Osady wapienne – powód do niepokoju czy tylko skaza wizualna?
W każdym domowym akwarium z biegiem czasu obserwujemy osadzanie się w różnych miejscach białych osadów. Najczęściej pojawiają się one na brzegach szkła, na styku tafli wody z powietrzem oraz na liściach roślin. W przypadku wody miękkiej problem jest niewielki, ale przy twardych wodach wodociągowych występujących w wielu rejonach Polski, ilość osadów spędza sen z powiek akwarystów. Dlaczego tak się dzieje? O ile w przypadku odparowywania wody ze zbiornika biały nalot pojawiający się na krawędziach szkła to zjawisko zupełnie oczywiste, to czemu osady pojawiają się także pod wodą?
To, co potocznie nazywamy „osadami wapiennymi”, to nic innego jak mieszanka trudno rozpuszczalnych soli wapnia, rzadziej magnezu (a wyjątkowo także żelaza), więc składników, które wpływają w bezpośredni sposób na twardość wody. Woda, jak każdy rozpuszczalnik, posiada ograniczoną pojemność dla różnych substancji. Im związek jest trudniej rozpuszczalny, tym mniej go jesteśmy w stanie rozpuścić w danej temperaturze. Czy zatem osady są spowodowane zwiększeniem ilości tych soli? Skąd się biorą, skoro nikt zazwyczaj ich do wody celowo nie dodaje?
Fotosynteza, o której każdy z nas słyszał, jest podstawą rozwoju roślin. Do rozwoju potrzeba energii, a w przyrodzie każdy o energię konkuruje i w różny sposób stara się ją dla siebie pozyskać. Rośliny wybrały metodę, w której przy obecności źródła węgla i światła słonecznego stają się praktycznie samowystarczalne. O ile moc światła możemy dowolnie w każdym akwarium zmieniać, dodając lub odejmując ilość świetlówek, o tyle z dwutlenkiem węgla (CO2) nie jest już tak łatwo.
Każdy akwarysta, który pragnie w domowym zbiorniku mieć swego rodzaju ogród, musi prędzej czy później zdecydować się na podawanie do niego CO2. To, w jaki sposób będzie go dozować (przy pomocy bimbrowni, gazu w nabojach, z butli stalowej), zależy wyłącznie od własnych przekonań, czasu, który chcemy poświęcać danej metodzie i zasobności portfela, ponieważ inwestycja w butlę stalową (chociaż w dłuższej perspektywie najbardziej opłacalna) na początku wymaga od nas kwoty sięgającej do kilkuset złotych.
Formy występowania CO2 w wodzie różnią się znacznie w zależności od pH środowiska. I tak: w wodach o pH=4-5 znaleźć możemy wyłącznie rozpuszczoną, gazową formę CO2, powyżej tej wartości, w zakresie pH=5-12, wraz z gazową formą, współistnieją węglany i wodorowęglany. Te ostatnie mają zdolności buforujące (stabilizujące odczyn wody) i to na nich w tym artykule się skupimy. Powyżej wartości pH=12 w wodzie obecne są już tylko węglany.
Łatwo z powyższego faktu wywnioskować, że w 99% akwariów domowych, gdzie wartość pH oscyluje najczęściej w zakresie 6-8, podawany przez nas gazowy CO2 znajduje się w zbiorniku w niewielkiej ilości, większość błyskawicznie łączy się z wodą tworząc nietrwały kwas węglowy (H2CO3), który dysocjuje na jon H+ oraz jon wodorowęglanowy HCO3–.
H2CO3 ↔ H+ + HCO3–
W przypadku akwarium z dużą ilością roślin, bardzo szybko widoczny jest deficyt rozpuszczonego CO2, dlatego rośliny są zmuszone poszukiwać innych jego źródeł.
Wodorowęglany to bardzo dobrze rozpuszczalne w wodzie sole o budowie MeHCO3–, gdzie Me oznacza metal (np. Ca, Mg, Na, K). Odpowiadają one za tzw. „twardość przemijającą”, a powstający po rozpuszczeniu wodorowęglanów w wodzie jon HCO3– to nic innego jak związek CO2 i H2O. Tak powszechny rezerwuar dwutlenku węgla, który w przeciwieństwie do rozpuszczonego gazu łatwo nie „ucieknie” z wody, aż prosi się o wykorzystanie. Proces taki niektóre rośliny opanowały do perfekcji,
a nazywamy go odwapnieniem biogennym.
Odwapnienie, czyli dekalcyfikację, mniej lub bardziej świadomie przeprowadza codziennie każdy z nas, najpewniej wielokrotnie. Ile dziś razy, drogi Czytelniku, wlałeś do czajnika wodę, by ją zagotować? Pod wpływem wysokiej temperatury następuje termiczny rozkład wodorowęglanu do CO2 (który ulatuje do atmosfery) oraz wody i węglanu (CaCO3), który osadza się na naczyniu. Tak więc korzystając z dużej ilości energii zmiękczamy wodę, by następnie użyć jej do przygotowania herbaty lub kawy. Marnujemy to, co roślina potrafi wykorzystać. W dodatku bilans energetyczny w przypadku roślin jest zawsze dodatni.
Odwapnienie biogenne (występujące u roślin) po raz pierwszy opisali Kaj Sand-Jensen oraz Henning Frost-Christensen posiłkując się obserwacjami przeprowadzonymi na Rdestnicy połyskującej (Potamogeton lucens). W naszych warunkach najłatwiej zobaczyć to zjawisko na Moczarce kanadyjskiej, która jest dużo bardziej popularna.
Na spodniej stronie liścia rdestnica wydziela jony H+ (odpowiedzialne za obniżenie pH, występują licznie w środowisku kwaśnym), obniżając lokalnie kwasowość do poziomu ok. 6,0. W takich warunkach wodorowęglany obecne w toni wodnej przechodzą do czystej formy CO2, który drogą dyfuzji dostaje się do wnętrza rośliny i tam jest wykorzystywany do fotosyntezy. Rzecz jasna jon H+ nie wziął się znikąd – został pobrany przez powierzchnię liścia, co spowodowało w tym miejscu zaburzenie równowagi elektrolitowej i miejscowo wytworzone zostało większe stężenie anionu OH–, prowadzące do powstania pH o wartości około 10,0. W takich warunkach środowiska wodorowęglany są przekształcane w węglany CO32-, które ulegają natychmiastowemu strąceniu. Proces ten obserwujemy na blaszce liścia w postaci białego nalotu. Jest to zatem ważny wskaźnik dla każdego właściciela akwarium, który powinien wzbudzić jego czujność. Zapewnienie roślinom odpowiedniej ilości światła i nawozów nie wystarcza do prawidłowego rozwoju, ponieważ często muszą one tracić cenną energię na przeprowadzenie procesu, który w zasilanym w CO2 akwarium jest im najczęściej zbędny.
Odwapnienie, potencjalnie nieszkodliwe, niesie ze sobą jeden, bardzo poważny problem. Z każdym ubytkiem buforów pH (jakimi są wodorowęglany) narażamy zbiornik na wahania tego parametru, co może prowadzić do problemów zdrowotnych ryb i w końcu zahamowania procesu wzrostu roślin. O jak dużym problemie mówimy?
Badania wykazały, iż w przypadku środowiska alkalicznego, w którym zdecydowana większość dwutlenku węgla jest zmagazynowana w postaci wodorowęglanów i w całości wykorzystywana w czasie dnia do fotosyntezy, wahania pH między dniem i nocą mogą wynosić nawet 4–5 stopni. Przypomnijmy, iż wartość pH z definicji to ujemny logarytm ze stężenia jonów hydroniowych, czyli -log[H3O+]. Zgodnie z nią zmiana pH już o 1 stopień, to zmiana o cały rząd wielkości! Tak duże wahania są niebywale niebezpieczne dla zamkniętego ekosystemu, jakim jest akwarium i z pewnością w dłuższej perspektywie przyniosą znaczne straty wśród fauny zbiornika.
Rozwiązaniem problemu, gdy nie posiadamy zewnętrznego źródła CO2, wydaje się być stałe zwiększanie zawartości wodorowęglanów w wodzie poprzez ciągłe ich dozowanie, by nie pozwolić na wahania pH. Niestety, po przekroczeniu pewnej granicznej ilości, zahamowana zostaje fotosynteza. Na przeszkodzie staje także efektywność samego procesu: wyniki badań wskazują, iż rośliny pod względem wydajności wykorzystują CO2 i wodorowęglany w stosunku 10:1. Oznacza to, że nawet rośliny naturalnie występujące w środowisku alkalicznym, dla których odwapnienie biogenne jest koniecznością, w przypadku obecności w wodzie CO2 wykazują znacznie większe przyrosty.
Akwarium jest fascynującym środowiskiem, w którym codziennie obserwujemy zmiany, wzrost, czasem rozród ryb i innych jego mieszkańców. Obcując z nim, codziennie zauważamy coś nowego, a każdy dzień przynosi nową wiedzę i doświadczenie.
