Archiwa kategorii: Blog

wapnienie szkieletowe i suplementacja w akwariach morskich

wapnienie szkieletowe i suplementacja w akwariach morskich

Głównym budulcem twardych szkieletów bezkręgowców morskich, w szczególności korali twardych, jest węglan wapniowy CaCO3 .  Przynajmniej w przypadku korali, drugim ilościowo składnikiem tych szkieletów jest węglan magnezowy MgCO3 .  Charakterystycznym składnikiem szkieletów z węglanu wapniowego jest węglan strontowy SrCO3  występujący w znikomej ilości; jego ważność polega na tym, że stront jest konieczny dla sprawnej budowy szkieletu wapiennego przez organizm. W molekularnej skali wielkości, budowa wapiennego elementu szkieletu zaczyna się od depozycji elementu zarodkowego utworzonego z węglanu strontowego.

Szlaki metaboliczne i mechanizmy biochemiczne wyzyskiwane przez organizmy w procesach wapnienia szkieletowego zadziwiają komplikacjami, tym niemniej reakcja sumarycznie streszczająca ich istotę jest prosta. W odniesieniu do wapnia, syntetycznie można powiedzieć że organizmy pobierają z wody 3 jony: Ca2+ (kation wapniowy) ;  HCO3 (anion wodorowęglanowy) ;  OH (anion hydroksylowy — „alkaliczność”). I z tego odkładają w szkielecie cząsteczkę nierozpuszczalnego węglanu wapniowego CaCO3 ,  oraz wydalają cząsteczkę wody H2O .  Formułą chemiczną szło by to tak. —

Ca2+ + HCO3 + OH —> CaCO3 [odłożony w szkielecie] + H2O

Analogicznie działa odkładanie w szkielecie węglanu magnezowego i strontowego.

W szkieletach wapiennych odkładany jest jeszcze najcięższy z trwałych (niepromieniotwórczych) wapniowców, bar Ba .  Organizmy w akwarium wyczerpują bar z wody wbudowując go w wapienne szkielety, lecz jednak uzupełnianie zawartości baru w wodzie nie ma sensu, ponieważ bar zasadniczo nie jest mikroelementem. Bar jest jedynie pierwiastkiem toksycznym, ubocznie odkładanym w szkieletach, podobnie jak ołów (bar zresztą też) w kościach u ludzi.

Jak wynika z przytoczonej formuły chemicznej, wapnieniu szkieletowemu sprzyja duża zawartość w wodzie jonów wapniowców, wodorowęglanu, oraz wysoka alkaliczność. Nieprzypadkowo więc te rzeczy są głównym przedmiotem troski opiekuna akwarium rafowego.

Poza odpowiednim metalem (wapń, magnez, stront) w rozumiane bez wnikania w szczegóły procesy wapnienia zaangażowane są jeszcze tylko wodorowęglan, hydroksyl, węglan i woda, co znów sprowadza się do zaangażowania jedynie dwutlenku węgla i wody. Nieraz można pominąć w rozważaniach dwutlenek węgla i wodę, jako substraty których ilość zawsze jakoś zmierza do równowagi w procesach odrębnych, mianowicie dwutlenek węgla oddawany jest lub pobierany z powietrza atmosferycznego, zaś woda paruje z akwarium lub jest dolewana do akwarium.

Jony stojące po lewej stronie przytoczonej formuły chemicznej nie istnieją jako substancje, nie można więc po prostu dodawać do wody ich mieszaniny dla regeneracji składu chemicznego wody naruszonego w trakcie budowy szkieletów przez organizmy.

Gdyby istniał jako substancja, czysty wodorowęglan wapniowy Ca(HCO3)2 ,  sprawa regeneracji składu wody pozostałaby prosta. Sypałoby się do wody taki wodorowęglan, a reakcje chemiczne sumarycznie biegłyby tak. —

Ca(HCO3)2 [dodatek do wody] —> CaCO3 [odłożony w szkielecie] + CO2 + H2O

Zgodnie z uwagą o pomijaniu, wodą i ulatującym w atmosferę dwutlenkiem węgla nie potrzebowalibyśmy się zajmować. Nie interesowałaby nas również alkaliczność wody.

Niestety, czyste wodorowęglany wapniowców nie istnieją, gdyż każda próba uzyskania ich przez odparowanie wody z roztworu w którym występuje wodorowęglan wapniowca, skutkuje powstaniem nierozpuszczalnego węglanu, wolnego dwutlenku węgla i wody, jak po prawej stronie przytoczonej formuły chemicznej.

Na szczęście nie mniej korzystne w użyciu jak byłyby nieistniejące w stanie wolnym wodorowęglany, mogą być organiczne prekursory wodorowęglanów. Chodzi tutaj o organiczne sole wapniowców zawierające oprócz metalu jedynie węgiel, wodór i tlen.

Można je dodawać do akwarium łyżeczką ze słoika, tak jak dodawałoby się wodorowęglan wapniowy, gdyby istniał jako czysty proszek. Już w wodzie akwarium, ulegają one mikrobiologicznemu utlenieniu, którego produktami są dwutlenek węgla i woda (którymi nie ma potrzeby zajmować się) oraz wodorowęglan odpowiedniego metalu (wapnia, magnezu, strontu) pozostaje rozcieńczony w całej wodzie akwarium. Dodanie nadmiaru prekursora nie jest groźne, wtedy po prostu stężenie wodorowęglanu okaże się zbyt wielkie, co poskutkuje osadzeniem tu i ówdzie w akwarium osadów nierozpuszczalnych węglanów zgodnie z prawą stroną przytoczonej formuły chemicznej, z powodu przekroczenia dla wodorowęglanu granicy stężeń w roztworze przy jakich pozostaje on stabilny chemicznie, a nie rozpada się na węglan, dwutlenek i wodę.

Mikrobiologiczne utlenianie prekursora zużywa pewną ilość tlenu i uwalnia pewną ilość dwutlenku węgla, czemu musi sprostać aktywność realizujących odwrotny proces organizmów roślinnych, lub napowietrzanie wody. W praktyce, na ogół wystarcza kontakt wody z powietrzem. W każdym razie jest to rzecz na którą trzeba zwrócić uwagę, planując stosowanie prekursora zamiast nieistniejącego w stanie wolnym wodorowęglanu wapniowca. Z drugiej strony, prekursor przez swoją właściwość bycia pożywką energetyczną dla mikroorganizmów nie zawierającą biogenów (fosfor, azot), uczestniczy w oczyszczaniu wody z biogenów podobnie jak ewentualnie dodawany do akwarium promotor odpieniania, czyli np. alkohol (vodka method).

2020 10 10  Marek Kaczor