Коротко — причина и следствие.
Почему растворимость падает:
- Газ в воде установливает равновесие: $\text{gas (g)}\rightleftharpoons \text{gas (aq)}$ и описывается законом Генри: $C=k_{H}p$ (где $C$ — концентрация в воде, $p$ — парциальное давление газа, $k_H$ — константа Генри, зависящая от температуры).
- Температурная зависимость через энтальпию растворения: $\frac{d\ln K}{dT}=\frac{\Delta H^{\circ }}{R{T}^2}$. Для большинства газов $\Delta H^{\circ }<0$ (растворение экзотермично), поэтому при росте $T$ равновесная константа и растворимость уменьшаются.
- Дополнительно повышение $T$ увеличивает кинетическую энергию молекул и ослабляет гидратационную оболочку, что тоже снижает удержание газа в растворе.
Пример численно:
- Растворимость кислорода в пресной воде: $S(0^{\circ }\mathrm{C})\approx 14.6\mathrm{mg}{\mathrm{L}}^{-1},S(10^{\circ }\mathrm{C})\approx 11.3\mathrm{mg}{\mathrm{L}}^{-1},S(20^{\circ }\mathrm{C})\approx 9.1\mathrm{mg}{\mathrm{L}}^{-1}$ (убывание порядка $0.15-0.2\mathrm{mg}{\mathrm{L}}^{-1}\mathrm{per}{}^{\circ }\mathrm{C}$).
Как это влияет на распределение кислорода в водоёме летом:
- Площадь поверхности тёплая (эпилимнион) — там растворимость ниже; одновременно в жару часто формируется тепловая стратификация (эпилимнион / металимнион / гиполимнион), которая препятствует вертикальному перемешиванию.
- В результате верхний слой может быть относительно насыщен фотосинтезом, но глубинные слои (гиполимнион) лишены притока кислорода и испытывают дефицит/аноксию, особенно при высокой биологической потребности (разложение органики, дыхание).
- Итого: летом обычно наблюдается пониженный общий запас растворённого кислорода и локальные зоны гипоксии/аноксии в глубине и ночью.
Химические и биологические последствия для аквакоммун:
- Повышенная смертность/стресс рыбы и беспозвоночных при $DO$ ниже критических значений (видозависимо, часто проблемно при $<3-5\mathrm{mg}{\mathrm{L}}^{-1}$).
- Увеличение анаэробных процессов: денитрификация, восстановление сульфатов с выделением ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$, метаногенез—плохие запахи, токсичность.
- Восстановление железа/марганца и высвобождение фосфора из донных отложений при восстановительных условиях — подпитка эвтрофикации и цветения водорослей.
- Повышение метаболизма организмов (эффект $Q_{10}$) увеличивает потребление кислорода, усугубляя дефицит.
- Сдвиг видов в сторону теплолюбивых и кислото-/толерантных видов, рост заболеваний.
Коротко о мерах снижения риска:
- Аэрация/кислородонаполнение и/или искусственное перемешивание (дестратификация).
- Снижение поступления органики и питательных веществ (контроль стоков, ферм).
- Регулирование загрузки (плотности посадки в прудах/фермах), мониторинг $DO$ особенно ночью.
- Теневые/охлаждающие мероприятия и выбор глубины/мест расположения плотин/водоёмов.