UNIVERSITATEA ALEXANDRU IOAN CUZA DIN IAI FACULTATEA DE BIOLOGIE SPECIALIZAREA BIOLOGIE ID ANUL III SEMESTRUL I

HIDROBIOLOGIESUPORT DE CURS Profesor univ. dr. Mircea Nicoar

IAI 20101

Datele de contact: - coordonator de disciplin: Profesor dr. Mircea Nicoar, mirmag@uaic.ro - tutore: Preparator dr. Gabriel Plvan, safe2006@yahoo.com Propuneri tematice pentru activitile tutoriale: 1. Ciclul hidrologic 2. Apa ca resurs natural 3. Proprietile apei 4. Tipuri de ecosisteme acvatice 5. Asociaiile de organisme acvatice Oligaiile minime ale studenilor n vederea promovrii examenului: - Participarea activ la activitile tutoriale (AT) - Prezena obligatorie la activitile asistate (AA) Modul de stabilire a notei finale: - notele obinute la verificrile pe parcurs - 75% - evaluarea activitii desfurate n cadrul orelor de lucrri practice - 25% Teme de licen ce pot fi abordate n cadrul disciplinei: - Caracterizarea hidrobiologic a ecosistemului acvatic ... - Studiul diversitii faunei de macronevertebrate din lacul/rul ... - Rolul macronevertebratelor acvatice n reeaua trofic a lacului/rului ... - Influena polurii antropogene asupra biodiversitii lacului/rului ...

2

CUPRINS Introducere Obiectul de studiu al Hidrobiologiei 1. Ciclul hidrologic 2. Apa ca resurs natural 2.1. Apele de suprafa 2.2. Apa subteran 2.2.1. Probleme n legtur cu apa subteran 3. Proprietile apei 3.1. Proprietile organoleptice ale apei 3.2. Proprietile fizice ale apei 3.3. Proprietile chimice ale apei 3.3.1. Elementele biogene 3.3.2. Gazele dizolvate n ap 3.3.3. Substanele organice 3.3.4. Substanele radioactive 4. Tipuri de ecosisteme acvatice 4.1. Ecosistemele hipogee 4.2. Apele curgtoare (mediul lotic) 4.3. Apele stagnante (mediul lentic) 4.4. Biomurile de ap srat (mrile i oceanele) 5. Asociaiile de organisme acvatice 5.1. Originea organismelor acvatice 5.2. Pleustonul 5.3. Neustonul 5.4. Planctonul 5.4.1. Adaptrile organismelor la viaa planctonic 5.5. Nectonul 5.6. Bentosul 5.7. Perifitonul (biotectonul) Bibliografie 4 5 8 12 12 13 13 16 16 18 29 35 37 42 42 47 47 48 50 53 58 59 59 60 61 64 66 67 71 76

3

Introduceren ultimele decade s-a ntrit convingerea c omenirea a atins o nou limit condiionat de o barier la care nu ne-am gndit nainte: planeta Pmnt i resursele ei sunt limitate. Cu o populaie de 10 miliarde n anul 2050, trebuie fcui pai semnificativi pentru a preveni colapsul sistemelor naturale datorat supraexploatrii acestora. Cele patru probleme de dimensiune global care implic hidrosfera sunt: Calitatea i cantitatea apei dulci; Pierderea de diversitate biologic; Schimbarea climei; Utilizarea durabil a resurselor naturale. La scar global, pierderea zonelor umede i a speciilor coninute de acestea reprezint una din cele mai mari reduceri ale biodiversitii secolului al XX-lea. Aceste pierderi s-au produs printr-o varietate de atacuri: drenaj, inundaii, infiltrare, eutrofizare, recoltare, ardere, poluare i introducere intenionat sau accidental a speciilor exotice. Pstrarea, restaurarea i protecia zonelor umede rmase ridic provocri tiinifice crora trebuie s le rspundem. Ameninrile la adresa diversitii genetice a florei i faunei indigene a lacurilor dulci, rurilor, zonelor umede, apelor subterane i a apelor interioare srate, ridicate de introducerea speciilor exotice, au fost ntrite de: Schimbri n utilizarea terenurilor i de calitate a apei; Modificarea habitatelor prin lucrri hidrotehnice (construirea de diguri i diversiuni); ex.: o Canalul Suez a produs restructurarea complex i profund a biocenozelor din estul Mrii Mediterane: populaia unor specii locale s-a redus la limit, altele imigrate, s-au nmulit mult peste nivelul de echilibru; o Canalul Panama a creat premisele unei evoluii convergente a faunei celor dou oceane (Atlantic i Pacific), n regiunea nvecinat canalului; o Barajul de la Assuan a produs nedorite schimbri ecologice n estul Mrii Mediterane i pe valea Nilului inferior: regimul viiturilor, reducerea fertilitii solului, diminuarea vegetaiei marine i a produciei piscicole. n schimb, n canalele de irigaie s-a dezvoltat o bogat vegetaie i corelativ o faun nedorit pentru sntate: gasteropodele pulmonate, din care unele sunt gazde intermediare pentru agenii bilharziozei; vectori ai malariei, oncocercozei etc. o Barajul Kariba, pe Zambezi, a dus la: nlocuirea speciilor locale de peti cu specii de pe cursul superior ce aparineau altui complex faunistic; proliferarea unor specii de plante acvatice ce mpiedic pescuitul i navigaia; crearea condiiilor favorabile pentru musca tze-tze;4

ncercri de a mbunti pescuitul (ex., introducerea lui Lates niloticus n Lacul Victoria din estul Africii; Basilichthyes bonariensis n Lacul Titicaca din Anzi, Salmo trutta n Noua Zeeland); Programe de combatere biologic ce implic utilizarea speciilor exotice; Rspndirea i intensificarea acvaculturii, implicnd specii exotice i specii native agresive care evadeaz (ex., racul de ap dulce Cherax n sud estul Australiei); Dezvoltarea i eliberarea organismelor modificate genetic; Volumul crescut al traficului i vitezei de circulaie a populaiei i produselor ntre ri, care crete ratele de introducere, stabilire i rspndire a organismelor exotice n cursurile de ap. Problemelor de mediu i economice (ex., introducerea i rspndirea midiei zebr eurasiatice - Dreissena polymorpha, n marile lacuri laurentiene din America de Nord), li se mai pot aduga cele legate de sntatea uman, datorate unor cianobacterii i dinoflagelate productoare de nfloriri sau unor bacterii i protozoare - cauze ale unor boli hidrice umane. Impactul schimbrii climei asupra ecosistemelor acvatice, n special efectele temperaturii i ale iradierii intense cu radiaii ultraviolete (UV-B), au fost n cursul ultimelor decade i vor continua s fie inta unui studiu intensiv. Problemele legate de cantitatea i calitatea apei dulci i de pierderile de diversitate biologic vor fi probabil intensificate de schimbrile de clim, n special n regiunile aride i semiaride. Nevoia de a conserva cursurile de ap i de a preveni poluarea lor a dus la mputernicirea prin lege a unor agenii, autoriti etc. de a stabili reglementrile necesare pentru protecia mediului acvatic. Politicile pentru mbuntirea calitii apei i managementul ecosistemelor trebuie s fie holistice i integrative. Conservarea i administrarea pe termen lung a ecosistemelor acvatice i a resurselor lor trebuie s se bazeze pe comunicare, colaborare, coordonare i educaie printre aceia a cror activitate afecteaz ecosistemele (sensibilizarea ecologic a publicului), adic pe un management cooperativ. Utilizarea i managementul durabil al resurselor de ape naturale ale planetei sunt fundamentale pentru supravieuirea uman. Acvacultura intensiv a condus la probleme ambientale, iar resursele de ap ar putea constitui obiectul unor veritabile rzboaie n viitor. Obiectul de studiu al Hidrobiologiei Mediul acvatic (apele marine i apele continentale) constituie cel mai vast i mai cuprinztor domeniu al vieii, n care probabil au aprut primele i cele mai elementare forme ale acesteia. Apa mrilor acoper 71% (360 milioane km2) din suprafaa total a globului terestru (510 milioane km2). Din 1.400 mil. km3 ap planetar, 97% este ap srat, doar 3% ape dulci din care: 77,2% n calotele polare, 22,4% n spaiile subterane, 0,35% n lacuri i mlatini, 0,01% n ruri i 0,04% n atmosfer. Volumul de ap dulce ce susine viaa pe uscat este excesiv5

de redus fa de volumul total, constituind una din cele mai importante bariere n calea extinderii vieii. Definiie: Hidrobiologia reprezint studiul organismelor din apele de suprafa i subterane ale planetei, incluznd att mediile dulcicole, ct i oceanice. Hidrobiologia are ca ramuri: oceanologia biologic sau biologia marin; limnobiologia sau biologia apelor interioare dulci sau salmastre; freatobiologia sau biologia apelor subterane i const din: - studiul interaciunilor dintre organismele acvatice (hidrobioni) i mediul lor de via; exist dou componente ale mediului: mediul fizic (temperatur, pH, dinamica apei etc.) i mediul biotic care include orice influene din partea altor organisme, precum: competiie, prdtorism, parazitism i cooperare; - studiul sistemelor biologice supraindividuale din ape, cu reliefarea caracteristicilor biotopurilor, a organizrii i adaptrilor populaiilor din biocenoze la aceste condiii, a structurii trofice a ecosistemului, produciei i succesiunii. Muli cercettori lucreaz la grania dintre discipline. De ex., biologii pot studia cum se adapteaz organismele la mediul lor acvatic (ex., cureni sau lumin) i cum interacioneaz ntre ele i cu mediul nconjurtor. Chimitii pot studia efectul compuilor eliberai de organisme asupra, de ex., chimiei metalelor urm sau transportul i distribuia substanelor chimice datorat micrii maselor de ap. Muli fac studii comparative, cutnd asemnri i diferene ntre habitate variate precum: regiunile tropicale i polare, regiunile bogate i cele srace n nutrieni, regiunile stabile i cele instabile. Cercettorii acvatici studiaz procese care acoper intervale de timp mergnd de la mai puin de o secund la intervale zilnice, sptmnale, lunare, sezonale, anuale, decadale sau geologice (milioane de ani), i intervale spaiale mergnd de la milimetri la ntinderea oceanic. Ecologia acvatic este interdisciplinar. Ex., oceanologii fizicieni i biologi colaboreaz pentru a nelege efectele proceselor fizice asupra organismelor, n timp ce chimitii i biologii colaboreaz pentru a nelege modurile n care constituenii chimici ai maselor de ap interacioneaz cu plantele, animalele i microorganisme precum bacteriile. Astzi, muli cercettori efectueaz studii n legtur cu schimbarea global de mediu. Deoarece oceanele acoper o poriune att de ntins a planetei noastre, modificrile proceselor oceanice altereaz procesele globale. Fiind cele mai mari rezervoare de dioxid de carbon de pe planet, oceanele joac un rol cheie n ciclul global al carbonului i modereaz formarea dioxidului de carbon n atmosfer. Muli oameni de tiin dezvolt i testeaz modele pentru a prognoza condiiile viitoare. Aceste modele sunt folosite pentru a prezice: impactul creterii emisiilor de dioxid de carbon i alte gaze de ser, al creterii radiaiei UV-B rezultate din epuizarea ozonului stratosferic, al modificrilor curenilor sau temperaturii oceanului; efectele ncrcrii crescute cu nutrieni i polurii datorate6

fertilizatorilor, pesticidelor, apelor uzate; efectele datorate distrugerii habitatelor; efectele pe termen scurt i lung ale aciditii crescute datorit arderii combustibililor fosili; poluarea n cretere a apei noastre potabile; impactul diferitelor practici de pescuit asupra populaiilor de importan comercial precum petii i homarii. Paleolimnologia studiaz condiiile anterioare, existente n ecosistemele acvatice (lacuri) prin analiza (fizic, chimic, microfosile) sedimentelor depuse cronologic. ntrebri de verificare i evaluare a cunotinelor 1. Care este dimensiunea estimat a populaiei umane pentru anul 2050? a. 10 miliarde b. 6 miliarde c. 9 miliarde d. 20 miliarde. 2. Care sunt problemele de dimensiune global care implic hidrosfera? a. schimbarea regimurilor politice dup 1989 b. pierderea de diversitate biologic c. schimbarea climei d. utilizarea durabil a resurselor naturale. 3. Atacurile care au condus la pierderea biodiversitii zonelor umede sunt: a. irigaiile b. eutrofizarea c. poluarea d. introducerea speciilor exotice. 4. Hidrobiologia reprezint studiul: a. organismelor din apele de suprafa i subterane b. apelor stagnante i curgtoare c. apelor interioare i exterioare d. apelor dulci i srate ale planetei. 5. Ramurile hidrobiologiei sunt: a. freatobiologia b. paleontologia c. limnobiologia d. hidrologia.

7

1. Ciclul hidrologicMicarea apei pe suprafaa uscatului, sub aciunea energiei solare, constituie ciclul hidrologic. Aprox. 97,4% din apa de pe sau de lng suprafaa Pmntului se gsete n mri i oceane; 1,98% este legat ca ghea, n primul rnd n calotele polare; topit, aceast cantitate (29 milioane km3) ar corespunde unui strat de ap de 50 m adncime, pe ntreaga suprafa a pmntului, cu modificri majore ale nivelului mrii; 0,59% este depozitat temporar ca ap subteran; numai 0,014% se gsete n lacurile dulci, n ruri i fluvii, i doar 0,001% ia forma vaporilor de ap atmosferici. Transformarea apei pe glob prin ciclul hidrologic redistribuie cldura i face, n general, climatele mai echitabile. Ciclul hidrologic joac, de asemenea, un rol proeminent n cadrul ciclului mineral, prin dizolvarea i descompunerea rocilor. mpreun cu ciclurile atmosferice, ciclul hidrologic este rspunztor i pentru vreme (perturbaiile pe termen scurt, zilnice n ciclurile atmosferic i hidrologic) (figura 1.1.).

Vapori de ap atmosferici (13) Micarea net a vaporilor de ap, datorat vntului (36) Evaporaie i transpiraie (59)

Precipitaii deasupra uscatului (95) Evaporaie din mare (319) Precipitaii deasupra mrii (283)

Coninutul de ap al oceanelor (1.380.000)

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

Toate apele Pmntului, fie dulci, fie srate, sunt conectate prin ciclul hidrologic. Acesta este "marea pomp" care pune n circulaie apa prin atmosfer, uscat i oceane. Circulaia este ntreinut cu energie de la Soare. Acest ciclu global al apei implic dou procese principale: (a) evapo-transpiraia i (2) precipitaia. Evapo-transpiraia este procesul de transfer al apei n atmosfer (ca8

gaz - vapori de ap), prin evaporare i transpiraie. Evaporarea are loc prin nclzirea apei de ctre Soare, iar transpiraia este eliberarea vaporilor de ap de ctre plante. Precipitaia are loc cnd apa cade pe pmnt ca ploaie, zpad, lapovi i grindin. Pe scurt, evapo-transpiraia scoate apa din starea lichid, iar precipitaia o readuce la loc. Prin coeficientul ciclului hidrologic se nelege cantitatea total de precipitaii pentru o zon continental, relativ la o cantitate iniial de precipitaii (datorit ntoarcerii n atmosfer prin evaporare). Ciclul hidrologic, care ncepe cu evaporaia apei oceanice, antreneaz circa 425.000 km3 de ap anual. Evaporarea (vaporizarea) apei este o funcie a temperaturii, vitezei vntului i umiditii relative. Are loc mai ales la suprafaa oceanului, dar i a plantelor, n special frunze (evapotranspiraie). Prin sublimare se nelege vaporizarea gheii fr a se topi mai nti. Viteza sa este mai mic dect a evaporrii apei lichide. Evaporarea anual din ocean este egal cu precipitaia anual. Cea mai mare parte precipit napoi n oceane, dar circa 40.000 km3 cade pe pmnt. Ciclul se completeaz cnd circa 40.000 km3 de ap se ntorc n oceane ca ape de iroire, prin ruri sau curgerea subteran. Ciclul este echilibrat prin aceea c aceeai cantitate de ap luat din mare prin evaporaie i precipitat pe pmnt este returnat n mare prin scurgerea de pe uscat. Ciclul hidrologic complet cuprinde: - infiltrarea apei de ploaie n sol; - trecerea prin stratul central al freaticului (la 4 C); - purificarea la 4 C; - scufundarea n acvifere subterane, datorit propriei greuti; - tranziia la o stare vaporoas, datorit puternicelor influene geotermice; - ridicarea din nou spre suprafaa solului, cu un aport simultan de nutrieni; - scurgerea pe suprafaa solului; - evaporarea i formarea norilor; - cderea din nou sub form de ploaie. Ciclul hidrologic incomplet cuprinde: - precipitarea apei pe sol; - scurgerea pe suprafaa solului; - evaporarea; - formarea norilor; - re-precipitarea sub form de ploaie. Ct de repede circul apa prin acest sistem? Timpul de "reziden" este timpul n care o mas de ap rmne ntr-o poriune de ap determinat. n ocean acest timp este foarte mare, iar ntr-un ru este mult mai mic. Relaionat cu aceasta, apare rata de renovare (rata de rennoire a apei ntr-un anumit loc), care n ru este nalt, iar n mare este sczut. n ecosistemele lentice, timpul de reziden este mare i rata de renovare mic. n ecosistemele lotice este invers i organismele nu au suficient timp pentru a modifica condiiile, pe cnd n ecosistemele lentice, organismele petrec suficient timp pentru a le modifica.9

O mare parte din apa total este att de profund nct are loc un schimb foarte redus cu apa care circul activ. n fiecare an, evapotranspiraia pune n micare o cantitate de ap echivalent cu o ptur groas de 1 m n jurul globului. n circa 40.000 ani se recircul toat apa din oceane. n contrast, mult mai micul rezervor al atmosferei este recirculat n 9-10 zile, n funcie de variaiile sezoniere. Apa rurilor i fluviilor este complet renoit la fiecare dou sptmni. Apa din lacuri este renoit la civa ani iar apele subterane necesit decenii. ntrebri de verificare i evaluare a cunotinelor 1. Cea mai mare parte a apei de pe Terra este: a. n stare solid b. n faz gazoas c. n ruri i lacuri d. n mri i oceane. 2. Cine pune n micare apa pe Pmnt? a. energia solar b. atracia lunii c. fora gravitaional d. micarea de rotaie. 3. Ce se nelege prin ciclu hidrologic? a. topirea zpezii, primvara b. evaporarea apei, vara c. micarea apei pe suprafaa uscatului, sub aciunea energiei solare d. nghearea apei sub aciunea gerului prelungit. 4. Care sunt tipurile de ciclu hidrologic? a. perfect i imperfect b. complet i incomplet c. anual i sezonier d. zilnic i sptmnal. 5. Ciclul hidrologic complet are n plus: a. cderea apei sub form de ploaie b. purificarea la 4 C c. ridicarea din nou spre suprafaa solului, cu un aport simultan de nutrieni d. scurgerea pe suprafaa solului. 6. Ciclul hidrologic incomplet cuprinde: a. precipitarea apei pe sol b. scurgerea pe suprafaa solului c. infiltrarea apei de ploaie n sol10

d. trecerea prin stratul central al freaticului (la 4 C). 7. Ce se nelege prin timp de reziden? a. viteza de evaporare a apei b. timpul n care o mas de ap rmne ntr-o poriune de ap determinat c. perioada dintre dou precipitaii d. perioada necesar apei s parcurg traseul de la izvor la vrsare. 8. Ce este rata de renovare? a. viteza de curgere a apei b. cantitatea de ap evaporat zilnic c. rata de rennoire a apei ntr-un anumit loc d. cantitatea de ap care precipit zilnic. 9. Timpul de reziden este cel mai mic i rata de renovare cea mai mare n: a. atmosfer b. ruri c. fluvii d. oceane.

11

2. Apa ca resurs naturalPentru nevoile sale, omului i trebuie o ap curat. Ea este luat din apele de suprafa i subterane, este tratat prin procedee fizico-chimice i este livrat cu un coninut ct mai sczut de suspensii, substane chimice i microorganisme; dup tratare, ea se numete ap potabil. Resursele de ap sunt clasificate obinuit ca: (1) ap de suprafa sau (2) ap subteran. Zonele deficitare au de asemenea aceste dou tipuri de resurse, dar n rezerve reduse. Astfel, chiar zonele aride din vestul SUA au cteva ruri mari (ex., Colorado) i rezerve subterane. Deoarece precipitaiile sunt reduse, aceste resurse se refac mult mai greu dup consum. Doar 1% din apa total reprezint apa vehiculat n circuitul hidrologic i accesibil societii umane.

2.1 Apele de suprafaOamenii au folosit n mod tradiional apele de suprafa, acolo unde a fost posibil, deoarece sunt mult mai accesibile dect apa subteran. Apele de suprafa includ (a) apele curgtoare, precum fluviile i rurile, i (b) ape de bazin, ca blile i lacurile. Viaa oricrei fiine, procesele sale, metabolismul sunt condiionate n desfurarea lor de existena apei. Pentru activitile sale, omul utilizeaz cantiti tot mai mari pe care, dup folosire, le deverseaz n emisari. Circa 20% din precipitaiile care cad pe pmnt curg pe suprafa, mai nti ca strat, apoi pru i apoi uvoi. Aceste uvoaie numite frecvent "tributari" converg eventual ntr-un ru mare. Cum apa curgtoare curge dinspre pruri spre ruri, se sap progresiv canale mai mari, crendu-se un model de arbore. regiunea drenat de o astfel de reea e numit bazin de drenaj. Vile fluviilor i rurilor de la Nil la Mississippi, au fost ntotdeauna printre cele mai intens populate zone. Motivele sunt numeroase: (a) solul luncilor este bogat n nutrieni, depui cnd rul inund; (b) apa asigur un mijloc la ndemn de transport i navigaie; (c) apa n micare transport reziduurile la distan mai uor dect lacurile i alte ape stagnante; (d) rul asigur o surs de ap potabil. Aceste folosine variate intr frecvent n conflict, iar conflictele s-au intensificat pe msur ce populaia uman n cretere a aplicat presiuni tot mai mari asupra resurselor de tip fluviu sau ru. n 1969, au fost deversate n rul Cuyahoga, lng Cleveland-Ohio, cantiti att de mari de reziduuri industriale, nct rul a luat foc. Astfel de incidente au condus la Actul Apei Curate al SUA i la alte legislaii, la nceputul anilor 1970, care au reuit s menin apele curgtoare disponibile pentru anumite folosine. Apele dulci stagnante, precum blile i lacurile, sunt mai uor poluate dect apele curgtoare. Deoarece primele se formeaz prin acumularea apei n depresiuni locale n pmnt, reziduurile nu sunt transportate, ci tind s se acumuleze n bazin. Rezerva de ap, chiar n bazine foarte mari ca Marea Aral, poate srci dac se fac presiuni suficiente.12

2.2 Apa subteranVasta majoritate a apei dulci accesibile apare ca ap subteran. Apa subteran este un termen general care se refer la apa aflat sub suprafaa Pmntului. Cca. 10% din apa de precipitaii intr n cele din urm n sol, infiltrndu-se prin sol i roc. Deoarece apa este atras gravitaional, ea umple porii rocilor, pn este oprit de un strat de roc impermeabil. Pe msur ce apa infiltrat se adun, ea formeaz zona de saturaie, ce const din goluri complet saturate cu ap. Deasupra acesteia este zona de aeraie, care const din goluri care pot fi umezite dar nu saturate. Platoul apei este hotarul dintre zonele de saturaie i aeraie. Roca care conine zona de saturaie este cunoscut ca acvifer. Un acvifer trebuie s fie o roc relativ permeabil, precum: nisip, pietri, fragmente de calcar sau de granit. Rocile impermeabile care blocheaz curgerea apei sunt numite acviclude (ex., argile). Acvicludele pot separa zona de saturaie n unul sau mai multe acvifere numite frecvent acvifere nchise. Acestea sunt aprovizionate cu ap din una sau mai multe zone de rencrcare, prin care apa de ploaie se infiltreaz pn la ele. Dac acviferul este suficient de nchis de acviclude astfel nct presiunea apare datorit rencrcrii, poate rezulta o fntn artezian. Injectarea reziduurilor n puuri, n acvifere bine nchise a fost demult o metod comun de a scpa de reziduuri, deoarece se credea greit c reziduurile nu se vor scurge n acviferele superioare care asigur frecvent apa potabil. Dar acvicludele prezint frecvent fisuri sau alte deschideri care permit apei s se mite ntre acvifere; acviferele nchise sunt rareori complet nchise. n zonele cu ploi intense, platoul apei tinde s fie lng suprafa. Acest lucru este valabil n special pentru locurile joase, precum Florida, care e apropiat de nivelul mrii. n astfel de zone, lacurile i rurile sunt n special abundente, deoarece ele apar acolo unde nivelul solului coboar sub nivelul apei. Acolo unde oceanul este aproape, apa subteran cea mai apropiat de ocean va fi compus din ap srat. Apa subteran srat va migra spre interiorul rii, dac oamenii vor preleva prea mult ap. 2.2.1. Probleme n legtur cu apa subteran Aproape toate zonele Terrei au rezerve subterane de ap. n ciuda acestei bogii, au aprut dou grupe de probleme care reduc utilitatea apei: Probleme de deversare (ex., poluarea apei freatice); Probleme de prelevare: - srcire - denivelarea /scufundarea terenului - ptrunderea apei srate. Problemele legate de deversare apar datorit descrcrii de toxine, metale, substane organice i alte multe materiale n rezerva subteran /freatic. Poluarea apei freatice este considerat n general a fi problema major de poluare13

a apei n viitor. Pn acum civa ani, cercetarea i legislaia neglija n cea mai mare parte poluarea apei freatice, concentrndu-se asupra apelor de suprafa. Totui, micarea slab a apei freatice (n medie, circa 15,2 m.an-1) produce staionarea poluanilor n ap pentru lungi perioade de timp. 2,7% din apa de pe Terra este ap dulce, potabil. Statele Unite, Canada i Australia sunt cei mai mari consumatori, fiecare folosete mai mult ap per capita dect majoritatea celorlalte naiuni. Cu excepia Europei i Americii de Nord industrializate, oamenii folosesc cea mai mare parte a apei pentru a obine hrana. Per capita se consum 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 prelevrii apar datorit ndeprtrii apei din acvifer. Srcirea apare cnd apa freatic este prelevat mai repede dect se poate rencrca acviferul. Acviferele se pot epuiza chiar n zone cu cderi foarte mari de ploaie, deoarece pompele fabricate ndeprteaz apa freatic la o rat mult mai mare dect se rencarc acviferele (cel puin 200 ani pentru o rencrcare complet). n astfel de cazuri, apa freatic devine o resurs neregenerabil care este extras n timpul unei viei de om. Mare parte din centrul i sudul Floridei, de ex., sufer deja o criz sever de ap freatic, n ciuda ploii foarte intense. Srcirea este adesea sever agravat prin pavarea zonelor de rencrcare, care mpiedic apa s se infiltreze. O alt problem este distrugerea mlatinilor i altor zone umede ("rinichii" ciclului hidrologic). Acestea sunt zone majore de rencrcare, deoarece rein apa lungi perioade de timp, purificnd apa. SUA au pierdut deja circa 1/2 din zonele umede, datorit dezvoltrii urbane i agricole. Timpul de rencrcare este mai lung n zonele cu mai puin ploaie. Deerturile i alte zone deficitare n ap tind s aib acvifere la mare adncime, astfel nct trebuie spate puuri adnci pentru a ajunge la ele. Aceast ap freatic este frecvent numit "fosil", deoarece a fost depozitat cu mii de ani n urm, cnd climatul n zon era mai umed. Ca rezultat al vrstei apei, calitatea ei este frecvent slab, de ex., puternic srat. Mai important, cnd apa este prelevat n astfel de zone aride, sunt necesari mii de ani pentru rencrcare. Cnd apar cereri mari n zone cu puin ploaie, precum sudul Californiei, cu populaia sa dens sau vestul mijlociu cu agricultura sa intensiv, problemele aprovizionrii apei freatice devin acute. Utilizarea excesiv a apei freatice a dus la coborrea nivelului acesteia. Marele acvifer Ogallala din Marile Cmpii furnizeaz ap pentru "coul cu pine" al lumii (SUA). Totui, acest acvifer este probabil pe 1/2 mai secat, cu rate de rencrcare care sunt mult mai mici /lente n climatul mai uscat de azi: cea mai mare parte a acviferului Ogallala s-a format cu multe mii de ani n urm, n timpul climatului mai umed al Erei Glaciare.14

Rata srcirii freaticului poate fi estimat prin rata scderii nivelului apei ntr-o zon. Ex.: Tucson-Arizona: 2,1 m.an-1; Beijing-China: 0,91 m.an-1; ManilaFilipine: 9,1 m.an-1; Tamil Nadu-India: 27,4 m.an-1. A doua problem legat de prelevare: scufundarea uscatului, este mai localizat dect srcirea. Cu toate acestea, scufundarea este foarte costisitoare pentru cei care triesc n acele zone. Uscatul se scufund, antrennd cu el cldiri, drumuri i alte structuri superficiale. La nceput, aceast coborre este localizat n jurul puului, unde nivelul apei care se retrage formeaz un con de depresie. Pe msur ce se sap puuri pentru a extrage apa din acvifer, ntreaga pnz de ap va cobor. Scufundarea tinde s fie grav mai ales n zonele urbane (prelevare intens) cu acvifer de sedimente puternic saturate cu ap. Un exemplu notoriu este Mexico City. A fost construit pe fundalul unui lac strvechi astfel nct prelevarea masiv a apei freatice a produs scufundarea uscatului cu muli metri. n unele cldiri trebuie intrat acum pe la etajul nti. Houston Texas; Veneia Italia i alte orae de coast sufer o scufundare semnificativ. S-au fcut eforturi pentru a combate scufundarea prin pomparea apei napoi n acvifer. Pe lng costul ridicat, totui, abilitatea acviferului de a menine apa este frecvent redus n mod permanent, deoarece spaiul gol, odat redus, nu mai poate fi recreat. ntrebri de verificare i evaluare a cunotinelor 1. Cum sunt clasificate resursele de ap? a. deficitare, suficiente i excedentare b. de suprafa, respectiv subterane c. atmosferice, respectiv terestre d. gazoase, lichide i solide. 2. Unde au nflorit marile civilizaii umane? a. n peteri b. la rmul mrii/oceanului c. n jungla amazonian d. pe malul rurilor mari. 3. Ce este un acvifer? a. o roc relativ permeabil b. o roc impermeabil c. un rezervor d. un bazin hidrografic. 4. Problemele n legtur cu apa subteran sunt: a. ptrunderea apei srate b. desecarea c. evaporarea freaticului d. srcirea n sruri.15

3. Proprietile apeiApa este singurul compus chimic ce se gsete natural n stare solid, lichid sau gazoas. Apa este mediul intern universal al tuturor organismelor, reprezentnd mai mult de 90% n structura materiei vii. Relaia unic dintre ap i organismele vii vine din faptul c apa este un solvent universal: aproape orice se dizolv n ap, ntr-un anumit grad. Apa este i mediul extern al tuturor formelor de via acvatice i poate funciona ca resurs, condiie i habitat. Apa este att de comun nct presupunem c este un lichid tipic. Dar, de fapt, aproape toate proprietile sale chimice i fizice sunt neobinuite, comparativ cu alte lichide (Apa este unicul mineral lichid, exceptnd mercurul.). Majoritatea proprietilor neobinuite ale apei n legtur cu reaciile fizicochimice se explic prin nsi molecula de ap sau oxid de hidrogen (H-O-H). Dei molecula de ap ca ntreg este neutr electric, ea conine sarcini electrice; este un dipol. Forma moleculei de ap, cu un unghi al (legturilor) apei de 105, conduce la apariia unui pol cu hidrogenul ncrcat electropozitiv, n timp ce cellalt pol este ncrcat electronegativ. Explic i de ce apa este atras spre ionii ncrcai. Cationi precum Na+, K+, Ca2+, devin hidratai datorit atraciei lor ctre captul cu oxigen al moleculei de ap, ncrcat negativ. Legarea fiecrei molecule de ap de alte molecule de ap i de alte componente biologice explic proprietile soluiei. Aceste sarcini creeaz o relativ puternic atracie ntre moleculele de ap, ceea ce explic de ce apa fierbe la temperaturi att de ridicate. Puternicele sarcini electrice sunt importante i n creterea reactivitii chimice a unei substane, ceea ce explic de ce apa este un solvent att de bun. n apa lichid, n funcie de temperatur, se pot ntlni diverse asociaii moleculare care corespund formulei generale de tip polimeric (H2O)n, unde n = 2-6. Din cele 18 tipuri de ap posibile, datorit celor 6 izotopi de oxigen (instabili: 14O, 15O, i 19O, respectiv stabili: 16O, 17O, i 18O) i 3 de hidrogen (1H, 2H i 3H), n natur se gsesc doar 9, cele mai importante fiind apa grea, apa supergrea i apa uoar. Apa grea conine izotopul deuteriu (2H216O sau D2O) i se ntlnete n oceanul planetar la adncimi mari. Intr n alctuirea mediului intern al organismelor abisale, ncetinind reaciile metabolice accelerate de presiunea hidrostatic mare. Apa supergrea conine izotopul tritiu (3H216O sau T2O) i se gsete n cantiti reduse n apa de ploaie.

3.1. Proprietile organoleptice ale apeiApa curat este insipid, inodor, limpede. Apele naturale, datorit prezenei impuritilor, au aspect, miros, gust i culoare particulare. Aspectul apei se cerceteaz cu ochiul liber. Proba de ap poate fi opalescent, tulbure sau colorat.16

Mirosurile sunt imprimate de substanele organice i anorganice care ajung pe diferite ci n apele naturale sau de substanele de metabolism eliminate de alge n ap. Algele produc substane organice analoage uleiurilor eterice i imprim apei mirosuri diferite: castravei - Synura, Asterionella: la densiti mici miros aromatic, iar la densiti mari miros de pete; Anabaena: iarb proaspt cosit sau de mucegai. Apele naturale sau cele poluate pot avea mirosuri diferite, codificate prin simboluri precum: A - aromatic; P - pmntos; Cl - clorurat; F - fecaloid; S sulfurat; B - balsamic; H - hidrocarburi; M - mucegai; Cm - medicamentos; V - de varz; Gustul particular (srat, amar, slciu, de medicamente, de pmnt, metalic) este determinat de prezena n ap a unor substane organice sau minerale, sau de proliferarea unor alge. Ex.: - concentraiile mari de fier dau un gust metalic; - concentraiile crescute de calciu dau un gust slciu; - concentraiile ridicate de magneziu dau un gust amar; - concentraiile nsemnate de cloruri dau un gust srat; - amestecul de clor i fenoli confer un gust medicamentos; - proliferarea actinomicetelor imprim un gust de pmnt. Culoarea apelor naturale este determinat de concentraia de fitoplancton, tripton (materie nevie n suspensie) i substane humice dizolvate. Culoarea scade valoarea comercial a apei att pentru folosina casnic, ct i industrial. Culoarea apei variaz de la albastru la verde sau cafeniu, n funcie de substanele solvite (n majoritate organice) - culoarea real i cele coloidale aflate n suspensie - culoarea aparent. Culoarea albastr a apelor curate i adnci se datoreaz radiaiilor albastre care au cea mai mare putere de ptrundere. Culoarea galben se datoreaz coninutului mare n substane organice, cea galben-rocat substanelor humice i fierului, cea galben-brun argilei coloidale, cea rocat sau verde dezvoltrii din abunden a unor specii de alge. Turbriile au o coloraie cafenie datorit substanelor humice. Exist ecosisteme cu ape negre din zona taigalei boreale pn la pdurile ecuatoriale. Culoarea neagr se datoreaz materiei organice dizolvate, n special acizi humici, provenii din descompunerea materiei organice n bazinul hidrografic. Lacurile glaciare (oligotrofe) sunt gri sau albe, dac primesc aporturi de particule de roc de origine glaciar, sau albastre, dac particulele s-au depus. n golfuri, fiorduri i estuare, apa poate cpta o culoare roie (flux rou) sau violacee, datorit proliferrii dinoflagelatelor din genurile Gonyaulax, Glenodium sau bacteriilor din familia Athiorhodaceae. Coloraia apelor indic i productivitatea acestora. Culoarea verde arat o productivitate natural crescut. "nflorirea" apei cu diferite specii de alge imprim acesteia culori diferite.

17

3.2. Proprietile fizice ale apeiTransparena reprezint grosimea stratului de ap prin care se pot observa cu claritate contururile unui obiect scufundat. Transparena relativ a apei sau adncimea Secchi (transparena msurat cu discul Secchi) reprezint adncimea exprimat n metri, pn la care ptrunde lumina. Transparena apei din ecosistemele acvatice variaz n funcie de concentraia substanelor minerale i organice din ap, i de densitatea organismelor planctonice din aceasta. Lumina vizibil ptrunde prin masa apei conform unei relaii negativexponeniale numite "legea lui Lambert-Beer":Iz = I0.e-z

= coeficientul de absorbie sau extincie a luminii; Iz = intensitatea luminii la adncimea z; I0 = intensitatea luminii la suprafa. n rurile ce traverseaz "pmnturi roii" (cu mult fier), lumina este absorbit n primele straturi. Un coeficient de extincie ridicat poate fi rezultatul mlului i al altor materii anorganice n suspensie, dar poate fi datorat i unei densiti mari a fitoplanctonului. Apa foarte clar este, n general, indicatorul unei productiviti sczute. Transparena n lacul Tanganyika este de 40-50 m. Botnariuc i Beldescu (1961) au introdus indicele de transparen (T/A); la o valoare T/A mai mic de 0,2 m, nu se instaleaz macrofitele submerse. n lacurile oligotrofe arctice foarte transparente, puin adnci, care nu ofer refugiu n faa radiaiei duntoare, o mare parte din populaia de Daphnia este pigmentat maro-nchis sau negru, datorit melaninei. Aceasta sugereaz c mecanismul este o adaptare la stresul UV. Degradarea ozonului stratosferic a produs creterea iradierii UV pe pmnt cu 10-20% n ultimele decade. Dei UV sunt puternic absorbite de ap, organismele acvatice i ecosistemele acvatice sunt afectate. Apa absoarbe selectiv lumina vizibil, ncepnd cu cea infraroie. Absorbia cea mai rapid are loc la extremitile spectrului: la 75 m adncime nu mai exist radiaii UV i portocalii. Radiaia roie ptrunde pn la 18 m, cea galben pn la 100 m, cele verzi i albastre pn la 240 m. Radiaiile albastre i violet pot ajunge pn la 300 sau 600 m, n funcie de condiiile locale de radiaie solar i transparen. Turbiditatea datorat suspensiilor solide (ml) n suspensie va srci puternic apa n lumin vizibil. Lumina provine n principal de la Soare i n foarte mic msur de la organismele productoare de lumin. Intensitatea luminii variaz n funcie de: latitudinea geografic, sezon, lungimea de und a radiaiei incidente, gradul de turbulen a apei, natura chimic a particulelor din ap etc. Intensitatea luminii variaz cu adncimea, astfel c de la suprafa spre fundul bazinului se pot descrie urmtoarele zone:18

zona eufotic sau polifotic, ntre 1-100 m. Este zona proprie organismelor fotoautotrofe, unde exist lumin suficient pentru a activa procesele fotosintetice. 160 m este adncimea maxim pentru plantele bentice. Zona eufotic este cea mai variabil ca salinitate, temperatur i oxigenare, cea mai bogat n nie ecologice i supus influenelor fizice i trofice ale uscatului nvecinat; este cea mai perturbat de micrile apei: maree, valuri, cureni. zona disfotic sau mezofotic, o zon "de amurg" pn la 200-250 m. Este locuit de bacterii fotosintetizante i cocolitoforide foarte sensibile la lumin; ptrund radiaiile albastre i violet. zona oligofotic, extrem de slab luminat, pn la 1.500 m; ptrund radiaiile albastre i violet. zona afotic, lipsit de lumin, unde triesc unele organisme luminiscente. Adncimea pn la care ajunge lumina solar depinde de unghiul de inciden, de sezon etc. n general, lumina ptrunde pn la 200 m adncime. Intensitatea maxim a produciei nu este chiar la suprafaa apei, ci ntre 10-30 m adncime, n funcie de micrile apei. Figura 3.1. arat efectul apei oceanice limpezi asupra unei raze de lumin. Componenta roie este puternic absorbit la numai 10 m de la suprafa. n adncime, scena apare luminoas, efectul datorndu-se reducerii radiaiilor roii, portocalii i galbene i efortului de adaptare a ochiului la o intensitate sczut a luminii. Sub 20 m, lumea scafandrului este verde, albastr, violet i neagr.

Fig. nr. 3.1. Absorbia radiaiilor vizibile n mediul acvatic

19

Fenomenul de bioluminiscen caracterizeaz apele marine cu adncimi mai mari de 250-300 m i, mai puin, apele dulci, interioare. n Marea Neagr, se ntlnesc organismele bioluminiscente: Ceratium i Noctiluca (dinoflagelate). n mrile tropicale, astfel de specii sunt mai numeroase: meduze, crustacee, peti etc. Ex. Pyrosoma (salpe), Gorgone (celenterate). Bioluminiscena const n oxidarea luciferinei, reacie n care intervine o molecul de oxigen i o enzim numit luciferaz:oxidare

luciferin

+

oxigen

+

luciferaz

oxiluciferin + lumin (molecul luminiscent destul de excitat pentru a emite un foton)

Lumina poate fi emis sub form de sclipiri instantanee sau constante. Funciile luminii: - cea mai general ar fi evadarea. n anumite cazuri, prdtorul este surprins i ameit de lumin; n altele, lumina salveaz animalul, disimulndu-i forma, crend un contur difuz sau fcndu-l invizibil (peti, calmari); - comunicare intraspecific, cu valoare de semnale pentru ali indivizi, permind formarea perechilor. Micarea apei n ecosistemele acvatice (hidrodinamismul) const n: valuri, cureni i maree. Agitaia vertical a apei nceteaz n cazul n care exist un important gradient de densitate ntre straturile superioare i cele inferioare, situaie ce corespunde unei nclziri sau saliniti diferite a straturilor de ap. Vntul transfer energie mecanic apei. Valurile spal sau sfrm substratul, modificnd astfel condiiile de existen ale organismelor ce triesc pe i n substrat. Prin turbiditatea produs, valurile mpiedic ptrunderea luminii n adncime. n largul mrii, agitaia apei constituie principalul factor de mediu; salinitatea, concentraia oxigenului dizolvat i pH-ul sunt aproape constante. Curenii sunt de dou tipuri: de suprafa i de adncime. Cei de suprafa (calzi sau reci) produc mari variaii de temperatur ale apelor prin care trec. Acestea sunt urmate de ocuri termice i moartea n mas a animalelor stenoterme. Curenii de adncime ies la suprafa n lungul unor coaste nalte (ex., rmul vestic al Americii de Sud), aducnd pe lng apele reci elemente biogene (P i N). Vnturile dinspre rm spre larg, prin punerea n micare a apei de suprafa, pot produce urcarea apei din nivelurile mai adnci spre suprafa. Acest fenomen upwelling, apare la latitudini mici, n lungul coastelor vestice ale continentelor, pentru a nlocui apa de suprafa care curge spre vest, datorit curenilor ecuatoriali (de la 100200 m, lng Canare, Peru, California, Benguela, Australia de vest). Fenomenul de upwelling este asociat cu dezvoltarea bogat a fitoplanctonului i implicit a tuturor verigilor lanurilor trofice pn la peti: ex., upwelling-ul din Marile Lacuri Americane i din Lacul Tanganyika. Cel din Marile20

Lacuri este indus de efectul Coriolis; cel din lacurile mici i mijlocii apare n urma nclinaiei picnoclinei ca rspuns la fora vntului (figura 3.2.).Vnt dominant Apa de suprafa, pus n micare de vnt

Uscat

Apa de adncime ce urc, nlocuind apa de suprafa

Abrupt/taluz continental

Fig. nr. 3.2. Upwelling datorat aciunii vntului pe suprafaa apei

Mareele caracterizeaz zona tidal a mrii. n zona tidal triesc numai organisme euribionte, capabile s suporte toate variaii largi ale factorilor fizici i chimici. Organismele prezint o zonare pe vertical, dependent de mecanismele lor de supravieuire n absena apei. Ex., gasteropodul Littorina respir n perioada refluxului prin intermediul unei pelicule de ap ce rmne sub cochilie, la marginea branhiilor. Organismele din zona tidal sunt capabile s piard foarte mult ap prin desicare, uneori pn la 50%. Aceasta este zona n care formele actuale de animale marine se adapteaz lent la viaa terestr i invers, fenomen demonstrat de schimbrile funcionale constatate (respiraie, rezisten la uscciune, hrnire etc.). Decapodele terestre pot efectua deplasri prelungite departe de ap, carapacea fiind un nveli impermeabil care acoper i spaiul branhial. Ele se pot detaa de mediul acvatic doar temporar, deoarece brahniiile nu funcioneaz dect acoperite de ap. Ex., crabul Birgus latro poate rezista la aer, chiar dac are o respiraie branhial. Multe gasteropode marine i viermi pot iei pe uscat unde se hrnesc i ptrund n mare numai pentru a elimina produii de excreie acumulai n timpul emersiunii. Petele teleostean Periophtalmus poate abandona zona de maree pentru a se cra n arbori. El are solzi impermeabili i respir cu ajutorul intestinului. Sunetele nu lipsesc n domeniul acvatic, n special ultrasunetele. Acestea au rol de semnale. Viteza sunetului n ap este de 4-5 ori mai mare dect n aer. Turbiditatea este o msur a proprietilor de transmitere a luminii, datorit mprtierii i absorbiei razelor luminoase de ctre particulele foarte fine aflate n suspensie i care nu se sedimenteaz n timp. Turbiditatea reduce transparena, scade zona de fotosintez i productivitatea apei. Speciile criofile21

(ex., salmonidele), mai ales ca ou sau alevini, sunt afectate de creterea turbiditii, n timp ce speciile termofile (ex., ciprinidele) sunt rezistente la turbiditatea crescut a apei. Suspensiile minerale autohtone i alohtone, organismele moarte sau pri ale acestor organisme i substanele organice solvite formeaz mpreun detritusul. Acesta este o surs important de hran pentru hidrobionii filtratori fixai (molute, spongieri) sau pentru cei pelagici (rotifere, crustacee etc.). Suspensiile din coloana de ap (sestonul) sunt de natur organic i/sau anorganic (mineral). Sestonul este alctuit dintr-un bioseston alctuit din organisme vii (plancton) i un abioseston sau tripton, alctuit din detritus i suspensii minerale aduse de aflueni. Cnd crete, cantitatea de tripton anorganic interfereaz cu alimentaia animalelor: pentru prdtori, determin o eficien sczut n descoperirea przii; n cazul filtratorilor de particule organice, reelele de filtrare se satureaz cu cristale, limitnd alimentaia; la organismele detritivore duce la creterea cantitii de seston care se depoziteaz peste bentos. Materia organic n suspensie (biosestonul) are dimensiuni mai mari de 0,45 m. n lacuri, cea mai mare parte a sestonului o reprezint planctonul, iar ntrun ru domin triptonul (exist puin plancton pentru c organismele sunt luate de curent). Densitatea: are valoarea maxim la 4 C ( = 1,05 g.cm-3). Densitatea medie are valoarea de 1,00 g.cm-3. Apa este unicul lichid obinuit care se dilat la rece. Datorit densitii mai mici, apa ngheat plutete. Dac apa ar fi ca majoritatea lichidelor, gheaa format la suprafa s-ar scufunda, permind apei din ruri, fluvii, lacuri s nghee puternic, omornd n fiecare iarn petii, plantele i alte forme de via acvatice. Relaia temperatur/densitate nu este liniar (figura 3.3.). Apa atinge densitatea sa maxim la o temperatur de 4 C; sub aceast temperatur va crete densitatea; peste 4 C, pe msur ce temperatura crete, apa ocup un volum mai mare iar densitatea ei scade.

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

22

Densitatea apei de mare la o salinitate medie de 35 este de 1,028 la 4 C i o atmosfer. Densitatea apei dulci este cu att mai mare cu ct apa este mai dur. Apa de mare i crete densitatea pn la punctul de nghe: -2 C. Talia organismelor este limitat de greutate; astfel, n mare, datorit densitii mari a apei, organismele pot avea talii mult mai mari dect ale rudelor din mediul terestru: ex., algele macrofite de sute de metri (Macrocystis), calmarii gigani (Architeuthis), balenele (Balaenoptera musculus). Vscozitatea apei este relativ joas i msoar fora de frecare ntre masele de fluid ce se deplaseaz. Este de aproape 100 ori mai mare ca cea a aerului i influeneaz profund viaa organismelor acvatice. Ea crete o dat cu salinitatea i variaz invers proporional cu temperatura. Tensiunea superficial a apei este destul de ridicat (72,7.10-3 N.m-1). Pe baza acesteia, pelicula superficial a apei se comport ca o membran elastic. Organismele acvatice prezint suprafee hidrofile (corpul se ud, pentru c forele de coeziune ce menin moleculele de ap unite sunt mai mici dect forele de adeziune la organism, respectiv hidrofobe (corpul nu se ud, deoarece forele de coeziune sunt mai mari dect forele de adeziune). Aceasta face ca n lacuri s se creeze o comunitate de indivizi la interfaa aer/ap numit neuston. Presiunea hidrostatic depinde de nlimea coloanei de ap i de densitatea ei. n apele dulci, presiunea apei crete cu o atmosfer la fiecare 10,33 m, iar n cele marine cu o atmosfer la fiecare 9,98 m. Apa din corpul organismelor acvatice are aceeai presiune ca i apa din exterior. Organismele abisale scoase la suprafa mor, datorit lipsei unor faze de adaptare fiziologic la scderea presiunii. n Oceanul Pacific, la adncimi de peste 10 km, triesc bacterii barofile, foraminifere, polichete, holoturii etc. Unele bacterii triesc n jurul courilor vulcanice de pe fundul mrii; ex., Pyrolobus fumarii triete la 113 C i peste 1.000 atmosfere (Ecuador). Variaile verticale ale presiunii hidrostatice sunt rapide i puternice. Vidrele de mare plonjeaz pn la 20 m, majoritatea speciilor de foc ajung la 250 m, caaloii ajung pn la 1600 m, cteva specii de nevertebrate triesc la 10.500 m (Groapa Filipinelor, la 1 t.cm-2): anemone de mare, bivalve, holoturii, crustacee, echinoide. Exist organisme stenobate, incapabile s suporte schimbri ample sau rapide, care populeaz fie apele puin adnci (gasteropode ca: Littorina, Patella, Purpura, Haliotis, bivalvele Mytilidae care triesc n zona mareic), fie zonele abisale. Gasteropodul Turris, lamelibranhiatul Limopsis, monoplacoforele din genul Neopilina, unii teleosteeni i selacieni precum Chimaera sunt stenobate de ape adnci. Euribatele sunt capabile s suporte mari schimbri de presiune hidrostatic; ex., steaua de mare Henricia sanguinolenta triete de la zona mareic pn la 2500 m; holoturiile: Elpidia i Myriotrocus de la sute la 6-9000 m; echinoidul Cidaris cidaris de la 50 la 2000 m; ofiuridul Ophiacantha bidentata, specie sublitoral n Groenlanda, poate ajunge n sud la mii de m adncime. Aceast distribuie este explicat prin stenotermia respectivelor specii. Alte23

euribate sunt bivalve precum: Modiolaria discors, Scrobicularia longicallus sau gasteropode precum Natica groenlandica, care triesc din zona perilitoral pn la 4000 m sau crustaceele planctonice, capabile s se deplaseze pe sute de metri adncime, cu o periodicitate nictemeral. Camerele aerifere de la cefalopode (Sepia, Nautilus, Spirula) le permit acestora s desfoare o via nectonic, deplasndu-se activ sute de metri pe verticala apei. La calmarii oceanici din familia Cranchidae, cavitatea celomic care conine NH4Cl joac rol de camer de flotaie. Temperatura este factorul de mediu care exercit cea mai puternic influen asupra organismelor hidrobionte, fie direct prin aciunea asupra metabolismului, reproducerii i repartiiei speciilor, fie indirect prin modificarea proprietilor fizico-chimice ale apei. Suprafeele de ap sunt slabi reflectori ai radiaiei solare i, de aceea, servesc ca o bun chiuvet pentru energia solar. Apa are o capacitate caloric ridicat, ceea ce nseamn c poate absorbi energie caloric cu o cretere minor a temperaturii, comparativ cu alte substane. Temperatura apei fluctueaz mai puin dect temperatura uscatului, astfel nct mari mase de ap, precum oceanele, servesc ca influene moderatoare asupra climatului. Spre regiunile polare, temperatura scade att de mult, nct la suprafa poate nghea formnd banchize, ceea ce mpiedic rcirea apelor de adncime sub -2 C. Deriva aisbergurilor spre ecuator produce rcirea apelor de suprafa. Spre adncime, temperatura se reduce, pn la zona de constan termic relativ. Sub 1000 m, temperatura este de 1 C pn la 2 C n toate mrile. Singura surs important de cldur pentru bazinele acvatice naturale este radiaia solar, care este rapid absorbit n straturile superioare ale apei. Fluxul termic care vine din profunzimea pmntului i traverseaz fundul mrilor este practic neglijabil. Rcirea apei se produce prin radiaie, evaporare sau topirea gheii, toate fenomene de suprafa. Transferul de cldur spre straturile inferioare ale apei, se realizeaz numai prin micarea efectiv a acesteia, adic prin circulaie vertical. Datorit capacitii calorice ridicate i abilitii apei de a se amesteca i disipa rapid cldura, organismele acvatice nu trebuie s se adapteze la o mare varietate de temperaturi sau la modificri rapide de temperatur. n apele de suprafa cu temperatur variabil, n special n apele de rm, pot tri numai organisme euriterme, al cror metabolism se poate desfura ntr-un diapazon larg, n timp ce n apele mai adnci pot exista i organisme stenoterme, legate, obinuit, de zone mult mai restrnse sub aspect termic. Organismele abisale sunt stenoterme. Exist variaii termice circadiene i sezoniere. Variaiile diurne i anuale (sezoniere) ale temperaturii apei sunt mai reduse dect cele ale solului. Vara i iarna, n lacurile din zona temperat se constat o stratificaie termic. Deoarece apa are densitatea maxim la 4 C, apa devine mai uoar la temperaturi spre 0 C (punctul de nghe). Densitatea apei lichide la 0 C este mai mare dect densitatea apei ngheate la aceeai temperatur. Apa solid i cea24

cald plutesc peste cea rece. n timpul iernii, majoritatea lacurilor nu nghea pn la fund, datorit gheii izolatoare de la suprafa. Pe lacuri, gheaa se formeaz dup o perioad mai lung n care temperatura aerului se menine la 3, -4 C. Primvara i toamna, temperatura se omogenizeaz n toat masa apei. Variaiile anuale depind de adncime i latitudine, a cror aciune este conjugat. Variaiile termice sezoniere se mai numesc i variaii termice verticale. n timpul verii, apa unui lac se mparte n trei zone (figura nr. 3.4.): epilimnion, o zon superficial, unde apa este agitat de vnt, iar temperatura descrete lent, o dat cu creterea adncimii: termoclin/mezolimnion/metalimnion (ptura saltului termic), o zon de tranziie, unde temperatura descrete rapid, cu cel puin 1 C.m-1; hipolimnion, o mas de ap relativ stagnant, cu variaii termice anuale foarte mici.

Fig. nr. 3.4. Repartiia vertical a temperaturii ntr-un lac temperat (n perioada stagnrii estivale) (dup Welch, 1952)

n apa mrilor i oceanelor exist trei straturi, cu variaii termice diferite, n funcie de adncime: un strat superficial (troposfera sau termosfera marin), gros de cca. 400 m, cu ape agitate de vnt, cu variaii de temperatur zilnice pn la cca. 50 m i sezoniere pn la peste 50 m.25

un strat intermediar, pn la cca. 1.500 m adncime, cu temperaturi ce coboar pn la 1-3 C. un strat profund, cu temperatur uniform de 1-3 C, exceptnd regiunile polare, unde se nregistreaz temperaturi apropiate de 0 C. Sub 3.000 m, chiar la latitudini ecuatoriale, apa nu depete 3 C, dect datorit unor fenomene locale excepionale. La mai mult de 5.000 m adncime, temperatura oscileaz ntre 2-2,5 C, cu minima spre 0 C. Temperatura medie la suprafaa Oceanului Arctic de -1,23 C. Temperatura n Oceanul Planetar poate ajunge la peste 90 C n sistemele hidrotermale puin adnci i 350 C n courile hidrotermale adnci (tabelul 3.1.).Tabelul nr. 3.1. Variaiile verticale ale temperaturii apei marine i oceanice (dup R. Dajoz) Adncimile (m) TEMPERATURILE (C) Oceanul Pacific Oceanul Oceanul Arctic Marea (Groapa Atlantic Mediteran Filipinelor) (sud) 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 adncimi, aproape de fundul oceanelor, temperatura nregistreaz o uoar cretere provocat de compresiunea apei. n aceleai condiii topografice, apa oceanelor nregistreaz temperaturi mai mici de 4 C, deoarece spre deosebire de apele dulci, a cror densitate este maxim la 4 C, apele srate au densitatea maxim sub aceast temperatur. Dei influena latitudinii asupra temperaturii apelor se exercit i n profunzime, ea este mai evident n straturile superioare. La suprafaa apelor polare, temperatura medie este de 2 C, iar la suprafaa apelor ecuatoriale de 27 C. n mrile nchise, nconjurate de masele continentale, temperatura este i mai ridicat. Ex. n Marea Roie, se nregistreaz o temperatur superficial medie de 34 C. La latitudini foarte mari sau foarte mici, temperatura apei este uniform aproape tot timpul anului. La latitudini temperate, rareori se nregistreaz variaii de temperatur mai mari de 10 C. Ex., n Marea Nordului exist oscilaii de 617 C; pe coasta de sud-vest a Angliei de 716 C. n mrile ntinse i puin adnci (Marea Neagr, Marea Chinei), amplitudinea acestor variaii este de 1820 C. Se pare c, cu ct organismele sunt mai puin evoluate, cu att temperatura maxim suportat de ele este mai mare. n unele izvoare termale au fost gsite bacterii (la 88 C) i cianobacterii (Phormidium bijahense i Oscillatoria filiformis, la 85 C). Prosobranhiatul Hydrobia aponensis triete ntr-un izvor din26

Italia, la 46 C. n Tunisia a fost gsit crustaceul Thermobathynella adami n izvoare, la 4548 C. Larvele de Chironomus pot tri n izvoare termale la 51 C, rizopodul Hyalodiscus la 54 C. Dintre vertebrate, teleosteeanul Cyprinodon macularis triete n California, la 52 C. Dintre animalele acvatice, cele mai multe sunt stenoterme, deoarece mediul acvatic se caracterizeaz prin variaii mici de temperatur. Organismele stenoterme (stenos = statornic) nu pot tolera dect variaii mici de temperatur, n timp ce euritermele (euris = larg) (ex. Astacus fluvialilis), sunt capabile s suporte variaii termice de mai mare amplitudine (ex., Planaria gonocephala ntre 0,524 C; stridia ntre 2 i 20 C, gasteropodul Hydrobia aponensis suport variaii mai mari, de la -1 la 60 C, broasca care rezist de la 1 la 30 C. n funcie de nivelul termic la care sunt adaptate, speciile stenoterme se mpart n: microterme (stenoterme criofile, psyhrofile, oligoterme), adaptate la temperaturi joase: ntre 0 C i 15 C de ex., Planaria alpina (sub 10 C) i pstrvul, care triesc n apele reci de munte (praie i ruri mici), bogate n oxigen (2-12 C) i megaterme (stenoterme termofile) (ex., Thermocyclops decipens i T. tenuiswas - copepode termofile, din apele calde ale Columbiei; Diaphanosoma brachyurum - specie megaloterm de cladocer, ntlnit i n apele romneti; cleanul suport ntre 16-28 C), adaptate la temperaturi crescute. Stenotermele termofile (politerme) triesc mai ales la tropice la 45-60 C. Ex. coralii madreporari, rspndii n ape mai calde de 22 C; n vecintatea rmului, unde se produc cureni reci (ex., rmul de sudvest al Africii), nu exist astfel de recifuri. Copepodul Copilia mirabilis nu tolereaz variaii mai mari de 6 C (2329 C). Petele Idus melanotus triete la 25 C. n izvoarele termale din Islanda, viaa animal nceteaz la 50-52 C. Peste aceast temperatur, exist asociaii vegetale fr animale (comuniti algale de cianobacterii). La 80-90 C dispar i algele, rmnnd numai bacteriocenoza (bacterii termobiotice) care rezist pn la 95 C. Organismele termofile extreme sau hipertermofile pot tri la temperaturi de 80-110 C, n courile vulcanilor submarini. Pyrolobus fumarii nu se poate dezvolta sub 90 C, ci chiar la 113 C. Pyrococcus furiosus, specie anaerob, are optimumul termic la 105 C. Similar, la limita inferioar a domeniului de toleran termic a vieii, exist criobiotopuri - kryos = frig (grec.); pe cmpuri de zpad i de gheari se formeaz criobiocenoze, comuniti de alge, bacterii i ciuperci. Uneori apar i animale (colembole). Criobiocenoza este funcional i fr participarea animalelor la circuitul de substane, deoarece bacteriile i ciupercile dein rolul de consumatori. Exist i o categorie de organisme mezoterme/mezofile care prefer temperaturi cuprinse ntre 15-45 C. Petii se adapteaz la modificarea treptat a temperaturii apei, dar se mbolnvesc i mor n cazul unei modificri brute. Unele animale mai primitive manifest o termotaxie, adic o reacie de orientare spre sursa de cldur. Petii lun (Mola mola) se strng laolalt (gregarism) cnd temperatura apei coboar sub 5 C i, dimpotriv, se separ cnd temperatura urc peste 8 C. Unele specii de nevertebrate acvatice, precum molutele intermareice tropicale Tetracleta27

squamosa, Fissurella barbadensis i Nerita tesselata sunt capabile de termoreglare prin rcire evaporativ. La fel i crabul Ocypode macrocera, respectiv isopodul Ligia oceanica. Dimensiunile atinse de animalele cu cretere continu din aceeai specie sunt mai mari n apele reci dect n cele calde. n conformitate cu regula lui Bergmann, multe specii marine abisale care triesc la temperaturi sczute au o talie mai mare dect speciile nrudite din apele de suprafa mai calde. Giaja (1956) considera c evoluia poikilotermiei spre homeotermie a fost o intensificare a vieii i o lrgire a domeniului su. Homeotermele (omoos=asemntor, thermos=cald) sunt numite i endoterme, deoarece ele produc i controleaz sursele lor proprii de cldur. Se consider c n evoluia homeotermelor, primele au aprut mecanismele de protecie contra supranclzirii i mai trziu cele mpotriva rcirii. i homeotermele experimenteaz perioade cu temperatur redus a corpului, de aceea mprirea n ectoterme (plante, reptile, protiste) i endoterme este preferabil celei homeoterme/poikiloterme. Multe specii sunt omorte de temperaturi sub -1 C, datorit formrii cristalelor de ghea, care afecteaz integritatea celulelor. Unele animale ectoterme supravieuiesc la temperaturi sczute, deoarece acumuleaz soluii ce se comport ca un antigel, prevenind formarea cristalelor. Unele specii de hidrobioni se nfund n nmol sau detritusul organic (gasteropodul Bithynia tentaculata nc de la 9 C), pentru a trece iarna. Punctul de fierbere: dac apa ar fi la fel cu majoritatea celorlalte lichide de pe Pmnt, ar fierbe la temperatura normal de la suprafa i astfel ar exista numai ca gaz. Aceasta ar face-o inutil vieii care necesit ap n stare lichid, precum n curentul sanguin. Cldura specific a apei este mai mare dect a oricrui lichid cunoscut, cu excepia amoniacului. Cldura specific a apei solide este 4,1846 J.g/ C. Apa conduce foarte ru cldura; primele dou straturi de ap absorb 99% din radiaia solar. Cldura latent de vaporizare a apei este foarte ridicat (cca. 586 cal sau 2430 J.g-1). Astfel, evaporarea apei de pe suprafaa vegetal are un efect rcoritor intens asupra plantei. ntinderile mari de ap al Terrei au un rol moderator asupra climei. Cldura latent de topire are i ea valoare ridicat: 539,2 80 cal/g sau circa 9,70 kcal/mol. Temperatura de solidificare a apei este ridicat comparativ cu a altor compui. Importana biologic const n faptul c, la temperaturi n jur de 0 C, n organisme pot avea loc procese biologice care nu ar fi posibile la temperaturi sczute. Cldura de fuziune a apei, necesar pentru topirea unui gram de ghea la 0 C, este ridicat (cca. 335 J g-1). Sublimarea - tranziia direct din faz solid n aceea de vapori (i invers), fr a trece printr-o faz lichid intermediar - implic consumul sau eliberarea a 335 J.g-1.28

Conductibilitatea electric/conductivitatea apei crete n mediul lotic (ap curgtoare) odat cu concentraia de sruri minerale, n funcie de abundena acestora pe substrat, durata contactului cu substratul, suprafaa de contact i viteza de curgere a apei. Apa liber de sruri nu conduce curentul electric. Radioliza apei: Sub aciunea radiaiilor ionizante, molecula de ap pierde un electron i se transform n ion pozitiv. Electronul este captat de o alt molecul de ap care se transform n ion negativ. Ionii formai sunt instabili i conduc spre doi radicali liberi: H. i OH. , respectiv doi ioni stabili: H+ i OH-, care se recombin i formeaz din nou apa. Radioliza apei sub aciunea radiaiilor ionizante poate modifica structura macromoleculelor proteice i a acizilor nucleici. Radioliza apei sub aciunea radiaiilor solare se numete fotoliz.

3.3. Proprietile chimice ale apeiSunt determinate de substanele chimice prezente n ap n stare solvit. Apa conine cca. 30 substane diferite (Na, K, Mg, carbonai, sulfai, silicai, cloruri). Ioni comuni n ap: H+, Na+, K+, [NH4]+, Cl-, I-, hipoclorit [OCl]-, [HCO3]-, Ca2+, Fe2+, S2-, [CO3]2-, [PO4]3-. Bazele, srurile, acizii minerali se dizolv cu uurin, n timp ce grsimile i uleiurile cu greu. Capacitatea de dizolvare crete cu temperatura. n mediul acvatic, disponibilul de ap nu constituie o problem, ns meninerea echilibrului hidric da. Apa va tinde, fie s ptrund n organismele acvatice din mediu (dac au o concentraie mai mare dect mediul), fie s le prseasc (dac apa are o concentraie mai mare dect organismele). Aceste procese sunt mpiedicate prin mecanisme de osmoreglare. Aceasta este o adaptare pentru a controla echilibrul apei n organismele care triesc n medii hipotonice sau hipertonice. Un pete dulcicol trebuie s excrete apa n exces, deoarece animalul este hipertonic fa de ambient. Petii osoi care triesc n mediul marin sunt hipotonici fa de ambient i au probleme inverse. Rinichii lor secret foarte puin urin i au rolul de a ndeprta ionii bivaleni precum Ca2+, Mg2+ i SO42-, luai din apa nghiit n continuu. Branhiile acestor peti excret ioni monovaleni precum Na+, Cl- i NH4+. Reacia ionic (pH-ul) este logaritm cu semn schimbat al concentraiei ionilor de hidrogen dintr-o soluie:pH = lg 1 = - lg H + H+

pH-ul apelor naturale variaz ntre 4 i 10 uniti. Apele naturale au un pH variabil, n funcie de natura i originea lor, astfel: - apele praielor de munte: 6,5-7,2; - apa rurilor: 6,2-7,2;29

- apa de lac: 7,4-8,4; - apa de mare: 8,2-9,8. n funcie de preferina hidrobionilor pentru un domeniu sau altul de pH, deosebim: - acidofile: 1-4. - alkalifile: peste 9. Organismele haloalkalifile triesc la o salinitate peste 33% sare; ele au adesea o coloraie roie. Organismele care triesc n condiii extreme de mediu (temperatur, presiune, salinitate) se numesc extremofile. Petii mor la pH mai mic de 4,5 (figura 3.5.). n turbrii, valoarea pH-ului poate scdea la 4, datorit acizilor humici. Concentraia ridicat de substane humice reduce pH-ul i n lacuri.

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

nfloririle algale cresc rapid pH-ul. Ca urmare a asimilaiei clorofiliene (cu consum de CO2), fitoplanctonul poate conduce la valori de 9 sau chiar 10. Apele continentale prezint variaii mai largi dect cele marine. Aciditatea apelor de suprafa se poate datora unor cauze naturale, precum acizii humici extrai din mlatini sau turbrii, dar mai curnd este rezultatul polurii industriale. Acizii ptrund n apele de suprafa i subterane din drenajul minelor, resturi industriale i depuneri acide. Infiltrrile acide n ap tind s creasc solubilitatea altor minerale nocive. Aciditatea este de obicei cauzat de prezena acizilor minerali, a srurilor acizilor puternici sau a dioxidului de carbon liber i nu trebuie confundat cu valoarea pH-ului. Acizii ucid unele organisme. Numrul redus de macronevertebrate din cursurile de ap mpdurite de conifere se datoreaz n general acidifierii. Concentraia de aluminiu crete cu scderea pH-ului, iar sub 5,0 domin aluminiul anorganic, care este toxic pentru biota acvatic. Eroziunea aluminiului din solul pdurilor de ctre ploile acide n SUA i Germania reprezint o problem important. O valoare ridicat a manganului are potenialul pentru deformarea petilor. Precipitaiile acide (pH sub 4,0) spal aluminiul i magneziul.

30

Alcalinitatea este produs de prezena carbonailor, bicarbonailor (de Na, K, Mg i Ca), hidroxizilor i a diferitelor sruri ionice dizolvate. Alcalinitatea ridicat face apa nepotabil i afecteaz procesele de tratare a apei (coagularea). Petii mor la mai mult de 25 mg.l-1 NaOH (folosit n procese tehnologice din tbcrii, industria textilelor i a cauciucului). n general, apele cele mai apte pentru a susine o via acvatic divers au o alcalinitate de 100 mg.l-1 sau mai mult i un pH de 7-8. Potenialul redox/oxidoreductor (rH) sau potenialul redox este o msur a echilibrului ntre procesele de oxidare i cele de reducere dintr-un mediu lichid. - la un rH ntre 0-27, apa este considerat reductoare; - la un rH ntre 28-54, apa este considerat oxidant. Procesele oxido-reductoare sunt foarte intense la interfaa ap/ml a unui bazin acvatic. Un potenial redox redus favorizeaz creterea fosforului anorganic n sedimente. rHul se calculeaz dup relaia:rH = (E + 0,058 pH) / 0,029

unde : E = diferena de potenial exprimat n mV. Salinitatea - S () reprezint greutatea elementelor solide care poate fi obinut prin evaporarea a 1 kg ap n vid la 480 C pn la greutate constant. n apele dulci domin carbonaii (de calciu, sodiu, magneziu, potasiu): 79,9%; urmeaz: sulfaii: 13,2%; clorurile: 6,9%; nitraii etc. n cele marine domin clorurile: 88,8%; urmeaz sulfaii: 10,8% i carbonaii: 0,4%. Salinitatea oceanelor se caracterizeaz prin prezena unor constitueni majori (peste 100 ppm), minori (1-100 ppm) i a unor elemente rare (sub 1 ppm). Dintre constituenii majori: clorul, sodiul, anionul sulfat, magneziul, calciul, potasiul. Dintre constituenii minori: bromul, carbonul, stroniul, borul, siliciul, fluorul. Dintre elementele rare: azotul, litiul, rubidiul, fosforul, iodul, fierul, zincul, molibdenul. Salinitatea medie a oceanului este de 35, adic 35 g.l-1. Rurile dilueaz srurile n apropierea estuarelor i schimb chiar compoziia apei marine, prin srurile pe care le vars n mare. Curenii de suprafa sau de adncime modific distribuia srurilor; ploile i evaporarea influeneaz de asemenea chimismul apei marine. Exist i variaii sezoniere. n Marea Roie, salinitatea ajunge la 41, n timp ce Marea Neagr are doar 17-21, fiind o ap salmastr. Salinitatea Mrii Baltice este i mai redus: 211. Exist variaii i n funcie de latitudine. Astfel, n emisfera nordic salinitatea este mai mic dect n cea sudic. n zona ecuatorial, datorit precipitaiilor abundente, salinitatea este mai mic dect la tropice unde evaporaia este intens iar precipitaiile srace. n funcie de gradul de salinitate, apele se mpart n:31

dulci (ahaline): sub 0,5 slcii (mixohaline): a. oligohaline: 0,5-5 b. mezohaline (salmastre): 5-18 c. polihaline: 18-30 marine / oceanice (euhaline): 30-40 suprasrate (hiperhaline/ultrahaline): peste 40. Astfel de ape suprasrate se ntlnesc n golfuri marine izolate sau n lacurile mari din zonele foarte aride. Pentru acestea din urm, gradul de adaptare la valoarea concentraiei de sruri este particular fiecrui grup de organisme (halobii): - speciile haloxene, de origine dulcicol, supravieuiesc n apele srate cu concentraii de sruri ntre 0-100 g (Lymnaea ovata, Stratiomys chameleo); - speciile halofile, iubitoare de ap srat, suport concentraii ntre 25100 g (Notolca stricta, Cyclops bicuspidatus i C. strenuus, Chironomus halophilus, Culicoides salinarius, Gasterosteus aculeatus); - speciile halobionte triesc n ape cu concentraii foarte mari: ntre 25-280 g (Brachionus mlleri, Artemia salina, Ephydra riparia). Marea Moart se afl la 415 m sub 0. Densitatea ei este de 1,237 kg.l-1. Principalele componente ale biotei sunt alga verde Dunaliella - singurul productor primar i cteva bacterii halofile din familia Halobacteriacee. Psrile marine excret o parte din sarea ingerat din apa marin prin urin (concentraia n NaCl=1,5%), iar o alt parte prin secreia nazal a unor glande salifere (concentraia n NaCl=4%). Mamiferele acvatice (foci, balene) i hrnesc puii cu un lapte foarte concentrat i bogat n grsimi (30-40%), realiznd o important economie de ap. Salinitatea influeneaz anumite proprieti ale apei. Astfel, cldura specific crete cu salinitatea; densitatea apei, de asemenea. La saliniti mai mari de 20 g , densitatea maxim apare la o temperatur inferioar punctului normal de nghe. Vaporizarea scade cu creterea salinitii deoarece srurile fac moleculele de ap mai puin disponibile pentru evaporare. Presiunea osmotic a apei crete odat cu creterea salinitii. Toate aceste proprieti se numesc coligative. Ele influeneaz condiiile de flotaie i locomoie, precum i morfologia, metabolismul i rspndirea hidrobionilor. Deosebim, n funcie de preferine, specii stenohaline i eurihaline. Speciile stenohaline triesc n medii cu salinitate relativ constant ntreg ciclul lor biologic, fie la saliniti mici i constante (stenohaline de ap dulce), fie la saliniti mari i constante (stenohaline de ap srat). Mecanismele de reglare osmotic ale acestor organisme au eficien sczut, creterea sau scderea salinitii ducnd la moartea prin oc osmotic. Organismele eurihaline pot tri n medii acvatice n care salinitatea variaz n limite foarte mari, n toate fazele ciclului ontogenetic. Stadiile tinere ale hidrobionilor sunt mai sensibile la variaiile salinitii dect cele mature. Unele specii petrec primele stadii de via n medii cu salinitate redus, iar fazele de maturitate n medii cu salinitate ridicat: morunul, nisetrul, pstruga, scrumbia de32

mare, petii migratori anadromi. Unele specii eurihaline prezint adaptri pasive la variaia salinitii: starea de anabioz salin. n estuare, apele dulci i cele srate se amestec. n regiunea mareelor, acest amestec de ape este ntins pe o lungime mult mai mare dect n mrile fr maree, organismele fiind supuse unui stres continuu. La limita dintre mare i estuar, apele sunt mai srate i populate predominant de forme marine. Mai aproape de vrsarea fluviului, apele au salinitatea sczut i sunt populate predominant de forme dulcicole. La mijlocul estuarului se afl o zon de salinitate intermediar, cu forme tipic salmastre. La contactul apelor dulci i srate se produce moartea multor organisme pelagice care nu pot suporta ocul salin (se adaug ocul termic i variaia concentraiei oxigenului). Salinitatea poate avea un efect important i asupra distribuiei plantelor n habitate terestre nvecinate cu marea. Mangrovele pot tolera concentraii saline de 10-20 ori mai mari dect speciile terestre (avocado). Estuarele reprezint o regiune de adaptare a animalelor marine la apele dulci i invers. Este un loc n care speciaia este mult mai activ comparativ cu zonele cu factori de mediu constani. Organismele acvatice pot fi poikilosmotice (izoosmotice), care i modific concentraia mediului intern n funcie de cea a mediului extern (nevertebratele marine), respectiv homeosmotice (algele i nevertebratele dulcicole, ca i cele din apele suprasrate i vertebratele), care i pstreaz presiunea osmotic a mediului intern indiferent de cea a mediului extern. Clorinitatea - Cl () exprim cantitatea total de halogeni (Cl, I, Br) dintrun kg de ap de mare n care bromul i iodul sunt substituii printr-o greutate echivalent de clor. Clorinitatea exprim concentraia halogenilor la unitatea de greutate. Se utilizeaz i noiunea de clorositate care exprim clorinitatea n grame la un volum de 1 litru (clorositatea = clorinitatea x densitatea apei la 20 C). Rhopia (factorul rhopic) reprezint raportul numeric dintre diferiii ioni din mediul acvatic, care acioneaz antagonic sau sinergic asupra parametrilor funcionali ai organismelor. Comparnd raportul diferiilor ioni ai Mrii Negre i ai Mrii Mediterane (fluviile aduc n bazinul pontic o cantitate nsemnat de ioni de K i Ca), E. Pora a constatat c principalul factor care limiteaz ptrunderea speciilor mediteraneene (leptostracei, scafode, pteropode, cefalopode, brahiopode, enteropneuste, echinide, asteride, alge fucoidee, laminariacee) n Marea Neagr este raportul ionic diferit, nu salinitatea total diferit. Anionii mai frecveni n apele naturale sunt: Carbonaii sunt cei mai importani compui din apele dulci continentale (80%), n timp ce n apele marine se gsesc n proporie de numai 0,2-0,4 %. Cei mai frecveni sunt: CaCO3, MgCO3, SrCO3. Bicarbonaii sunt mult mai solubili dect carbonaii, n funcie de pH-ul apei. Cel de calciu joac rol de "tampon" ntre H2CO3 i CaCO3. Halogenii cei mai rspndii sunt: clorul, bromul i iodul, prezeni sub form de cloruri, bromuri, ioduri. n apele marine, clorurile sunt dominante (89%); n apele continentale reprezint numai 7% din cantitatea total de sruri.33

Sulful este al doilea anion ca importan n apele interioare. Se gsete sub form de sulfai, sulfuri sau hidrogen sulfurat. n ecosistemele lacustre, bacteriile depun sulf la interfaa ap/ml. Cationii din apele naturale: n apele naturale, metalele provin din dizolvarea depozitelor naturale i deversrile de ape uzate casnice, agricole sau industriale. Metalele netoxice comune n ap sunt: Ca, Mg, Fe, Mn, Al, Cu, Zn, Na (foarte abundente n scoar). Sodiul i potasiul sunt prezeni n apele continentale sub form de cloruri, sulfuri, ioduri, carbonai, bicarbonai etc., n concentraii de miligrame la litru. Calciul este unul dintre cei mai importani cationi din apele naturale. Se gsete sub form de cloruri, carbonai, bicarbonai i sulfai. Calciul este cel mai important pentru molute. Calciul influeneaz direct proporional cantitatea de CO2 fixat sub o form asimilabil de ctre fitoplancton. Vara, n lacurile cu vegetaie submers bogat are loc transformarea bicarbonatului de calciu n carbonat depus pe plante ca i calciu de asimilaie ("creta de lac").(CO3H)2Ca = CO2 + CaCO3 + H2O

Iarna, datorit intensitii reduse a fotosintezei, crete concentraia de calciu din ap, ca urmare a descompunerii bicarbonatului format n timpul verii. Calciul intr n alctuirea scheletului la numeroase specii de organisme acvatice, vertebrate sau nevertebrate. Magneziul se gsete n apele de suprafa. Intr n alctuirea clorofilei i n compoziia unor enzime. Raportul Ca/Mg reprezint un factor limitativ n dezvoltarea unor specii din zooplancton sau a unor peti de ap dulce. Are aciune stimulatoare asupra algelor fixatoare de azot. Fierul se gsete n ap sub form feroas (gsit n apa de fntn, apele subterane sau pturile inferioare ale lacurilor stratificate i n ape cu un coninut sczut de oxigen dizolvat), feric sau coloidal, n legtur cu prezena acizilor humici. Este un oligoelement foarte important. Concentraia fierului n ap poate fi un factor limitativ pentru dezvoltarea populaiilor de cianobacterii. n cantiti mari, fierul devine toxic i pentru peti. Unele zcminte actuale de fier sunt rezultatul activitii oxidative bacteriene. Manganul activeaz unele enzime; n doze mici, stimuleaz creterea algelor. n cantiti crescute, inhib dezvoltarea cianobacteriilor. n lacuri, manganul mbogete n oxigen apa din profunzime. Manganul poate fi gsit n concentraii foarte ridicate n apele subterane, n condiii anaerobe. Cuprul este prezent n ap sub form ionic sau ca i compus organomineral. Compuii carbonici ai cuprului se depun pe substrat, perturbnd viaa organismelor bentice. n concentraii mari este toxic pentru populaiile algale, sulfatul de cupru fiind folosit ca algicid pentru combaterea "nfloririlor algale" ale bazinelor acvatice. Cuprul intr n alctuirea unor enzime, a unor pigmeni respiratori (hemocianina, cerebrocuprina, hepatocuprina).34

Siliciul se gsete n apele continentale i oceanice sub form ionic i coloidal (bioxid de siliciu), avnd originea n scoara terestr. Primvara i toamna - perioadele de maxim dezvoltare a diatomeelor, concentraia siliciului n ap scade. Siliciul intr n alctuirea frustulelor la diatomee i a scheletului la spongierii silicioi i radiolari. Dup moartea acestor organisme i sedimentarea la fundul apelor se formeaz depozite de siliciu. Duritatea apei (titrul hidrometric) este dat de suma concentraiei cationilor, cu excepia celor de H+ i a metalelor alcaline. Duritatea unei ape este dat practic de suma concentraiilor ionilor de Ca i Mg. Duritatea poate fi temporar, dat de bicarbonaii de calciu i magneziu prezeni n ap i care pot fi eliminai prin fierbere (cea carbonat), respectiv permanent (cea necarbonat), dat de clorurile, sulfaii i nitraii foarte solubili, care se menin n ap i dup ce precipit carbonaii. nsumate, formeaz duritatea total. Duritatea unei ape se exprim n grade de duritate: germane sau franceze. Apele pot fi clasificate astfel: ape foarte moi (0-4), ape moi (4-8), ape mijlocii (812), ape relativ dure (12-18), ape dure (18-30), ape foarte dure (peste 30). Apele piscicole au o duritate moderat. Apele dure, care conin sulfat de Mg n principal, cu efect cataric asupra populaiei, se depun pe conducte, micorndu-le capacitatea de transport, de transfer al cldurii, reduce eficiena boilerelor, interfereaz cu vopselele din industria textil, afecteaz calitatea produselor de la fabrica de bere, zahr etc. Apa dur nu face clbuc la splare; este laxativ. Precipitatul (spun+ap dur) poate pta hainele, vasele etc. iar pielea devine aspr, se cojete. Apele cu duritate mare nu pot fi utilizate la irigaii deoarece accentueaz fenomenul de srturare a solului, iar n industrie folosirea lor este limitat la anumite domenii. 3.3.1. Elementele biogene Se mai numesc nutrieni sau biostimuleni. Sunt elemente precum: carbonul, azotul, fosforul, sulful, siliciul, magneziul, cuprul, calciul, fierul, potasiul, manganul, cobaltul, borul, eseniale pentru creterea i reproducerea hidrobionilor. Nutrienii pot fi considerai poluani, atunci cnd concentraiile lor ridicate duc la creterea excesiv a plantelor acvatice (ex., nfloriri algale). Exist numeroase surse naturale de carbon, de aceea carbonul este rareori un nutrient limitativ. Azotul i fosforul sunt factori de cretere eseniali i factori limitativi n creterea plantelor acvatice. Apa de mare este cel mai adesea limitat de azot, n timp ce sistemele dulcicole sunt cel mai frecvent limitate de fosfor. Factorii limitativi din ecologia apei dulci includ: - temperatura - lumina - turbiditatea - gazele atmosferice dizolvate, n special oxigenul - micarea apei (curentul rului)35

- srurile biogene sub form de macronutrieni i micronutrieni. Dintre macronutrieni: N, P, K, Ca i S. Dintre micronutrieni: Fe, Cu, Zn, Cl i Na. Azotul se gsete sub form de azot molecular, sruri de amoniu, nitrai, nitrii, ca i sub forma combinaiilor organice. Azotul molecular (gazos) - extrem de stabil - ajunge din atmosfer n apele de suprafa datorit solubilitii ridicate sau provine din aciunea 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, fertilizanii de pe terenurile agricole, descrcrile de ap uzat municipal i unele bacterii i alge albastru-verzi care pot obine azot direct din atmosfer. n plus, unele forme de ploaie acid pot contribui la mbogirea n azot a apelor de suprafa. Azotul amoniacal rezult din hidratarea amoniacului. Este utilizat de bacterioplancton care l oxideaz sau de ctre diatomee care l transform n azotai. Amoniacul provine din reducerea compuilor cu azot i hidroliza ureei; ia natere din aciunea bacteriilor de putrefacie asupra proteinelor din cadavrele hidrobionilor. Sunt eliminai n ap compui cu o toxicitate mai redus precum: ureea, acidul uric, srurile amoniacale. Amoniacul este foarte toxic pentru majoritatea hidrobionilor, prezena sa n cantiti crescute indicnd o poluare organic a apei. Este prezent n apele superficiale pn la 200 m adncime. Concentraia sa scade cu adncimea deoarece este oxidat repede. n zona eufotic prezint oscilaii mari datorit procesului de fotosintez. Azotiii sunt produi intermediari de oxidare a amoniacului de ctre bacteriile nitrificatoare. Poate rezulta i din reducerea nitriilor de ctre bacteriile anaerobe.bacterii

2 NH3 + (3+1/2) O2

aerobe

2 NO2 + 3 H2O

NO3

-

bacterii

+

H2

anaerobe

NO2 + H2O

Sunt substane instabile care se oxideaz formnd azotai sau se reduc la amoniac. Azotaii sunt srurile utilizate de productorii primari n sinteza proteinelor. Se formeaz sub aciunea radiaiilor ultraviolete i a descrcrilor electrice din azot molecular sau sub aciunea nitrat-bacteriilor, prin oxidarea nitriilor:bacterii

NO2 + 1/2 O2nitrificatoare

NO3 + 12.000 cal

-

36

Procesul biologic prin care amoniacul sau alte forme reduse ale azotului organic sunt oxidate la nitrii se numete nitrificare. Azotul molecular este transformat fotochimic pn la azotai. Amoniacul este transformat n nitrii i apoi n nitrai, prin aciunea bacteriilor. Sub aciunea bacteriilor poate avea loc procesul de denitrificare, ce const n reducerea azotailor i azotiilor pn la oxizi de azot (NO sau NO2), ce pot fi redui la azot molecular care trece n atmosfer. n apa potabil, nitraii pot conduce la probleme serioase (intoxicarea copiilor, a animalelor, mergnd pn la moartea acestora). Aceasta se datoreaz unei bacterii comune n tractul intestinal al copiilor, care convertete nitraii la o form foarte toxic: nitrii. Nitriii pot nlocui oxigenul n curentul sanguin, conducnd la un deficit de oxigen care produce o coloraie albstruie (cianoz) la copii. Azotul organic se gsete n ap sub form coloidal sau ca molecule de aminoacizi, provenite din descompunerea cadavrelor hidrobionilor. Din metabolismul organismelor acvatice rezult aminoacizi i polipeptide, dar i hidroxilamin i uree. Fosforul este prezent n ap sub form organic, legat de radicali sau substane complexe, sau sub form de sruri ale acidului fosforic. Concentraia normal n apele dulci este de 1 mg.m-3, dar concentraia lui crete cu adncimea, fiind maxim n mlul de pe fundul bazinului. Apele uzate ncrcate cu substane organice cresc nivelul fosforului, mrind riscul de eutrofizare. Apele ce ies de la staiile de epurare conin de 10 ori mai muli fosfai dect la intrare datorit descompunerii bacteriene a substanelor organice. Fertilitatea chimic a apei poate fi exprimat prin raportul N/P, adic ntre azotai i fosfai. Valoarea raportului este relativ constant n biotopul acvatic, dar i n plancton. Modificarea raportului arat o alterare a metabolismului ecosistemului. Circuitul fosforului ntr-un bazin acvatic este de 4-5 zile. Respectnd ecuaia fotosintezei, azotul i fosforul sunt principalii factori limitativi ai produciei primare. Fosforul se asimileaz doar sub form de fosfat PO4H- ce provine din descompunerea i disoluia rocilor. O cretere mic de azot presupune o cretere adiional n fosfor. O cretere mic de fosfor presupune o mare cretere a produciei primare. Sursele majore de fosfor antropice sunt: incendiile forestiere, detergenii domestici, fertilizanii i scurgerile de pe terenurile de hrnire a animalelor, descrcrile municipale de ape uzate. 3.3.2. Gazele dizolvate n ap Gazele din ape prezint variaii largi. La interfaa aer/ap, are loc un schimb permanent de gaze ntre atmosfer i hidrosfer. Din atmosfer pot trece n ap gaze precum: O2, CO2, N2, H2, H2S, CH4 etc. Concentraia acestor gaze depinde de solubilitatea gazului, temperatura i salinitatea apei, presiunea atmosferic etc.37

Oxigenul dizolvat n ap are fie origine atmosferic, fie provine din fotosinteza fitoplanctonului i a macrofitelor acvatice, sau are origine mineral, provenind din reducerea oxizilor. Concentraia oxigenului se schimb cu adncimea, depozitele de ml, turbulen, temperatur, toleran microbian, lumin etc. Exist un echilibru relativ ntre oxigenul produs prin fotosintez i cel consumat prin respiraia plantelor sau descompunerea substanelor organice din ap. n mezolimnion se formeaz i o chemoclin ce separ cele dou pri suprapuse de ap cu regim chimic diferit, n special pentru oxigenarea apei. n timpul zilei predomin fotosinteza iar cantitatea de oxigen din ap crete, n timp ce noaptea predomin respiraia, consumul fcnd ca nivelul de oxigen s scad. nclzirea apei duce la scderea oxigenului dizolvat i dezvoltarea excesiv a bacteriilor aerobe. Oxigenul este doar puin solubil n ap. Solubilitatea n ap a oxigenului variaz invers proporional cu temperatura (tabelul 3.2.) i salinitatea apei, i este favorizat de micarea apei i creterea presiunii atmosferice (tabelul 3.3.). Cantitatea de oxigen ce se poate dizolva n ap la o anumit temperatur i presiune rezult din relaia:V = 1000 x K x p 760

unde: V = volumul de oxigen n ml.l-1; K = coeficientul de absorbie a oxigenului (0,04998); p = presiunea atmosferic a oxigenului.Tabelul nr. 3.2. Solubilitatea oxigenului n funcie de temperatura apei -1 Temperatura (C) Solubilitatea (mg.l ) 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

38

20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

9,00 8,90 8,73 8,57 8,41 8,25 8,11 7,96 7,82 7,62 7,56 7,43

Tabelul nr. 3.3. Solubilitatea oxigenului, n funcie de temperatura apei i presiunea atmosferic Temperatura Presiunea atmosferic (mm Hg) (C) 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 n ap se exprim n ml O2 l-1 sau mg.l-1 (1 ml O2=1,43 mg). Gradul de saturaie n oxigen a apei se exprim n procente i se calculeaz dup relaia:Saturaia (%) = C/CO x 100

unde: C = concentraia oxigenului dizolvat n momentul colectrii probei; CO = concentraia la saturaie a oxigenului, la temperatura din momentul colectrii. Atunci cnd gradul de saturaie a apei n oxigen este sub 100%, n ap exist un deficit de oxigen. Cnd aceast valoare este peste 100%, apa este suprasaturat n oxigen. Oxigenul este un factor limitativ pentru organismele acvatice. Exist organisme anaerobe (se dezvolt numai n absena oxigenului), microaerofile (se dezvolt numai la concentraii reduse de oxigen) i aerobe (se dezvolt numai n prezena oxigenului). Exist i facultativ-anaerobe, care se pot dezvolta i n prezena i n absena oxigenului (ex., levuri). Vntul scade oxigenul prin agitaia sedimentelor de pe fund. Oxigenul este consumat neuniform de ctre organismele acvatice. Bacteriile utilizeaz oxigenul n degradarea oxidativ a substanei organice moarte. n unele locuri, biodegradarea oxidativ este att de intens nct se consum tot oxigenul din ap, producndu-se fenomenul zamor (moartea n mas a hidrobionilor). Sida crystallina (cladocere) este o specie oxifil. Speciile oxifile: Viviparus, Fagotia (gasteropode) se refugiaz la linia apei sau urc spre orizontul de ap mai aerat.39

Vara, n lacurile cu vegetaie abundent, datorit fotosintezei intense are loc o suprasaturare a apei n oxigen. O slab suprasaturaie este inofensiv, n timp ce una puternic are efecte fatale asupra puietului de pete n special datorit emboliei gazoase. Datorit variaiilor termice sezoniere, n apele stagnante apare o adevrat stratificare a oxigenului. Iarna, difuzia oxigenului din atmosfer este mpiedicat de ptura de ghea, din fotosintez rezult puin oxigen, ns solubilitatea acestuia este mai mare datorit temperaturii sczute. Circulaia de primvar face ca apa s fie saturat n oxigen. nclzirea apei conduce la o scdere a cantitii de oxigen din hipolimnion, datorit proceselor de oxidare, descompunerii bacteriene sau fermentative a substanelor organice i datorit respiraiei hidrobionilor. Stagnaia de var din lacurile eutrofe duce la o scdere puternic a concentraiei de oxigen datorit descompunerii substanelor organice rezultate dup moartea organismelor acvatice. Mlul de pe fundul bazinelor acvatice conine de regul puin oxigen datorit proceselor de descompunere a substanelor organice, ce au loc la nivelul sedimentelor. De aceea, n blile mici cu ml abundent se instaleaz fenomenul de hipoxie ce afecteaz n special populaiile piscicole. n apele curgtoare nu are loc o stratificare a oxigenului, datorit micrii continue a apei. Variaiile concentraiei de oxigen n lungul unui curs de ap se explic prin diferenele de temperatur dintre izvor i vrsare i prin coninutul diferit de substane organice de pe traseu. Organismele din zona tidal pot fixa oxigenul din aer. Cnd lipsete oxigenul, ele i pot procura energia necesar prin anaerobioz. Numeroase organisme pot tri n ap fr oxigen: scoica Crassostrea virginica i alte lamelibranhiate se nchid complet n timpul emersiei i stau ntr-o stare de minim metabolic anaerobiotic. Isopodul marin Idotea din Marea Neagr rezist 24 h printre algele costiere, n ape complet lipsite de oxigen. Pianjenii acvatici (Argyroneta sp.) folosesc clopote de scufundare confecionate dintr-o reea de fire de mtase ancorate de tulpinile submerse ale plantelor acvatice. Ei aduc aer de la suprafa, bul cu bul, ntre picioarele posterioare, pn ce clopotul este umplut. Dioxidul de carbon apare natural n ap (n concentraii cuprinse ntre 0,2-0,5 ml.l-1), ca produs al descompunerii aerobe sau anaerobe a materiei organice, din respiraia hidrobionilor, din procese de dehidrogenare i din activitatea industrial. Este, de asemenea, uor absorbit d