Poluarea Apelor Subterane

CICLUL APEI ÎN BIOSFERǍ

Apa constituie elementul principal al biosferei sau, altfel spus, substanţa chimică indispensabilă vieţii. De fapt, viaţa a apărut în apă, mai exact, în ocean. Parte vie a biosferei, adică materia vie, este alcătuită, în procent de 70% din greutatea ei, din apă. Se poate spune că, în biochimie, că materia vie nu este altceva decât un „sistem organic dispersat în apă”. Apa constituie deci substratul fundamental al activităţilor biologice, catalizator şi stabilizator al reacţiilor biochimice. Apa conferă stabilitate tuturor sistemelor vii şi nu numai lor. Biosfera conţine cca. 1350 milioane km3 de apă, din care cea mai mare parte (97%) se află în oceane. Apele continentale (fluvii, lacuri, pânze freatice) reprezintă 8,3 milioane km3, adică numai 0,6% din cantitatea totală.

Restul de apă din biosferă se distribuie astfel:

12700 km3 este prezentă în atmosferă sub formă de vapori;

400 km3 este conţinită în biomasa animală şi vegetală.

Din aceste cifre rezultă că, din rezerva de apă a biosferei, cea legată în materia vie este infimă, de numai 0,00005% din cantitatea totală de apă existentă pe planetă.

Energia solară provoacă o evaporaţie anuală de 450000 km3 deasupra oceanelor şi o evapotranspiraţie la suprafaţa continentelor de aproximativ 70000 km3/ an. Această apă revine în circuit sub formă de precipitaţii. Bilanţul însă este negativ pentru oceane (411000 km3/ an) şi pozitiv pentru continente (109000 km3/ an).

Cantitatea de apă care revine în atmosferă, ca urmare a transpiraţiei de pe terenurile cu plante, ne-ar putea parveni prin măsurarea cantităţii de biomasă care se formează în zonă, utilizând aşa-numitul „coeficient economic al transpiraţiei” (C.E.T.).

C.E.T.reprezintă cantitatea de apă evaporată de plante pentru obţinerea unui gram de biomasă uscată. Acest coeficient este cuprins între 300 şi 800 şi joacă un rol important în calculul bilanţurilor apei şi energiei în biosferă. În ecosistemele controlate (agricole, de regulă), coeficienţii mici sunt, întotdeauna, de preferat, apa fiind considerată, în acest caz, un factor de producţie. Surplusul de apă terestră din zona continentală revine în oceane şi mări prin fluvii şi râuri (27000 km3/ an) şi, în cantitate mai mică şi mult mai încet, prin infiltrare (12000 km3/ an).

Raportându-ne la plante putem considera, dacă mai era nevoie, că apa este componentul indispensabil pentru viaţa acestora, şi, în acelaşi timp, reprezintă cel mai important factor pentru repartiţia lor ecologică.

Ea reprezintă solventul pentru substanţele minerale şi unii compuşi organici solubili şi sub această formă este absorbită prin rădăcini şi condusă prin vasele lemnoase (xilem) către frunze, unde participă la biosinteza organică. O parte din această apă se pierde prin evaporare şi transpiraţie şi reintră în circuitul natural. O altă parte coboară împreună cu „elaboratele biosintetizate” şi se depozitează în organe de rezervă, constituind apa înglobată (tubercule, bulbi, parenchime speciale). Această coborâre se face prin vasele liberiene (floemul).

În caz că deficitul în apă al solului devine prea mare, o parte din apă este retrocedată solului. La plantele xerofite bilanţul apei în plantă este diferit faţă de plantele normale. La acestea, evapotranspiraţia este foarte redusă, ele formându-şi ţesuturi de acumulare de apă şi organe speciale de evitare a pierderilor.

Prin circulaţia ei în plante, apa asigură următoarele procese:

a) Transportă ca solvent substanţele minerale către frunze;

b) Asigură turgescenţa celulelor şi conferă poziţia erectă plantelor ierboase;

c) Asigură mediul pentru desfăşurarea unor reacţii de biosinteză şi de biodegradare a unor substanţe din plante;

d) Participă la procesul de creştere a plantelor;

e) Contribuie la reglarea temperaturii plantelor. Pentru vaporizarea unui gram de apă în procesul de transpiraţie se consumă o energie echivalentă cu 2257 kJ.

f) Participă la procesul de fotosinteză cu protonii şi electronii din procesul de fotoliză a apei.

Este, deci, evident că, odată întreruptă circulaţia apei în plante, acestea, după o perioadă scurtă, în care apa este redistribuită de la un organ la altul, vor muri. Prin asocierea mai multor plante în ecosisteme, circulaţia apei în masa de plante devine semnificativă.

GENERALITǍŢI PRIVIND APELE SUBTERANE

Apele subterane reprezintă o bogăţie naturală a cărei importanţă este legată de folosirea lor tot mai intensă în alimentarea cu apă potabilă a localităţilor urbane şi rurale, în activităţile industriale sau pentru acoperirea necesităţilor crescânde din agricultură. Ele oferă o serie de avantaje printre care compensarea debitelor de apă prin acumulare naturală, protecţia împotriva pierderilor prin evaporare şi o protecţie relativ crescută faţă de posibilităţile de poluare de la suprafaţă.

Datorită condiţiilor specifice de formare şi de mişcare a apelor subterane în stratul freatic acvifer, calitatea lor este determinată de structura geologică a stratului străbătut şi de factorii hidrodinamici. Cunoaşterea structurii litologice a formaţiilor dintr-o zonă permite să se tragă concluzii cu privire la posibilităţile de acumulare a apelor subterane.

În situaţii particulare, prin infiltrare sau direct, diferiţi poluanţi pot ajunge în contact cu apele subterane, provocând impurificarea şi deprecierea lor. Accidente de acest fel se întâmplă în special în zona apelor subterane de mică adâncime, cu nivel liber, la care se disting două subzone: una saturată situată pe patul impermeabil şi alta nesaturată, sau, cum i se mai spune, aerată, dispusă deasupra celei saturate. Pătrunderea poluanţilor în aceste zone declanşează un ansamblu de fenomene complexe de natură fizică, ca adsorbţie, retenţie capilară şi schimb ionic, de natură chimică, cum sunt precipitarea diferitelor săruri şi formarea de geluri, şi de natură bilogică, manifestate prin procese de biodegradare.

Sursele subterane de apă sunt caracterizate, în general, printr-o mineralizare mai ridicată, conţinutul în săruri minerale dizolvate fiind, în general, peste 400mg/l şi format, în principal din bicarbonaţi, cloruri şi sulfaţi de sodiu, potasiu, calciu şi magneziu. Duritatea totală este cuprinsă în general, între 10 şi 20 grade G, fiind formată, în cea mai mare parte, din duritate bicarbonatată. Concentraţia ionilor de hidrogen (pH ) se situează în jurul valorii neutre, fiind cuprinsă, în general, între 6,5 si 7. Dintre gazele dizolvate predomină dioxidul de carbon liber, conţinutul în oxigen fiind foarte scăzut (sub 3 mg 02/l ). În funcţie de compoziţia mineralogică a zonelor străbătute, unele surse subterane conţin cantităţi însemnate de fier, mangan, hidrogen sulfurat şi sulfuri, compuşi ai azotului, etc.

PROCESE FIZICO-CHIMICE ŞI BIOLOGICE LA TRECEREA APEI PRIN SOL

Apele subterane se caracterizează printr-un conţinut mai mare de săruri dizolvate decât apele de suprafaţă, caracteristică dobândită în timpul trecerii apei prin sol şi mişcării ei prin stratul acvifer.Tipul şi concentraţiile acestor săruri depind deci de natura straturilor prin care a vehiculat apa, precum şi de schimbările de natură fizico-chimică microbiologică care au avut loc în timpul cantonării lor.

Încărcarea în săruri se realizează prin dizolvarea fizică a sărurilor solubile: cloruri, sulfaţi, azotaţi etc. din straturile de sol situate deasupra stratului freatic, prin solubilizarea unor compuşi minerali ai stratului acvifer, în urma reacţiilor chimice care se petrec, la acest nivel, în prezenţa apei.

În timpul infiltrării prin sol unii componenţi chimici ai apei suferă modificări importante, ca urmare a participării lor la procesele microbiologice din straturile străbătute, modificări care influenţează, în ultimele situaţii, calitatea apelor subterane. Asemenea modificări sunt mai bine cunoscute pentru: oxigenul dizolvat, azotaţi, ionii de amoniu, sulfaţi şi substanţe organice.

Conţinutul de oxigen se micşorează în timpul trecerii apei prin sol datorită unor reacţii chimice şi mai ales a activităţii bacteriene. Când conţinutul de oxigen al apei în sol scade la circa 0,5 mg/l, începe reducerea azotaţilor, datorită faptului că oxigenul conţinut în moleculele azotaţilor este utilizat de bacteriile anaerobe în procesul de consum al substanţei organice infiltrate. Reducerea poate merge până la formarea de azot sau chiar amoniac.

Condiţiile de scădere a nivelului pânzei freatice favorizează penetraţia oxigenului de sus în jos prin sol. Se creează astfel posibilitatea de inversare a procesului cu ajutorul bacteriilor, prin oxidarea amoniacului la azotiţi şi ulterior la azotaţi. Important în acest proces este faptul că oxigenul fixat în azotaţi poate ajunge în straturile adânci din freaticul acvifer, unde contribuie la mineralizarea substanţei organice din apele infiltrate.

Amoniacul este unul din marii consumatori de oxigen. Pentru oxidarea completă cu formarea de azotat, la 1mg de amoniac, sub forma de ioni de amoniu, sunt necesare cca 4mg de oxigen.