2. Іонні компоненти та їх екологічна роль

У водах Світового океану розчинені практично всі відомі хімічні елементи та їхні ізотопи. 99,9 % маси розчинених речовин припадає на 11

основних компонентів: Nа⁺, К⁺, Mg²⁺, Са²⁺, 8г²⁺, СІ , S0₄² НС0₃ , Вг , F , Н₃В0₃. У кожному кубічному кілометрі морської води міститься близько 35 млн. т твердих речовин, в тому числі 19,8 млн. т хлориду натрію, 9,5 млн. т магнію, 6,33 млн. т сірки, 31 тис. т брому, 3,9 тис. т алюмінію, 79,3 т марганцю, 79,3 т міді, 11,1т урану, 3,8 т молібдену та інших.

На відміну від океанічних і морських вод, прісні води річок, озер, водосховищ та інших водних об'єктів менш насичені розчиненими солями. їх

сольовий склад зовсім інший: в океанічних водах переважають хлориди натрію і магнію, а в прісних - карбонати (табл.).

Таблиця

Склад розчинених солей в океанічних і річкових водах (в %)

Речовини	Води океану	Річкові води
Хлориди	88,7	5,2
Сульфати	10,8	9,9
Гідрокарбонати і карбонати	0,3	60,1
Інші речовини	0,2	24,8
Всього	100	100

У морських і прісних водах присутні хімічні елементи, які відіграють виключно важливу роль у метаболічних процесах рослин і тварин.

Деякі з них постійно входять до складу біологічних рідин і тканин. Найважливіші з них кисень (70 % маси організмів), вуглець (18 %), водень (10 %), азот, кальцій, калій, фосфор, магній, сірка, хлор, натрій. Такі елементи, як водень, вуглець, азот, кисень, фосфор, сірка, утворюють органічну речовину гідробіонтів. Так, вуглеводи і ліпіди містять у своїй структурі водень, вуглець і кисень, а білки, крім того, ще й азот і сірку. До структури нуклеїнових кислот входять азот і фосфор. Ці елементи часто називають головними елементами органічних молекул (табл.).

Основні хімічні елементи, що входять до складу організмів гідробіонтів

Головні елементи органічних молекул	Іони	Мікроелементи
С(вуглець)	Na+(натрію)	Fe(залізо)	Co(кобальт)
O(кисень)	K+(калію)	Cu(мідь)	B(бор)
H(водень)	Ca+(кальцію)	Mn(марганець)	Si(кремній)
N(азот)	Mg+(магнію)	Zn(цинк)	J(йод)
P(фосфор)	Cl-(хлору)	Mo(молібден)	V(ванадій)
S(сірка)

Таблиця

Неорганічні елементи виконують роль каталізаторів у метаболічних реакціях і є складовими частинами буферних систем, важливими компонентами мембранних структур. З киснем і воднем пов'язано протікання окиснювано-відновних реакцій у живих системах.

Натрій, калій і цезій в водних екосистемах

Натрій, калій і цезій належать до групи лужних металів, які легко віддають один електрон, перетворюючись у позитивно заряджені іони. Саме завдяки цій властивості вони зустрічаються в природі виключно у вигляді сполук.

Важливою фізико-хімічною характеристикою натрію і калію, яка визначає участь у біологічних процесах, є взаємодія з молекулами води, причомуNa⁺ закріплює молекулу води в гідратній оболонці міцніше, ніж К⁺. Менша електролітична рухливість натрію пов'язана саме з його більш масивною гідратною оболонкою. Завдяки цим властивостям іонам натрію належить особливо важлива роль у транспорті молекул води через мембрани та підтриманні водно-натрієвого балансу в рослинах та в тканинах тварин. На відміну від Na⁺, більші за розміром іони калію не змінюють структуру води в гідратній оболонці.

Калій і натрій постійно присутні в біологічних рідинах та в структурних компонентах протоплазми рослин і тварин. Більша частина натрію сконцентрована в мембранах, ядрі і міофібрилах, тоді як у цитоплазмі та матриксі мітохондрій його вміст невисокий. Взаємодія значної частини лужних металів з поліелектролітами цитоплазми має електростатичний характер. Внаслідок цього К⁺ іNa⁺ не втрачають свої індивідуальні заряди, а існують в цитоплазмі та внутрішньоклітинних органелах у вигляді іонів, що компенсують негативні заряди поліелектролітів. На відміну відNa⁺, концентрація якого вища в позаклітинних біологічних рідинах, у клітинах міститься в 2-10 разів більше К⁺ . Цитоплазматична активність калію залежить від його взаємодії з внутрішньоклітинною водою.

Підтримання концентраційних градієнтів між внутрішньо- і зовнішньоклітинним рівнем натрію і калію є важливою умовою функціонування організму гідробіонтів.

Кальцій у водних екосистемах

Кальцій - один з найголовніших іонів водних екосистем. Він переважає серед катіонів слабомінералізованих вод, а при зростанні загальної мінералізації його співвідношення з іншими хімічними елементами зменшується. В природних водах Са²⁺ утворює важкорозчинні сполуки з карбонатами та сульфатами, які в значній кількості випадають в осад. Внаслідок цього його концентрація як в морській, так і в прісній воді звичайно не перевищує 1%о. Кальцій в хімічних реакціях виступає як активний відновник; легко взаємодіє з киснем, утворюючи у воді гідроксид кальцію Са(ОН)₂.

Основним джерелом надходження кальцію в поверхневі води є вимивання з вапняків, доломітів, вапнякового цементу, гіпсу. Певна частина його надходить у водойми внаслідок вивітрювання з кальціймістких сполук. В підземні води він переходить в процесі фільтрації через поверхневі шари грунту. Значна кількість кальцію надходить у водойми із стічними водами та за рахунок змиву з сільськогосподарських угідь, де застосовуються мінеральні добрива, що містять його фосфорні сполуки.

Магній морських і континентальних вод

Серед елементів другої групи періодичної системи магній за своїми хімічними властивостями найближчий до кальцію. Він входить до складу більш ніж 100 мінералів, у тому числі бруситу Mg(ОН)₂ з вмістом близько 41,7 %, магнезиту - МgСОз (28,8%), доломіту - МgС0₃, СаСОз

(18,2%) та інш. У водні об’єкти магній надходить в основному при розчиненні доломітів, мергелей або при вивітрюванні основних (габбро), ультраосновних (дуніт) та інших порід.

Вміст магнію у поверхневих водах суші залежить від характеру грунтів водозбірної площі.

Висока розчинність сполук магнію сприяє його постійному надходженню з річковим стоком у моря і океани. Загальна маса магнію у Світовому океані становить 2077-10¹² т,. До складу морської води входить в середньому 1,317 г магнію на 1 л води.