CО2 — Углекислота, диоксид углерода, углекислый газ.
Что касается выбора растений по сложности содержания, то, как говорит Takashi Amano, растений не бывает простых или сложных. Они отличаются только тем, что некоторым нужно немного больше света и СО2, другим немного глины в грунт. Обеспечив нормальный уровень освещенности, подачу СО2 и все питательные вещества в воде, растут абсолютно все растения. Если при описании растения пишут, что данный вид любит мягкую воду и рекомендует подкормку СО2 (двуокись углерода), то опасно покупать этот вид. В жёсткой воде, без дополнительной подкормки СО2 это растение погибнет. Растения любят добавку СО2 — это их главная пища! Если у вас нет СО2 и мощного света, вы всё равно можете сделать красивый растительный аквариум, просто с немного другими растениями.
Растения, в отличие от водорослей, нуждаются в углекислом газе для фотосинтеза, и при отсутствии СО2 растения не могут впитывать нужные им для развития питательные вещества, соответственно, все питательные вещества начинают поглощать водоросли, которые с успехом размножаются в такой среде. Свет так же играет большую роль, ведь чем интенсивнее освещение, тем быстрее у аквариумных растений проходит процесс фотосинтеза. Поэтому если освещения для ваших растений достаточно, вопрос с СО2 и питательными веществами становится еще важнее.
Теперь самое главное, определиться по поводу соотношения этих трех элементов, так как, если одного из элементов будет больше, соответственно других будет не хватать. Например, если будет низкий уровень освещения, в аквариуме будет переизбыток углекислого газа и питательных веществ, растения будут портиться и гибнуть. Если слишком низкий уровень питательных веществ – возникнет ситуация, что растениям не будет чем питаться. В этом случае в награду за свои труды аквариумист получит в своем аквариуме развитие Сине-Зеленых водорослей.
В воде углекислый газ находится в трех видах: свободном, полусвязанном (бикарбонаты) и связанном (карбонаты). В свободном состоянии — в виде растворенного в воде углекислого газа, а в связанном — в виде углекислых солей кальция и магния, так называемых солей карбонатной жесткости. Углекислый газ (СО2) растворяется в 50 раз лучше кислорода и образует угольную кислоту (Н2Со3), именно ее присутствие вызывает отклонение рН в кислую сторону. Если содержание углекислоты избыточно, ее называют свободной или растворенной. Кислород является универсальным окислителем органических соединений, а углекислый газ является фундаментом для роста подводной флоры и одним из основных регуляторов водородного показателя воды – pH.
Присутствие углекислоты в воде очень важно. Именно ее соединения с кальцием и магнием образуют карбонатную воду. Чем выше доля бикарбоната кальция в воде, тем выше и доля связанной углекислоты. Углерод, цепочки атомов которого и составляют основу органических молекул, берется не откуда-нибудь, а именно из углекислого газа. Растения очень хорошо и быстро ассимилируют углерод из растворенного в воде углекислого газа и плохо — из солей карбонатной жесткости. В большинстве случаев, особенно если аквариумная вода имеет значительную жесткость, в аквариуме отмечается дефицит свободного углекислого газа, и растения получают углерод в недостаточном количестве.
Дело заключается в том, что по законам электрической диссоциации, каждому значению карбонатной жесткости воды для обеспечения химического равновесия в воде должно соответствовать определенное количество свободного углекислого газа. Если содержание СО2 достаточно продолжительное время остается стабильным, то в такой воде устанавливается углекислотно-известковое равновесие: новых гидрокарбонатных ионов не образуется. Если по каким-либо причинам в аквариумной воде оказывается углекислого газа меньше, чем это нужно для данного значения карбонатной жесткости воды, то соли кальция и магния выпадают в практически нерастворимый осадок. Они откладываются на листьях растений, их листья начинают “седеть”, так как они покрываются корочкой карбоната кальция. Это продолжается до тех пор, пока карбонатная жесткость не снизится до значения, при котором наступает равновесие с имеющимся в воде запасом несвязанного углерода в виде углекислоты.
Это сопровождается повышением рН воды до значения больше 7, что в еще большей степени осложняет положение с возможным количеством свободного углерода для питания растений. Даже самое малое количество углекислого газа оказывает влияние на показатель рН любой воды. Обычно растения могут поднять рН аквариумной воды до 8,3-8,5. При таком показателе активной реакции воды в ней почти совсем нет молекул углекислого газа. Как правило, они не могут поднять рН еще выше, так как его дальнейший рост сильно ухудшает функциональное состояние самих растений: фотосинтез, а, следовательно, изъятие СО2 из системы замедляется, и находящийся в воздухе углекислый газ, растворяясь в воде, стабилизирует рН.
Если карбонатная жесткость воды достаточно велика, то этот процесс может привести к опасному не только для других растений, но и для подавляющего большинства аквариумных рыб росту значения рН аквариумной воды до 9. В аквариумной воде с высокими значениями рН невозможно выращивание целого ряда растений, да и очень многим видам аквариумных рыб щелочная вода определенно не нравится. Аквариумные растения, таким образом, могут буквально душить друг друга. Выигрывают те виды, которые лучше извлекают углекислоту из гидрокарбонатов, а страдают не умеющие это делать, к примеру, роталы и апоногетоны мадагаскарской группы. Именно такие растения считаются у аквариумистов самыми нежными.
CO2 имеет важнейшее значение для аквариума, для рыб и для растений, особенно для растений. Но проблема заключается в том, что стремясь улучшить условия для растений, можно серьезно изменить состав воды и это окажется очень губительным для рыб. При излишке CO2 растения не очень пострадают, но вот рыбки скорее всего не переживут такого нововведения, незначительное изменение содержания в воде, до 30 миллиграмм на литр, безопасно для рыб. Учитывайте, что некоторые рыбки, несмотря на то что, теоретически у них достаточно широкий диапазон в требованиях к составу воды, но даже маленькие изменения в привычном химическом составе воды могут стать последними.
Главная опасность в использовании CO2 заключается в том, что при растворении в воде он переходит в угольную кислоту, а это очень сильно влияет на кислотность воды, она заметно снижает уровень pH. Повышение жесткости немного нейтрализует понижение кислотности, но все это создает достаточно резкие изменения в химическом составе воды. Таких резких перепадов большинство рыб, как правило, не переживет, и уже на следующий день вы их можете обнаружить мертвыми. Если есть необходимость изменения состава воды, делайте это не залпом, а постепенно, не бойтесь потратить на это кучу вашего времени. Если рыбки начинают всплывать к поверхности и глотать воздух, значит в воде слишком много CO2 и мало кислорода, если они начинают вести себя вяло, часто ведут себя не адекватно, значит процесс вышел из под контроля.
При рН 8,3 в свободном виде углекислота практически не встречается. С ростом карбонатной жесткости концентрация СО2 увеличивается следующим образом: при КН менее 2° до 15 мг/л, от 2 до 10° до 20 мг/л, свыше 10° до 30 мг/л. Повышение температуры уменьшает растворимость углекислого газа с 0,7 мг/л при 10°С до 0,38 мг/л при 30°С. Перенасыщение воды СО2 вызывает эффект Рута. Суть его состоит в том, что гемоглобин крови отдает предпочтение СО2, вытесняя кислород, в результате чего рыбы задыхаются даже при внешне благополучном кислородном режиме. Часто аквариумистов удивляет, что рыба может умереть от отравления углекислым газом (“задохнуться”) даже в воде, которая насыщена кислородом.
СО2 не вреден для рыб, если концентрация кислорода в водоеме достаточно высока. Длительное воздействие повышенных концентраций диоксида углерода на аквариумных обитателей может вызвать ацидоз, нарушения обмена веществ, внезапную остановку сердца. У некоторых рыб повышение концентрации углекислоты вызывает рост аппетита, но пища не усваивается нужным образом, и рост потребления корма сопровождается медленным истощением их организма. Для нормальной жизнедеятельности рыб достаточна концентрация растворенного кислорода в воде 5 мг/л.
У растений наблюдается то явление, которое аквариумисты, не вдаваясь в его суть, назвали несовместимостью. Однако практически несовместимых растений в наших аквариумах нет, но есть растения с разными рН-барьерами. Например, кабомба при повышении рН до 8 останавливает фотосинтетическую деятельность, валлиснерия продолжает ее до 10, а элодея и до 11. Ясно, что кабомба сначала остановит рост верхушечных стеблей, а затем будет сбрасывать листья. Постепенно и у валлиснерии начнут разрушаться концы листьев возле поверхности, степень подщелачивания верхних слоев воды элодеей для этих двух видов окажется непереносимым ежедневным испытанием. Более сложные растения потому и сложны в содержании, что у них нижний и верхний рН-барьеры незначительно отстоят друг от друга — ведь в текучих водах у них на родине нет таких скачков рН, какие происходят в аквариумах с неподвижной водой.
Равновесие рН – КН – СО2.
Трехсторонняя взаимосвязь между этими величинами обозначает, что, достигнув необходимого значения двух величин, определенное значение третьей устанавливается автоматически. КН и СО2 являются стабилизаторами, т.е. — составляющими буферной системы в воде. Исходная жесткость воды из водопровода позволяет отрегулировать рН посредством нормализации уровня СО2 углеводорода, однако это крайние меры, которые весьма не желательны.
Значение рН в аквариуме подвержено колебаниям, которые связаны с изменением растворенного в воде СО2 и карбонатной жесткостью воды КН. Так, увеличение количества СО2 или снижение КН делает воду более кислой, увеличение КН или снижение СО2 делает ее более щелочной. Значит, все гидробионты своим дыханием способствуют снижению показателя рН. Особенно заметно это снижение ночью, когда растения не поглощают углекислоту. Днем, во время световой фазы фотосинтеза, активность потребления углекислоты растениями заметно возрастает. Поэтому при длительном ярком освещении с большим количеством растений, интенсивно поглощающими углекислый газ, значение рН может подняться до 9. А ночью, в связи с отсутствием фотосинтеза и выделением СО2 растениями и рыбами при дыхании, может упасть до 6, что неблагоприятно для населения аквариума.
В жесткой воде, при рН около 8, количество СО2 недостаточно для растений и в этом случае нужно либо снизить жесткость воды или вводить углекислый газ, что сдвинет рН в благоприятную область. Чем больше сине-зеленых водорослей, тем щелочней среда. Значит, ночью рН в аквариуме перемещается по шкале показателей в кислую сторону, а днем — в щелочную. Чтобы снизить резкие колебания, рекомендуется обязательная ночная аэрация воды воздухом.
Своевременно контролируя их, можно оперативно вмешиваться в работу перенаселенной и потому нестабильной системы, снабжая её недостающими ресурсами и удаляя избыточные отходы, которые аквариумный “биоценоз” сам не способен утилизировать. Одним из таких необходимых для аквариума с живыми растениями ресурсом является углекислый газ. Низкий рН свидетельствует о слишком высокой концентрации углекислоты. Углекислый газ может быть использован как средство изменения рН аквариума, путем постоянного добавления газа в воду, таким образом, поддержание уровня рН, необходимого для роста конкретных растений.
Во избежание проблем, связанных с этим, желательно тестировать уровень углекислоты в воде. Если вы долго подавали в аквариум углекислый газ, а в аквариуме есть известняк, то после прекращения подачи углекислоты и сильного продувания воды возможен резкий скачек рН в щелочную сторону. Если этот уровень окажется слишком большим, то надо будет в нужный момент воспользоваться буферными растворами, средством рН минус, отваром торфа, ольховыми шишечками, мхом сфагнумом и другими средствами.
Однако кислотность и карбонатная жесткость не являются единственными факторами, определяющими углекислотно-известковое равновесие воды в аквариуме. Это равновесие зависит от целого ряда факторов:
1. Объем (вместимость аквариума). Как правило, в аквариумах большого объема равновесные процессы более устойчивы.
2. Геометрические размеры аквариума (соотношение длины, высоты и ширины). В аквариуме с большой площадью поверхности лучше осуществляется газообмен, с воздухом.
3. Количество рыб и других аквариумных животных, выделяющих углекислый газ при дыхании.
4. Количество растений в аквариуме, которые, в зависимости от освещенности, выделяют или поглощают углекислый газ.
5. Интенсивность освещения, влияющая на жизнедеятельность аквариумных растений.
6. Химический состав воды, наливаемой в аквариум. Наиболее важный фактор — карбонатная жесткость (KH).
7. Режим кормления рыб. Разлагающийся избыточный корм становится источником углекислого газа.
8. Температура воды. Влияет на растворимость карбонатов, углекислого газа, на скорость всех химических реакций.
9. Грунт. От содержания карбонатов в грунте зависит гидрохимический состав воды.
10. Движение воды за счет аквариумных фильтров, микрокомпрессоров, помп. Влияет на насыщение воды углекислым газом из воздуха и растворимость карбонатов.
Все указанные факторы говорят о сложной зависимости равновесия от условий содержания аквариума: из-за такого большого комплекса факторов часто бывает невозможно предугадать направление смещения углекислотно-известкового равновесия и соответствующее ему изменение гидрохимического состава аквариумной воды.
