Углерод и углекислый газ

Углерод не только важнейший элемент питания растений, потому что является основой для построения органических веществ, но и через свои соединения влияет на значения рН и жесткости воды.

Растения удовлетворяют свою потребность в углероде за счет свободного углекислого газа и в меньшей степени за счет угольной кислоты.

Растворенный в воде углекислый газ большей частью остается в виде свободного CO₂ (99,3%) и в меньшей образует угольную кислоту. CO₂ поступает в воду аквариума за счет её контакта с воздухом, выделяется при дыхании рыб, растений и других водных организмов, а также при разложении органических веществ (например листьев, остатков корма и т.д.). СО₂ обладает очень хорошей растворимостью, которая, правда, ограничивается обменом с атмосферой. Лишь небольшой процент СО₂ (примерно 0,1–0,2%) превращается в углекислоту (CO₂ + H₂  H₂ CO₂), которая неустойчива и распадается, поэтому часть растворенного в воде CO₂ находится в свободном состоянии. Угольная кислота – слабая кислота и диссоциирует на ионы
(H₂ CO₂ <=> H⁺ + HCO₃^-),
в результате концентрация ионов H⁺ повышается и вода подкисляется. Таким образом, при повышении в воде содержания CO₂ значение рН уменьшается. Богатые углекислотой воды могут достигать величины pH в 5 единиц, изредка и ниже.

Лишь газообразный растворенный в воде CO₂ подходит для снабжения растений без всяких осложнений, но некоторые из них при его нехватке приспособились использовать гидрокарбонаты кальция и магния, которые влияют на временную жесткость, и при их распаде происходит уменьшение её значения, т.е. биогенное умягчение воды. В этом процессе происходят следующие реакции:

Ca(HCO₃)₂ = CO₂ (поглощается растением) + CaCO₃ + H₂O

Ca(HCO₃)₂ = 2CO₂ (поглощается растением) + Ca(OH) ₂

Образующиеся в результате первой реакции карбонаты выпадают в осадок, что видно по белому налету на листьях растений, во второй же реакции образуется щелочь, которая повышает значение рН, причем эта реакция идет тем интенсивнее и, следовательно, подщелачивание воды тем сильнее, чем выше значение концентрации кислорода.

В то время как в природных биотопах лишь относительно немного видов растений растут в большой массе воды, в аквариуме наоборот. Здесь мы содержим много видов растений в небольшом объеме воды (по сравнении с природным биотопом это лужа).

Эти виды растения обладают различной способность покрывать свою потребность из имеющейся системы углерода. В то время как, например, канадская элодея еще в состоянии ассимилировать углерод из гидрокарбонатов, ключевой мох может использовать только свободный углекислый газ. Между этими двумя видами распределены остальные растения. Отсюда видно, что вокруг углерода в аквариуме разгорается конкуренция и растения, переносящие более высокое значение pH, имеют преимущество перед другими.

Растениям безразлично, из какого содержания CO₂ в воде – 5 или 20 мг/л – они будут удовлетворять свою потребность, важно лишь, чтобы было постоянное и более или менее равномерное его поступление. Но 20 мг/л является почти предельной концентрацией, которая становится опасной для рыб.

В аквариуме в течение ночи, когда процесс фотосинтеза из-за отсутствия освещения не происходит, концентрация CO₂ , вызванная дыханием рыб и растений, повышается и может при большом количестве растений стать опасной. Поэтому в это время важны аэрация и фильтрация, которые создают движение воды, обогащая ее кислородом и удаляя излишки углекислого газа.

В жесткой воде при значении рН близком к 8 количество углекислого газа недостаточно для большинства растений, и в этом случае нужно либо снизить содержание извести, т.е. понизить концентрацию кислорода, или, как показал опыт, еще лучше ввести в воду углекислый газ, что сдвинет значение рН в благоприятную для растений область.

В аквариумах, сильно заросших растениями, может ощущаться недостаток CO₂. В природе в большинстве случаев водная поверхность, заросшая растениями, занимает незначительную долю, в результате чего сохраняется благоприятное отношение общей водной поверхности, которая может поглощать CO₂, к заросшей растениями поверхности, которая потребляет этот газ. Таким образом, пресноводные аквариумы с густой растительностью могут нуждаться в CO₂ в значительно большем количестве, нежели может быть поглощено поверхностью воды.

Достаточное снабжение аквариумной воды углекислым газом имеет большое значение не только для растений, но и для рыб.

Недостаток CO₂ служит причиной:

– появления искалеченных и убогих растений в аквариуме;

– неестественного, сильного повышения pH.

Слишком высокое значение pH, вызванное недостатком CO₂, в свою очередь служит частой причиной:

– недостатка железа для питания растений;

– аммиачного отравления рыб после смены воды;

– наступления криптокориновой болезни;

– прекращения роста растений;

– тяжелых и хронических грибковых заболеваний рыб.

K. Хорст приводит таблицу зависимости содержания CO₂ в воде от значений концентрации кислорода и рН и их влияние на рост растений. И. Хомченко пишет о ней следующее: «С ее помощью можно определить, сколько надо растворить в воде CO₂, чтобы при данной жесткости установить требуемое значение рН. В то же время значения рН и концентрации кислорода позволяют приблизительно судить о количестве CO₂, содержащегося в воде аквариума (точнее, о том количестве, которое может содержаться)».

Согласно И. Шеурманну, область значений концентрации CO₂, лежащих ниже жирной черты, опасна для рыб (по остальным колонкам данных нет).

Постоянный контроль за содержанием CO₂ можно производить специальным прибором (например «Dupla CO₂– test»), который крепится к стенке аквариума. В верхнем колпачке этого небольшого прибора находится маленькая проба воды с pH-индикатором. Внутренняя полость колпачка соединена каналом с водой аквариума. Так как CO₂, растворенный в воде, склонен находиться в равновесии с CO₂, находящемся в воздухе, то через канал происходит его диффузия из воды. Благодаря этому индикаторная жидкость указывает точное содержание CO₂ в воде аквариума и следит за всеми его изменениями. Особенность прибора в том, что изменения pH фиксируются только в зависимости от содержания CO₂. Прибор отмечает содержание CO₂ изменением цвета.

Приборы для получения углекислого газа можно изготовить своими силами.

И. Хомченко рекомендует следующий прибор. В одно из колен U-образной трубки кладут перегородку из пластмассы (или шарик из полиэтиленовой пленки), а на нее несколько кусочков известняка (мел, мрамор и др.). В другое колено наливают раствор 15% соляной кислоты так, чтобы он покрыл известняк. Выделяющийся во время реакции углекислый газ направляют по трубке к аквариуму. Если перекрыть вентилем на этой трубке подачу углекислого газа, то газ вытеснит соляную кислоту из левого колена и реакция прекратится. Открывая вентиль не полностью, можно регулировать интенсивность реакции.

Другим способом получения CO₂ является метод брожения. Для этого стеклянный или пластмассовый сосуд объемом не менее 1 л заполняют смесью из 10% раствора сахара (100 г сахара на 1 л воды) и 2 г сухих дрожжей, затем плотно закрывают и полученный в результате спиртового брожения углекислый газ направляют по трубке к аквариуму.

K. Паффрат пишет: «Лучше всего CO₂ направлять в специальную емкость, из которой можно производить обогащение воды. Ниже описываемым методом я свыше 10 лет с успехом пользуюсь для очень жесткой воды (KН 10°), благодаря чему прекрасно растут чувствительные растения. Емкость представляет собой П-образную конструкцию, склеенную из полос оргстекла, закрытую с обоих боков стенками из того же материала. Внутренняя ширина и высота для данных условий – 3 см. Эта емкость посредством приклеенной к ее верхней раме полосы оргстекла крепится внутри аквариума на его каркасе. Открытая снизу сторона емкости погружена в воду примерно на 1 см, и газ автоматически обогащает воду. При этом количество подаваемого газа может достигать 80 мг на 1 л воды и обеспечивать равновесие углекислоты даже в очень жесткой воде. Это значение до сих пор не приносило вреда рыбам, лишь необходимо следить, чтобы доза газа повышалась медленно. Длина полос, соответственно размер контактной плоскости, рассчитывается в зависимости от количества воды в аквариуме и ее KН. Для получения равновесной системы известь–углекислый газ при 100 л воды и KН 10° – контактная поверхность 30 кв. см, свыше KН 10° на каждый лишний градус добавляют 20 кв. см контактной поверхности».

Зарубежные фирмы предлагают комплекс оборудования для автоматической подачи углекислого газа в зависимости от заданного значения рН.

Газ из баллона подается в арматуру, где клапаном тонкой регулировки устанавливается желаемое давление. Затем газ проходит через предохранительный и электромагнитный клапана и подается в реактор, где смешивается с водой аквариума, подающейся с помощью водяного насоса (не входит в комплекс оборудования). Электрод, измеряющей значение рН воды в аквариуме определяет изменение значения рН, и изменившийся параметр анализируется датчиком, который при достижении заданного значения рН подает сигнал на электромагнитный клапан и тот отключает подачу углекислого газа. Через некоторое время электрод регистрирует возрастание pH. Если величина опять превышает заданный параметр, электромагнитный клапан снова автоматически открывается и возобновляется поступление углекислого газа.

Кухонные гарнитуры боровичи-мебель кухни не зря пользуются любовью домохозяек. Натуральные материалы, надежность и функциональность - лишь некоторые из преимуществ этой мебели перед аналогами.