Hypoxie (životního prostředí)
úbytek Kyslíku je jev, který se vyskytuje ve vodních prostředích, jako rozpuštěného kyslíku (do, molekulární kyslík rozpuštěný ve vodě) se stává snížena koncentrace do bodu, kde se stává škodlivé pro vodní organismy žijící v systému. Rozpuštěný kyslík je obvykle vyjádřen jako procento kyslíku, který by se rozpustil ve vodě při převládající teplotě a slanosti(oba ovlivňují rozpustnost kyslíku ve vodě; viz saturace kyslíkem a pod vodou). Vodní systém chybí rozpuštěný kyslík (0% saturace) se nazývá anaerobní, snížení, nebo anoxické; systém s nízkou koncentrací—v rozsahu mezi 1 a 30% nasycení—se nazývá hypoxická nebo dysoxic. Většina ryb nemůže žít pod 30% nasycení. Hypoxie vede k narušení reprodukce zbývajících ryb prostřednictvím endokrinního narušení. „Zdravé“ vodní prostředí by mělo zřídka zažít méně než 80%. Exaerobní zóna se nachází na hranici anoxických a hypoxických zón.
hypoxie se může objevit v celém vodním sloupci a také ve vysokých nadmořských výškách a v blízkosti sedimentů na dně. Obvykle se rozprostírá po 20-50% vodního sloupce, ale v závislosti na hloubce vody a umístění pycnoclinů(rychlé změny hustoty vody s hloubkou). Může se vyskytnout v 10-80% vodního sloupce. Například v 10metrovém vodním sloupci může dosáhnout až 2 metry pod povrchem. Ve 20metrovém vodním sloupci se může rozšířit až na 8 metrů pod povrchem.
sezónní killEdit
hypolimnetická deplece kyslíku může vést k letnímu i zimnímu „zabití“. Během letní stratifikace mohou vstupy nebo organická hmota a sedimentace primárních producentů zvýšit rychlost dýchání v hypolimnionu. Pokud se vyčerpání kyslíku stane tak extrémním, aerobní organismy, jako ryby, mohou zemřít, což má za následek to, co je známé jako „letní zabití“. Stejné jevy se mohou objevit v zimě, ale z různých důvodů. Během zimy může ledová a sněhová pokrývka zmírnit světlo, a proto snížit rychlost fotosyntézy. Zamrzání nad jezerem také zabraňuje interakcím vzduch-voda, které umožňují výměnu kyslíku. To vytváří nedostatek kyslíku, zatímco dýchání pokračuje. Když se kyslík špatně vyčerpá, anaerobní organismy mohou zemřít, což má za následek „zimní zabití“.
Příčiny hypoxiaEdit
tak značnému vyčerpání Kyslíku, může dojít v důsledku řady přírodních faktorů, ale je nejvíce často obavy v důsledku znečištění a eutrofizace ve kterém rostlina živin do řeky, jezera, nebo oceánu, a fytoplanktonu květy jsou podporovány. Zatímco fytoplankton prostřednictvím fotosyntézy zvýší saturaci DO během denního světla, hustá populace květu snižuje saturaci DO Během noci dýcháním. Když fytoplanktonu buňky umírají, se potopí ke dnu a jsou rozloženy bakteriemi, proces, který dále snižuje DĚLAT ve vodním sloupci. Pokud vyčerpání kyslíku postupuje k hypoxii, může dojít k usmrcení ryb a mohou být zabiti i bezobratlí, jako jsou červi a škeble na dně.
hypoxie může také nastat v nepřítomnosti znečišťujících látek. Například v ústí řek, protože sladká voda tekoucí z řeky do moře je méně hustá než slaná voda, může dojít k stratifikaci Ve Vodním Sloupci. Vertikální míchání mezi vodními útvary se tedy snižuje, omezuje přísun kyslíku z povrchu vody do více fyziologický roztok spodní vody. Koncentrace kyslíku ve spodní vrstvě pak může být dostatečně nízká, aby došlo k hypoxii. Obzvláště náchylné k tomu jsou mělké vody polouzavřených vodních útvarů, jako je Waddenzee nebo Mexický záliv, kde je odtok půdy značný. V těchto oblastech lze vytvořit takzvanou „mrtvou zónu“. Podmínky s nízkým rozpuštěným kyslíkem jsou často sezónní, jako je tomu v Hood Canal a oblastech Puget Sound ve státě Washington. World Resources Institute určila 375 hypoxické pobřežních oblastí po celém světě, soustředěna v pobřežních oblastech v Západní Evropě, Východní a Jižní pobřeží USA a Východní Asii, zejména v Japonsku.
Hypoxie může být také vysvětlení pro periodické jevy, jako jsou Mobilní Bay jubilejní, kde vodní život náhle spěchá na mělčině, možná se snaží uniknout kyslík-vyčerpaná voda. Nedávné rozšířené zabíjení měkkýšů poblíž pobřeží Oregonu a Washingtonu je také obviňováno z cyklické ekologie mrtvé zóny.
Fytoplanktonu breakdownEdit
Vědci zjistili, že vysoká koncentrace minerálů kopačky do těla vody způsobuje výrazný růst fytoplanktonu květy. Protože se tyto květy rozkládají bakteriemi a jinými taxony, jako je phanerochaete chrysosporium, kyslík je vyčerpán enzymy těchto organismů.
Rozpis ligninEdit
Fytoplankton jsou většinou vyrobeny z ligninu a celulózy, které jsou rozděleny enzymy přítomny v organismech, jako je P. chrysosporium, známý jako white-rot. Rozklad celulózy nevyčerpává koncentraci kyslíku ve vodě, ale rozklad ligninu Ano. Toto rozklad ligninu zahrnuje oxidační mechanismus a vyžaduje přítomnost rozpuštěného kyslíku pomocí enzymů, jako je ligninperoxidáza. Jiné houby, jako je hnědá hniloba, měkká hniloba a modré skvrny, jsou také nezbytné při transformaci ligninu. Jak tato oxidace probíhá, CO2 je tvořen na svém místě
Ligninperoxidáza (LiP) slouží jako nejdůležitější enzym, protože je nejlepší při odbourávání ligninu v těchto organismech. LiP narušuje vazby C-C A C-O v trojrozměrné struktuře ligninu, což způsobuje jeho rozpad. LiP se skládá z deseti alfa spirál, dvou strukturních iontů Ca2+ a hem skupiny zvané tetrapyrrolový kruh. Kyslík slouží důležitou roli v katalytickém cyklu LiP k vytvoření dvojné vazby na Fe2 + iontu v tetrapyrrolovém kruhu. Bez přítomnosti diatomického kyslíku ve vodě nemůže dojít k tomuto rozpadu, protože Ferin-ret nebude redukován na Oxyferroheme. Kyslíkový plyn se používá ke snížení Ferinu-rtu na Oxyferroheme-ret. Oxyferroheme a veratrický alkohol se kombinují a vytvářejí kyslíkový radikál a Ferri-ret, který lze nyní použít k degradaci ligninu. Kyslíkové radikály nelze použít v životním prostředí a jsou škodlivé ve vysoké přítomnosti v životním prostředí.
Jednou Ferri-Rtu, je přítomen v ligninperoxidase, může být použita k rozbití molekuly ligninu tím, že odstraní jeden fenylpropanu skupiny v době, a to buď prostřednictvím LRET mechanismus nebo mediátor mechanismus. Mechanismus LRET (mechanismus přenosu elektronů s dlouhým dosahem) přenáší elektron z tetrapyrrolového kruhu na molekulu fenylpropanu v ligninu. Tento elektron se pohybuje na C-C nebo C-O vazba rozbít jeden fenylpropanu molekuly z ligninu, rozebrat to tím, že odstraní jeden fenylpropanu najednou.
V mediátora mechanismus, Ret enzym je aktivován přidáním peroxidu vodíku, aby se LiP radikální, a mediátora jako veratric alkohol je přidán a aktivován vytváření veratric alkoholu radikální. Veratric alkoholu radikální transfery jeden elektron k aktivaci fenylpropanu na lignin, a elektron demontuje C-C nebo C-O vazba na propuštění jednoho fenylpropanu z ligninu. Jak se velikost molekuly ligninu zvyšuje, tím obtížnější je rozbít tyto vazby C-C nebo C-O. Tři typy fenylpropanových kruhů zahrnují koniferylalkohol, sinapylalkohol a-kumarylalkohol.
LiP má velmi nízké Moldockovo skóre, což znamená, že je málo energie potřebné k vytvoření tohoto enzymu a jeho stabilizaci k provádění reakcí. LiP má Moldockovo skóre -156,03 kcal / mol. To je energeticky příznivé kvůli jeho negativním požadavkům na volnou energii, a proto tato reakce katalyzovaná LiP pravděpodobně proběhne spontánně. Rozpad propanolu a fenolů se přirozeně vyskytuje v životním prostředí, protože jsou oba rozpustné ve vodě.
environmentální faktoryeditovat
rozklad fytoplanktonu v prostředí závisí na přítomnosti kyslíku, a jakmile kyslíku je již v orgánech vody, ligninperoxidases nemůže nadále rozkládat lignin. Když kyslík není přítomen ve vodě, rozpis fytoplanktonu změny z 10,7 dnů celkem 160 dní na to, aby se místo.
rychlost rozpadu fytoplanktonu lze znázornit pomocí této rovnice:
G ( t ) = G ( 0 ) e − k t {\displaystyle G(t)=G(0)e^{-kt}}
V této rovnici G(t) je množství částic organického uhlíku (POC) celkově v daném čase, t. G(0) je koncentrace POC, než členění probíhá. k je rychlost konstanta v roce-1, a t Je čas v letech. Pro většinu POC fytoplanktonu, k je kolem 12.8 let-1, nebo o 28 dní pro téměř 96% oxidu člení do těchto systémů. Zatímco u anoxických systémů trvá rozpad POC 125 dní, více než čtyřikrát déle. To trvá přibližně 1 mg Kyslíku rozkládají 1 mg POC v prostředí, a proto, hypoxie probíhá rychle jako kyslík se používá rychle stravitelné POC. Asi 9% POC ve fytoplanktonu lze rozložit za jediný den při 18 °C, proto trvá asi jedenáct dní, než se úplně rozloží plný fytoplankton.
po rozpadu POC mohou být tyto částice přeměněny na jiný rozpuštěný organický uhlík, jako je oxid uhličitý, hydrogenuhličitanové ionty a uhličitan. Až 30% fytoplanktonu lze rozložit na rozpuštěný organický uhlík. Při této částic organického uhlíku spolupracuje s 350 nm ultrafialové světlo, rozpuštěného organického uhlíku je tvořen, odstraní i více kyslíku z prostředí ve formě oxidu uhličitého, hydrogenuhličitanu iontů, a vápenatý. Rozpuštěný anorganický uhlík se vyrábí rychlostí 2,3-6,5 mg / (m^3)den.
při rozkladu fytoplanktonu se v životním prostředí stává volný fosfor a dusík, což také podporuje hypoxické stavy. Jako rozdělení těchto fytoplanktonu probíhá, tím více fosfor se změní na fosfáty a atomů dusíku obrátit na dusičnany. To ještě více vyčerpává kyslík v životním prostředí a dále vytváří hypoxické zóny ve vyšších množstvích. Jako další minerály, jako jsou fosfor a dusík jsou posunuty do těchto vodních systémů, růst fytoplanktonu se výrazně zvyšuje, a po jejich smrti, hypoxické zóny jsou tvořeny.
SolutionsEdit
v boji proti hypoxii, je nutné snížit množství půdy získané živiny dosažení řeky v odtoku. Toho lze dosáhnout zlepšením čištění odpadních vod a snížením množství hnojiv vyluhujících do řek. Alternativně to lze provést obnovením přírodního prostředí podél řeky; bažiny jsou zvláště účinné při snižování množství fosforu a dusíku (živin) ve vodě. Mezi další řešení založená na přirozeném prostředí patří obnova populací měkkýšů, jako jsou ústřice. Ústřice útesy odstranění dusíku z vodního sloupce a odfiltrování nerozpuštěných látek, následně se snižuje pravděpodobnost či rozsah škodlivých řas nebo anoxické podmínky. Základní práci na myšlence zlepšení kvality mořské vody kultivací měkkýšů provedli Odd Lindahl et al., s použitím mušlí ve Švédsku. Více než jeden druh korýšů, pěstování, integrovaný multi-trofické akvakultury napodobuje přírodní mořské ekosystémy, se spoléhat na polykultury ke zlepšení mořského kvalitu vody.
Technologická řešení jsou také možné, jako je, že používá v zrekonstruované Doky Salford oblasti Manchester Ship Canal v Anglii, kde let splašky z kanalizace a silnice se nahromadily v pomalu tekoucích vodách. V roce 2001 byl zaveden systém vstřikování stlačeného vzduchu, který zvýšil hladinu kyslíku ve vodě až o 300%. Výsledné zlepšení kvality vody vedlo ke zvýšení počtu druhů bezobratlých, jako jsou sladkovodní krevety, na více než 30. Míra tření a růstu druhů ryb, jako je plotice a okoun, se také zvýšila do té míry, že nyní patří mezi nejvyšší v Anglii.
Ve velmi krátké době saturace kyslíku může klesnout až na nulu, když na moři fouká vítr pohání povrchové vody a anoxické hloubka vody stoupá. Současně je pozorován pokles teploty a nárůst slanosti (z dlouhodobé ekologické observatoře v mořích v Kiel fjordu v Německu). Nové přístupy a dlouhodobé sledování režim kyslíku v oceánu sledovat on-line chování ryb a zooplanktonu, které se výrazně mění při sníženém kyslíku hustota (ecoSCOPE) a již na velmi nízké úrovni znečištění vody.