Как рыба в воде. Может ли человек дышать жидкостью и зачем это нужно — ТАСС

Как рыба в воде.  Может ли человек дышать жидкостью и зачем это нужно - ТАСС Кислород

Вычисление результатов анализа

    В случае титрования всего количества раствора в кислородной склянке массовую концентрацию РК в анализируемой пробе воды (СРК) в мг/л рассчитайте по формуле:

где:8 – эквивалентная масса атомарного кислорода; CТ – концентрация титрованного стандартного раствора тиосульфата, моль/л экв.; VТ – общий объем раствора тиосульфата, израсходованного на титрование (до и после добавления раствора крахмала), мл;

V – внутренний объем калиброванной кислородной склянки с закрытой пробкой (определяется заранее для каждой склянки отдельно), мл;V1 – суммарный объем растворов хлорида марганца и йодида калия, добавленных в склянку при фиксации РК, а также мешалки, мл (рассчитывается как V1=1 1 0,5=2,5 мл);1000 – коэффициент пересчета единиц измерения из г/л в мг/л.

Примечание. Принимается, что потери растворенного кислорода в фиксированной форме при сливе излишков жидкости из склянки и при выполнении других операций много меньше результата измерений (пренебрежимо малы).

    В случае титрования части пробы (50,0 мл) в кислородной склянке, массовую концентрацию РК в анализируемой пробе воды (СРК в мг/л) рассчитывают по формуле:

Пример расчета концентрации растворенного кислорода в воде.

    При общем объеме раствора тиосульфата, израсходованного на титрование, равном 4,7 мл, концентрации раствора тиосульфата 0,02 ммоль/л экв. и объеме кислородной склянки 102,5 мл содержание растворенного кислорода рассчитывается как:

    Для определения степени насыщения воды кислородом по табл. 13 определите величину концентрации насыщенного раствора кислорода в воде (СН, мг/л), исходя из температуры воды, зафиксированной в момент отбора пробы.

    Далее рассчитайте степень насыщения воды кислородом
(R) в % с учетом фактической величины атмосферного давления по формуле:

где:100 – коэффициент пересчета единиц измерения из мг/л в %;760 – нормальное атмосферное давление, мм рт. ст.;СН – величина концентрации насыщенного раствора кислорода для условий отбора, определенная по табл. 13.

Примечание. При отсутствии данных об атмосферном давлении в момент отбора допускается его принимать равным нормальному (т.е. 760 мм рт. ст.).

Таблица 13

Зависимость равновесной концентрации кислорода в воде от температуры(атмосферное давление – 760 мм рт. ст.)

ТемператураРавновесная концентрация растворенного кислорода
(в мг/л) при изменении
температуры на десятые доли °С (Сн)
°С00,10,20,30,40,50,60,70,80,9
0 14,65 14,61 14,57 14,53 14,49 14,45 14,41 14,37 14,33 14,29
1 14,25 14,21 14,17 14,13 14,09 14,05 14,02 13,98 13.94 13,90
2 13,86 13,82 13,79 13,75 13,71 13,68 13,64 13,60 13,56 13,53
3 13,49 13,46 13,42 13,38 13,35 13,31 13,28 13,24 13,20 13,17
4 13,13 13,10 13,06 13,03 13,00 12,96 12,93 12,89 12,86 12,82
5 12,79 12,76 12,72 12,69 12,66 12,52 12,59 12,56 12,53 12,49
6 12,46 12,43 12,40 12,36 12,33 12,30 12,27 12,24 12,21 12,18
7 12,14 12,11 12,08 12,05 12,02 11,99 11,96 11,93 11,90 11,87
8 11,84 11,81 11,78 11,75 11,72 11,70 11,67 11,64 11,61 11,58
9 11,55 11,52 11,49 11,47 11,44 11,41 11,38 11,35 11,33 11,30
10 11,27 11,24 11,22 11,19 11,16 11,14 11,11 11,08 11,06 11,03
11 11,00 10,98 10,95 10,93 10,90 10,87 10,85 11,82 10,80 10,77
12 10,75 10,72 10,70 10,67 10,65 10,62 10,60 10,57 10,55 10,52
13 10,50 10,48 10,45 10,43 10,40 10,38 10,36 10,33 10,31 10,28
14 10,26 10,24 10,22 10,19 10,17 10,15 10,12 10,10 10,08 10,06
15 10,03 10,01 9,99 9,97 9,95 9,92 9,90 9,88 9,86 9,84
16 9,82 9,79 9,77 9,75 9,73 9,71 9,69 9,67 9,65 9,63
17 9,61 9,58 9,56 9,54 9,52 9,50 9,48 9,46 9,44 9,42
18 9,40 9,38 9,36 9,34 9,32 9,30 9,29 9,27 9,25 9,23
19 9,21 9,19 9,17 9,15 9,13 9,12 9,10 9,08 9,06 9,04
20 9,02 9,00 8,98 8,97 8,95 8,93 8,91 9,90 8,88 8,86
21 8,84 8,82 8,81 8,79 8,77 8,75 8,74 8,72 8,70 8,68
22 8,67 8,65 8,63 8,62 8,60 8,58 8,56 8,55 8,53 8,52
23 8,50 8,48 8,46 8,45 8,43 8,42 8,40 8,38 8,37 8,35
24 8,33 8,32 8,30 8,29 8,27 8,25 8,24 8,22 8,21 8,19
25 8,18 8,16 8,14 8,13 8,11 8,11 8,08 8,07 8,05 8,04
26 8,02 8,01 7,99 7,98 7,96 7,95 7,93 7,92 7,90 7,89
27 7,87 7,86 7,84 7,83 7,81 7,80 7,78 7,77 7,75 7,74
28 7,72 7,71 7,69 7,68 7,66 7,65 7,64 7,62 7,61 7,59
29 7,58 7,56 7,55 7,54 7,52 7,51 7,49 7,48 7,47 7,45
30 7,44 7,42 7,41 7,40 7,38 7,37 7,35 7,34 7,32 7,31

Пример расчета степени насыщения воды кислородом.

    При значениях
СРК=7,52 мг/л, СН=9,82 мг/л, Р=735 мм рт. ст. и температуре воды в момент отбора 16°С степень насыщения составляет:

Газовый режим водоемов

Наибольший интерес в газовом режиме водоемов представляет концентрация кислорода (02), свободной углекислоты (С02), сероводорода (H2S) и метана (СН4).

Газовый режим морей и пресных водоемов тесно связан с термическими и биологическими процессами, активной реакцией среды (pH) и др. Распределение газов по глубине иногда приобретает довольно сложный характер, объясняемый индивидуальными особенностями водоема и интенсивностью биологических процессов (Л. К.Давыдов, А. А.Дмитриева, Н. Г. Конкина, 1973).

Кислород. Это один из основных факторов, обеспечивающих наличие жизни в водоемах. Обогащение воды кислородом в основном происходит за счет его инвазии (вторжения) из атмосферы и выделения фотосинтезирующими организмами. Убыль 02 связана с его эвазией (выходом) из воды в атмосферу и потреблением при дыхании животными и растениями (А. С. Константинов, 1979).

Коэффициент адсорбции 02 водой при 0°С равен 0,04898. Следовательно, при нормальном содержании этого газа в атмосфере (210 мл/л) в 1 л воды окажется растворенным 210 мл 0,04898 =

Таблица 4

Растворимость атмосферного кислорода (мл/л) в воде в зависимости от температуры и солености

Темпера- тура, °С

Растворимостысислорода при солености воды, %

0

1

2

3

4

0

10,29

9,65

9,01

8,36

7,71

10

8,02

7,56

7,10

6,63

6,17

20

6,57

6,22

5,88

5,53

5,18

30

5,57

5,27

4,96

4,65

4,35

= 10,29 мл кислорода. На содержание кислорода в воде большое влияние оказывают ветровое волнение и течения. Роль диффузии атмосферного 02 в спокойной воде имеет весьма малое значение.

Кислород отличается умеренной растворимостью в воде, которая зависит от ряда факторов, прежде всего от температуры и солености. С их повышением коэффициент адсорбции уменьшается и содержание 02 в воде снижается (табл. 4).

Кислородный режим водоемов зависит от многих факторов. Учитывая, что инвазия 02 из атмосферы происходит только через поверхность воды, а зона фотосинтеза располагается в верхнем слое, последний, как правило, более насыщен кислородом, чем нижележащая толща. В процессе фотосинтеза растения выделяют огромное количество кислорода. В отдельные периоды сезона его содержание в воде в 3 — 4 раза превышает то количество, которое могло бы поступить из атмосферы.

Абсолютный показатель содержания кислорода в водоеме не показывает полностью, много или мало его в воде при данных условиях, поэтому очень часто используют иной показатель — относительное содержание 02 в воде (в процентах насыщения воды кислородом по отношению к нормальной величине его растворимости при данных температуре и давлении):

Как рыба в воде.  Может ли человек дышать жидкостью и зачем это нужно - ТАСС

где а — количество кислорода в воде; N — нормальное количество кислорода при данной температуре и давлении 760 мм рт. ст.; Р — атмосферное давление.

Пересыщение воды кислородом бывает особенно значительным при цветении фитопланктона. В морских водоемах максимальное содержание кислорода в поверхностных слоях не превышает 110—120 % от полного насыщения. Зона фотосинтеза находится в верхнем слое (до глубины 20 — 50 м), который, как правило, более насыщен кислородом, чем остальная толща воды. В пресных водоемах концентрация водорослей выше, а фотосинтез осуществляется более интенсивно; концентрация 02 нередко достигает 300 % и выше от полного насыщения воды кислородом.

Снижение концентрации кислорода в воде осуществляется в результате его выхода из воды в атмосферу из пересыщенной воды кислородом. Особенно интенсивно это осуществляется при повышении температуры. Значительное количество кислорода тратится организмами при дыхании. Особенно велико потребление 02 бактериями — до 90 % от всего количества, потребляемого другими организмами. Кроме того, часть кислорода расходуется на окисление минеральных и органических соединений.

Поступление кислорода в водоем (из атмосферы и в результате фотосинтеза растений) ограничивается только верхним слоем воды. Потребление кислорода для дыхания и окислительных процессов происходит во всей толще воды, в том числе и на дне. Поэтому в водоемах с интенсивными деструкционными процессами дефицит кислорода бывает весьма значительным.

В больших и глубоких водоемах (в основном олиготрофного типа) с относительно низкими температурами воды в течение большей части года и малым содержанием биогенных элементов кислородный режим связан с температурой и условиями перемешивания водных масс. Содержание кислорода в этих водоемах повышенное и близкое к полному насыщению.

Максимальная концентрация кислорода (мг/л) в этих водоемах наблюдается в предледоставный период, что соответствует хорошей его растворимости при низкой температуре. В период весенней и осенней гомотермии кислород распределяется равномерно во всей толще. Летом кислородный максимум может несколько смещаться в толщу воды (за счет фотосинтетических процессов микроводорослей).

В мелких, хорошо прогреваемых озерах эвтрофного типа, с обилием водной растительности (прибрежной и фитопланктона), животных и богатых органическим веществом режим газов определяется в основном биологическими процессами, протекающими в толще воды и в иле.

Летом в распределении 02 наблюдается отчетливо выраженная стратификация, аналогичная температурной. Верхние слои водоема сильно насыщены кислородом; с увеличением глубины концентрация его резко падает. В неглубоких водоемах биологические процессы в придонных слоях и в иле бывают настолько интенсивными, что образуют дефицит кислорода.

В металимнионе также возможен дефицит кислорода. Это связано с интенсивными биологическими процессами в этом слое за счет концентрирования здесь легкоокисляемого органического вещества, поступающего из эпилимниона. Перепад температур в слое температурного скачка способствует задерживанию на границе холодного слоя отмерших планктонных организмов.

Зимой при ледоставе приток 02 становится ничтожным. К концу зимы его содержание уменьшается как в эпилимнионе, так и в более глубоких слоях водоема. В гиполимнионе интенсивное потребление кислорода приводит к заморам, в результате чего гибнут многие животные, в том числе и рыба.

В эвтрофных водоемах максимальное количество кислорода наблюдается во время весенней и осенней циркуляций. В теплое время года в течение длительного периода устойчивой стратификации запасы 02 в гиполимнионе могут быть полностью исчерпаны уже к середине лета. Если в это время под влиянием ветра поверхностные и глубинные воды перемешиваются, то в эпилимнионе на какой-то момент концентрация 02 может резко снизиться, что иногда приводит к заморам и в верхнем слое водоема.

Все озера можно разделить на голомиктические, где перемешивание воды в течение всего летнего сезона идет до дна, димикти- ческие и меромиктические, где летом устанавливается температурная стратификация (В. М. Горленко, Г.А.Дубинина, С.И.Кузнецов, 1977).

В таких озерах объем аэробной зоны начинает более или менее быстро сокращаться в зависимости от трофности водоема; в придонных слоях, а иногда и во всей зоне гиполимниона создается анаэробная обстановка. Так, в олиготрофных водоемах аэробная зона сохраняется круглый год во всей водной массе; в мезотроф- ных водоемах в придонных слоях кислород исчезает в конце лета и зимы, а пополняется в периоды весенней циркуляции. В эвтрофных озерах в зависимости от степени трофии кислород может исчезать в течение 2—3 недель после весенней и осенней циркуляций.

В водной среде значительная часть животных и бактерий населяет глубины, где света для существования фотосинтезирующих растений недостаточно и, следовательно, дышать им приходится за счет 02, поступающего извне (из атмосферы и верхних слоев воды, где происходит фотосинтез растений). Из-за этого организмам часто приходится испытывать острый дефицит кислорода. Для водных организмов кислород является важнейшим фактором существования.

По отношению к кислороду водные организмы делятся на эври- и стеноксидные формы (эври-и стеноксибионты), способные жить в пределах широких и узких колебаний концентрации 02 соответственно. К эврибионтам относятся рачки Cyclops strenuus, многие рачки рода Daphnia, черви Tubifex tub if ex, моллюски Viviparus v/v/- parus и ряд других организмов, живущих в условиях почти полного отсутствия или высокого содержания 02. Все они являются обитателями зарослей прибрежно-водной растительности.

Водные растения в меньшей степени зависят от наличия кислорода, чем животные, так как сами являются его продуцентами.

Однако в некоторых водоемах при повышении температуры воды и разложении отмерших организмов наблюдается дефицит кислорода, что сказывается на жизнедеятельности как животных, так и погруженных растений (на последних, в основном опосредованно). Отсутствие кислорода приводит к изменению окислительно-восстановительного потенциала среды, концентрации водородных ионов, появлению сероводорода и метана. Все это неблагоприятно отражается на физиологических процессах водных растений.

Углекислота. Обогащение природных вод углекислым газом происходит за счет его диффузии из атмосферы, в результате дыхания водных организмов, геохимических процессов (разрушения осадочных пород), поступления из различных соединений в первую очередь угольной кислоты. Снижение концентрации углекислого газа в воде происходит в результате его потребления фотосинтезирующими организмами и связывания в соли угольной кислоты.

В водоемах концентрация С02 невелика. Так, при 0°С в 1л чистой воды может раствориться 0,5 мл С02. С повышением температуры и солености растворимость С02 в воде снижается. В природных условиях вода поглощает гораздо больше углекислоты благодаря связыванию С02 в карбонаты кальция или магния.

С увеличением глубины концентрация С02 повышается, особенно зимой, когда ледяной покров препятствует его выходу в атмосферу. К примеру, в гиполимнионе озер концентрация свободной углекислоты достигает 10—20 мг/л. В эпилимнионе во время цветения водорослей она может почти полностью потребляться. При этом pH смещается в щелочную сторону. Такие резкие изменения концентрации С02 в толще водоемов в основном обусловлены биологическими процессами.

Когда двуокись углерода (С02) растворяется в воде, она частично реагирует с водой, образуя угольную кислоту, причем равновесие сильно сдвинуто влево:

Как рыба в воде.  Может ли человек дышать жидкостью и зачем это нужно - ТАСС

Угольная кислота диссоциирует с образованием ионов Н* и гидрокарбонатного иона (НСО():
Как рыба в воде.  Может ли человек дышать жидкостью и зачем это нужно - ТАСС

Гидрокарбонатный ион может потерять ион Н , тогда он становится карбонатным ионом (С03~):

Как рыба в воде.  Может ли человек дышать жидкостью и зачем это нужно - ТАСС

Относительные концентрации Н2С03, HCOJ и С03» зависят от концентрации водородных ионов (Н*) в растворе. При низких значениях pH (4 — 6) наблюдается высокая относительная концентрация Н2С03; при высоких (pH 9—11) значениях преобладает С03~, а при средних (pH 6 —9) — бикарбонаты (HCOj).

Ионы НС03 и С03«, реагируя с ионами различных элементов, образуют соли, из которых в природных водах наибольшее значение имеют карбонаты кальция и карбонаты магния. Так как растворимость СаС03 не очень высокая, данные соли уже при небольших концентрациях ионов Са2 и С03‘ выпадают в осадок. Это наблюдается в щелочной среде, когда количество ионов С032~ становится выше некоторого критического значения.

Когда вода подкисляется и количество ионов СО2«, образующихся за счет диссоциации угольной кислоты, понижается, кислота начинает поступать в воду в результате растворения монокарбонатов. Если реакция воды остается кислой, ионы С03» превращаются в ионы НС03 (происходит связывание ионов Н и повышение pH), а дефицит первых покрывается образованием дополнительных количеств за счет дальнейшего растворения монокарбонатов. Процесс растворения монокарбонатов будет идти до тех пор, пока не истощится их запас или не повысится pH среды, подщелачивающейся в результате растворения монокарбонатов. Обратная картина будет наблюдаться в щелочной среде: в результате повышения концентрации ионов С03 (соответствующая диссоциация Н2С03) они, соединяясь с ионами Са , образуют осадок СаС03, при этом среда подкисляется (накапливаются ионы Н ).

Таким образом, в природных водах создается буферная система, предупреждающая заметное изменение pH среды, пока в ней содержатся карбонаты и есть контакт с С02 атмосферы (А.С.Константинов, 1979).

Подвижное равновесие отражает схема

Как рыба в воде.  Может ли человек дышать жидкостью и зачем это нужно - ТАСС

Огромное влияние на содержание свободной углекислоты оказывает фотосинтетическая деятельность водных растений. В летний период при интенсивном фотосинтезе С02 может полностью исчезать из воды. Активная реакция среды при этом смещается в щелочную сторону.

Высшая водная растительность, активно потребляя углекислый газ, способствует осаждению известковых солей на своей поверхности в виде известковых корочек. В процессе фотосинтеза растения могут высоко поднимать активную реакцию среды. Это связано с тем, что снабжение углекислотой растений возможно только посредством утилизации бикарбонатов, поскольку с повышением pH свободная углекислота связывается в углекислые соли. Водные растения поглощают растворимый бикарбонат, выделяя на своей поверхности эквивалентное количество Са(ОН)2.

Выпадение кальция из раствора в результате фотосинтеза получило название биогенной декальцинацией. Основными образова- телями извести в водоемах России являются рдесты, роголистник, телорез, уруть, элодея, кувшинки, харовые водоросли и другие погруженные растения. Растения при фотосинтезе (в пересчете на 100 кг сухой массы) в течение 10 ч осаждают на своей поверхности до 2 кг извести (Н. П. Воронихин, 1953; К.А. Кокин, 1982). Так, в ряде озер Псковской обл. в зоне произрастания харовых водорослей содержание кальция достигало 32 —37 % сухой массы грунта, в озерах Тульской обл. — 52 %. По мере удаления от зарослей этих водорослей количество извести резко падает (В. Н.Абрамов, 1959; Д.С. Николаев, 2003). Осаждение кальция на поверхности растений препятствует их росту (А. А. Потапов, 1956).

В то же время ряд растений не способны использовать бикарбонат в больших количествах в качестве источника углерода (рдест плавающий, кубышка, пузырчатка). Такие виды подщелачивают воду незначительно и на их поверхности не откладывается кальций. Они обитают в слабокислых водах, где углекислота имеется в достаточном количестве.

Метан (СН4). Образуется за счет бактериального разложения клетчатки и других органических веществ в толще воды и грунтах пресных водоемов, реже в морях (в основном в анаэробных условиях). Метан — важное звено в круговороте углерода в водных экосистемах. Так, около половины органического углерода, поступающего в донные отложения, выделяется затем в форме метана. Обычно его объем составляет около 30 —50% от всех газов, выделяемых донными отложениями. Скорость образования метана зависит главным образом от количества разлагаемого субстрата и температуры среды. Его концентрация достигает 6— 10 мл/л. Особенно много метана выделяют грунты прудов и озер с высоким содержанием органических веществ и повышенной температурой воды. Так, в водоемах-охладителях тепловых и атомных электростанций выделяется до 300 мл СН4 на 1 м2 в сутки. Нередко можно видеть, как пузырьки метана поднимаются к поверхности воды. Особенно это хорошо заметно на болотах, из-за чего метан называют болотным газом.

Часть образующегося в водоемах метана поступает в атмосферу, часть окисляется микроорганизмами до Н2С03. Количество метанокисляющих бактерий (в основном Pseudomonas) в толще воды достигает сотен клеток в 1 мл воды, а в грунтах — сотен тысяч в 1 г. Эти бактерии могут использовать СН4 даже в очень малых концентрациях, препятствуя его накоплению в толще воды. Для других организмов метан ядовит.

Высшие водные растения с хорошо развитой корневой системой способствуют выносу метана в атмосферу. Установлено, что около 75 % СН4, выносимого из литорали озер, удаляется водными растениями (J.W. Decey, M.J. Klug, 1979).

Метан образуется не только на дне водоемов и болот, но и в отстойниках очистных сооружений. Человек давно научился использовать метан, трансформируя органические отходы в биогаз (смесь метана и углекислоты). Содержание метана в биогазе варьирует от 50 до 85 % и определяется составом сбраживаемой массы. Так, при распаде жироподобных веществ образуется больше биогаза, причем содержание в нем метана достигает 70 %; при сбраживании углеводоподобных соединений доля метана уменьшается до 50%. Присутствие углекислоты снижает теплотворную способность биогаза.

Биогаз получали уже в XIX столетии, и в принципе существенных изменений в технологии за все это время не произошло. Процесс получения биогаза отличается простотой оборудования и доступностью сырья. Он обладает двумя важными преимуществами: во-первых, происходит образование газа, который используется в качестве источника энергии. Во-вторых, оставшиеся отходы являются хорошим удобрением длительного действия.

Технология получения биогаза настолько проста, что во многих странах, расположенных в теплом поясе (в частности, в Китае и Индии), ее применение приобрело массовый характер. В Китае в сельской местности действует около 15 млн дешевых и простых установок вместимостью 10— 15 л, достаточных для удовлетворения энергетических потребностей семьи из нескольких человек. В Индии функционирует несколько миллионов таких установок. В качестве сырья используются навоз и растительные отходы. В среднем 1 кг навоза крупного рогатого скота позволяет получать около 200 л биогаза, навоза свиней — 300 л, птичьего помета — 400 л.

Сбраживание органического субстрата происходит в специальных бродильных камерах (метантенках). Твердые органические отходы предварительно должны быть смочены водой (влажность около 95 %). Метантенки представляют собой герметичные сосуды в форме куба или цилиндра. В них помешают сырье, содержащее 2 —12 % органического вещества, и герметично закрывают, так как образование биогаза осуществляется в анаэробных условиях.

В процессе сбраживания выделяют две фазы. В первую фазу микроорганизмы, используя органическое вещество, потребляют кислород и создают анаэробные условия. При этом в среде накапливаются органические кислоты, водород и углекислота. Вторая фаза приводит к образованию метана. Метановое брожение осуществляется при 30—40°С (мезо- фильный процесс) или 50—60°С (термофильный процесс). Последний является наиболее быстрым и эффективным.

В индивидуальных хозяйствах используют метантенки объемом около 1 м3. Промышленные установки достигают объема несколько тысяч кубических метров. Изготавливают их из металла или железобетона. Метантенки снабжены мешалками для перемешивания бродящей массы, что ускоряет процесс образования метана и поддерживает необходимую температуру внутри реактора. Образующиеся газы удаляются через трубку, расположенную в верхней части метантенка.

Скорость процесса определяется температурой ферментации (в термофильных условиях она в 2—3 раза выше, чем в мезофильных), химическим составом сырья, его вязкостью, количеством бактерий и степенью перемешивания. Важным моментом является скорость поступления сырья в реактор или время нахождения в нем.

Чем интенсивнее процесс брожения, тем выше должны быть скорость загрузки сырья в реактор и рентабельнее само производство биогаза. Интенсивно работающий метантенк необходимо перезагружать один раз в 5 — 14 суток, а в среднем — через 10 — 20 дней. Необходимо иметь в виду, что твердые отходы сельскохозяйственного производства (животноводства и растениеводства) сбраживаются медленнее, чем отходы пищевой промышленности.

На интенсивность газообразования большое воздействие оказывают перемешивание и температурный режим. Это связано с тем, что в процессе метанового брожения биогенное разогревание невелико. Поэтому в условиях средней полосы России приходится максимально экономить тепло: метантенки хорошо термоизолируют и немного подогревают. В противном случае значительную часть производимого метана пришлось бы использовать на обогрев самого метантенка. Это является одной из причин, по которой метантенки в домашнем хозяйстве привились прежде всего в тропических областях, где температура воздуха довольно высока.

При существующих ценах на газ производство биогаза вряд ли оправдано, однако в общей системе мероприятий по переработке жидких отходов животноводческих ферм с получением газа и удобрений представляется перспективным.

Сероводород (H2S). Образуется в водоемах при гниении белков и восстановлении сульфатов микроорганизмами. Сероводород даже в самых малых концентрациях вреден для организмов. Кроме того, снижая концентрацию кислорода, идущего на окисление S2- до S, он косвенно отрицательно влияет на их жизнедеятельность.

В морских водоемах в образовании сероводорода участвуют десульфирующие бактерии, восстанавливающие сульфаты воды. Развитию этих бактерий способствуют пониженное содержание 02, застойные зоны на больших глубинах, присутствие в значительных количествах сульфатов. Количество H2S, образованного десульфирующими бактериями (главным образом Desulfovibrio), может быть довольно высоким. Например, в Черном море вся толща воды, за исключением тонкого поверхностного слоя (0—200 м), содержит большое количество сероводорода (до 6 мг/л), поэтому единственными обитателями зараженной зоны являются микроорганизмы.

В пресных водоемах содержание сульфатов невелико. В связи с этим образование H2S за счет жизнедеятельности десульфирующих бактерий наблюдается крайне редко и обычно связано с загрязнением водоемов стоками, содержащими сульфаты.

В пресных водоемах сероводород выделяют гнилостные бактерии, поскольку именно здесь на дне скапливаются разлагающиеся белковые вещества. Значительные количества сероводорода (до 790 мг/л) отмечены на дне водоемов во время их стагнации (А. С. Константинов, 1979).

Освобождение воды от сероводорода осуществляется за счет химического окисления до сульфата и тиосульфата в присутствии кислорода и за счет жизнедеятельности бактерий, главным образом серных. Абиогенное окисление H2S осуществляется в поверхностных слоях воды, где всегда имеется достаточное количество кислорода. Биологическим путем окисляется около трети S2‘, в основном на границе сероводородной зоны, так как на больших глубинах деятельность серных бактерий подавляется. Помимо серных бактерий сероводород окисляют фотосинтезирующие пурпурные и некоторые зеленые бактерии, используя его в качестве донатора водорода (А. С. Константинов, 1979).

Класс земноводные, подготовка к егэ по биологии

Земноводные, или амфибии (от греч. amphi — с обеих сторон и греч. bios — жизнь) — класс типа хордовые, объединяющий
животных, которые могут обитать как в воде, так и на суше. Это немногочисленный наиболее примитивный класс наземных
позвоночных животных. Произошли земноводные от древних кистеперых рыб.

Для успешного изучения земноводных предлагаю начать с их классификации. Помните, что классификации это именно то, что
раскладывает знания в голове «по полочкам», относитесь к ним с должным вниманием.

Давайте перечислим ароморфозы, которыми сопровождалось появление земноводных.

Традиционно строение земноводных изучается на примере типичного представителя — лягушки озерной, ее мы возьмем за
основу данной статьи.

  • Покровы, опорно-двигательная система
  • Покров двуслойный, состоит из эпидермиса и дермы. Эпидермис снабжен густой капиллярной сетью, благодаря которой
    у лягушки возможен газообмен через кожу. Кожа голая, содержит большое количество желез: она должна быть постоянно
    увлажнена для интенсивного газообмена.

    Около 65% всего кислорода поступает через увлажненную кожу. Увлажнение кожи крайне важно, рекомендую запомнить следующий факт: при пересыхании кожи лягушки газообмен в ней прекращается,
    и лягушка погибает от недостатка кислорода (гипоксии).

    Особой окраской обладают ядовитые виды лягушек, их яркая окраска называется — предупреждающей. Съев такую, хищник серьезно пожалеет о своей оплошности, которая может закончиться летальным исходом. Поэтому животных с такой окраской хищники обычно не трогают.

    Индейцы используют лягушек кокои (листолаз ужасный) для
    изготовления отравленных стрел: одна лягушки делает смертельным оружием около 50 стрел. Они готовят яд, высушивая лягушку
    на костре и смазывая наконечники стрел выступающей на поверхности коже жидкостью — ядом.

    Тело состоит из головы, туловища и двух пар конечностей. Передние конечности короче и слабее задних. Задние конечности служат
    для плавания, они удлинены и имеют плавательные перепонки между пальцами. Хорошо развита
    мышечная система: мышцы дифференцированы на отдельные пучки. В теле амфибий насчитывается до 350 мышц.

    Скелет лягушки состоит из скелета головы, туловища, поясов конечностей и свободных конечностей. Скелеты поясов конечностей
    малоподвижны, в отличие от скелета свободной конечности, построенного по типу рычагов.

    Имеются туловищный (7 позвонков) и хвостовой отделы позвоночника, доставшиеся земноводным еще от рыб. Однако появляются и новые отделы: крестцовый
    и шейный, оба содержащие по одному позвонку. Благодаря возникновению шейного отдела, у земноводных становится возможным
    поворот головы, что было невозможным для рыб.

    В скелете особо необходимо выделить уростиль (от др.-греч. urá — «хвост» и stýlos — «палочка») — палочковидную кость,
    которая образуется в результате слияния тел хвостовых позвонков. Уростиль также называют хвостовой костью.

    Скелеты поясов конечностей служат опорой для конечностей. В состав плечевого (переднего) пояса входят: лопатки, ключицы, вороньи
    кости (коракоиды), хрящи. Ребер нет, вследствие чего грудная клетка отсутствует, передний пояс лежит свободно в толще мышц, грудина не соединена при помощи ребер с позвоночником.

    Пояс задних конечностей (тазовый) образован: подвздошными и седалищными костями, лобковым хрящом.

    Скелет передней свободной конечности состоит из: плечевой кости, предплечья (образовано сросшимися лучевой и локтевой костями)
    и кисти (состоящей из запястья, пястья и фаланг пальцев).

    Скелет задней свободной конечности образован бедром, голенью (состоит из сросшихся малоберцовой и большеберцовой
    костей), стопы (включает предплюсну, плюсну и фаланги пальцев).

  • Пищеварительная система
  • Состоит из ротоглоточной полости, в которую открываются протоки слюнных желез, секрет которых предназначен только для смачивания
    и формирования пищевого кома. Слюнные железы впервые возникли именно у амфибий, и пока еще не участвуют в химической обработке
    пищи. Слюнные железы были и у насекомых, однако членистоногие — отдельная эволюционная ветвь, хордовые никаким образом не произошли от членистоногих 🙂

    Имеются хоаны — внутренние носовые отверстия (ноздри — внешние), с помощью которых полость носа сообщается с полостью глотки. В ротоглоточную полость открываются также
    отверстия евстахиевых труб, которые соединяют полость среднего уха с ротоглоткой и уравнивают в них давление. Значительную часть места занимает липкий длинный язык, служащий для ловли добычи.

    Короткий пищевод переходит в желудок, продолжающийся в тонкий кишечник, куда открываются протоки желчного пузыря, а также пищеварительных
    желез: печени и поджелудочной. Тонкая кишка переходит в толстую кишку, оканчивающуюся клоакой.

    Клоака (от лат. cloaca — труба для стока нечистот) — расширенная часть задней кишки, куда открываются мочеточники и мочевой пузырь,
    половые протоки.

  • Дыхательная система
  • У лягушки дыхание осуществляется двумя основными способами:

    • Легочное дыхание
    • Легкие представленные тонкостенными мешками, стенка которых густо оплетена капиллярами, в которых происходит
      газообмен. Дыхательная поверхность легких невелика, они не способны полностью удовлетворить нуждам организма
      в кислороде, поэтому жизнь лягушки невозможна без кожного дыхания.

      Воздух поступает в легкие и удаляется из них благодаря сокращениям мышц дна ротовой полости.

    • Кожное дыхание
    • Осуществляется только при увлажненной коже, на поверхности которой растворяется кислород, после чего он проникает в капилляры кожи. Кожа помогает
      дышать лягушкам при погружении в воду: кислород поступает в кровь напрямую из воды.

      При пересыхании кожи животное погибает, так как
      слабо развитые легкие не в состоянии обеспечить потребности организма в кислороде.

      Также дыхание осуществляется эпителием, покрывающим ротовую полость, но это вносит незначительный вклад в процесс
      дыхания.

  • Кровеносная система
  • Изменения в кровеносной системе земноводных, по сравнению с рыбами, обусловлены заменой жаберного дыхания
    на легочное. Сердце имеет 3 камеры: 2 предсердия и 1 желудочек, сердце более крупное. Возникает второй (легочный) круг кровообращения.

    Правое предсердие заполнено венозной кровью, а левое — артериальной. Перегородка в желудочке отсутствует, кровь внутри него большей частью смешанная.
    Из-за смешения крови интенсивность метаболизма уменьшается, это делает невозможным поддержание постоянной температуры тела. Эритроциты
    у амфибий с ядрами, безъядерные эритроциты возникнут позже, у млекопитающих.

    Земноводные
    относятся к пойкилотермным животным (от греч. poikilos — различный и therme — тепло) — холоднокровным животным, температура тела которых
    непостоянна и зависит напрямую от температуры окружающей среды.

    Физиологически и анатомически сокращение сердца происходят
    таким образом, что более насыщенная кислородом артериальная кровь изгоняется из него в последнюю очередь и попадает в сонные артерии,
    идущие к головному мозгу. Таким образом, к головному мозгу направляется более насыщенная кислородом кровь, чем к остальным органам.

  • Выделительная
  • Так же, как и у рыб, выделительная система амфибий состоит из парных первичных (туловищных) почек, называемых мезонефрос. В них фильтруются
    продукты обмена веществ, главным образом — мочевина.

    По мере образования в почке мочи, она поступает в мочеточники, ведущие в клоаку. Попавшая в клоаку моча стекает в мочевой пузырь, через стенки которого осуществляется всасывание воды. При сокращении стенок мочевого пузыря концентрированная моча выводится в клоаку, откуда выбрасывается во внешнюю среду.

  • Нервная система
  • Головной мозг земноводных отличается от мозга рыб полностью разделенным на два полушария и более развитым передним мозгом.

    Мозжечок и средний мозг развиты гораздо слабее, так как земноводные малоподвижны и их движения относительно простые: они передвигаются по плоскости в «2D измерении». Перемещение рыб в таком случае можно обозначить как в «3D измерении». Это
    упрощенное, но вполне справедливое сравнение.

    Свободные конечности земноводных позволяют им совершать более разнообразные движения в отличие от циклических поворотов плавников и тела у рыб.

    Органы чувств земноводных адаптированы к наземному образу жизни. На суше возникает серьезная проблема,
    которой не было у рыб в воде — сухой воздух. Чтобы адаптироваться к нему у земноводных возникает подвижное веко и мигательная
    перепонка, движения которых смачивают поверхность глаза и препятствуют высыханию.

    Меняется форма хрусталика. Если у рыб он был шарообразный, то у земноводных его форма становится более выпуклой (как и форма
    роговицы). Хрусталик приобретает форму двояковыпуклой линзы. Амфибии видят дальше рыб.

    Однако аккомодация, настройка глаза на наилучшее видение объекта, остается на том же уровне, что и
    у рыб: достигается только за счет перемещения хрусталика вперед и назад. Эти перемещения помогает совершать особая ресничная мышца,
    возникшая у земноводных.

    Наземная среда меняет и характер передачи звуков: теперь он передается через колебания воздуха. Если рыбам
    в воде было достаточно внутреннего уха для улавливания колебаний воды, то земноводным этого мало. У них впервые
    возникает среднее ухо, которое снабжено барабанной перепонкой, чувствительной к колебаниям воздуха.

    Среднее ухо состоит из одной слуховой косточки — стремени. Евстахиева труба соединяет полость среднего уха с ротоглоточной полостью, служит для уравнивания давления между ними.

  • Половая система
  • Лягушки раздельнополые животные, оплодотворение наружное. Размножение и начальные этапы развития земноводных происходят
    в воде, поэтому амфибий крайне редко можно встретить в засушливых местах, где водоемы отсутствуют.

    Мужские половые железы представлены парными семенниками с отходящими от них семявыносящими протоками, которые впадают в мочеточники,
    открывающиеся в клоаку. Женские половые железы — яичники с отходящими от них яйцеводами, открывающимися в клоаку.

    Во время оплодотворения самец удерживает самку сзади и надавливает передними конечностями на ее брюшко, что приводит к выметыванию
    икры. Эта икра сразу же оплодотворяется семенной жидкостью самца.

    Развитие происходит с метаморфозом — значительной перестройкой большинства органов. Личиночная стадия лягушки еще раз
    подчеркивает эволюционные корни этого класса, а именно то, что земноводные произошли от рыб. Головастики требуют нашего
    особого внимания.

    Головастик — личинка бесховстых земноводных. Развивается из оплодотворенной яйцеклетки, живет в воде.

    Во многом строение головастика напоминает строение рыбы, что подтверждает родство классов земноводных и рыб. Головастик
    характеризуется следующими чертами:

    По мере изучения вышеуказанных признаков становится очевидно, что предками земноводных являются кистеперые рыбы,
    обитавшие мелких континентальных водоемах. От кистеперых рыб произошли древние земноводные — стегоцефалы, появившиеся в конце
    девонского периода и вымершие вначале мезозоя.

    Земноводные, как и все живые организмы, являются звеном в цепи питания (консументами). Они уничтожают многих кровососущих
    насекомых, а также насекомых, которые наносят вред культурным растениям.

    Их яд используют для изготовления лекарств, так что не забудем отметить их медицинское значение. Лягушка — классический
    объект для лабораторных исследований, в таком качестве лягушки используются повсеместно, и благодаря им совершены тысячи открытий.

    Оцените статью
    Кислород
    Добавить комментарий