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什么是溶解氧(DO)?

時間:2023-02-03 15:39:57   訪客:721

溶解氧(DO)是溶解在水中的氧氣(O2)。大氣中的氣體,例如氧氣,氮?dú)夂投趸?,自然會在一定程度上溶解在水中。像鹽或糖一樣,這些氣體一旦溶解就會在水中不可見。

元素氧在自然界中以多種形式存在。盡管大多數(shù)人都知道氧氣是水分子的一部分,但聽到氧氣也是巖石中最豐富的元素,大多數(shù)人會感到驚訝。在這些形式中,氧與氫,硅或碳等其他元素結(jié)合??諝庵械姆肿友酰∣2)與其他形式不同,因為它不與其他元素結(jié)合。在自然界中,我們呼吸的O2在化學(xué)上比我們所接觸的更豐富形式的氧氣更具反應(yīng)性。這就是允許植物,動物和其他生物利用O2通過呼吸作用代謝其食物的原因。

濃度和溶解度

溶解在水中的O2的量(濃度)常以毫克每升水(mg/L)表示。此濃度稱為水的溶解氧(DO)含量。水與空氣接觸會自然溶解O2,直到達(dá)到飽和濃度。例如,在25℃的新鮮空氣中與空氣接觸的DO為8.3mg/L,前提是達(dá)到了水與空氣之間的平衡,并且沒有任何東西可以從水中去除O2。

DO濃度有時表示為飽和度%。如果水的DO處于飽和濃度,則稱其為100%飽和。例如,如果在25℃的淡水中溶解氧為5.0mg/L,則其飽和度為60%(5.0除以8.3mg/L的飽和度乘以100%)。

該飽和濃度稱為O2的溶解度,它是水可以容納的O2的量。O2的溶解度隨溫度,鹽度和壓力而變化。O2在水中的溶解度隨著溫度的降低而增加,這意味著冷水可以容納更多的O2。例如,溫度為5℃(12.8mg/L)的冷水比溫度為25℃(8.3mg/L)的溫水多約55%。

由于水的溫度隨季節(jié)而變化,因此在較冷的月份,DO含量往往較高,因為O2在冷水中的溶解度較高。在夏季,水位趨于降低,空氣溫度升高,這導(dǎo)致水溫升高和DO含量降低。

水的鹽度也會影響O2的溶解度,因此海水中的O2含量比淡水少20%。

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溶解氧的溶解度隨溫度和鹽度而變化。

壓力也會影響O2的溶解度。一定深度處的水壓取決于其上方水柱的高度,因此壓力隨深度而增加。水在更大的壓力可容納多個O2,這意味著的O-溶解度2在更大的深度增加而增加。例如,深度為4m(13.1ft)的水比表面處的水可容納的O2大約多40%。

水的溶解氧水平可能高于O2的溶解度(飽和度大于100%)。這種情況稱為過飽和,在特殊情況下可能會發(fā)生。

水中O2的源和匯

水中O2的主要來源是大氣。氧氣分子在水表面緩慢進(jìn)入水中。湍流的水,風(fēng)和波浪自然有助于這一過程。因此,與快速移動的水相比,靜水往往具有較低的DO值。通過急流或瀑布自然地對水通氣,或者通過使空氣在水中起泡,轉(zhuǎn)動水車或從大壩溢出來人工通氣,大大加速了O2從空氣向水的轉(zhuǎn)移。O2也從支流和地下水排放進(jìn)入水體。

水中的O2也通過光合作用產(chǎn)生,其中植物和藻類將溶解的二氧化碳(CO2)轉(zhuǎn)化為有機(jī)物,從而將O2釋放到水中。光合作用僅在一天中有光照的時候進(jìn)行。光合作用的深度取決于水的透明度。在渾濁的水中,光線可能無法到達(dá)深湖的底部。

水生植物,動物和微生物通過呼吸消耗O2,其中用作燃料的有機(jī)物質(zhì)被轉(zhuǎn)換回CO2。這與光合作用相反。許多人驚訝地發(fā)現(xiàn)植物會消耗O2并產(chǎn)生O2。實際上,植物將在晚上通過呼吸消耗O2,而在白天通過光合作用釋放O2。因此,某些水生環(huán)境中的溶解氧將在夜間降低,而在白天則升高。

微生物和真菌也會通過分解死有機(jī)質(zhì)而消耗O2。通常,這會發(fā)生在水柱的更深層中,因為死物質(zhì)會沉入底部。因此,較深的水層通常比淺層的DO含量低。

DO和水生生物

不同種類的水生動物有不同的溶解氧要求。以水體底部(DO含量往往較低)為食的動物通常可以忍受棲息在地表附近的動物較低的DO含量。盡管產(chǎn)卵和最佳生長可能需要更高的濃度,但大多數(shù)魚能夠在5mg/L或更高的DO濃度下生存和生長。

當(dāng)某些物種的溶解氧水平太低時,動物可能會變得昏昏欲睡或死亡。缺氧是指DO低到足以威脅水生動物物種的狀況。缺氧會在水域造成魚和其他水生生物死亡的死區(qū)。溶解氧水平低于1-2mg/L通常被認(rèn)為是低氧的,而水平低于3mg/L則令人擔(dān)憂。這些值低于大多數(shù)魚的產(chǎn)卵和生長要求。

在相反的極端情況下,水與O2的過飽和會導(dǎo)致魚類的健康問題。當(dāng)O2在水中的溶解度迅速降低或通過光合作用迅速產(chǎn)生O2時,就會產(chǎn)生過飽和。例如,當(dāng)水溫升高時,O2的溶解度會降低,因此水溫的迅速升高會導(dǎo)致過飽和。O2過飽和會導(dǎo)致魚類的健康狀況,稱為氣泡病。


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