce depăşesc 1 mg.l-1. Expunerea continuă la concentraţii de 10 mg.l-1 sau mai mult s-a dovedit fatală multor specii de peşti dulcicoli.

Hidrogenul sulfurat este prezent în multe bazine de apă, ca rezultat al descompunerii anaerobe a materiei organice. În apele dulci, H2S ia naştere în cea mai mare parte din descompunerea proteinelor sub acţiunea bacteriilor în timp ce în Marea Neagră 99% din hidrogenul sulfurat provine din reducerea sulfaţilor sub acţiunea bacteriilor sulfat-reducătoare din speciile Microspira aestuarii şi Desulfovibrio desulfuricans şi numai 1% din descompunerea substanţelor organice cu sulf de către bacterii din genul Clostridium. Formarea H2S este favorizată de cantităţile reduse de oxigen, de slaba circulaţie a apei şi de concentraţiile ridicate de sulfaţi din apă.

Hidrogenul sulfurat este toxic pentru majoritatea hidrobionţilor, dozele letale fiind foarte mici. Acest compus foarte toxic produce un miros caracteristic de „ouă stricate”, care este detectabil cu mult înainte ca limita toxică să fie atinsă. Unele organisme acvatice, precum alga Oscillatoria coerulescens, rotiferul Brachionus palla, crustaceul Cyclops strenuus suportă concentraţii relativ crescute de H2S. Speciile detritofage, care trăiesc în mâlurile bogate în substanţe organice în descompunere, precum polichetul Nereis diversicolor suportă concentraţii de H2S până la 20 mg.l-1.

Metanul sau "gazul de baltă" se formează în apa unor ecosisteme acvatice stagnante în urma descompunerii celulozei provenite din biomasa macrofitelor bentonice, sub acţiunea metan-bacteriilor.

CH4 este un gaz toxic pentru majoritatea hidrobionţilor, prezenţa lui în apă arată un proces intens de acumulare a substanţelor organice, un mare deficit de O2 şi un avansat stadiu de eutrofizare a bazinului respectiv.

42

3.3.3. Substanţele organice

Sunt de natură chimică diferită (protide, aminoacizi, vitamine, lipide, glucide şi compuşi intermediari ai acestora); se găsesc în apă sub forme diferite: dizolvate, ca suspensii, particule coloidale. După originea lor, ele pot fi autohtone, rezultat al activităţii biologice din respectivul ecosistem, sau alohtone, aduse în bazin de apele de şiroire (materiale terigene). Substanţele organice autohtone pot proveni din corpul hidrobionţilor morţi (proteinele, lignina, celuloza) sau din activitatea metabolică a hidrobionţilor, precum substanţele ectocrine.

Materia organică din apă este calificată ca dizolvată sau particulată. Substanţa organică dizolvată în apă reprezintă 90-98% din cantitatea totală de substanţă organică conţinută în apă. Bacteriile, protozoarele şi unele alge planctonice pot folosi direct substanţele organice dizolvate în apă. Se pare ca la fel procedează şi rotiferele, crustaceele şi bivalvele.

Concentraţia substanţelor organice din apă poate fi apreciată şi prin consumul biochimic de oxigen sau „cererea biologică” de oxigen, care exprimă volumul de oxigen necesar respiraţiei fundamentale a descompunătorilor aerobi, pentru a descompune biochimic materia organică dintr-un volum dat de apă, după cinci zile de incubaţie la 20 ºC (CBO5).

Când în ecosistemul acvatic ajunge materie organică în exces, productivitatea creşte datorită aportului de nutrienţi, cererea biologică de oxigen este mai mare ca oferta şi astfel se ajunge la anoxie.

Cantitatea de substanţe organice din apă conferă acesteia o putere reducătoare care se determină prin cantitatea de permanganat de potasiu/bicromat de potasiu (ca sursă de oxigen şi substanţă bactericidă) necesară pentru oxidarea apei în mediu acid. Aceasta se numeşte oxidabilitate.

Substanţele organice din apele cu un conţinut redus de oxigen sau în care acest gaz lipseşte suferă o descompunere anaerobă în urma căreia sunt emanate gaze cu mirosuri neplăcute. Aceste ape sunt considerate putrescibile. Stabilitatea este inversul putrescibilităţii. 3.3.4 Substanţele radioactive

Cele mai frecvent întâlnite în apele naturale dintre substanţele radioactive

sunt: uraniul, toriul, radiul, carbonul, potasiul şi stronţiul. În apele continentale, cel mai frecvent radionuclid este potasiul iar în cele marine stronţiul. Aceste elemente radioactive îşi au originea în litosferă, rocile granitice fiind mai bogate decât cele bazaltice. Aceasta explică radioactivitatea variabilă a izvoarelor. Carbonul radioactiv (14C) ia naştere din azotul atmosferic sub acţiunea radiaţiilor cosmice, de unde este antrenat de precipitaţii.

43

Întrebări de verificare și evaluare a cunoștințelor

1. Apa se găseşte natural în: a. stare solidă b. fază lichidă c. stare de plasmă d. fază gazoasă.

2. Apa este:

a. mediul intern universal al organismelor vii b. un solvent universal c. mediul extern al tuturor formelor de viaţă d. un lichid tipic.

3. Proprietăţile sale chimice şi fizice neobişnuite se datorează:

a. faptului că este unicul mineral lichid b. largii sale răspândiri c. structurii de dipol a moleculei d. forţei gravitaţionale.

4. Izotopii oxigenului conduc la formarea de:

a. apă supergrea b. superuşoară c. grea d. uşoară.

5. Câţi izotopi pot fi prezenţi în structura apei?

a. 3 b. 6 c. 18 d. 9.

6. Care sunt proprietăţile organoleptice ale apei?

a. transparenţa b. mirosul c. aspectul d. culoarea.

7. Culoarea apei poate fi:

a. reală b. aparentă c. transparentă d. coloidală.

44

8. Absorbţia radiaţiilor solare în mediul acvatic se face: a. începând cu marginile spectrului b. progresiv, dinspre roşu spre violet c. progresiv, dinspre violet spre roşu d. cel mai puţin pentru albastru.

9. De la suprafaţă spre fundul unui bazin acvatic adânc se descriu următoarele zone:

a. zona polifotică b. zona mezofotică c. zona disfotică d. zona eufotică.

10. Fenomenul de bioluminiscenţă caracterizează în special:

a. apele marine b. lacurile c. râurile d. apele subterane.

11. Bioluminiscenţa se referă la:

a. emisia de lumină sub formă de sclipiri instantanee sau constante b. producerea de descărcări electrice c. comunicare intraspecifică cu ajutorul emisiilor radioactive d. migraţia hidrobionţilor spre zone mai bine luminate.

12. Zona tidală se referă la:

a. zona de flux şi reflux b. valurile din zona de larg c. curenţii de adâncime d. zona litorală a unui lac.

13. Suspensiile din coloana de apă alcătuiesc:

a. sestonul b. triptonul c. nectonul d. planctonul.

14. Upwelling-ul este asociat cu:

a. urcarea apei din nivelurile mai adânci spre suprafaţă b. latitudinile mici c. migraţia verticală a fitoplanctonului d. creşterea productivităţii lanţurilor trofice până la peşti.

15. Curenţii de apă sunt de mai multe tipuri:

45

a. de suprafaţă şi de adâncime b. reci şi calzi c. activi şi pasivi d. verticali şi orizontali.

16. Relaţia temperatură/densitate:

a. este direct proporţională b. nu este liniară c. este invers proporţională d. este punctiformă.

17. În timpul verii, apa unui lac din zona temperată cuprinde zonele:

a. endolimnion. b. epilimnion c. hipolimnion d. termoclina.

18. pH-ul apelor naturale variază: a. între 1 şi 14 unităţi b. între 1 şi 7 unităţi c. între 8 şi 14 unităţi d. între 4 şi 10 unităţi.

19. Organismele care prferă ape cu concentraţii foarte mari de săruri se numesc:

a. halobii b. halobionte c. halofile d. haloxene.

20. Mecanismele de reglare osmotică sunt mai eficiente la organismele:

a. stenohaline b. ahaline c. ultrahaline d. eurihaline.

21. Duritatea apei poate fi:

a. temporară b. permanentă c. totală d. germană.

22. Elementele biogene se mai numesc:

a. micronutrienţi b. biostimulenţi

46

c. macronutrienţi d. factori limitativi.

23. Cele mai importante gaze dizolvate în apă sunt:

a. oxigenul b. carbonul c. ozonul d. dioxidul de sulf.

24. Gazul de baltă se referă la:

a. acumularea de metan b. eutrofizare avansată c. acumulare de hidrogen sulfurat d. descompunerea celulozei.

25. CBO5-ul se referă la:

a. consumul biochimic de oxigen b. cererea biologică de oxigen c. producţia de oxigen prin fotosinteză d. fenomenul de anoxie.

47

4. Tipuri de ecosisteme acvatice

Apele interioare/continentale se împart în: dulci, salmastre şi sărate, respectiv în: subterane şi de suprafaţă. Apele continentale de suprafaţă se repartizează în două mari grupe: curgătoare şi stagnante. Distincţia nu este întotdeauna tranşantă, există şi structuri intermediare. Marginea lacurilor, în regiunea de valuri, adăposteşte o faună de apă curgătoare/reofilă, în timp ce unele maluri de râu lent adăpostesc o faună stagnicolă.

4.1. Ecosistemele hipogee

Ecosistemele apelor subterane sunt unice, fragile şi vulnerabile. În această categorie sunt cuprinse apele care umplu golurile şi crăpăturile scoarţei Pământului, îmbibă straturile subterane cu structură poroasă şi formează pânze freatice sau râuri şi acumulări de apă în goluri ale scoarţei şi în peşteri. Aproximativ 90% din apele freatice îşi au originea în apele de precipitaţii care se infiltrează în pământ. La întâlnirea cu o rocă impermeabilă (argilă, marnă), apele de infiltraţie se acumulează şi formează pânza freatică sau stratul acvifer.

Curgerea subterană se realizează datorită presiunilor de deasupra şi de dedesubt şi variaţiilor de temperatură din apa freatică şi stratele înconjurătoare. E o curgere pe pantă, pe deasupra unui strat impermeabil. Înclinarea pantei şi forţa de gravitaţie determină direcţia de scurgere a stratului acvifer care iese la suprafaţă, dând naştere izvoarelor. Apele de tip vados (de infiltraţie) stau la originea izvoarelor ce dau naştere tuturor apelor de suprafaţă: pâraie, râuri, fluvii, lacuri. Sub albia majoră a râurilor, substratul este impregnat cu apă şi formează freaticul aluvionar. Prin intermediul acestuia se realizează comunicarea între apa râului şi stratul acvifer de sub acesta. Astfel, microfauna subterană se poate amesteca cu microfauna râului şi invers, dar şi cu microfauna altui râu care atinge aceeaşi pânză freatică.

Zona hiporeică (regiunea de schimb între apa de suprafaţă şi cea subterană) este un ecoton: zonă de tensiune ecologică, adică ridicată stare de competiţie între două combinaţii de specii (aparţinând la două ecosisteme). Spaţiile interstiţiale saturate ale pietrişului adăpostesc multe specii noi pentru ştiinţă.

Sub marile deşerturi ale Terrei, la mii de metri adâncime, se găsesc cantităţi imense de apă care umple golurile din scoarţă. Aceasta este apa subterană de mare adâncime, aflată la presiuni foarte mari şi care formează adevărate "mări subterane". Ex., regiunea Doneţk (Rusia), geosinclinalul Munţilor Atlas (cu întindere subsahariană). Apele subterane oferă condiţii de viaţă asemănătoare: temperatură foarte constantă, egală cu media termică anuală de la

suprafaţă;

48

lipsa luminii, ceea ce determină lipsa plantelor verzi (producătorii primari); hrană foarte puţină, mai ales de la suprafaţă (detritus vegetal şi animal);

viteză mică de circulaţie a apei, cu o înlocuire lentă a O2 consumat de organisme;

spaţiile microporale nu permit existenţa organismelor de talie mare. Excepţional pot exista şi organisme mai mari (acumulări foarte mari de ape freatice, ecosisteme cavernicole).

4.2. Apele curgătoare (mediul lotic)

Sunt ecosisteme acvatice cu caracter permanent, de obicei, a căror apă se deplasează gravitaţional de la izvor spre vărsare (amonte-aval), printr-o depresiune numită albie, ca urmare a diferenţei de altitudine faţă de nivelul mării. Potamologia se ocupă cu studiul apelor curgătoare; potamos = râu (grec.).

Adâncimea apelor curgătoare variază în funcţie de mărimea lor de la câţiva cm, în cazul pâraielor, până la zeci de metri, în cazul fluviilor. Adâncimea relativ mică a apelor curgătoare face ca presiunea hidrostatică, ca factor abiotic, să nu aibă rol în distribuţia organismelor potamofile. Lăţimea apelor curgătoare depinde de debitul apei şi variază de la câţiva metri la km, la vărsarea marilor fluvii. Obişnuit, curgerea apei se face printr-o albie, numită şi albia minoră. În timpul creşterii apelor datorită precipitaţiilor, apele acoperă şi zona adiacentă, adică albia majoră, modificându-şi sensibil lăţimea.

Deosebim: - izvoarele

Izvoarele constituie originea reţelei hidrografice a apelor curgătoare şi apar la locul unde un strat acvifer iese la suprafaţa solului. În funcţie de originea lor prezintă o serie de caracteristici fizice şi chimice precum: sunt sărace în oxigen, dar conţin mult CO2 stocat ca bicarbonaţi.

Bicarbonatul de calciu din apele izvoarelor pierde la suprafaţă CO2 şi se transformă în carbonat de calciu care se depune ca travertin; au o temperatură constantă şi relativ coborâtă, în jur de 8 °C, exceptând

izvoarele termale cu temperaturi mai ridicate decât ale mediului; reacţia ionică a apei este neutră, dar se alcalinizează datorită pierderii

CO2, care se degajă în atmosferă sau este utilizat de plante în procesul de asimilaţie clorofiliană. - pâraiele

Pâraiele de munte, rezultate din apele izvoarelor limnocrene şi reocrene, se caracterizează printr-o pantă pronunţată, viteză mare de curgere (5-6 m.s-1), debit redus. Temperatura este scăzută tot timpul anului iar variaţiile sezoniere mici. Datorită albiei cu denivelări şi cascade, apa este bine oxigenată. Apa este mai ales limpede, transparenţa scăzând numai în perioadele de ploi abundente şi la topirea zăpezii, când şi debitul creşte considerabil.

49

Diferenţa de viteză între firul central şi maluri, precum şi denivelările frecvente ale albiei fac ca în pâraiele de munte să se constituie doi biotopi distincţi: cel lotic care ocupă majoritatea albiei şi cel lentic mai restrâns. Hidrobionţii sunt specii oxifile şi stenoterme, cu caracteristici morfologice şi fiziologice specifice biotopului pe care îl populează.

- râurile Sunt ecosisteme acvatice cu caracter permanent, formate din confluenţa

mai multor pâraie/izvoare. Au o albie largă, adâncă şi stabilă, cu maluri joase şi puţin abrupte. Debitul

apei este crescut prin aportul afluenţilor. Viteza apei este redusă iar variaţiile termice mari. Sursa primară de apă o constituie precipitaţiile atmosferice. Un râu se împarte de la izvor spre vărsare în curs superior, mijlociu şi inferior. Configuraţia albiei se poate modifica datorită eroziunii malurilor, fapt ce conduce la formarea de meandre. Uneori, albia minoră a râului se îndreaptă iar meandrele pierd legătura cu râul, transformându-se în braţe moarte.

Caracteristici: oxigenul dizolvat şi temperatura sunt egal distribuite. Pot exista unele variaţii în ce priveşte oxigenul dizolvat, între zonele turbulente rapid curgătoare şi cele mai adânci, liniştite, datorită lipsei aerării fizice.

Infiltrarea apei de suprafaţă prin sedimentele de fund induce aporturi de materie organică care este depozitată şi transformată prin reacţii fizice şi activitate biologică. În schimb, upwelling-ul apei subterane aduce substanţe solvite şi nutrienţi în sistemul de suprafaţă. În acest fel, zona hiporeică - zona interstiţială saturată în apă, dezvoltată la interfaţa dintre apele de suprafaţă şi subterane profunde, acţionează ca un "sistem de filtrare" care contribuie major la autopurificarea naturală a fundului pietros al râurilor.

Curentul sau curgerea direcţională deosebeşte apele curgătoare de alte medii acvatice şi influenţează adaptările anatomice şi comportamentale ale organismelor hidrobionte/biotei. Viteza de curgere nu este uniformă de la suprafaţă spre fund. La contactul cu substratul, viteza de curgere este redusă, ceea ce permite organismelor bentice special adaptate să evite forţele fluide. La suprafaţă unde frecarea nu mai afectează curgerea, viteza este cea mai mare.

Substratul este foarte heterogen, constând din materiale organice şi anorganice. Tipul de substrat influenţează/determină diversitatea taxonomică a biotei prezente în cursul de apă.

Barajele împiedică somonii să migreze în ocean şi înapoi pentru depunerea pontei. Eliminarea vegetaţiei de pe maluri (zona ripariană) duce la pierderea stabilităţii malurilor. Cursul de apă afectat creşte de obicei în temperatură, cu o schimbare corespunzătoare a tipurilor de organisme.

În apele curgătoare, circulaţia materiei diferă faţă de acea din lacuri. Râurile sunt sisteme deschise la ambele capete. Ciclul biosinteză-biodegradare pe traseul unui curs de apă urmează un gradient longitudinal (amonte-aval) (figura 4.1.).

În apele curgătoare, organismele din amonte sunt hrană pentru consumatorii din aval; peştii migrează pentru reproducere şi hrănire. Poluarea

50

cursului principal al unui râu se răsfrânge şi asupra porţiunii din amonte a bazinului hidrografic, influenţând biocenozele afluenţilor. Apele uzate deversate într-un râu crează un baraj de apă nocivă iar peştii nu mai pot migra în amonte pentru depunerea pontei.

Fig. nr. 4.1. Ciclul biosinteză-biodegradare pe traseul unui curs de apă (după E. Angelier, 2000)

Dintre organismele autotrofe, mai importante în râu sunt: macrofitele,

perifitonul ataşat de substrat, fitoplanctonul suspendat în apă, unele bacterii, protiste.

Dintre heterotrofe: celelalte animale, fungii şi bacteriile care se hrănesc pe seama materiei organice moarte. Importanţa fiecărei categorii de producători primari depinde de tipul/mărimea râului: macrofitele se dezvoltă mai ales în râuri mici, canale, margini, unde curentul şi adâncimea sunt mici. Există patru categorii de macrofite: emergente (pe maluri şi bancuri), cu frunze plutitoare (pe marginea râurilor lente), plante liber plutitoare (de obicei formează covoare) şi submerse, ataşate de substrat.

Perifitonul este alcătuit din alge verzi, diatomee, cianobacterii şi încă câteva grupe şi apare pe fiecare suprafaţă din apele curgătoare (pietre, sedimente şi macrofite). Fitoplanctonul este limitat în principal la râurile de şes.

În apele curgătoare, materia organică particulată nevie şi materia organică dizolvată sunt surse importante de energie; reprezintă o sursă potenţială de hrană pentru consumatori. Majoritatea cantităţii provine din surse exterioare. Toamna frunzele căzute în curent se descompun în constituenţi. Fungii încep să le colonizeze, nevertebratele se hrănesc cu ele iar abraziunea fizică contribuie la descompunere. Organismele ce locuiesc în curent: diatomee, larve de nevertebrate şi multe nevertebrate diferite nu sunt necesar limitate sau închise într-o locaţie. Ele sunt frecvent transportate în aval în număr mare. Această mişcare masivă în aval a organismelor este cunoscută ca derivă/drift.

4.3. Apele stagnante (mediul lentic)

Apele stătătoare sunt ecosisteme acvatice localizate în depresiuni ale scoarţei terestre ocupate de apa meteorică. Cuprind: lacurile, bălţile şi mlaştinile.

Distingem între: A. Structuri naturale

51

– lacurile Au origine diferită. Se caracterizează prin adâncimea lor care nu permite dezvoltarea vegetaţiei pe fund, dar există în mod normal o îngustă centură de vegetaţie în zona litorală. Unele lacuri sunt total izolate, dar majoritatea primesc afluenţi şi posedă unul sau mai mulţi emisari. Ciclul biosinteză-biodegradare în ecosistemele lacustre urmează un gradient vertical (figura 4.2.).

Lacurile reprezintă ecosisteme localizate în depresiuni relativ adânci ale scoarţei, suficiente pentru a se stabili termoclina, ocupate permanent cu apă. Această stratificare se produce datorită comportamentului diferit al apei în relaţie cu temperatura şi cu densitatea.

Caracteristicile unui lac sunt: fundul este lipsit de vegetaţie; flora şi fauna sunt mai puţin adaptate; au un timp mare de rezidenţă şi o rată scăzută de renovare; activitatea microorganismelor în lacuri este determinantă.

În lacurile de câmpie se deosebesc trei zone de adâncime caracterizate prin valori proprii ale luminii şi concentraţiei de oxigen:

litoralul (ţărmul) - bine delimitat, acoperit cu vegetaţie emersă şi submersă, numit şi zona fotică sau trofogenă.

În litoral există plante superioare cu rădăcini (Phragmites, Elodea) şi pajişti cu Chara.

sublitoralul - zona de tranziţie între litoral şi profundal.

profundalul - zona apelor liniştite şi a păturii groase de mâl fin. Este lipsită de lumină (zona trofolitică), fără plante, populată cu numeroşi consumatori (animale ce suportă un conţinut redus de oxigen) şi descompunători. În România, conform acestor criterii, nu pot fi încadrate în categoria de lac propriu-zis decât puţine astfel de ecosisteme: lacul Snagov, lacuri din Carpaţi, precum: Zănoaga, Bucura, Galeşu şi câteva lacuri de baraj natural. Din punct de vedere biologic, lacul prezintă două zone caracteristice:

masa apei sau pelagialul;

fundul lacului sau bentalul. Într-un lac natural există o zonă bentică litorală, una bentică profundă şi

una pelagică. Cea litorală are o centură de vegetaţie helofită şi hidrofită; cea pelagică este lipsită de macrofite, ca şi zona bentică profundă. Zona bentică litorală este supusă acţiunii valurilor. Un iaz sau o mlaştină pot fi asimilate zonei litorale a unui lac, dar nu prezintă valuri.

52

Fig. nr. 4.2. Ciclul biosinteză-biodegradare în ecosistemele lacustre şi oceanice

(după E. Angelier, 2000)

- bălţile şi iazurile Au origine diferită. În general sunt simple depresiuni în solul impermeabil,

menţinute cu apă prin aporturi permanente (surse) sau prin ape pluviale. Au dimensiuni variabile fără a fi posibilă o distincţie clară între bălţi şi iazuri. Se caracterizează prin mică profunzime, ceea ce permite dezvoltarea vegetaţiei acvatice pe fund.

Bălţile sunt ecosisteme asemănătoare lacurilor, la care lipseşte etajul profundal al pelagialului. Pot avea legătură permanentă cu apele curgătoare sau o pot pierde în funcţie de cantitatea de precipitaţii şi nivelul apelor curgătoare.

- băltoacele temporare se formează pe sol argilos, unde apa se poate menţine timp de câteva săptămâni sau câteva luni. În aceste ape temporare se pot dezvolta crustaceele branchiopode.

- mlaştinile şi turbăriile Constituie intermediari între mediile strict acvatice (iazuri şi structuri

perifluviale) şi mediile terestre. Reprezintă ultimul stadiu în evoluţia iazurilor sau a structurilor perifluviale înainte de colmatare. Sunt terenuri cu umiditate ridicată şi ochiuri de apă pe care se dezvoltă o vegetaţie specifică şi în care are loc frecvent formarea turbei. Apar pe locuri lipsite de scurgere, cu pantă redusă şi substrat impermeabil, acolo unde aportul depăşeşte evaporaţia sau se pot forma prin colmatarea bălţilor eutrofe. Telmatologia se ocupă cu studiul mlaştinilor; telma = mlaştină (grec.). Cele mai numeroase mlaştini se întâlnesc în zona pădurilor boreale din Europa şi Asia. Mlaştinile se formează în văi datorită acumulării precipitaţiilor şi sunt permanent alimentate cu ape de infiltraţie. După localizare, alimentarea cu apă, componenţa specifică şi producţia primară pot fi: oligotrofe, eutrofe, mezotrofe sau distrofe.

53

În interiorul diferitelor habitate care există în mediul lotic sau lentic se pot distinge diferite tipuri de microhabitate: minerale, organice, vegetale. B. Structuri artificiale

Au luat naştere prin acţiunea directă a omului, fiind create în scopuri diferite. Uneori s-au format spontan în depresiuni ale scoarţei rămase în urma exploatărilor de sare (iazurile de la Ocna Sibiului).

Omul a modificat mai mult sau mai puţin profund ecosistemele lotice, fie pentru a se proteja (de ex., revărsări, eroziunea malurilor), fie pentru a le utiliza ca şi cale de transport (navigaţie) sau ca şi surse de energie (amenajări hidroelectrice); pe de altă parte, a creat uneori involuntar suprafeţe de apă rezultate din invadarea pietrişului de către apa freatică. Au fost create iazuri pentru piscicultură.

4.4. Biomurile de apă sărată (mările şi oceanele)

Biomurile de apă sărată sunt reprezentate de totalitatea mărilor şi oceanelor planetei, care au o salinitate cuprinsă între 3-37 g‰. Oceanul Planetar ocupă o suprafaţă de 370.800.000 km2 şi cuprinde un volum total de 1,38 miliarde km3, cu o adâncime medie de 3.800 m; adâncimea maximă: Groapa Marianelor (Pacific): 10.914 m. Există patru mari oceane: Pacific, Atlantic, Indian şi Îngheţat de Nord, cu o serie de mări aferente. Oceanele deschise acoperă 260 milioane km2, cu o pantă spre zonele de platformă continentală din dreptul coastelor până la 200 m adâncime şi includ recifurile de corali. Zona de maree apare la marginea uscatului şi include plaje nisipoase şi ţărmuri stâncoase. Acolo unde influenţa mareei este mică apar mlaştini sărate, câmpii noroioase şi mangrove.

Oceanele sunt definite ca întinderi foarte mari de apă cu circulaţie largă, mărginite de continente, în timp ce mările sunt considerate ca întinderi relativ mai reduse de apă, care comunică sau nu cu oceanul şi sunt mărginite de unul sau mai multe continente; au rol determinant în regularizarea climei, a circuitului apei pe glob, în producerea fenomenelor atmosferice. Mările pot fi clasificate în funcţie de aşezarea geografică în: - mări litorale sau de coastă, situate la marginea unui continent: Marea Arabiei, Marea Chinei etc.; - mări mediterane, dispuse între două continente: Marea Mediterană, Marea Roşie etc.; - mări interioare, situate în interiorul unui continent, având legătură cu oceanul planetar: Marea Neagră, Marea Baltică etc.; - mări închise, precum Marea Caspică. În funcţie de temperatura lor medie, pot fi:

- polare (media termică anuală sub 5 °C); - subpolare (media termică anuală sub 10 °C); - temperate reci (media termică anuală între 8-15 °C); - temperate calde (media termică anuală între 15-23 °C);

54

- tropicale (media termică anuală peste 23 °C).

Caracterizarea bazinelor marine şi oceanice Un bazin oceanic cuprinde pe secţiune verticală mai multe zone sau unităţi

topografice: - Platoul continental sau şelful, care se întinde de la suprafaţa apei până

la adâncimea de 200 m. Are o suprafaţă variabilă (cca. 9% din suprafaţa oceanului planetar), pantă lină acoperită cu sedimente terigene. Prezintă o mare varietate a formelor de viaţă;

- Taluzul sau abruptul continental, care se întinde de la 200 m până la 1.500-2.500 m adâncime. Relieful este mai accidentat iar panta foarte pronunţată;

- Abisul sau profundalul, care continuă până la 8.000 m. În unele oceane, precum Pacificul, la adâncimi de peste 7.000 m, există şanţuri ultraabisale sau jgheaburi marine.

Fundul oceanului planetar este acoperit cu sedimente de natură şi origine diferită (mâluri calcaroase şi silicioase, argilă roşie etc.), cu grosimi de până la câţiva km (Golful Bengal). Mediul marin cuprinde două mari domenii: pelagialul sau masa apei, populat cu organisme planctonice şi nectonice,

care formează împreună pelagosul; bentalul sau fundul marin, populat de organismele bentonice care trăiesc

la contactul apă/substrat solid (epibentos) sau în grosimea substratului mineral (endobentos).

Domeniul pelagial cuprinde pe verticală câteva zone distincte în ce priveşte numărul de specii, densitatea acestora şi dinamica vieţii pelagiale:

zona epipelagică care corespunde zonei eufotice şi se întinde de la suprafaţă până la adâncimi de 50-60 m, uneori 100 sau 200 m, corespunzător transparenţei apei;

zona mezopelagică, cuprinsă între prima şi adâncimea de dispariţie a luminii; corespunde în general izotermei de 10 °C;

zona batipelagică care coboară până la adâncimea de 2.500 m şi izoterma de 4 °C;

zona abisopelagică între 2.500 - 6.000 m, sub izoterma de 4 °C;

zona ultraabisală sau hadopelagică, de la 6.000 m adâncime. Pe orizontală, pelagialul poate fi împărţit în: regiunea/provincia neritică, în dreptul platoului continental, până la

izobata de 200 m, cu suprafaţă variabilă în funcţie de întinderea platformei continentale; cca. 9% din suprafaţa oceanului.

regiunea/provincia oceanică, în largul oceanului , cca. 91% din suprafaţa totală a oceanului.

Domeniul bental cuprinde fundul marin de la linia de demarcaţie cu uscatul până la cele mai mari adâncimi şi prezintă următoarele etaje:

55

supralitoral, zona acoperită de ape numai la mareele înalte, imersată temporar dar regulat;

mediolitoral, la contactul apă/uscat, zona mareelor, unde organismele pot trăi atât în imersie cât şi în emersie;

infralitoral, zona acoperită continuu de apă, se întinde până la adâncimi de 30-40 m în Marea Mediterană, sau 80 m în mările tropicale, cu transparenţă mare. Aici se dezvoltă macrofitele fotofile de tipul Zostera şi Thalassia;

circalitoral, de la limita inferioară de dezvoltare a macrofitelor fotofile până la adâncimi la care se dezvoltă alge mai puţin pretenţioase faţă de lumină (sciafile);

batial, de la marginea platoului continental până la adâncimi de 3.000 m, corespunzătoare izotermei de 4 °C. Ocupă taluzul continental şi marginea mai puţin abruptă a zonei abisale;

abisal, de la poalele taluzului continental până la adâncimi maxime de 6.000 m. Este populată de un număr mic de specii şi indivizi, specii stenobate de adâncime;

ultraabisal sau hadal, de la 6.000 m până la fundul gropilor ultraabisale; este populat de specii puţine, mai ales bacterii barofile care suportă presiuni ridicate (700-1.000 atmosfere).

Zona mării adânci ce se întinde sub platforma continentală poate fi divizată şi în zona arhibentică între platoul continental şi 1.000 adâncime şi zona abisalbentică sub 1.000 m, părţile cele mai adânci ale podelei oceanului cu şanţuri sub 6.000-7.000 m fiind numite zone hadale. Organismele din mediul marin formează asociaţii stabile şi complexe, prezente pe toată adâncimea oceanului. În Ocean, biocenozele bentale sunt delimitate prin specii caracteristice de animale: „comunităţile de animale ale lui Petersen”. Este imposibil a se stabili limitele spaţiale ale combinaţiilor migratoare de specii. Numeroase specii de peşti migratori sunt însoţiţi în peregrinările lor de un fel de biocenoze itinerante. În condiţii extreme de existenţă apar biocenoze incomplete (schizocene), alcătuite din mai puţine componente. În abisurile oceanelor nu există plante, ci numai animale şi bacterii. Unde este imposibilă viaţa animală, biocenozele marine devin bacteriocenoze. Ex. Marea Neagră, sub 200 m unde are loc reducerea sulfaţilor la H2S, adăposteşte bacteriocenoze anaerobe cu o densitate individuală imensă: 270 milioane celule bacteriene la 1 g substrat uscat.

56

Întrebări de verificare și evaluare a cunoștințelor

1. Apele interioare/continentale se împart în:

a. dulci b. sărate c. amare d. acre.

2. Zona hiporeică este:

a. fundul bazinului acvatic b. coloana de apă c. regiunea de schimb între apa de suprafaţă şi cea subterană d. zona de flux-reflux.

3. Un ecosistem acvatic hipogeu poate fi:

a. de suprafață b. de profunzime c. o peșteră d. freaticul aluvionar.

4. Potamologia se ocupă cu studiul:

a. apelor curgătoare b. apei potabile c. lacurilor d. apei subterane.

5. Obişnuit, curgerea apei se face printr-o albie numită:

a. vad b. depresiune c. albia minoră d. albia majoră.

6. Izvoarele:

a. constituie originea reţelei hidrografice a apelor curgătoare b. apar în urma precipitațiilor c. inițial sunt sărace în oxigen d. au o temperatură constantă şi coborâtă.

7. Râurile:

a. sunt ecosisteme acvatice cu caracter permanent b. se formează din confluenţa mai multor pâraie sau izvoare c. se varsă obligatoriu în mare d. conțin un fitoplancton bogat.

57

8. Caracteristicile unui lac sunt: a. rată crescută de renovare b. fundul este acoperit cu vegetație c. timp mic de rezidenţă d. fundul este lipsit de vegetaţie.

9. Lacul prezintă ca zone biologice caracteristice:

a. litoralul b. pelagialul c. abisalul d. bentalul.

10. În băltoacele temporare se pot dezvolta:

a. amfibienii b. peștii c. crustaceele branchiopode d. crustaceele decapode.

11. Telmatologia se ocupă cu studiul:

a. bălților b. mlaştinilor c. iazurilor d. lacurilor de acumulare.

12. Marea Neagră este o mare:

a. litorală b. mediterană c. închisă d. interioară.

13. Zona marină din dreptul platoului continental se numește: a. regiune neritică b. provincia oceanică c. provincie neritică d. etaj litoral.

14. Biocenozele schizocene:

a. apar în condiţii extreme de existenţă b. sunt incomplete c. nu conțin plante d. conțin numai animale.

58

5. Asociaţiile de organisme acvatice

Interacţiunile dintre hidrobionţi pot fi: directe sau indirecte. Exemplu de interacţiune directă - relaţiile trofice (figura 5.1.).

Fig. nr. 5.1. Piramidă trofică în mediul acvatic

Speciile de hidrobionţi modifică prin activitatea lor mediul de viaţă

(chimismul apei, natura substratului etc.). O specie de peşte consumă vegetaţia bentică şi transformă substratul din vegetal în mâlos, o schimbare de habitat importantă. Interacţiunea dintre hidrobionţi este în aces caz indirectă: mediul de viaţă modificat, la rândul lui, acţionează ca un factor de transformare şi diversificare a populaţiilor. Facilitarea este un mecanism de succesiune ecologică, prin care o specie modifică un habitat sau disponibilul unei resurse locale, permiţând unor noi specii să se stabilească. Unele macrofite pot facilita, prin modificarea habitatului, instalarea altor specii. Ex., speciile plutitoare se pot dezvolta adăpostite de vânt în liziera bălţilor cu stuf. Macrofitele acvatice (ex., stuf) oferă suport pentru epifite, concentrează metalele grele. Bazinele acvatice cuprind două biotopuri: pelagialul sau masa apei şi bentalul sau zona din apropierea substratului mineral (fundul bazinului). Pelagialul este populat de organisme animale, vegetale şi microorganisme care formează pelagosul. În funcţie de modul de viaţă particular, pelagosul conţine ca asociaţii de organisme: pleustonul, neustonul, planctonul şi nectonul. Populaţiile de hidrobionţi legate de fundul bazinului formează bentosul. Unele specii pot exista ca forme pelagiale o parte a ciclului biologic (ou, larvă), iar ca adulţi sunt bentonice.

59

5.1. Originea organismelor acvatice

Majoritatea biologilor actuali acceptă ideea potrivit căreia primele forme de viaţă au apărut şi s-au dezvoltat în mediul acvatic. După A.S. Zernov, 75% din încrengăturile şi clasele actuale de organisme sunt de origine acvatică, 69% fiind marine, iar 6% dulcicole. În mediul acvatic există încrengături şi clase care nu au reprezentanţi în mediul terestru. Fauna actuală a apelor dulci se compune din elemente marine sau terestre care au emigrat în apa dulce. Există puţine grupe de organisme acvatice despre care se poate afirma cu certitudine că au apărut în apele dulci: cladocerele, rotiferele. Unele grupe sistematice de animale marine nu au deloc reprezentanţi în apele dulci: echinodermele, tunicierii, gasteropodele opistobranhiate, în timp ce altele au foarte puţine specii dulcicole: spongierii, celenteratele, nemerţienii. Trecerea organismelor din apele marine în cele dulci şi invers este considerată o adaptare secundară. Forma organismelor a rămas neschimbată, modificându-se fiziologia individului, mai ales funcţia de osmoreglare. Migraţia organismelor din mediul marin în cel dulcicol şi invers este legată de reproducere şi hrănire. Unele organisme marine care au emigrat relativ recent în apele dulci nu şi-au adaptat perfect mecanismul osmoreglator la noile condiţii de mediu. Astfel, Eriocheir sinensis (crabul cu cleşti catifelaţi), introdus pasiv în mările europene prin navele venite din Extremul Orient, pătrunde în râurile continentelor, dar se întoarce în mediul marin pentru reproducere. Organismele secundar acvatice sunt acelea care au avut strămoşi adaptaţi la viaţa terestră, dar care au trecut ulterior la viaţa acvatică. Ex., fanerogamele acvatice, cetaceele, unele reptile.

5.2. Pleustonul Cuprinde organisme acvatice vegetale sau animale al căror corp este parţial emers şi pluteşte la suprafaţa apei şi ale căror deplasări (în special pasive) sunt condiţionate de curenţii de apă. În lacurile dulci, suprafaţa apei este acoperită de plante cu frunze plutitoare nefixate prin rădăcini, precum iarba broaştei (Hidrocharis morsus ranae), lintiţa (Lemna trisulca, L. minor, L. polirrhiza, L. gibba, Wolfia arrhiza), peştişoara (Salvinia natans), Nymphaea, Azolla (ferigă de apă), Trapa natans (castan de apă), Pistia stratiotes, Utricularia, Paspalidium geminatum. Există plante carnivore, cu structuri în formă de pungă. Odrecilla funcţionează ca aspirator. În apele marine, pleustonul este reprezentat de organisme din grupul sifonoforelor, precum Physalia physalis (corabia portugheză), Physophora hydrostatica, Vellela vellela, care plutesc la suprafaţa mărilor şi sunt deplasate de vânt. Hidrobionţii pleustonului prezintă adaptări atât pentru viaţa acvatică, cât şi pentru cea aeriană: coloraţia criptică protectoare, transparenţă faţă de radiaţia solară puternică, respiraţie aeriană.

60

5.3. Neustonul

Este o comunitate de organisme acvatice animale sau vegetale ce trăiesc la interfaţa aer/apă, utilizând o proprietate fizică a suprafeţei apei: tensiunea superficială. Dezvoltarea neustonului este favorizată de starea mai liniştită a apelor de suprafaţă. Din acest motiv este mai abundent în ecosistemele stagnante unde mişcările apei sunt mai reduse, fie datorită dezvoltării vegetaţiei şi existenţei unor obstacole naturale, fie datorită formei specifice a litoralului care formează golfuri liniştite.

Organismele neustonice abandonează suprafaţa apei doar pentru perioade scurte: când plouă se ascund sub frunziş şi apoi se întorc. Când seacă mediul acvatic (bălţi, ape temporare), formele cu aripi vor coloniza noi bălţi. Există multe organisme care ajung la suprafaţă sporadic şi accidental: unele larve, nimfe bentonice care au forma adultă aeriană, vin la suprafaţă pentru a realiza ultima năpârlire. 90% dintre plecoptere, trihoptere, odonate au forma adultă aeriană şi supravieţuirea lor depinde de acest moment. Epineustonul este format din organisme care folosesc pelicula superficială apei ca substrat de susţinere. Aceste organisme plutesc sau se odihnesc pe suprafaţa apei, dar nu rup tensiunea superficială a apei. Epineustonul este alcătuit din organisme vegetale, precum crisomonade, cloroficee (protococale, flagelate) şi organisme animale precum unele specii de hemiptere (Gerris, Velia, Hydrometra, Halobates), colembole, larve de Ephydra. Epineustonul poate fi subîmpărţit într-un epifitoneuston alcătuit din producătorii primari care trăiesc în pelicula superficială a apei şi un epizooneuston format din speciile animale legate de această zonă. Speciile epineustonice au în comun o serie de adaptări, precum tegumentul hidrofob ce împiedică udarea corpului, o rezistenţă sporită la acţiunea directă a radiaţiei solare etc. Pelicula superficială reprezintă principalul canal de informaţie şi comunicare. Animalele au mecanoreceptori pe suprafeţele hidrofuge. Pelicula superficială serveşte şi pentru emiterea de semnale. Unele forme epineustonice se deplasează cu mare viteză, nu doar graţie abilităţii lor locomotoare, ci şi datorită surfactanţilor care reduc tensiunea superficială (emit picături prin abdomen, Velia prin proboscis). Viteza de deplasare este de 30 de ori mai mare decât a altor grupuri. Colembolele prezintă o "furcă" abdominală cu ajutorul căreia saltă pe suprafaţa apei.

Hiponeustonul este format din hidrobionţi, în general de talie mică, ce populează pătura superficială (1-5 cm). Este alcătuit din specii de bacterii, diatomee, flagelate, protozoare, viermi rotiferi, moluşte, crustacee (ex, cladocerele: Scapholeberis kingi, S. mucronata), insecte etc. În funcţie de perioada ontogenetică sau timpul petrecut în zona superficială a apei se deosebesc următoarele categorii:

euhiponeustonul format din organisme care sunt prezente în pătura superficială tot ciclul lor ontogenetic: copepode din familia Pontelidae, unele specii de Idotea şi Sagitta;

61

merohiponeustonul format din organisme care petrec în neuston numai primele stadii de dezvoltare (ouă, larve, puiet), precum unele specii de polichete, moluşte, crustacee, insecte, peşti sau numai stadiul de adult, precum unele gastropode pulmonate, unele specii de heteroptere, diptere sau coleoptere.

tihohiponeustonul ce cuprinde organisme neustonice numai în timpul nopţii. Ex., organisme marine, precum misidul Gastrosaccus, amfipodele Gammarus şi Dexamine, decapodul Palaemon etc. Atât formele epineustonice, cât şi cele hiponestonice sunt foarte expuse

prădătorilor atât acvatici, cât şi aerieni. De aceea, şi-au dezvoltat mecanisme defensive: produc substanţe repelente, iar unele simulează moartea (tanatoză), ca şi cele terestre.

5.4. Planctonul Numit şi „sestonul viu”, planctonul poate fi definit ca o comunitate de organisme vegetale sau animale care se menţin întregul ciclu ontogenetic sau numai în anumite stadii ale acestuia în stare de plutire liberă, mai mult sau mai puţin pasivă, în masa apei.

În funcţie de tipul de alimentaţie, deosebim două tipuri: a) fitoplanctonul, un ansamblu de microfite (în majoritate alge) cu abilităţi limitate de locomoţie, mişcările şi distribuţia lor fiind supuse mişcării apei; b) zooplanctonul, alcătuit din heterotrofe (protozoare şi metazoare: rotifere, crustacee) în suspensie în apă, care au mijloace limitate de locomoţie. Fitoplanctonul este alcătuit din organisme autotrofe. Cuprinde producătorii primari, de la procariote până la eucariote complexe, care trăiesc în zonele luminate ale pelagialului:

procariote: bacterii, cianobacterii;

eucariote: criptoficee, dinoficee, crisoficee, diatomee, alge verzi. Organismele planctonice sunt înconjurate de un strat limită, de-a lungul căruia schimburile de substanţe cu mediul sunt lente. De aceea au adoptat o a doua strategie: de a creşte difuzia substanţelor prin: creşterea mărimii corpului sau prin creşterea vitezei de deplasare. Cele mai multe tind să-şi crească mărimea, crescând astfel schimburile. Le realizează prin formarea de grupări celulare, colonii (Volvox) sau filamente. Astfel pot realiza fotosinteza fără să limiteze schimburile de substanţe. Altele cresc viteza deplasării prin folosirea flagelilor.

Diatomeele au corpul acoperit cu siliciu (SiO2), ceea ce le permite creşterea vitezei de scufundare în pătura superficială (se scufundă prin greutatea lor, dar sunt ridicate imediat la suprafaţă, datorită turbulenţelor). Organismele fitoplanctonice de talie mare se situează la profunzimea optimă (fotosinteza maximă), fără necesitatea de a-şi creşte mărimea sau a limita substanţele. O altă strategie este utilizarea veziculelor de gaz (hidrogen, azot); acestea îşi cresc conţinutul şi astfel celulele urcă, situându-se la adâncimea optimă în coloana de apă. Altele îşi cresc conţinutul în picături lipidice, ceea ce le permite

62

scăderea vitezei de scufundare. Prin emiterea de proiecţii (asemenea pseudopodelor), unele specii îşi cresc dimensiunea şi îşi reduc viteza de scufundare. Fitoplancterii pot secreta şi mucus care le creşte frecarea cu apa.

Fitoplanctonul prezintă o rată de înnoire înaltă (se reproduc cu o mare viteză şi au o viaţă foarte scurtă). Populaţiile de fitoplancton vor răspunde foarte rapid la schimburile ambientale (temperatură, lumină, concentraţie şi proporţie relativă de nutrienţi (azot, fosfor), crescând sau scăzând numeric şi schimbându-şi compoziţia specifică. Astfel, întâlnim o variaţie în număr (biomasă) şi specii, marcată cu anotimpurile, ceea ce face ca aceste organisme să fie buni indicatori ai condiţiilor ambientale pentru mediile lentice (ex., lacuri), permiţându-ne cunoaşterea productivităţii ecosistemului.

Zooplanctonul cuprinde consumatori de diferite grade, aparţinând la diferite grupe sistematice: protozoare, rotifere, crustacee (cladocere, copepode, anostracee). Zooplanctonul joacă un rol important în funcţionarea reţelei trofice, prin transferul carbonului algal şi bacterian spre nivelurile trofice superioare. Structura şi biomasa comunităţilor zooplanctonice sunt importanţi indicatori ai stării ecologice a lacurilor. Compoziţia specifică şi biomasa sunt influenţate de factori biotici precum productivitatea bazinului sau prădarea de către peşti şi nevertebrate şi factori biotici ca: temperatura, înnoirea şi mişcările apei.

Zooplancterii se clasifică după strategia alimentară în:

microplanctonofagi, care se alimentează cu fitoplancton mai mic de 500 μm (ex., rotifere, cladocere);

macroplanctonofagi, mai mari de 500 μm: se alimentează cu mezoplancton şi macroplancton, fiind prădători ai acestora (ex., copepode, decapode). Prădarea zooplanctonului de către nevertebratele prădătoare din

ecosistemele dulcicole din care lipsesc peştii conduce la o răsturnare în favoarea indivizilor de talie mare, deoarece zooplanctonul mic este consumat rapid. Modificarea are loc în sensul creşterii/maximizării adecvării (fitness). De ex., dacă prada este planctonică iar prădătorul un peşte cu orientare vizuală, adecvarea poate fi crescută prin reducerea vizibilităţii (dimensiune, pigmentaţie), a vârstei de maturizare şi maximizarea randamentului reproductiv. Daphnia reacţionează la semnalele chimice/kairomonele unei varietăţi de prădători: Chaoborus, Notonecta, peşti), prin schimbarea morfologiei, comportamentului şi a ontogenezei. Migraţia diurnă orizontală a zooplanctonului, între zona litorală şi cea pelagică, poate evita întâlnirea cu prădătorii vizuali, ca şi migraţia pe verticală.

Zooplanctonul prezintă o rată de înnoire ridicată, cu alternanţă între reproducerea sexuată şi asexuată. Prin reproducerea asexuată creşte rapid numărul de indivizi, apoi se revine la reproducerea sexuată, menţinându-se variabilitatea genetică.

În lunile de iarnă se reduc progresiv temperatura, lumina şi nutrienţii, ceea ce face ca fitoplanctonul şi zooplanctonul să se menţină la limita minimă. În condiţii nefavorabile (scăderea temperaturii şi a luminii) se apelează la diapauză şi criptobioză, ce constau în reducerea metabolismului pentru sincronizarea

63

ciclurilor vitale cu anumite caracteristici externe. Ca formă de rezistenţă apare închistarea.

Bacterioplanctonul cuprinde reducători, adică specii diferite de bacterii ce populează întreaga masă a apei. Bacterioplanctonul realizează o producţie anuală ridicată. Zooplanctonul (mai ales rizopodele) consumă această biomasă. În apele întunecate, puţin adânci, cu deficit de oxigen în hipolimnion, stagnante, bacteriile au un rol mai important în ansamblurile planctonice decât fitoplanctonul.

După apartenenţa hidrobionţilor la plancton, pe tot parcursul ciclului ontogenetic sau numai pentru perioade ale acestuia, deosebim:

holoplanctonul sau planctonul adevărat (euplanctonul) alcătuit din organisme vegetale sau animale care plutesc mai mult sau mai puţin pasiv în masa apei întreaga perioadă ontogenetică cu excepţia unor stadii latente;

meroplanctonul format din specii care realizează acest mod particular de viaţă numai în anumite etape ale ciclului ontogenetic (ex., ou, larvă); ca adulţi trăiesc pe substratul bazinului acvatic ca forme bentonice (ex., larvele pelagice de anelide, moluşte, crustacee, echinoderme) sau sunt forme nectonice (peşti).

În apele dulci, în funcţie de caracterul ecosistemului acvatic pot fi deosebite:

limnoplanctonul, ca plancton specific ecosistemelor stagnante şi care mai poate fi diferenţiat ca: eulimnoplancton (cel lacustru), heleoplancton (cel al iazurilor), telmatoplancton (cel al mlaştinilor);

potamoplanctonul, specific apelor lent curgătoare. În apele marine, în raport cu localizarea în masa apei, planctonul poate fi:

neritic, localizat deasupra platoului continental;

oceanic, care trăieşte în zonele de larg oceanic. În funcţie de dimensiuni se deosebesc următoarele categorii:

picoplanctonul, mai mic de 1 μm (bacterii);

ultraplanctonul, organisme planctonice sub 5 microni (bacterii, flagelate foarte mici);

nanoplanctonul, organisme planctonice cuprinse între 5-50(60) microni. Cuprinde alge unicelulare (diatomee, dinoflagelate, silicoflagelate, coccolitoforide, spori) şi protozoare de talie mică.

microplanctonul alcătuit din hidrobionţi cu talia cuprinsă între 60-1.000 microni. Este format din alge microfite coloniale (Melosira, Synedra, Fragillaria), infuzori, rotifere, crustacee de talie mică (cladocerul Ilycriptus sordidus). Se colectează cu fileul planctonic fin şi se separă prin sedimentare.

mezoplanctonul, format din organisme planctonice cuprinse între 1-5(10) mm. Aici intră speciile fitoplanctonice de talie mare (Microcystis, Anabaena) şi majoritatea speciilor zooplanctonice (Daphnia, Cyclops).

64

macroplanctonul, compus din zooplancteri marini cu dimensiuni de cîţiva centimetri, precum unele polichete pelagice, meduze, moluşte, chetognate etc.

megaplanctonul, alcătuit din forme planctonice marine de talie mare, ce depăşesc 1 m, precum unele scifomeduze cu diametrul până la 2 m (ex., Cyanea arctica), ctenofore (Cestus veneris), sifonofore (ex., Physalia, cu tentacule de 15 m), salpe coloniale etc.

5.4.1. Adaptările organismelor la viaţa planctonică Viaţa în masa apei a condus la adaptări care să asigure flotaţia şi deplasarea cu consum energetic minim în masa apei. Flotaţia sau plutirea activă este procesul prin care hidrobionţii se scufundă în masa apei cu o viteză minimă datorită unor adaptări fizice, morfofiziologice, biochimice şi comportamentale. Flotaţia este descrisă prin formula lui V. Oswald:

1 = Gr f V x Sp

unde:

f = flotaţia; Gr = greutatea restantă (greutatea organismului - greutatea apei dislocuite); V = vâscozitatea apei; Sp = suprafaţa portantă (adică acea suprafaţă a organismului, care determină frecarea cu apa, în timpul mişcării). Conform acestei relaţii, flotaţia hidrobionţilor depinde de greutatea şi suprafaţa corpului lor, precum şi de vâscozitatea apei. Ea creşte odată cu creşterea salinităţii şi a presiunii hidrostatice. Organismele planctonice se adaptează la plutirea liberă în masa apei fie prin scăderea greutăţii lor restante, fie prin mărirea suprafeţei lor portante, fie prin utilizarea simultană a celor două mecanisme. Copepodele planctonice (ex., Calanus pavo) au antene foarte lungi pentru mărirea suprafeţei de contact. Deplasarea se realizează cu ajutorul antenelor: prima pereche execută o mişcare circulară continuă, în timp ce a doua pereche de antene, în formă de vâsle, execută mişcări sacadate. A. Micşorarea greutăţii restante a hidrobionţilor se realizează prin următoarele adaptări morfofiziologice:

micşorarea părţilor dense ale corpului precum frustulele diatomeelor sau reducerea formaţiunilor scheletice la radiolari şi moluşte;

micşorarea greutăţii specifice a organismului prin acumularea de produşi graşi (uleiuri sau grăsimi) ca substanţe de rezervă şi care îmbunătăţesc flotaţia. Ex., cocolitoforidele realizează un suc celular cu greutate specifică mai mică decât a apei.

65

apariţia de incluziuni gazoase, cavităţi aeriene şi alte formaţiuni cu rol de flotori, precum cele întâlnite la unele specii de cianobacterii, cloroficee şi zooplancteri (sifonofore, moluşte);

înlăturarea din protoplasmă şi ţesuturi a unor produşi grei de metabolism precum ionii de calciu şi magneziu, şi acumularea unor produşi mai uşori, fenomen întâlnit la unele specii de alge, celenterate, moluşte, tunicate etc.;

creşterea conţinutului de apă din organism prin hidratare celulară şi tisulară, până la apropierea densităţii corpului de cea a mediului. Ex., unele specii de animale marine care formează „planctonul gelatinos” (sifonofore, scifomeduze, hidromeduze şi ctenofore), la care conţinutul în apă poate ajunge până la 99% din greutatea lor.

B. Mărirea suprafeţei portante reprezintă o modificare adaptativă prin care creşte gradul de flotaţie a organismelor planctonice, în general, dar şi suprafaţa de absorbţie a sărurilor minerale nutritive aflate în concentraţii foarte reduse în mediul acvatic (fitoplanctonul). Se cunosc următoarele mecanisme:

micşorarea taliei organismului, fenomen prin care se modifică raportul suprafaţă/volum, crescând capacitatea de plutire (majoritatea organismelor planctonice au talii cuprinse între 50 (60)-1000 microni;

modificarea formei corpului, ce are ca rezultat mărirea suprafeţei portante datorită aplatizării corpului (diatomee: Planctoniella, flagelate: Leptodiscus) sau datorită alungirii corpului (Synedra, Rhizosolenia dintre diatomee);

formarea de colonii globuloase ca la unele cloroficee (Pediastrum) sau lamelare ca la diatomee (Fragillaria) sau asocierea în colonii catenare liniare (Melosira, Zygnema), spirale (Anabaena) sau în zig-zag (Tabellaria);

emiterea de prelungiri ale corpului sau apendicilor, care măresc suprafaţa portantă a hidrobionţilor. Ciclul morfologic este schimbarea ciclică a formei unei specii. Ex., Daphnia

cuculata şi D. galeata al căror ciclu morfologic depinde de termica sezonieră (ciclomorfoză sezonieră sau polimorfism sezonier). Alte studii au determinat că anumite substanţe eliminate de prădători, la diferite concentraţii, provoacă schimbări de formă. Ex., rotiferele, la concentraţii mari ale substanţelor prădătorilor îşi măresc dimensiunile spinilor.

Organismele planctonice pot efectua adevărate migraţii în masa apei cu caracter periodic sau neregulat, în sens orizontal sau vertical. Viteza de deplasare a hidrobionţilor pelagici în mişcare variază de la câteva zeci la câteva sute de metri pe oră. Ex., dinoflagelatele se deplasează cu 2-3 cm.min-1, în timp ce dafniile cu maximum 90 cm.min-1.

Migraţiile se efectuează de obicei pe verticală, populaţii întregi sau părţi ale acestora deplasându-se pe distanţe de zeci sau sute de metri, din orizontul superficial al apei spre profundal sau invers. Semnificaţia ecologică a migraţiei planctonului nu este prea clară. Migraţia diurnă, orizontală, a zooplanctonului, între zona litorală şi cea pelagică, poate evita întâlnirea cu prădătorii vizuali, ca şi migraţia pe verticală.

66

Migraţiile verticale în masa apei au, de regulă, un caracter ciclic, fiind condiţionate de variaţiile circadiene (nictemerale) sau sezoniere ale luminii, temperaturii, regimului gazos al apei şi ale altor factori biotici sau abiotici. Deplasarea circadiană a fitoplanctonului în păturile superficiale ale apei din timpul zilei are un rol trofic pentru populaţie, în timp ce deplasarea spre adâncime din timpul nopţii ar avea un rol protector. Daphnia foloseşte zonele hipolimnetice hipoxice ca refugiu din faţa peştilor planctonofagi.

Migraţiile verticale sezoniere ale organismelor planctonice sunt determinate de caracterul ciclic al reproducerii, de necesităţile trofice sau de variaţiile unor factori abiotici, temperatura în principal.

5.5. Nectonul

Cuprinde grupări de populaţii animale pelagice, apte să trăiască în ape libere/deschise. Sunt capabile să înoate independent de turbulenţă, chiar şi contra curentului (ex., peşti, broaşte ţestoase, păsări, crustacee mari). Acestea au organe de locomoţie bine dezvoltate şi se deplasează activ în masa apei, în căutarea locurilor de hrănire, reproducere, iernare etc. În apele dulci, nectonul adevărat este reprezentat de speciile de peşti buni înotători la care se adaugă unele specii de reptile (broasca ţestoasă de apă, şarpele de apă), unii amfibieni (tritonii şi broaştele verzi de lac), precum şi specii de insecte acvatice (Dytiscus marginalis, Hydrous piceus, Gyrinus notatus).

În apele dulci sunt 3 grupe de pești: reofili (medii lotice), limnofili (medii lentice) şi epibentici (asociaţi fundului apei). Cei reofili prezintă ca adaptări: formă hidrodinamică - fusiformă sau ascuţită; musculatură puternică; mare capacitate de înot; exigenţă respiratorie; sunt stenobionţi (depind de oxigenul dizolvat şi temperatura joasă).

Cei limnofili: trăiesc în coloana de apă; mulţi sunt planctonofagi; corpul este comprimat transversal; sunt euritermi (mai puţin exigenţi); pot trăi în medii cu deficit de oxigen; sunt fizoclişti (nu sunt dependenţi de suprafaţa apei pentru respiraţie, pot

trăi în ape mai profunde). Deoarece multe specii de peşti prezintă necesităţi stricte pentru nişe,

aceştia sunt indicatori valoroşi ai diversităţii morfologice a râurilor. În trecut au fost dezvoltate diferite sisteme de clasificare a râurilor bazate pe comunitatea piscicolă. Ex., zonarea unui râu în regiuni piscicole (Thienemann, 1925) a fost un sistem de clasificare brut. În apele marine, în afară de peşti, nectonul este alcătuit din diferite specii de chelonieni (Chelys fimbriata, Chelydra serpentina), şerpi (Pelamys platurus),

67

balene (Balaena mysticetus), caşaloţi (Kogia breviceps), delfini (Phocaena phocaena, Delphinus delphis, Tursiops truncatus) etc. Organismele nectonice au căpătat, în cursul evoluţiei, o serie de însuşiri adaptative ce facilitează deplasarea activă prin înot:

modificarea formei corpului, în sensul creşterii calităţii hidrodinamice, cu atât mai mult cu cât dinamica apei este mai accentuată (majoritatea peştilor);

însuşiri hidrofobe sau hidrofuge ale învelişului extern al corpului (rechini, delfini etc.);

deplasarea corpului prin mişcări ondulatorii (şerpi marini, anghile); modificarea structurii membrelor la insectele acvatice; dezvoltarea unor sisteme de înot, bazate pe principiul acţiunii şi

reacţiunii (cefalopode). Nectonul este capabil să execute migraţii pentru o perioadă scurtă

(zilnice) sau mai lungă (sezoniere, bianuale). Deplasările pot fi în interiorul unui sector sau între sectoare diferite, în concordanţă cu ritmul biologic al animalului (ex., se deplasează în amonte pentru a se hrăni); cele sezoniere ţin de reproducere. Speciile migratoare pot fi diadrome: anadrome (majoritatea) sau catadrome. Speciile anadrome se deplasează în mare pentru a se hrăni şi în râu pentru a se reproduce – migraţie potamotocă (ex., somoni, sturioni, Lampetra, Alosa, Osmerus eperlanus). Speciile catadrome migrează pentru depunerea icrelor (reproducere) în mare - migraţie talazotocă şi pentru hrănire în apă dulce (ex., anghila). Peştii migratori catadromi (ex., anghila) sunt sursă de materie organică marină în sistemele dulcicole vest-europene, vectori biotici ai fluxului de materie organică între sistemele marine şi dulcicole.

Aceste arii de migrare ar fi antice modele de distribuţie a speciilor; există în genomul speciilor actuale şi le condiţionează întoarcerea. Factori externi care determină migrarea sunt: fotoperioada (creşte activitatea tiroidei), temperatura apei, debitul apei.

5.6. Bentosul

Se află la interfaţa apă/sediment. Este reprezentat de populaţii a căror existenţă este legată de substratul bazinului pe parcursul întregului ciclu ontogenetic sau numai pentru o anumită perioadă a acestuia. Un fund puţin adânc, nisipos, conţine spongieri, melci, oligochete şi unele insecte. Un fund mâlos adânc va suporta scoici, raci, nimfe de efemeroptere şi de libelule. Pe un fund tare, puţin adânc, pietros, se vor găsi nimfe de efemeroptere, plecoptere şi larve de coleoptere acvatice. Împărţirea hidrobionţilor în pelagici şi bentonici nu este absolută. Există organisme care populează substratul şi care, într-o anumită perioadă a ciclului ontogenetic, se ridică în masa apei în vederea reproducerii sau nutriţiei, formând grupa organismelor bentopelagice (unele polichete, crustacee, peşti). Stadiile

68

larvare ale unor specii marine (spongieri, celenterate, viermi, moluşte, crustacee) trăiesc în masa apei constituind meroplanctonul. În ecosistemele acvatice interioare şi marine, puţin adânci şi bine iluminate, organismele bentonice sunt incluse în toate nivelurile piramidei trofice: fitobentosul, perifitonul şi microfitobentosul aparţin producătorilor, zoobentosul consumatorilor, iar bacteriobentosul descompunătorilor. În etajele profunde, bentosul este reprezentat numai de consumatori şi descompunători. În funcţie de zona de substrat pe care trăiesc, organismele bentonice formează epibentosul sau endobentosul. Epibentosul este alcătuit din epiflora şi respectiv epifauna (onfauna) care trăiesc direct pe fund sau în primul centimetru al solului, la suprafaţa substratului. Endobentosul este alcătuit din fauna hiporeică sau interstiţială ce populează fundul bazinului acvatic (infauna) şi microorganismele care trăiesc în grosimea substratului, în interstiţii, fisuri, galerii şi cavităţi ale acestuia. Multe organisme trec de la epifaună la infaună, în unele momente ale ciclului lor vital. Acestea fac parte din stigofaună (fauna apelor subterane).

Se numesc detriticole, organismele care trăiesc pe substraturi acoperite de resturi grosiere. Diferenţele de structură fizică provoacă şi diferenţe ecologice legate de circulaţia gazelor, acumularea hranei, umiditatea, regimul termic, penetrarea luminii. Speciile de stânci sunt mai reofile, adesea mai puţin mobile. Turbulenţa mai mare le asigură un mediu mai amestecat, mai omogen, o reînoire a apei, mai multe ocazii de a se hrăni. Organismele care trăiesc sub pietre sunt fie hidrodinamice, fie aplatizate. Altele au ventuze sau cârlige pentru a se agăţa sau ataşa de un substrat ferm şi a evita antrenarea lor de către curentul puternic.

Albia unei ape curgătoare este de obicei o zonă mai adâncă, unde viteza apei este redusă, iar mâlul şi alte solide depuse asigură un fund moale, nefavorabil pentru organismele sensibile care se îngroapă în substrat.

Speciile limicole au adesea un habitus scormonitor, o mare tolerabilitate termică şi aerobică, un regim alimentar detritivor, o anumită mobilitate.

După dimensiuni, organismele bentonice pot fi încadrate în următoarele categorii:

microbentos, cele mai mici de 0,1 mm;

mezobentos (meiobentos), cele între 0,1-2 mm;

macrobentos, cele peste 2 mm. După raportul dintre speciile epibentonice şi substrat, se deosebesc

următoarele categorii de organisme: sesile, sedentare şi vagile sau erante. Bentosul fix sau puţin mobil prezintă o rugofilie – afinitate pentru substraturile rugoase.

Hidrobionţii sesili sunt organismele acvatice care trăiesc fixate de substrat. Din această categorie fac parte microfitele biotectonului, algele macrofite marine, iar dintre animale spongierii, unele celenterate, polichetele tubicole, briozoarele, unele bivalve, crustaceele ciripede, ascidiile etc.

Macrofitele acvatice sunt frecvent cei mai importanţi producători primari (ex., în lagunele costiere); ex., Potamogeton, Salvinia, Vallisneria, Ceratophyllum

69

demersum (figura 5.2.). Macrofitele contribuie la oxigenarea zonei respective (indivizii oxifili de Fagotia şi Viviparus se prind de vegetaţie). Sunt puţin consumate datorită nivelului ridicat de taninuri şi peretelui celular. Ex., Myriophillum spicatum poate înlocui alte macrofite submerse, formând câmpuri monospecifice; produce compuşi fenolici algicizi.

Fig. nr. 5.2. Abundenţa relativă a fanerogamelor în funcţie de adâncimea apei (după J. Haury, 1989)

Organismele bentonice sesile prezintă adaptări care să le permită

menţinerea şi stabilitatea pe substrat: aderarea la acesta printr-o suprafaţă cât mai mare (alge, spongieri, briozoare) sau fixarea prin intermediul unei zone restrânse, specializate: formele pedunculate şi erecte din infralitoralul marin. Hidrobionţii sesili au elaborat mecanisme de protecţie faţă de procesele de sedimentare ce au loc în bentalul ecosistemelor acvatice, precum şi împotriva mişcărilor apei care tind să le desprindă de pe substrat. Astfel, la unii hidrobionţi sesili forma corpului este conică sau tronconică (Patella, Ancylus dintre moluşte), crustacee ciripede (Balanus) sau ramificată precum la unii spongieri, celenterate, hidrozoare şi antozoare. Protecţia faţă de acţiunea valurilor şi a particulelor în mişcare se realizează prin dimensiuni adecvate ale corpului, formă hidrodinamică, realizarea de învelişuri rezistente. Rezistenţa crescută la acţiunea valurilor se realizează fie prin schelete rigide de natură calcaroasă (madreporari), fie printr-un schelet semirigid (spongieri, antozoare), fie printr-un schelet foarte suplu (hidropolipi, briozoare).

Organismele acvatice sedentare sunt animale ce trăiesc pe substrat dur sau mobil şi care fac deplasări pe distanţe mici. Din acest grup fac parte gasteropodele de talie mare, echinodermele şi unii peşti bentonici precum gobiidele şi pleuronectidele. Organismele vagile (erante) sunt reprezentate de animale bentonice care pot efectua deplasări mai ample comparativ cu cele sedentare. În această categorie sunt incluse crustaceele decapode, moluştele gasteropode, selacienii

70

batoizi etc. Hidrobionţii vagili au organe de mişcare eficiente, modul lor de locomoţie fiind dependent de natura şi consistenţa substratului. După Frately şi Watson, ar exista patru tipuri principale de locomoţie: mersul sau alunecarea pe substrat relativ tare, caracteristic speciilor

macrobentonice de crustacee, larvelor şi adulţilor de insecte, unor vertebrate etc.;

târârea combinată cu mersul de regulă, modalitate de deplasare a unor polichete, crustacee isopode şi decapode, adulţi şi larve de insecte;

glisarea sau alunecarea, proprie speciilor sesile care îşi pot schimba locul în cursul vieţii : actinari solitari, moluşte placofore, gasteropode, larve de insecte;

deplasarea prin salturi, puţin frecventă la speciile bentonice. Apropiată de aceasta este mişcarea de reacţie cu jet de apă, întâlnită la unele bivalve (Pecten, Lima), larve de insecte.

Datorită prezenţei unor mijloace de locomoţie eficiente, speciile erante pot efectua migraţii pe spaţii mari. În funcţie de periodicitate, migraţiile pot fi circadiene sau sezoniere; după sens pot fi verticale sau orizontale; după modul de realizare pot fi active sau pasive, iar după semnificaţia lor biologică, de nutriţie, reproducere şi cu rol protector. Speciile macrobentonice care se deplasează prin mers precum crustaceele decapode de talie mare execută migraţii orizontale active cu caracter sezonier în vederea hrănirii, reproducerii, iernării. Ex., homarul american, crabul de Kamciatca (până la 2 km pe oră). În apele dulci, unele nevertebrate bentonice, crustacee şi larve de insecte se ridică în masa apei şi sunt purtate de curent în aval pe o anumită distanţă, după care coboară din nou pe substrat. Această migraţie pasivă are loc de obicei noaptea şi permite răspândirea acestor organisme pe distanţe mari, precum şi schimbarea unor biotopuri nefavorabile. După modul în care pătrund în substratul bazinului acvatic, organismele endobentonice formează două categorii distincte: săpătoare, respectiv sfredelitoare (forante). Organismele săpătoare sunt animale care pătrund parţial sau total în substratul mobil al bazinului prin dislocarea sa activă. Acestea formează în substrat galerii de lungimi diferite, consolidate cu secreţii proprii. Unele specii, precum polichetul Arenicola, ingeră substratul în deplasarea lor activă. Din grupul organismelor bentonice săpătoare fac parte unele specii de moluşte, crustacee, echinoderme. Viaţa endobentonică a influenţat structura şi funcţiile animalelor săpătoare. Astfel, la unele polichete endopsamice, parapodele s-au redus şi s-au dezvoltat branhiile, la alte specii lipseşte armătura bucală. La bivalvele care trăiesc în substrat, cochilia este subţire, suprafaţa netedă iar sifoanele lungi. Organismele săpătoare pătrund în substrat prin mecanisme foarte diverse. Unele bivalve, scafopode şi gasteropode pătrund în substrat cu ajutorul unui mecanism hidraulic ce constă în alternarea stării de turgescenţă a piciorului,

71

asociată cu mişcarea de înaintare a acestuia. Unele polichete dislocă substratul cu ajutorul parapodelor sau numai al cheţilor (oligochetele), prin mişcări ondulatorii sau helicoidale ale corpului. Crustaceele sapă cu ajutorul apendicilor cefalici şi îndepărtează substratul prin mişcări ale apendicilor care creează un curent de apă. Speciile bentonice care îşi construiesc galerii permanente consolidează substratul cu ajutorul unor secreţii (Arenicola). Organismele săpătoare pot efectua migraţii circadiene şi sezoniere pe distanţe relativ reduse. Migraţiile acestora sunt în cea mai mare parte verticale. Astfel, larvele de chironomide migrează în timpul zilei în sedimente la adâncimi mari iar noaptea revin mai spre suprafaţă. Acelaşi lucru se întâmplă la apropierea iernii, când organismele bentonice migrează spre pătura mai profundă a sedimentelor pentru evitarea îngheţului. Organismele forante (sfredelitoare) sunt animale care au posibilitatea de a perfora substratul mai mult sau mai puţin dur, pornind de la calcar şi gresie până la granit şi marmură. În apele dulci, organismele forante sunt reprezentate de unele crustacee şi larve de insecte care îşi fac galerii în malurile argiloase şi în ţesuturile plantelor. În ecosistemele marine, sfredelitorii sunt mult mai numeroşi: spongieri, polichete, bivalve, crustacee amfipode şi isopode etc.

Unele bivalve, precum Pholas şi Petricola forează galerii în rocă prin mişcarea alternativă a valvelor prevăzute cu dinţişori sau coaste radiare. Polichetul Polydora şi bivalva Lithophaga asociază abraziunea mecanică cu acţiunea chimică a secreţiilor proprii. Spongierul marin Clione forează cochiliile moluştelor sesile din genurile Ostrea şi Mytilus prin utilizarea unei secreţii acide care dizolvă calcarul. Speciile sfredelitoare care sapă galerii în lemn folosesc în general mijloace mecanice de perforare. Bivalva Teredo navalis ("viermele corăbiilor") sfredeleşte lemnul cu ajutorul a două valve mici situate la extremitatea anterioară a corpului vermiform. Unele specii de isopode şi amfipode rod lemnul cu piesele bucale bine dezvoltate.

5.7. Perifitonul (biotectonul)

Reprezintă o comunitate de organisme acvatice care trăieşte fixată pe substraturi dure, vii sau moarte (ex., stuf, pietre). Se defineşte ca microflora care creşte pe substrat, pe tulpinile şi frunzele plantelor înrădăcinate sau pe alte obiecte care se proiectează asupra fundului fără a penetra suprafaţa. Masa principală a perifitonului o formează speciile sesile de hidrobionţi printre care trăiesc animale sedentare şi vagile. Perifitonul este un ansamblu plurispecific complex ce include bacterii, protozoare, alge şi fungi.

Perifitonul este prezent în ecosistemele interioare dulcicole până la adâncimi de câţiva metri iar în mediul marin în etajele superioare ale bentalului litoral, răspândirea lui fiind condiţionată de prezenţa luminii în special. În râurile mici şi mijlocii, perifitonul constituie o mare parte a lanţurilor trofice şi contribuie în mare măsură la producţia primară auto- şi heterotrofă. Biotectonul constituie hrana

72

unor moluşte, crustacee, a puietului multor specii de peşti, dar şi a unor peşti adulţi (scobar).

În mediul marin, biotectonul are frecvent un rol negativ, accentuând coroziunea construcţiilor, a amenajărilor hidrotehnice şi a navelor.

Întrebări de verificare și evaluare a cunoștințelor

1. Asociaţiile de organisme acvatice se numesc:

a. biocenoze b. biotopuri c. ecosisteme d. grupări ecologice.

2. Bentosul conține:

a. pleustonul b. neustonul c. planctonul d. nectonul.

3. Facilitarea este:

a. o interacţiune indirectă b. un mecanism de succesiune ecologică c. o simbioză d. o interacţiune directă.

4. Organismele secundar acvatice sunt:

a. gasteropodele pulmonate dulcicole b. cetaceele c. fanerogamele acvatice d. peștii dipnoi.

5. Pleustonul este reprezentat de organisme care plutesc la suprafaţa apei şi sunt deplasate de vânt precum:

a. sifonoforele b. păianjenii de apă c. fugăii d. lintiţa.

6. Dezvoltarea neustonului este favorizată de:

a. starea mai liniştită a apelor de suprafaţă b. tensiunea superficială ridicată a apei c. prezența apei grele d. alternanța flux-reflux.

73

7. Tihohiponeustonul este format din organisme care: a. sunt prezente în pătura superficială tot ciclul lor ontogenetic b. trăiesc pe luciul apei c. petrec în neuston numai primele stadii de dezvoltare d. sunt neustonice numai în timpul nopţii.

8. Fitoplanctonul este reprezentat de:

a. organisme autotrofe b. macrofite acvatice plutitoare c. alge microfite fixate d. bacterii autotrofe pelagice.

9. Holoplanctonul este alcătuit din:

a. toate algele din coloana de apă b. toți peștii planctonofagi c. totalitatea organismelor pelagice d. totalitatea organismelor planctonice.

10. Meroplanctonul:

a. conţine specii planctonice numai în anumite etape ale ontogenezei b. este mai abundent în mări c. se referă la planctonul marin d. conţine organisme pelagice de talie mijlocie.

11. Flotaţia:

a. creşte odată cu suprafaţa corpului hidrobionţilor b. este sinonimă cu plutirea activă c. scade cu creşterea vâscozităţii apei d. este îngreunată de hidratarea tisulară.

12. Schimbarea ciclică a formei unei specii se numeşte:

a. tanatoză b. polimorfism sezonier c. diapauză d. ciclomorfoză sezonieră.

13. Nectonul se caracterizează prin:

a. formă hidrodinamică b. musculatură puternică c. flotabilitate nelimitată d. mare capacitate de înot.

14. Nectonul este capabil să execute migraţii:

a. sezoniere

74

b. circadiene c. diadrome d. pasive.

15. Nectonul este alcătuit din:

a. chelonieni b. rechini batoidei c. pinguini d. mamifere.

16. Bentosul

a. populează bentalul b. trăieşte la interfaţa apă/sediment c. nu conţine producători primari d. este legat de substraturile moi.

17. Stigofauna se referă la:

a. fauna îngropată în sediment b. zoobentosul fixat c. fauna apelor subterane d. endobentos.

18. Organismele vagile (erante):

a. pot efectua deplasări ample b. nu se pot detaşa de substrat c. sunt animale tubicole d. sunt reprezentate numai de animale bentonice.

19. Hidrobionţii care pătrund în substratul mineral alcătuiesc:

a. endobentosul b. bentosul forant c. bentosul săpător d. bentosul sesil.

20. Perifitonul este prezent:

a. pe substratul dur b. pe substratul artificial c. în mediul marin d. în mediul subteran.

75

Teme pentru examinarea finală

1. Care sunt problemele de dimensiune globală care implică hidrosfera? 2. Daţi exemple de atacuri care au condus la pierderea zonelor umede şi a speciilor conţinute de acestea. 3. Care este răspândirea apei pe glob? 4. Care sunt ramurile hidrobiologiei? 5. Faceţi comparaţie între ciclul hidrologic complet şi cel incomplet. 6. Explicaţi problemele legate de apa subterană. 7. În ce constă structura de dipol a moleculei de apă? 8. Descrieţi tipurile de apă posibile. 9. Faceţi deosebirea între culoarea aparentă şi cea reală a apei. 10. În ce constă "legea lui Lambert-Beer"? 11. Cum variază intensitatea luminii pe verticală într-o apă adâncă? 12. Care sunt funcţiile bioluminiscenţei? 13. În ce constă hidrodinamismul? 14. Ce se înţelege prin upwelling? 15. Ce rol ecologic au suspensiile prezente în apele naturale? 16. Caracterizaţi relaţia temperatură/densitate a apei. 17. Explicaţi zonarea verticală a apei unui lac temperat în timpul verii. 18. Clasificaţi apele naturale în funcţie de gradul de salinitate. 19. Care este rolul ecologic al nutrienţilor? 20. Gazele dizolvate în apă. 21. Caracterizaţi ecosistemele acvatice hipogee. 22. Ce se înţelege prin zona hiporeică? 23. Faceţi comparaţie între râuri şi lacuri. 24. Cum pot fi clasificate mările? 25. Caracterizarea bazinelor marine şi oceanice.

26. Care este originea organismelor acvatice actuale? 27. Comparaţi pleustonul şi neustonul. 28. Adaptările organismelor la viaţa planctonică. 29. Migraţiile nectonului. 30. Adaptările bentosului forant.

76

Bibliografie Antonescu, C.S., 1967 - Biologia apelor, Ed. Did. și Ped., Bucureşti Axinte, S., Balasanian, I., Teodosiu, C., Cojocaru, I., 2003 - Ecologie şi protecţia mediului, Ed. Ecozone, Iaşi Battes, K., Măzăreanu, C., Pricope, F., Cărăuş, I., Marinescu, V., Rujinschi, R., 2003 – Producţia şi productivitatea ecosistemelor acvatice, Ed. Ion Borcea, Bacău Boişteanu, T., 1980 - Hidrobiologie (curs), Ed. Univ. "Al.I. Cuza", Iaşi Botnariuc, N. (redactor), 1981 – Producţia şi productivitatea ecosistemelor acvatice, Ed. Acad. R.S.R., Bucureşti Botnariuc, N., Vădineanu, A., 1982 – Ecologie, Ed. Did. şi Ped., Bucureşti Cărăuş, I., 2007 – Producţia şi productivitatea primară a ecosistemelor acvatice. Note de curs, Universitatea Bacău Cogălniceanu, D., 2007 – Ecologie şi protecţia mediului (curs), MEC, Bucureşti Diudea, M., Todor, Şt., Igna, A., 1986 - Toxicologie acvatică, Ed. Dacia, Cluj - Napoca Gâştescu, P., 1971 - Lacurile din România, Ed. Acad., Bucureşti Godeanu, S.P. (red.), 1995 - Diversitatea lumii vii. Determinatorul ilustrat al florei şi faunei României, vol. I Mediul marin, Ed. Bucura Mond, Bucureşti Godeanu, S.P. (coordonator), 2002 – Diversitatea lumii vii. Vol. 2, partea 1: Apele interioare, Bucureşti Mălăcea, I., 1969 - Biologia apelor impurificate. Bazele biologice ale protecţiei apelor, Ed. Acad. R.S.R., Bucureşti Măzăreanu, C., Ureche, D., 2007 – Ecologie generală, Ed. Alma Mater, Bacău Miron, I. (red.), 1983 - Lacul Izvorul Muntelui – Bicaz, Monografie limnologică, Ed. Acad., Bucureşti Miron, I., 1995 – Curs de Acvacultură, vol. I, Ed. Univ. "Al.I. Cuza", Iaşi Mohan, Gh., 1989 - Unitatea, diversitatea şi evoluţia lumii vii, Ed. Albatros, Bucureşti Mohan, Gh., Ardelean A., 1993 – Ecologie şi protecţia mediului, Ed. “Scaiul”, Bucureşti Mustaţă, Gh., 1998 – Hidrobiologie (curs), Ed. Univ. "Al.I. Cuza", Iaşi Mustaţă, Gh., 2001 - Biologie marină, Casa de Editură "Venus", Iaşi Mustaţă Gh. (coordonator), 1995 - Ghidul Mării Negre - Îndrumător practic, Ed. Univ. "Al.I. Cuza" Iaşi Negulescu, M., 1982 - Protecţia calităţii apelor, Ed. Tehn., Bucureşti Nicoară, M., 2000 – Hidrobiologie (curs), Ed. Univ. "Al.I. Cuza" Iaşi Nicoară, M., 2002 – Ecologie acvatică, Casa de Editură Venus, Iaşi Nicoară, M., 2008 – Biodiversitatea mediilor acvatice, Ed. PIM, Iaşi Nicoară, M., Ureche D., 2008 – Ecologie acvatică, Editia a II-a, Ed. PIM, Iaşi Pârvu, C., 1999 – Ecologie generală, Ed. Tehn., Bucureşti Pora, E.A., Oros, L, 1974 - Limnologie şi oceanologie, Ed. Did. şi Ped., Bucureşti Pricope, F., 1999 - Hidrobiologie, Ed. "Ion Borcea", Bacău Pricope, F., Battes, K.W., Petrovici, M., 2007 – Hidrobiologie: Lucrări practice, Ed. Alma Mater, Bacău Rădulescu, I., Voican, V., Angelescu, N., 1984 - Îndreptar pentru protecţia apelor piscicole, Ed. Ceres, Bucureşti Simionescu, V., 1980 – Ecologie (curs), Ed. Univ. "Al.I. Cuza", Iaşi Stugren, B., 1982 – Bazele ecologiei generale, Ed. Şt. şi Encicl., Bucureşti Ujvari, I., 1972 - Geografia apelor României, Ed. Şt., Bucureşti