Теоретическая растворимость кислорода в пресной воде при различных значениях температуры

В поверхностных водах содержание кислорода может оказаться меньше теоретического за счет потребления его гидробионтами, процессов разложения органических остатков и т.п. Разность между теоретическим и фактическим содержанием кислорода в воде называется дефицитом кислорода. Продукция кислорода при фотосинтезе происходит при ассимиляции диоксида углерода водной растительностью. Процесс фотосинтеза протекает тем сильнее, чем выше температура воды, интенсивность солнечного освещения и больше питательных веществ в воде. Растворимость чистого кислорода, выделяемого зелеными растениями, в 5 раз больше, чем растворимость кислорода из воздуха, где его содержание составляет лишь 21 %, поскольку растворимость кислорода в воде обусловлена его парциальным давлением.

Продуцирование кислорода происходит в поверхностном слое водоема, глубина которого зависит от прозрачности воды (для каждого водоема и сезона может быть различной - от нескольких сантиметров - до нескольких десятков метров). Кислород, поступающий в воду из атмосферы, легче насыщает верхние слои, чем нижние. Кроме того, следует иметь в виду, что атмосферная реаэрация (поступление атмосферного воздуха в воду) идет тем быстрее, чем больше разница между концентрацией кислорода в воде и его растворимостью при данной температуре, т.е. чем больше выражен дефицит кислорода в воде. При насыщении воды кислородом атмосферная реаэрация отсутствует. Следовательно, более богатыми растворенным кислородом оказываются верхние слои, а нижние, особенно придонные, оказываются беднее кислородом. На дне скапливаются органические вещества, на окисление которых расходуется растворенный кислород, и потому вблизи грунта может наблюдаться дефицит кислорода даже в том случае, когда в верхних слоях воды его достаточно.

К группе процессов, уменьшающих содержание кислорода в воде, относятся реакции потребления его на окисление органических веществ: биологическое (дыхание организмов), биохимическое (дыхание бактерий, расход кислорода при разложении органических веществ) и химическое (окисление Fe²⁺, Mn²⁺, NO₂^-, NH₄⁺, CH₄, H₂S). Скорость потребления кислорода увеличивается с повышением температуры, количества бактерий и других водных организмов и веществ, подвергающихся химическому и биохимическому окислению. Кроме того, уменьшение содержания кислорода в воде может происходить вследствие выделения его в атмосферу из поверхностных слоев (если вода при данных температуре и давлении окажется пересыщенной кислородом). Резкое снижение содержания кислорода в воде указывает на ее загрязнение.

Для водоемов, утративших способность к самоочищению (потребление кислорода превышает восстановление его запасов) возникает устойчивое состояние истощения, что оказывает заметное влияние на существование живых организмов в такой водной системе. Масштабы негативного воздействия зависят от скоростей потребления и восстановления кислорода, движения воды и могут быть полностью определены только после нанесенного ущерба.

Когда концентрация растворенного кислорода снижается слишком сильно, некоторые виды бактерий начинают получать необходимый им кислород за счет хемосинтеза. В этом случае водная система рассматривается как бескислородная. Для такой системы становятся характерными совершенно иные химические процессы, чем для обычной воды, содержащей кислород.

В поверхностных водах содержание растворенного кислорода изменяется в широких пределах (от 0 до 14 мгО₂/дм³) и подвержено сезонным и суточным колебаниям. Суточные колебания зависят от интенсивности процессов его продуцирования и потребления и могут достигать 2,5 мгО₂/дм³ растворенного кислорода.

В зимний и летний периоды распределение кислорода носит характер стратификации. Дефицит кислорода чаще наблюдается в водных объектах с высокими концентрациями загрязняющих органических веществ и в эвтрофированных водоемах, содержащих большое количество биогенных и гумусовых веществ. В табл. 2.2 представлена классификация природных водоемов по содержанию растворенного кислорода в их воде.

Таблица 2.2