English
Czytelnicy, których okres dzieciństwa i wczesnej młodości przypadł na koniec lat 80. XX wieku mogą pamiętać książeczki autorstwa Jana Rurańskiego, brawurowo ilustrowane rysunkami Edwarda Lutczyna, z serii Dlaczego…, czyli odpowiedzi na głupie pytania. Szczególnie pamiętam dwie z nich: Dlaczego sól jest słona? i Dlaczego woda jest mokra?. Dzisiaj pozwolę sobie na złożenie, które w ostatnich miesiącach nabrało szczególnego znaczenia: dlaczego woda jest słona?. I może jeszcze… Kiedy woda jest (za)słona?
Ile soli w wodzie słonej?
Zasolenie wody jest miarą rozpuszczonych w niej soli, głównie chlorków, siarczanów i węglanów. O wodzie słonej mówimy wówczas, gdy zawartość soli jest wyższa niż 30 g na litr (czyli 30‰), a o słodkiej, gdy nie przekracza 1 g (w niektórych systemach 0,5 g) na litr. Zawartość soli pomiędzy tymi wartościami wyznacza wodę słonawą.
Co ciekawe, kiedy mówimy o zasoleniu wód, niemal zawsze odnosi się to do mórz i oceanów. Podręczniki hydrologii i ekologii w kontekście wód słonych przedstawiają charakterystyki tych właśnie ekosystemów. Ale przecież wody śródlądowe również mogą być słone, więc nazywanie ich w ujęciu ogólnym wodami słodkimi jest błędne. Za najbardziej zasolony śródlądowy zbiornik wodny na świecie powszechnie uważane jest Morze Martwe (ok. 231‰, tj. 6,6 razy więcej niż średnie zasolenie oceanów, wynoszące 35‰). Jednak dostępne są doniesienia o jeziorach dużo bardziej słonych, jak jezioro Gusgen, leżące u stóp góry Ararat w Turcji, jezioro Assal w Dżibuti, jezior Patience w Saskatchewan w Kanadzie czy staw Don Juan na Antarktydzie – wszystkie one wykazują zasolenie wód od 350 do nawet >400‰.
Mniej spektakularnym przykładem są jeziora przymorskie, zlokalizowane wzdłuż wybrzeży, które w zależności od połączenia hydrologicznego z morzem, mogą być w różnym stopniu słonawe. W Polsce najbardziej zasolonymi jeziorami przymorskimi są Resko Przymorskie, Bukowo i Łebsko, najmniej natomiast Wicko, Kopań i Sarbsko, o wodach w zasadzie słodkich. Wszystkie te ekosystemy mają swoją specyficzną charakterystykę ekologiczną, a skład chemiczny ich wód, warunkujący funkcjonowanie ekologiczne, budzi co najwyżej ciekawość naukową, ale raczej nie zaniepokojenie. Problem pojawia się wtedy, kiedy wody, które powinny być słodkie, stają się słone.
Ile soli w wodzie słodkiej?
No właśnie, to kiedy woda słodka staje się słona? Źródeł zasolenia wód śródlądowych jest wiele, chociaż główna przyczyna jedna – człowiek. Spływy powierzchniowe i zrzuty ścieków z różnych sektorów gospodarki dość drastycznie zmieniają charakterystykę chemiczną wód śródlądowych. Nie będę tutaj analizowała tych źródeł, bo to temat na osobną, nieciekawą historię. Wolę skupić się na skutkach. Ciekawe, że na wzbogacanie wody w sole mineralne nie ma dobrego polskiego terminu odróżniającego proces od stanu. Jest eutrofizacja (od stanu trofii), alkalizacja (od alkaliczności), to może powinna być też solinizacja albo zasalanie (od stanu zasolenia). Brzmi to dziwnie, zatem dalej będę używała terminu „zasolenie” na określenie niepożądanych zmian w składzie chemicznym wody pierwotnie słodkiej na skutek działania człowieka (wtórne zasolenie).
Poziom zasobności wody w sole ma ogromne znaczenie dla jej użyteczności: jako woda do picia, na cele spożywcze, dla różnych gałęzi przemysłu czy hodowli organizmów wodnych. O standardach zasolenia wód mówi się najczęściej w kontekście wody pitnej, gdyż dostęp do wody słodkiej jest podstawową potrzebą i prawem człowieka. Wytyczne Światowej Organizacji Zdrowia (WHO, 2022), dotyczące jakości wody pitnej, podają 250 mg l-1 chlorku i 200 mg l-1 sodu jako wartości, przy których zaczyna być wyczuwalny słony smak. Chociaż jest to oczywiście wartość umowna, gdyż odczuwanie słonego smaku jest uwarunkowane bardzo wieloma czynnikami, w tym fizjologicznymi, na co wskazuje mnóstwo badań klinicznych. Ogólnie smak wody pogarsza się przy poziomie całkowitego zasolenia >600 mg l-1 TDS (suma substancji rozpuszczonych), a przy zasoleniu >1000 mg l-1 woda staje się niesmaczna. Takie same kryteria dla chlorków i sodu podaje dyrektywa UE w sprawie jakości wody pitnej, w zakresie zasolenia wprowadzając jeszcze kryterium przewodności elektrolitycznej o wartości 2500 μS cm-1 w 20°C. Polskie ustawodawstwo wprowadza dla przewodności wartość 1000 μS cm-1 jako graniczną dla przydatności wód do spożycia.
Innym zastosowaniem wód, które wiąże się z kryteriami m.in. dla zasolenia, jest wykorzystanie ich do nawadniania. Według Organizacji ds. Wyżywienia i Rolnictwa (FAO) wartość przewodności wynosząca 700 μS cm-1 stanowi niewielkie lub umiarkowane ograniczenie w zastosowaniach związanych z nawadnianiem, a wartości >3000 μS cm-1 stanowią poważne ograniczenie. Inni autorzy (m.in. Zaman i współautorzy, podręcznik do oceny zasolenia z 2018 r.) definiują poziomy zasolenia <750 μS cm-1 (<500 mg l-1 TDS) jako niemające wpływu na uprawy, wartości 750 – 1500 μS cm-1 jako mogące mieć szkodliwy wpływ na wrażliwe uprawy, a poziomy >1500 μS cm-1 (>1000 mg l-1 TDS) jako mające niekorzystny wpływ na wiele upraw. Kryteria te, bądź zbliżone, są często stosowane w badaniach wpływu zasolenia, m.in. w raporcie UE na temat katastrofy ekologicznej w Odrze w 2022 r.
Kryteria wypracowane na potrzeby oceny użyteczności wód są szeroko akceptowane i przyjmowane w wielu krajowych i regionalnych aktach prawnych i wytycznych do oceny zasolenia wód w kontekście stanu ekologicznego. I tu nasuwa się pytanie, czy kryteria te są wystarczające do zapewnienia właściwej struktury i funkcjonowania ekosystemów wodnych. Innymi słowy, czy wspierają dobry stan ekologiczny.
Ile soli dla śledzia, a ile dla brzany?
Wysokie zasolenie może powodować spowolnienie wzrostu lub prowadzić do śmierci roślin i zwierząt na skutek toksycznego działania nadmiaru jonów (stres jonowy) lub niedoboru wody w komórkach (stres osmotyczny) lub z powodu obu tych zjawisk. Organizmy wodne wykształciły szereg adaptacji i mechanizmów fizjologicznych i morfologicznych, umożliwiających im utrzymanie równowagi osmotycznej i jonowej w komórkach i tkankach. Tolerancja gatunku na zasolenie, wynikająca ze zdolności do regulowania optymalnego wewnętrznego stężenia osmotycznego w stosunku do zewnętrznych gradientów, różni się znacznie między gatunkami słodkowodnymi.
Większość makrobezkręgowców słodkowodnych utrzymuje wewnętrzne stężenie jonów (zwykle na poziomie 1000 – 15 000 mg l-1) za pomocą pasywnych mechanizmów osmoregulacyjnych. Kiedy stężenie w środowisku wzrasta powyżej progu fizjologicznego, pobór jonów zwiększa się, a komórki mają tendencję do utraty wody. Wpływa to negatywnie na ich funkcjonowanie i ostatecznie prowadzi do śmierci organizmu. Przy stężeniu soli >9000 mg l-1 funkcje osmoregulacyjne zawodzą, chociaż szkodliwe efekty zasolenia obserwowano przy znacznie niższych stężeniach. Większość makrobezkręgowców wykazuje słabą tolerancję na wzrost zasolenia, a negatywne efekty obserwowane są już przy zawartości soli rozpuszczonych na poziomie 2000 mg l-1. W przeciwieństwie do makrobezkręgowców, wykorzystujących mechanizmy bierne, ryby kontrolują wymianę jonową poprzez transport aktywny wbrew gradientowi osmotycznemu. Większość ryb słodkowodnych toleruje stężenie soli w zakresie 7000 – 13 000 mg l-1, co odpowiada zakresowi ich wewnętrznego stężenia soli. Mimo znacznego zróżnicowania międzygatunkowego, spośród organizmów wodnych to właśnie ryby odznaczają się ogólnie największą tolerancją na zasolenie.
W przypadku fitoplanktonu, różne grupy wykazują zróżnicowane przystosowanie do określonego zakresu zasolenia, jednak przy wysokiej zawartości soli obserwuje się spadek różnorodności gatunkowej. Sinice wykazują wyższą tolerancję na zasolenie (nawet do 17,50 g l-1, jak w przypadku Microcystis aeruginosa) niż na przykład okrzemki czy zielenice, co zwiększa ich konkurencyjność i może prowadzić do wzrostu ryzyka zakwitów sinicowych. Podwyższone zasolenie sprzyja pojawianiu się i rozwijaniu w wodach śródlądowych gatunków inwazyjnych, preferujących wody słone lub słonawe, takich jak Prymnesium parvum, który może powodować toksyczne zakwity. Chociaż szczegółowych warunków, wywołujących toksyczne zakwity P. parvum, nadal do końca nie rozpoznano, to wysoka przewodność elektrolityczna jest powszechnie uważana za czynnik kluczowy, a próg 1500 µS cm-1 uznany jest za poziom wzmożonego ryzyka wystąpienia tego katastrofalnego w skutkach zjawiska.
Znaczący wzrost zasolenia prowadzi zatem nieuchronnie do przebudowy całego ekosystemu. Organizmy słodkowodne przestają sobie radzić i są wypierane przez gatunki tolerujące wyższe zasolenie. Mamy wówczas do czynienia z pojawianiem się gatunków obcych dla siedliska (czasem lokalnych, ale często obcych dla danego regionu), najczęściej o cechach inwazyjnych, czyli wypierających gatunki lokalne aż do przejęcia dominacji. Przykładem jest moczarka delikatna (Elodea nuttallii), roślina wodna, która w badaniach eksperymentalnych wykazuje wyższą tolerancję na zasolenie wód (jak również obniżoną ich przejrzystość) niż rodzime gatunki roślin wodnych Eurazji.
Sposobów adaptacji i poziomów tolerancji na podwyższone zasolenie wód jest pewnie tyle, ile gatunków wodnych, a literatura przedmiotu na ten temat jest obszerna. Tu posłużyłam się tylko bardzo ogólnymi przykładami, zaczerpniętymi głównie z przeglądów zagadnienia, dokonanych m.in. przez Jamesa i współautorów (2003) oraz Hintza i Relyea (2019).
To ile soli wspiera dobry stan ekologiczny wód śródlądowych?
Znakomita większość informacji w zakresie reakcji organizmów na zasolenie wód pochodzi z badań eksperymentalnych i testów ekotoksykologicznych. Określane na tej podstawie wartości progowe i zakresy tolerancji dla pojedynczych gatunków lub grup organizmów nie odzwierciedlają kompleksowego wpływu zasolenia na ekosystem jako całość. Rozpoznanie wpływu nadmiernego zasolenia na strukturę i funkcjonowanie całego ekosystemu jest niezwykle trudne, z jednej strony z uwagi na duże zróżnicowanie tolerancji organizmów na tę presję, z drugiej – ponieważ presja ta rzadko występuje solo. Najczęściej jest jednym z elementów presji skumulowanych, kiedy obok zasolenia mamy do czynienia również z wzbogaceniem w substancje odżywcze, a często również zanieczyszczeniem chemicznym różnego typu.
Niezależnie od trudności w precyzyjnym ustalaniu standardów środowiskowych, dobrym podejściem w ochronie wód jest przyjęcie takich kryteriów, które chronią najsłabszy element. Temu służy zasada „najgorszy decyduje” (tzw. zasada przezorności), stosowana w ocenie stanu wód. Kryteria dobrego stanu ekologicznego dla zasolenia w rzekach i jeziorach Polski zostały opracowane w odniesieniu do kondycji zespołów organizmów wodnych zgodnie z wytycznymi UE z 2018 r. (zainteresowanych sposobem wyznaczania takich wartości granicznych odsyłam do opracowania). Kryteria te w zakresie zasolenia zostały wyznaczone tylko dla przewodności, przy założeniu, że jeżeli nie jest przekroczony standard dla tego wskaźnika, to nie będzie on przekroczony także dla jego składowych (chociaż te, w rzekach zagrożonych zasoleniem, są monitorowane, tyle że nie są klasyfikowane). W ogólnym ujęciu, dla zapewnienia dobrego stanu ekologicznego, przewodność nie powinna przekraczać 300 µS cm-1 dla potoków górskich, 500 µS cm-1 dla rzek i potoków wyżynnych, 700 µS cm-1 dla małych i średnich rzek nizinnych i 850 µS cm-1 dla wielkich rzek nizinnych. Jedynie przyujściowe odcinki rzek, pozostające pod wpływem wód morskich, mają dopuszczoną przewodność na poziomie 2300 µS cm-1. W jeziorach granica ta wynosi 600 µS cm-1, z wyłączeniem tzw. jezior lobeliowych, dla których wynosi ona <150 µS cm-1 oraz jezior przymorskich, dla których standardów zasolenia nie określa się.
Czy wobec rosnącej presji na ekosystemy wodne oraz zmian klimatu, które problem zasolenia wód będą z pewnością pogłębiać, takie standardy są możliwe do utrzymania lub osiągnięcia? Nie wiem, ale jest to pytanie z zakresu administracji, technologii i inżynierii środowiska, a nie ekologii. Obserwacje katastrofalnych zdarzeń w ekosystemach wodnych powinny dostarczyć nam wystarczających przesłanek do przyjęcia minimalnych poziomów bezpieczeństwa ekologicznego. Wartość przewodności elektrolitycznej na poziomie 1500 µS cm-1 wydaje się dość liberalnym kryterium jak na standardy wspierające dobry stan ekologiczny, jest to jednak absolutne minimum, które musimy zapewnić rzekom, aby nie dopuścić do występowania niepożądanych zjawisk i dalszego spadku różnorodności biologicznej. Nie zmienia to również faktu, że zgodnie z prawem unijnym i krajowym, jesteśmy zobowiązani do osiągniecia celów środowiskowych, czyli również standardów zasolenia ustalonych dla naszych wód i, póki co, nic z nas tego obowiązku nie zwalnia.
W artykule korzystałam m.in. z prac:
- James K., Cant B., Ryan T., 2003. Responses of freshwater biota to rising salinity levels and implications for saline water management: a review. Australian Journal of Botany, 51, 703-713
- Hinz W.D, Relyea R.A., 2019. A review of the species, community, and ecosystem impacts of road salt salinisation in fresh waters. Freshwater Biology, 64: 1081–1097
- Szklarek S., Górecka A., Wojtal-Frankiewicz A., 2022. The effects of road salt on freshwater ecosystems and solutions for mitigating chloride pollution – A review. Science of the Total Environment 805 (2022) 150289
- Tonk L., Bosch K., Visser P.M., Huisman J., 2007. Salt tolerance of the harmful cyanobacterium Microcystis aeruginosa. Aquat. Microb. Ecol. 46, 117–123 https://doi.org/10.3354/ame046117
- Zaman M., Shahid S. A., Heng L., 2018. Guideline for Salinity Assessment, Mitigation and Adaptation Using Nuclear and Related Techniques. Springer
