Hidrológiai Közlöny 2000 (80. évfolyam)

5-6. szám - XLI. Hidrobiológus Napok: "Vízi ökoszisztémák (taxonómia, biodíverzitás, biomonitorozás, élőhelyek frakmentációja, inváziós fajok biológiája)" Tihany, 1999 október 6-8.

295 A vízi üledékek kénforgalmának domináns folyamatai * * * * * Czégény Ildikó , Dévai György , Nagy Sándor * .. Hajdú-Bihar-i Önkormányzatok Vízmű Részvénytársaság, 4034. Debrecen, Hét vezér u. 21. * * .. Kossuth Lajos Tudományegyetem Ökológiai Tanszéke, 4032. Debrecen, Egyetem tér 1. Kivonat A vízi anyagforgalomban a kén fontos szerepet játszik, s jelentősége az utóbbi időben egyre növekszik. Civilizációs eredetű szennyező anyagként száraz és nedves ülepedés utján, ill. szervesanyag formájában kerülnek vizeinkbe kéntartalmú vegyületek Mindkét folyamat globális méretű, s legjobb esetben is csak a szennyeződés növekedésének mértéke csökkenhet A vízi üledékek esetében a legfontosabb szervetlen kénforma a szulfát, a szulfid és az elemi kén. A szerves kénformák csoportjába lehet sorolni azt a nagy számú szerves kénvegyületet, amely az élő és a holt szerves anyagok formájában jelen van az üledékekben. Az üledék oxigénnel való ellátottsága (aerobitás/anaerobitás) döntő hatással van a vízi üledékek kénforgalmára. A víz ion összetételének (halobitás) szintén jelentós hatása van a kénforgalmi folyamatokra. Kiemelkedő jelentőségű a víz vastartalma, részint az üledék redoxi-állapotának indikálása, részint a reduktív környezetben mobilizálódó szulfid lehetséges megkötése szempontjából. Kulcsszavak: üledék, kénformák, aerobitás/anaerobitás, halobitás Bevezetés A vízi anyagforgalomban - a szén, a nitrogén s a foszfor mellett - a kén (amely szintén nem-fémes elem) is fontos szerepet játszik Jelentősége az utóbbi időben egyre növekedett. Ez azzal áll összefüggésben, hogy mint civilizációs szennyezőanyag, igen nagy mennyiségben kerül a vízi anyagforgalomba. Egyik fontos megjelenése a menynyiségileg is tekintélyes száraz és nedves ülepedés útján történik. Ekkor a légköri csapadékkal együtt kerülnek vizeinkbe kéntartalmú vegyületek. A szennyeződés másik módja az, hogy a természetes vizekbe szervesanyag formájában kerül kén a vizeinkbe. Mindkét folyamat globális méretű, s legjobb esetben is csak a szennyeződés növekedésének mértéke csökkenhet A kén kémiai tulajdonságai közül az egyik legfontosabb az, hogy igen különböző redoxi állapotai léteznek, s pozitív és negatív értékű egyaránt lehet, úgymint -2, 0, +2, +6. Ebből következik, hogy igen sokféle redoxi reakcióban képes részt venni. Másik fontos tulajdonsága az, hogy ionos és kovalens kötésre egyaránt képes. Az ionos kötés lehetővé teszi, hogy stabil, kristályos ásványi anyagok (pl. ilyenek a fémes szulfidok, szulfátok) formájában fontos kőzetalkotónak tekinthető. A szerves vegyületekben, így pl. a fehéijéket alkotó esszenciális aminosavakban pedig a szénnel alkotott kovalens kötés alakul ki, nyílt és gyűrűs vegyületeknek egyaránt alkotóeleme. Igen nagyszámú szerves és szervetlen vegyület esetében képes az oxigén helyére belépni, ezek az ú.n. tiovegyületek. A kén a legfontosabb biogén elemek közé tartozik. Az élő szervezetek esszenciális alkotóeleme, közelitőleg azok 1.0 %-át teszi ki Bár ritkán alakul ki olyan helyzet, amikor az élő szervezet növekedését limitáló faktorként veszik számításba, a kénforgalom intenzitása hatással lehet mind az asszimilációs, mind a disszimilációs folyamatokra. A vízi üledékek esetében a következő kénformákkal kell számolnunk: Szervetlen kénformák A legfontosabb a szulfát-anion, amely az üledékek intersticiális vizében oldott, a biogeokémiat folyamatokban könnyen hozzáférhető formában van jelen. Az élő szervezetek képesek könnyen redukálni. A bakteriális respirációban oxigénforrásként szolgál (Hordijk. el al 1984) Másik fontos szervetlen üledék-alkotó a szulfid. A szabad szulfid, vagyis a kénhidrogén, igen illékony, könnyen átalakul kémiai és biológiai folyamatok során egyaránt. Fémes elemekkel reakcióba lépve igen fontos ásványos alkotórészét képezi az üledéknek A savval illékony szulfidtól kezdve a nagyon inert pintig számos szilárd szulfid forma létezik Az elemi kén mind az üledékben, mind bizonyos baktériumok sejtfalán belül képes igen nagy mennyiségben akkumulálódni (

Grant és fíathman 1987). Szulfűrizáció során a kémiailag igen oldhatatlan pirit képződését teszi lehetővé, ekkor a különféle vas-szulfidok alakulnak át pintté, blokkolva a szabad vas-ionokat. Szerves kénformák Ebbe a csoportba lehet sorolni azt a hatalmas számú szerves kénvegyületet, amely élő, s lebomló szerves anyagok formájában jelen van az üledékekben Az egyszerű észter-szulfátoktól a többgyűrűs kondenzált vegyületekig igen változatos a megjelenésük. Praktikus szempontból egy csoportot alkotnak azok a szerves kénvegyületek, ahol a kén atom közvetlenül szén atomhoz kapcsolódik, s másik csoportot azok, ahol a kén atom nem közvetlenül szén atomhoz kapcsolódik (Krairapanond et al. 1992). Az illékony szerves kénvegyületek külön csoportot alkotnak. Jelentőségüket a legújabb kutatási eredmények bizonyítják. Van viszonylag stabil formájuk, ilyen a dimetilszulfid, amely az üledékből a víztéren átjutva a légkörbe kerül. Az aerobitás/anaerobitás kapcsolata a kénforgalmi folyamatokkal Az aerobitás a vízminösítés egyik dinamikus mutatója. Az üledék oxigénnel való ellátottsága döntő hatással van a vízi üledékek kénforgalmára. Ha az üledék tartósan aerob, s az üledékkel énntkező víztér is állandóan telített oxigénnel, minden olyan kémiai és biokémiai folyamat, amely oxigént igényel, végbe tud menni, s az aerob bakteriális dekompoziciós folyamatok lesznek a dominánsak. Ugyanis az üledékbe kerül a víztérből minden olyan anyag, amelynek fajsúlya nagyobb a víznél, amely egyszerű fizikai kiülepedés. Ezek az anyagok általában szerves anyagban gazdagok, tehát jó tápanyag-, s energiaforrások a baktériumok számára, amelyek domináns szervezetei az üledéknek. Amennyiben egyéb üledéklakó élőlények is