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淡水中碳酸物质与溶解氧的关系


实验室k / 2018-06-30

    关于天然水中溶解氧与碳酸物质的关系,在只考虑浮游植物的光合作用与呼吸而忽略其它因素的情况下,在溶解氧与总二氧化碳两者之间量的增减方面,存在当量关系。关于这一点,聽桥用放射性碳14C在含有淡水浮游植物绿藻类的水中,测定了总二氧化碳和氧,弄清了其当量关系。
    但是,在湖沼中,总二氧化碳和溶解氧的关系不一定简单。下边叙述一例。

    以菅原等给出的高须贺沼和木崎湖湖的总碳酸、水温和pH为基础,利用各种碳酸物质的存在比,求出各种碳酸物质的浓度,把它同溶解氧的垂直分布一同表示在图3.13中。如图3.13所见,在高须贺沼和木崎湖,相对于溶解氧的垂直变化,总二氧化碳都表现为相反的相关关系。除循环期以外,氧随深深度而减少,而总二氧化碳则随深度而增加。相对溶解氧的变化,具有最显著相关关系的是游离碳酸。在4月、5月月和6月,大致可以看出相对于氧的减少(或增加)有近似当量的游离碳酸增加(或减少)。这就表明,优先参与浮游植物光合作用的,应是总二氧化碳中的游离碳酸,此外,还表明,氧的减少可以游离碳酸增加的方式表现出来。可是,从7月到10月,在靠近湖底的地方,由于有机物的嫌气氧化,使总二氧化碳和游离碳酸激增。接着在10月,又一次进入循环期,底层的丰富的游离碳酸转移到上层。之所以能看到表层水pH急剧降低,就是这个原因。在这种情况下,湖沼表面游离碳酸的分压达到约1/100大气压,而部分游离碳酸变成二氧化碳碳,逃散到大气中。
    另ー方面,如果就氧的情况来考虑虑,因湖底附近的缺氧水进入循环期,同时发生上下混合,所以整个湖沼则变成氧不饱和状态,这就是说氧由大气逐渐溶入湖水。但是,在没有完全达到饱和之前,再次进入成层期,所所以除4月以后的光合兴盛季节以外,整个湖沼除表面外氧都没有达到饱和。猿桥述及在充满这种接近中性水的湖沼中,表表面附近的光合优先以游离碳酸为原料。
    湖水pH的变化,主要由游离碳酸对总二氧化碳的比值大小来决定。在日照强烈、光合旺盛的夏季,湖沼和池塘等的表面出现异常高的pH(9到10)值,这是光合作用消耗了游离碳酸时发生的。据据三宅、猿桥报告,在欠缺这种游离碳酸的水中,为要要发生光合作用,可用掉HCO-3离子。


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