Коротко — потому что растворение большинства газов в воде экзотермично: при повышении температуры равновесие смещается в сторону газообразного состояния, и растворимость падает. Подробно:
Механизм
- Закон Генри: концентрация растворённого газа пропорциональна его парциальному давлению: $C=k_{H}p$, где $k_H$ — константа Генри, зависящая от температуры.
- Температурная зависимость равновесной константы описывается уравнением, похожим на уравнение Вант-Гоффа: $\frac{d\ln K}{d(1/T)}=-\frac{\Delta H^{\circ }}{R}$. Для большинства газов $\Delta H_{\text{растворения}}^{\circ }<0$ (процесс выделяет тепло), поэтому при повышении $T$ константа равновесия меняется так, что растворимость газа уменьшается.
Примеры численно
- Растворимость кислорода в пресной воде (на уровне моря) примерно: \(O_2_{\text{сат}}(0^\circ\text{C}) \approx 14.6\ \text{mg/L}\), \(O_2_{\text{сат}}(20^\circ\text{C}) \approx 9.1\ \text{mg/L}\), \(O_2_{\text{сат}}(30^\circ\text{C}) \approx 7.6\ \text{mg/L}\).
Влияние на биоту водоёмов в жару
- Снижение доступного растворённого кислорода (DO) — прямой риск гипоксии/аноксии для рыб и беспозвоночных.
- Одновременно у большинства организмов при повышенной температуре ускоряются метаболизм и дыхание, то есть потребность в O2 растёт, а его запас падает — повышается риск массовых заморов.
- Термальные стратификации (тёплый поверхностный слой, холодный дно) уменьшают вертикальную смесь воды и препятствуют притоку кислорода к глубоким слоям.
- Усиление цветения водорослей (цветение) при тёплой погоде повышает ночную биологическую потребность в кислороде и после гибели биомассы приводит к разложению с большим потреблением O2.
- Меньшая растворимость CO2 и изменённое равновесие углекислого газа/карбонатной системы могут влиять на pH и доступность углерода для фотосинтеза, что дополнительно нарушает экосистему.
Итог: в жаркую погоду пониженная растворимость газов вместе с повышенной метаболической нагрузкой и стратификацией повышает риск стресса и массовой гибели водных организмов.