Om syre i vatten

Som jag ofta skrivit här på KU så tycker inte jag att frågan om det blir varmare eller inte är varken intressant eller viktig. KU:s uppgift är att verka för en genomtänkt klimatpolitik vilket enligt min åsikt i stort sett innebär att det mesta som kallas klimatpolitik gör skada medan jag inte vet någon som gör den minsta nytta, varken för världens eller ens Sveriges klimat.

Tyvärr är det ju så att alltför många människor tror att det pågår snabba klimatförändringar som vi måste göra allt för att förhindra, och det brukar innebära att de tror att om vi inte gör något så kommer ett antal olyckor att drabba världen. Det vi som klimatpolitiksmotståndare ofta måste börja med är därför att bemöta olika påståenden om allvarliga konsekvenser och för det måste vi vara kunniga.

Jag hade egentligen tänkt ta upp frågan om havsnivåhöjning idag men så fanns det en artikel i söndagens UNT (Upsala Nya Tidning) om en tilltagande syrebrist i haven. Naturligtvis påstås det att alltfler områden i världens alla hav drabbas av syrebrist och naturligtvis så sägs orsaken vara den globala uppvärmningen.

Hur handskas man med en sådan nyhet? Är det en viktig fråga eller någonting att bara rycka på axlarna åt. Min reaktion är att i första hand ta reda på så mycket som jag kan om vad som är känt om syre i vatten. Hur mycket syre finns det, varifrån kommer det och hur används det. En annan närliggande fråga är att jämföra mängden syre med mängden koldioxid.

I den artikel som var startpunkten för mina försök att sätta mig in i problemet så stär det att när syrehalten sjunker under 2 milligram per liter (mg/L) eller 2 g/m3 så flyr fiskarna därifrån. Den första fråga jag ville ha svar på var därför vad är den normala nivån av syre i världshaven och kanske också i sjöar och floder.

Det visar sig naturligtvis att mängden syre beror på ett antal faktorer, nägra som man intuitivt anar och andra som man kanske inte hade väntat sig. Det som bör vara relevant är naturligtvis temperaturen där vi förväntar oss att det finns mer syre i kallare vatten och att trycket spelar roll, men jag var inte helt beredd på att sötvatten normalt innehåller mer syre än saltvatten,

Utgångspunkten är vilken syrehalt det är nära ytan under olika omständigheter, varvid man talar om 100% mättnad. Det finns två ekvivalenta enheter för att ange syrehalten, varvid den ena är milligram per liter och det andra är mol O2 per kubikmeter, Vi kan räkna ut att en mol per kubikmeter blir 32 milligram per liter så att 2 mg/L är 1/16-dels mol per kubikmeter. En grundsiffra tycks vara att i sötvatten så innebär 100% mättnad vid 1 bar och 4 grader Celsius knappt 11 mg per liter och vid 20 grader så sjunker det till mindre än 9 mg.

I saltvatten är mättnadsnivån 20% lägre så att i 18-gradigt vatten på västkusten borde syrehalten vara mellan 6 och 7 mg per liter eller lika många gram per kubikmeter. Som jämförelse kan det nämnas att i en kubikmeter luft finns det ungefär 260 gram syre d.v.s kanske 40 gånger mer. En annan jämförelse är att vid jämvikt (mellan vatten och luft) lär det finnas 200 gånger mer koldioxid än syre i vattnet (men där kompliceras det hela av att det bildas kolsyra och bikarbonat).

Jag hittade en intressant länk som bland annat redovisade vilka syrehalter som olika fiskarter ville ha varvid det inte helt förvånande visar sig att kallvatten-fiskar kräver en högre syrehalt, foreller vill ha så mycket som 13-14 mg/L medan gäddor kan klara sig med 3-4 mg/L.

Om vi sedan går till frågan om hur syret kommer ner i vattnet så är det naturligtvis inga problem vid ytan, men sedan beror det på hur mycket vattnet rörs om ifall syret ska tränga djupare. Nu är det ju så att eftersom trycket ökar med djupet så sjunker mättnadsgraden om det inte tillförs syre och redan vi 3 meters djup är mättnaden bara 70%. Det innebär också att nedanför vattenfall där det finns luftbubblor i vattnet kan syret i dessa lösas på några meters djup vilket kan ge syrehalter på upp till 15- 16 mg/L. Men, förutom det syre som kommer in genom ytan så finns det även under vattenytan en produktion av syre genom fotosyntes. Det innebär att i insjöar, och kanske också i skärgårdar och grunda vikar så stiger syrehalten under soliga dagar för att sedan sjunka under natten.

Ett allmänt konstaterande är att livet både på land och i vatten behöver såväl syre som koldioxid. På land är det gott om syre medan koldioxiden kan vara begränsande för växtligheten som ju är basen för livet. I vatten finns det vanligen mer koldioxid än syre, så att det är snarare syret som är begränsande.

Allt levande behöver någon form av energi, varvid det finns två sätt att tillgodogöra sig energin, antingen genom att ta vara på solljuset genom fotosyntes eller genom att använda den till kemisk energi omformade solenergin. I huvudsak sker detta genom oxidation, vilket hos de flesta (alla?) flercelliga varelser, växter eller djur, sker i mitokondrierna.

Medan jag skriver detta börjar jag undra hur mycket syre vi använder. En utgångspunkt för mig är att vi människor lär använda 100 Watt, d.v.s. 100 Joule per sekund. En annan lite löjlig siffra som jag dock råkar känna till är att en liter, d.v.s ungefär 0,7 kg bensin lär innehålla 10 kWh kemisk energi. Om vi antar att såväl bensinen som kroppen i grunden förbränner kolvåte av formen CH2 så innehåller 1 liter bensin 0,6 kg kol och 0,1 kg väte. Vid förbränning av CH2 har vi i sin enklaste form reaktionen 2CH2 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O vilket innebär att 28 gram ”bensin” kräver 96 gram syre och att 700 gram kräver 2,4 kg.

Om vi förbrukar 100 Watt så gör vi på 10 timmar av med 1 kWh. Det skulle innebära att vi på 100 timmar gör av med 10 kWh, så att med denna uträkning så skulle det räcka med 2,4 kg syre för 4 dygn d.v.s. 0,6 kg syre per dygn. (Det låter förbluffande lite och jag hoppas att någon av KU:s kunniga läsare kan ge en bättre siffra på vårt eget syrebehov). Eftersom 1 m3 luft innehåller ungefär 0.25 kg syre så skulle det innebära att syret i 3 m3 luft räcker för 1 dygn. Om vi istället ser på hur mycket energi vi får ut av det förbrukade syret så blir det 10 kWh eller 36 MJ av 2,4 kg. Det innebär 15 MJ per kilo syre eller 15 kJ av ett gram syre.

Hur som helst, det som gör att vi har ett ganska stort syrebehov är förutom att vi är ganska stora djur att vi behöver hålla en kroppstemperatur på 37 grader. Djur som tar sitt syre ur vattnet är alla växelvarma vilket innebär att de har ett mycket mindre behov av syre. Om vi använder 1,5 Watt per kilo kroppsvikt så bör en fisk på 1 kg kanske behöva ungefär 0,02 Watt eller säg 1 J/minut, vilket skulle bli 1,5 kilojoule per dygn. 1 gram syre skulle då räcka i 10 dagar för en fisk på 1 kg.

Jag är väldigt osäker på om mina beräkningar överhuvudtaget ligger i närheten av ”vad vetenskapen vet” men samtidigt kan jag inte undgå att tycka att det är roligt att försöka. Ett problem som finns här i norr är att sjöar fryser till under vintern så att det inte kan komma in syre uppifrån. Så länge som det inte finns snö ovanför så kan det fortfarande pågå lite fotosyntes men den upphör när det faller snö på isen. Det händer ju därför ibland att all fisk i en sjö dör under en lång vinter.

Låt oss anta att syrehalten när isen lägger sig ligger så högt som 12 gram per kubikmeter och att medeldjupet i sjön är 5 meter. Då skulle det per kvadratmeter sjöyta finnas 60 gram syre, som ska räcka i kanske 3 månader vilket inte tillåter en större förbrukning än 670 mg per dygn och kvadratmeter.

Det här inlägget räcker aturligtvis inte för att avgöra hur allvarlig en påstådd eventuell minskning av syrehalten i haven är, men den kanske räcker för att man ska kunna ställa relevanta frågor till dem som vet bättre och kanske kan man göra en eller annan alarmist en aning osäker på om han vet vad han talar om.

Jag hoppas att alla läsare som känner människor med goda kunskaper om livet under vattenytan delar detta inlägg med kunnigt folk och ber dem kommentera – då kanske ni läsare (och helst jag också) får lite riktiga fakta och inte bara mina amatörmässiga gissningar när vi vill förstå hur livet under vattenytan påverkas av exempelvis klimatförändringar, oavsett vad dessa beror på.

Dela detta inlägg

16 reaktion på “Om syre i vatten

  1. 1
    Ann lh

    Sten K., när man talar om syrehalten i sjöar och hav är skiktningen väsentlig dvs den uppdelning i vattenmassorna som beror på skillnad i temperatur och/eller salthalt. Skiktningen innebär att de olika massorna ”lever skilda liv”. Djupvattnen kan bli så syrefattiga att det syrekrävande livet får svårt att klara sig. De som kan de flyr, medan mera orörliga grupper får det svårt.
    Temperaturskiktningen i insjöar brukar genomgå årstidsbundna växlingar varvid djupvattnet årligen kan få syretillskott, medan skiktningen i haven är än mer komplicerad och till stor del beror på skillnaden i salthalt. När det tex stormar in friskt, salthaltigt ytvatten från västerhavet till Östersjön lägger det sig på det djup som bestäms av dess densitet. Vill det sig väl kan det saltare vattnet till och med sjunka ner och bli till bottenvatten och bottnarna och dess organismer kan kvickna till.

  2. 2
    Bim

    Intressanta tankar Sten Kaijser. sådant är kul att fundera över. Hur funkar saker och ting.

    Ann LH # 1
    Jag börjar bli tjatig, men jag säger det igen. Du är en stjärna, ”knökad ” med kunskap. Klarsynt och pedagogisk.
    Tack båda två för morgonlektyren, skyhögt över GP och TV.

  3. 5
    Lasse

    Kul med lite nya tankar-nu när snön ligger djup över Sverige.
    Syrehalt och salthalt i Östersjön avgör om torsken skall trivas.
    SMHI har en kul sida för att studera olika parametrars variation från 1993-2009:
    http://www.smhi.se/oceanografi/oce_info_data/snitt_ANH_KARL/index.htm
    Saltvatten tenderar att lägga sig utmed bottendjupen och där förbrukas syret.
    Nytt saltvatten ger nytt syre.
    Jag tror att fiskens syrebehov är mindre än växtnedbrytningens syrebehov. Döda bottnar brukar nämnas.
    Svarta havet är ett innanhav som tydligen har helt döda bottnar vilket resulterat i anmärkningsvärda fynd av gamla vrak-helt intakta! http://sverigesradio.se/sida/avsnitt/960690?programid=412

    Vill man ha fisk får man väl odla den!
    https://www.avanza.se/placera/redaktionellt/2018/01/23/gynnsamma-utsikter-for-laxbolagen.html

  4. 6
    Peter Stilbs

    Vissa tar alla chanser att hitta på faror på Jorden som beskrivs som kopplade till ”global uppvärmning” via atmosförisk CO2. Dessa vinklingar i UNT är lika patetiska som det mesta i media. Forskarna själva tänker knappast så, och jag tvivlar starkt på att någon av dem sagt det i slutklämmen – det är säkert journalisten själv .

    ”Vad kan enskilda människor göra?

    – Rösta på politiker som accepterar att vi har en klimatförändring. I USA är många oroliga på grund av den president vi har just nu. Alla länder måste enas om att vi har en global uppvärmning och att det är ett problem. Det måste ske en global ansträngning där alla nationer är överens om att vi måste reducera koldioxidutsläppen.”

  5. 7
    tty

    Detta är ett vackert exempel på ”Fake News” och ”Postnormal Science” i osalig förening.

    Artikeln det hela baseras på finns här:

    http://science.sciencemag.org/content/359/6371/eaam7240

    Naturligtvis inte tillgänglig för allmänheten. Fattas bara.

    Det är dock ingen större förlust för det rör sig egentligen inte om någon ny forskning utan en omsorgsfullt körsbärsplockad review-artikel som bygger på att man blandar ihop två helt olika mekanismer för hypoxi i hav.

    Det ena är eutrofiering i kustvatten p g a ökat näringsläckage från land (jordbruk, avlopp, erosion) detta leder till ökad primärproduktion och syrebrist i djupare vatten när det organiska materialet sjunker i synnerhet i slutna bäcken (som Östersjön). Delvis är detta helt naturligt, Svarta havets djupare delar har varit helt döda ända sedan det blev ett salt hav efter istiden p g a den stabila skiktningen med sötare vatten vid ytan och i Östersjön har det funnits ”döda bottnar” under större delen av Holocen och även under den förra mellanistiden. Områdena har dock vuxit runt om i Världen på senare år. Dock knappast på grund av klimatet, utan p g a ökad näringstillförsel. Botemedel: bättre avloppsrening, minskat näringsläckage från jordbruk och hyggen. Men det kostar, så många är säkert glada att kunna skylla på klimatet.

    Det andra fenomenet är områden med låg syrehalt ute i öppna havet. I länken ovan finns en ”abstract” med en karta som är fritt tillgänglig. Tittar man på den så ser man tillfredsställande stora, skrämmande blåa områden med syrebrist i oceanerna. Vet man litet om hur oceanerna fungerar blir man mindre upphetsad. En sak man omedelbart slås av är att dessa blå ”krisområden” samtidigt hör till de biologiskt rikaste delarna av Världshavet och de viktigaste fiskevattnen. Detta är ingen tillfällighet, de båda sakerna hänger i hög grad ihop. Dessa blå områden är nämligen uppvällningszoner där kallt, syrefattigt och näringsrikt vatten kommer upp från djuphavet. Detta hänger ihop med den termohalina strömningen, där kallt, syrerikt vatten sjunker i Arktis och Antarktis, cirkulerar i djuphavet i ca 1000 år och till sist kommer upp till ytan igen. Allt liv i djuphavet är beroende av denna syretillförsel och förbrukar mycket av syret på 1000 år, samtidigt som alla organismer som levt, och framför allt dött, i vattnet tillfört näringsämnen, viktigast fosfater. Som en kuriositet kan nämnas att de nästan alla fosfater som jordbruket använder kommer från sediment som ursprungligen avsatts i sådana uppvällningsomrden.

    Det hela avslöjas faktiskt av att kartan inte visar syrebrist vid ytan utan på 300 meters djup. Det är alltså frågan om vatten på väg upp till ytan som inte har varit i kontakt med atmosfären och ”klimatet” sedan medeltiden.

    Har då klimatet ingen direkt inverkan på hypoxi i Världshaven? Jovisst, skulle det bli likadant klimat som under den förra mellanistiden (betydligt varmare och fuktigare) skulle t ex stora delar av Medelhavet få syrefria bottnar. Dock inte p g a de högre temperaturena, utan p g a att mera regn/större floder leder till utsötning av ytvattnet i östra Medelhavet vilket leder till stabil skiktning och hypoxi.

    I det förflutna när verkligt ”växthusklimat” rått har det t o m hänt att stora delar eller tom hela djuphavet tidvis blivit helt syrefria. Detta kräver dock att produktionen av kallt, salt, syrerikt vatten i Arktis och Antarktis upphör, och att djupvattenproduktionen istället växlar till varmt, extremt salt och syrefattigt tropiskt vatten. Ett absolut minimikrav för detta torde vara fullständig avsmältning av isen i Antarktis, och det är tveksamt om det ändå är möjligt med kontinenterna i nuvarande lägen med kontinuerligt hav runt Antarktis, men inga sammanhängande öst-västliga hav och få och små grunda evaporationsbäcken nära Ekvatorn.

  6. 9
    Sten Kaijser Inläggsförfattare

    tty #7,

    jag får som vanligt tacka för ditt klarläggande angående framför allt UNT-artikeln. Det som hände när jag började läsa in mig blev som kanske märks att jag blev så fascinerad av hur lite syre som används. Jag hade heller inte riktigt tid att skaffa fram bättre siffror att utgå ifrån och gissningen om en joule per minut och kilo är fortfarande bara en gissning. Det som ju oavsett alla gissningar är hur mycket energi som frigörs vid oxidation. Att ett gram syre ger ungefär 15 kJ tycks stämma någotsånär med förbränning av antingen kol eller väte och ännu mer för en blandning.

    Ska jag ta upp din beskrivning av orsakerna i mitt nästa inlägg för att därmed tydligt bemöta UNT-artikeln.

  7. 10
    Greger

    #7 tty
    Kom ut ur garderoben så att man får applådera dig offentligt. Fantastiskt fint klargörande av komplicerade system. Vilken pedagog du är!

  8. 11
    Bror Högbom

    Enligt det EU finansierade projektet SIBER där forskare från där forskare från Danmark, Finland, Lettland, Polen och Sverige har samarbetat 2011 visar ett av projektets övergripande resultat att löst kisel i Östersjöns vatten har halverats under 1900-talet. SIBER står för Silicate and Baltic Sea Ecosystem Response.

    För perioden 1970-2001 återfanns minskade DSi koncentrationer på mätstationer över hela Östersjön. Minskningen antas främst bero på den pågående övergödningen och vattenkraftens dammbyggnader.

    Eftersom kiselalgerna står för 45% av fotosyntesen i Östersjön och algerna har minskat med 60% sedan 60-70talet bestämde jag mig för att ta reda på vad kiselalgerna innehåller.

    https://www.google.se/amp/s/savethebaltic.wordpress.com/2016/07/29/nu-har-svaret-kommit-kiselalger-innehaller-bl-a-kolhydrater-protein-oljor-fett-vitaminer-bland-annat-vitamin-b12-och-thiamin-b1-vitamin/amp/

  9. 12
    Svend Ferdinandsen

    Angående næringstoffer og syrebrist:
    Hvor er balancen mellem næringsstoffer som øger andelen syreproducerende alger, og deres forbrug af syre i øvrigt.
    I øvrigt lever disse alger også af CO2.

  10. 13
    Lars-Eric Bjerke

    Sten,

    Lite småkommentarer:
    – Energiinnehåll i bensin utan inblandning: 9,1 kWh/l
    file:///C:/Users/Lasse/Downloads/drivmedelsfakta-2015.pdf

    – För cellandning tror jag du enklast använder denna formel
    Cellandning: C6H12O6(druvsocker) + 6O2 → 6H2O + 6CO2 + energi (ATP)
    38 ATP (motsvarar 1,14 MJ)
    https://sv.wikipedia.org/wiki/Cellandning

    (Forell är inte ett biologiskt namn på någon fiskart. Man menar nog oftast öring eller regnbåge i potionsstorlek.)

  11. 14
    tty

    #12

    Det som förbrukar syre är främst döda alger (och andra organismer). Dessa sjunker till botten och bryts ned av bakterier som förbrukar syret i bottenvattnet.

  12. 15
    Sten Kaijser Inläggsförfattare

    Tack till Lars-Eric Bjerke och som alltid till tty!

    När det gällde mina energiberäkningar så visste jag att de var mycket ungefärliga. Om jag ser på cellandningen i din länk så ser jag att sambandet 1,14 MJ för 38 ATP kan läsas som att 1 mol ATP motsvarar 30 kJ. Man kan också se att 6 mol O2 d.v.s. 192 g syre ger 1140 kJ vilket motsvarar att 1 g syre ger ungefär 5,9 kJ användbar energi i form av ATP. Jag förutsätter dock att vid alla stegen så förloras en liten del energi som värme vilket skulle kunna innebära att de totala energi som oxidationen ger är någonting mellan 5,9 kJ och kanske 7 eller 8 kJ.
    Min ”gissning” var tydligen mellan 2 och 3 gånger för hög, något jag inte skäms alltför mycket för.
    När det sedan gäller ”forell” så stod det ”trout” på engelska vilket jag hade för mig att man ofta populärt kallar ”forell” men jag tror att jag misstolkade bilden en aning så att det handlade snarare om att en öring vill ha 7 mg/L.

Kommentarer inaktiverade.