Озерные диатомеи как индикатор закисления вод Практическая работа Введение Сгорание ископаемого топлива с высоким содержанием серы приводит к выделению в атмосферу диоксида серы - газа, способного, соединяясь с атмосферной влагой, образовывать разбавленный раствор серной кислоты. Эти процессы в последние годы неоднократно становились предметом обсуждения в связи с выпадением так называемых кислотных дождей. В ряде сообщений указывалось на гибель деревьев и постепенное закисление воды озер, особенно в горных областях с кислыми скальными породами, где отсутствует возможность нейтрализации образующейся кислоты. Однако, довольно трудно с достаточной убедительностью установить, в какой мере кислотные дожди действительно служат причиной указанных изменений окружающей среды, которые могли бы происходить и под влиянием иных факторов. Данные и задания Объект изучения - пресноводное озеро Лох-Инок площадью 50 га, расположенное в юго-западной Шотландии на высоте 500 м над уровнем моря. Рассматривали четыре гипотезы, обуславливающие процесс закисления озера Лох-Инок: А. Закисление озера обусловлено медленно происходящими изменениями среды. В. Оно обусловлено вырубкой леса в конце 19-го - начале 20-го веков. С. Оно обусловлено увеличением выпадения кислотных дождей, образующихся преимущественно в результате сжигания в процессах промышленного производства; т. е. закисление датируется началом промышленной революции. Д. Закисление обусловлено снижением интенсивности выпаса из-за сокращения пастбищного выпастного хозяйства на холмах. Следствием этого могло бы стать более интенсивное образование кислого гумуса в почве. При выпасе животных в этих местах практиковали периодическое сжигание растительности, что интенсифицировало рост трав, особенно Molinia caerulea (перловник голубой), и обогащало заросли вереска молодыми вкусными побегами. Однако, надежные данные о выпасе овец и крупного рогатого скота в данной приозерной местности практически отсутствуют. Для выявления причин закисления проводили исследования: концентрации тяжелых металлов в донных осадках (табл. 1); процентного содержания двух типов пыльцы в озерных донных осадках (табл.2); содержания в донных осадках диатомей, используемых для определения рН воды (табл.3). Таблица 1 Концентрация тяжелых металлов в донных осадках Глубина, см Концентрация, мкг/г Pb Zn Cu 0 400 355 53 10 370 190 43 20 310 100 26 30 155 120 8 40 85 20 3 50 105 35 30 60 95 25 5 Таблица 2 Содержание двух типов пыльцы в озерных донных осадках Глубина, см Содержание пыльцы, % Вереск Травы 0 18 17 5 17 15 10 16 14 15 19 13.5 20 17.5 12,5 25 17,5 12,5 30 17,5 11,5 35 20 11,5 40 22 10 45 19,5 9 50 20 9 55 20 9 60 23 9 65 22,5 9 Таблица 3 Содержание в донных осадках диатомей, используемых для определения рН воды Глубина, см Содержание диатомей, % Алкфи Цн Ацфи Ацби 1 0,5 2 29 17 2,5 0,5 3 30 15 5 0 3 33 12 11 0 6 37 7 17,5 0,5 5 42 4 25 1 12 35 4 35 1 14 31 4 45 0,5 14 33 3,5 55 0,5 15 28 4 65 0,5 13 31 4 Диатомовые - хорошие индикаторы величины рН; Hustedt классифицировал их следующим образом: алкалибионты (алкби), живущие при рН>7; алкалифилы (алкфи), живущие при рН около 7, широко представлены при рН>7; циркумнейтралы (цн), широко представлены при рН около 7,; ацидофилы (ацфи), живущие при рН около 7, широко представлены при рН<7; ацидобионты (ацби), живущие при рН<7. Отмирая, озерные диатомеи падают на дно, и их створки включаются в донные осадки. В олиготрофных кислых озерах отложения осадков происходит медленно, и сведения о недавнем состоянии воды (степени ее закисления) запечатлены в самом верхнем слое донных осадков. Возраст осадка можно определить радиоизотопным методом по содержанию 137Сs или 210Рb и таким образом измерить скорость закисления воды в озере. Процентное соотношение кислото- и щелочелюбивых видов используется для вычисления индекса В, который может служить для определения величины рН. ІВ = % цн + (5 * % ацфи) + (40 * % ацби) -------------------------------------------------------% цн + (3,5 * % алкфи) + (108 * % алкби) При вычислении этого индекса величины процентного содержания отдельных групп диатомовых умножают на соответствующие коэффициенты (коэффициент для ацидобионтов больше, чем для ацидофилов, который, в свою очередь, больше, чем для циркумнейтралов; для щелочелюбивых видов также вводятся коэффициенты). При изучении зависимости величины рН воды и Lg (ІВ) для 30 скандинавских озер, получено уравнение регрессии рН=6.4-0,85 Lg (ІВ), позволяющее определить величину рН воды на основе ранее установленного индекса В (см. Рис.). Рис. Зависимость между логарифмом индекса В (ІВ) озерных диатомей и величиной рН воды в этих озерах. Задания: 1. Используя данные таблицы 4, постройте график зависимости возраста донных отложений от глубины их залегания. Можно ли на основании глубины залегания судить о возрасте осадков? Таблица 4 Радиоизотопное датирование донных осадков Глубина, см Дата по 210Pb 0 1981 5 1960 17,5 1900 25 1850 33,5 1800 50 (1700) 2. Используя данные таблицы 3, формулу вычисления индекса В (ІВ) уравнение регрессии рН = 6,4-0,85 Lg (ІВ), определите величину рН воды во время отложения донных осадков, представленных в каждой из проб. Постройте график зависимости найденной величины рН от глубины залегания осадков. Установите, когда начались изменения рН. 3. Основываясь на характере построенных вами графиков и данных таблиц 1 и 2 оцените, какая из приведенных выше гипотез представляется наиболее правдоподобной. Ответ обоснуйте.