Nízké pH: Příčiny a kontrolní metody

Úroveň pH v útesovém akváriu má zásadní vliv na zdraví a pohodu organismů, které nazývají akvárium domovem. Bohužel existuje mnoho faktorů, které tlačí pH mimo optimální rozmezí pro mnoho organismů umístěných společně v mořských akváriích. Například příliš nízké pH znesnadňuje tvorbu koster uhličitanu vápenatého ve zvápenatělých organismech. Při dostatečně nízkém pH se tyto kostry skutečně začnou rozpouštět. Z tohoto důvodu by akvaristé měli tento parametr sledovat. Takové pozorování je velmi často prvním krokem k řešení různých problémů souvisejících s pH. Mnoho útesových akvaristů považuje nízké pH za jeden z nejvíce frustrujících problémů spojených s udržováním vhodných podmínek v akváriu. Tento článek se podrobně podívá na příčiny, které mohou vést k nízkým hodnotám pH v mnoha akváriích, a popíše nejlepší způsoby, jak je zvýšit. Problémy spojené s vysokým pH byly krátce rozebrány v mém předchozím článku.

Tato kapitola by měla pomoci akvaristům pochopit, co znamená pojem „pH“. Ti, kteří chtějí pouze vyřešit problém s nízkým pH, mohou přeskočit na tučný text na konci této části.

Existuje mnoho různých definic pH, jak se vztahuje na mořskou vodu. V systému používaném většinou akvaristů (National Bureau of Standards – NBS) se pH určuje podle rovnice 1:

kde a _H Jedná se o „aktivitu“ vodíkových iontů (H+, nazývaných také protony) v roztoku. Aktivita je způsob, jakým chemici měří „volné“ koncentrace a pH je mírou počtu vodíkových iontů v roztoku. Vodíkové ionty v mořské vodě jsou částečně ve volném stavu (ve skutečnosti nejsou volné, ale jsou navázány na molekuly vody a tvoří komplexy – např. H ₃ O + ), a některé tvoří komplexy s jinými ionty (proto chemici místo koncentrace používají termín „aktivita“). Zejména ionty H+ v normální mořské vodě jsou přítomny jako volné ionty H+ (asi 73 % z celkového množství), jako iontové páry H+ /SO4 – (asi 25 % z celkového obsahu H+) a jako iontové páry H+ /F – (malý zlomek z celkového množství H+). Problémy s činností ovlivňují i ​​kalibrační pufry, a to je jeden z důvodů, proč se pro mořskou vodu používají různé pH stupnice a kalibrační pufry. Pro nás akvaristy však všechny tyto ostatní normy nemají mnoho společného: v akvaristické komunitě je zvykem zabývat se výhradně standardním systémem NBS (National Bureau of Standards).

Abyste pochopili základní problémy týkající se pH v mořských akváriích, zvažte, že pH přímo souvisí s koncentrací H+:

kde g _H – konstanta (koeficient aktivity), kterou lze ve většině případů ignorovat (např _H = 1 v čisté sladké vodě a ~0.72 v mořské vodě). Akvaristé v podstatě potřebují pouze pochopit, že pH je mírou počtu vodíkových iontů v roztoku a že stupnice pH je logaritmická. To znamená, že při pH 6 je 10x více iontů. H+ , než při pH 7, a že při pH 6 je 100krát více iontů H+ než při pH 8. Malá změna pH tedy může být spojena s velkou změnou koncentrace H+ ionty ve vodě.

Proč kontrolovat pH?

Existuje několik důvodů, proč by akvaristé chtěli kontrolovat pH v mořských akváriích. Jedním z nich je, že vodní organismy aktivně rostou pouze v určitém rozmezí pH. Tento rozsah se přirozeně bude lišit organismus od organismu a koncept “optimálního” rozsahu nemusí být zcela přesný pro akvárium obsahující mnoho různých druhů. Ani přirozená mořská voda (pH = 8.0-8.3) nebude optimální pro všechny tvory v ní žijící. Před více než osmdesáti lety však bylo zjištěno, že hodnoty pH, které se výrazně odchylují od hodnot přirozené mořské vody (např. pod pH 7.3), jsou pro ryby zdrojem stresu 1 . Nyní máme více informací o optimálních rozmezích pH pro mnoho organismů, ale bohužel tyto údaje nejsou dostatečné k tomu, aby umožnily akvaristům najít optimální pH pro většinu organismů, které je zajímají. 2-6 Kromě toho může být vliv pH nepřímý. Například je známo, že toxicita mědi a niklu pro některé organismy přítomné v našich akváriích (jako jsou mysidy a amfipody) závisí na hodnotě pH 7. V důsledku toho se rozsahy pH, které budou přijatelné pro jedno akvárium, mohou lišit od těch, které jsou přijatelné pro jiné, i když akvária obsahují stejné organismy.

V mnoha mořských organismech však probíhají zásadní procesy, které jsou vážně ovlivněny změnami pH. Jedním z nich je kalcifikace (tvrdnutí). Je známo, že kalcifikace v korálech je závislá na pH a klesá s poklesem pH. 8-9 Pomocí těchto faktorů, spolu se zkušenostmi nashromážděnými mnoha fandy, můžeme vyvinout nějaké pokyny týkající se přijatelného rozsahu a limitů pH pro útesová akvária.

Jaký je přijatelný rozsah pH pro útesové akvárium?

Přijatelný rozsah pH pro útesová akvária je spíše názorem než konkrétní skutečností a bude se přirozeně lišit v závislosti na tom, kdo tento názor vyjadřuje. A tento rozsah se může poměrně výrazně lišit od rozsahu „optimálního“. Ve srovnání s přijatelným rozsahem je však mnohem obtížnější zdůvodnit, co je „optimální rozsah“. Navrhuji, aby přirozené pH mořské vody kolem 8.2 bylo vhodné, ale útesové akvárium může žít v širším rozmezí hodnot pH. Domnívám se, že pro útesová akvária je přijatelný rozsah pH 7.8 až 8.5, s některými výhradami, jmenovitě:

• Pufrovací kapacita (KH) by měla být alespoň 2.5 meq/l a výhodně vyšší, zejména směrem ke spodní hranici rozsahu pH. Tento postoj je částečně založen na skutečnosti, že mnoho útesových akvárií je poměrně efektivně udržováno v rozmezí pH 7.8-8.0. Většina těch lepších však obsahuje vápníkový reaktor, který, i když má tendenci snižovat pH, stále udržuje dost vysokou hladinu KH (3 meq/l a více). V tomto případě mohou být jakékoli problémy spojené s kalcifikací při nízkých hodnotách pH kompenzovány zvýšením alkality. Nízké pH primárně ovlivňuje vápenaté organismy, takže je obtížné získat dostatečné množství uhličitanu k vytvoření kostry. Zvýšení ukládání do vyrovnávací paměti zmírňuje tento problém z důvodů, které budou podrobně popsány dále v tomto článku.
• Hladiny vápníku by měly být alespoň 400 ppm. Jak pH klesá, kalcifikace se stává obtížnou; To se také stává obtížné, protože hladina vápníku klesá. Je vysoce nežádoucí mít současně extrémně nízké hodnoty pH, alkality a vápníku. Proto, pokud bude pH v nízkém rozsahu a nebude se snadno měnit (jako například v akváriu s CaCO3/CO2 vápníkovým reaktorem), měli byste zajistit alespoň přijatelnou hladinu vápníku (~400-450 ppm). Kromě toho je jedním z problémů, ke kterému dochází při vysokých hodnotách pH (nad 8.2), abiotické srážení uhličitanu vápenatého, což má za následek pokles vápníku a alkality a zanášení ohřívačů a oběžných kol čerpadel. Pokud je hodnota pH v akváriu 8.4 nebo vyšší (což je často případ v akváriích při použití vápenné vody Ca(OH) ₂ – kalkwasser), je třeba věnovat náležitou pozornost udržení správné hladiny vápníku a pufrační kapacity. To znamená, že tyto úrovně by neměly být ani příliš nízké, způsobující biologickou kalcifikaci, ani příliš vysoké, způsobující nadměrné abiotické usazování na zařízení.

Oxid uhličitý a pH

Úroveň pH ve slaném akváriu úzce souvisí s množstvím oxidu uhličitého rozpuštěného ve vodě. Souvisí to i s ukládáním do vyrovnávací paměti. Pokud je totiž voda zcela provzdušněná (tj. v úplné rovnováze s obyčejným vzduchem), pak je hodnota pH přesně určena zásaditostí uhličitanu. Čím vyšší je alkalita, tím vyšší je pH. Obrázek 1 ukazuje vztah pro mořskou vodu v rovnováze s normálním vzduchem (350 ppm oxidu uhličitého) a pro vodu v rovnováze se vzduchem obsahujícím přebytek oxidu uhličitého, který může být přítomen v domácnosti (1000 ppm). Je zřejmé, že při jakékoli pufrovací kapacitě se s nárůstem obsahu oxidu uhličitého bude hodnota pH snižovat. Je to nadbytek oxidu uhličitého, který způsobuje nízké pH v útesových akváriích.

Obrázek 1. Vztah mezi pufrovací kapacitou a pH v mořské vodě v rovnováze se vzduchem obsahujícím normální a zvýšené množství oxidu uhličitého.

Zelená tečka odpovídá přirozené mořské vodě v rovnováze s normálním vzduchem a křivky odrážejí výsledek, který by byl získán se zvýšeným nebo sníženým pufrováním.

Zjednodušeně lze tento vztah chápat takto: Oxid uhličitý je ve vzduchu přítomen ve formě CO ₂ . Po rozpuštění ve vodě se mění na kyselinu uhličitou H ₂ CO ₃ :

Počet H ₂ CO ₃ ve vodě (když je dobře provzdušněná) nezávisí na pH, ale pouze na obsahu oxidu uhličitého ve vzduchu (a do jisté míry i na dalších faktorech, jako je teplota a slanost). V systémech, které nejsou vyváženy vzduchem, což zahrnuje mnoho útesových akvárií, lze s těmito akvárii zacházet „jako by“ byla v rovnováze s určitým množstvím CO. ₂ ve vzduchu, který je účinně určen množstvím H ₂ CO ₃ ve vodě. Pokud je tedy v akváriu (nebo ve vzduchu, kterým je v rovnováze) „přebytek CO2“ ₂ “, to znamená, že v akváriu je přebytek H. ₂ CO ₃ , což zase znamená, že hodnota pH by měla klesnout, jak je uvedeno níže.

Mořská voda obsahuje směs kyseliny uhličité, hydrogenuhličitanu a uhličitanu, které jsou vždy v rovnováze:

Rovnice 4 ukazuje, že pokud je v akváriu přebytek H ₂ CO ₃ , některé z nich disociují (rozpadnou se), přeměňují se na H + ionty, HCO ₃ — a CO ₃ — . V důsledku přebytku H + bude hodnota pH nižší, než kdyby v něm bylo méně CO. ₂ /H ₂ CO ₃ . Při velkém přebytku CO ₂ V mořské vodě může hodnota pH klesnout na velmi nízké hodnoty (pH 4-6). Ekvilibrace vody v mé nádrži oxidem uhličitým při tlaku 1 atmosféry snížila pH na 5.0, i když je nepravděpodobné, že by tak nízké hodnoty bylo dosaženo v nádrži na útesu, protože tamní štěrk a kostry korálů by fungovaly jako nárazník pro rozpouštění. V mém akváriu voda ekvilibrovaná oxidem uhličitým při tlaku 1 atmosféry, v přítomnosti přebytku pevného aragonitu (krystalická forma uhličitanu vápenatého, tj. stejná forma, která se nachází v kostrách korálů), vedla k pH 5.8.

Pokud je pufrovací kapacita 3 meq/l (8.4 dKH) a pH je 7.93, znamená to, že v akváriu je přebytek CO. ₂ (jinak by hodnota pH měla být mírně nad 8.3).

Obrázky 2-5 graficky ukazují některé způsoby zvýšení pH v akváriích. Mezi způsoby, jak zvýšit pH, patří:

• Nasycení vody „normálním vzduchem“, vytěsnění přebytečného oxidu uhličitého, způsobí posun charakteristik akvária podél zelené čáry (obrázek 3), což má za následek zvýšení hodnoty pH mírně nad pH 8.3. Ke stejnému výsledku by došlo, kdyby byl přebytek oxidu uhličitého absorbován růstem makrořas. Je však vzácné, že by takový jev mohl vést k posunu charakteristiky podél zelené čáry, k hodnotě nad pH 8.3.
• Zvýšená vyrovnávací paměť: I když je v akváriu stále přebytek CO ₂ zvýšení pufrovací kapacity povede ke zvýšení pH podél zelené čáry (obrázek 4) na hodnotu 8.1 při pufrovací kapacitě 4.5 meq/l (12.6 dKH).
• Použití vápenné vody (kalkwasser) ke snížení přebytečného CO ₂ na normální úrovně, stejně jako ke zvýšení pufrovací kapacity (až 4 meq/l), může vést k posunu křivky podél zelené čáry (obrázek 5), což povede ke zvýšení pH nad 8.4 a pufrovací kapacitě až na 4 meq/l (11.2 dKH).