Ruch tafli wody i wymiana gazowa w akwariach z dozowaniem co2 – Xiaozhuang Wong

POZIOM WYMIANY GAZOWEJ

Podczas wymiany gazowej następującej w akwarium, zgodnie z zasadami równowagi ciśnień (nasycenia), rozpuszczone gazy w wodzie dążą do osiągnięcia równowagi z gazami występującymi w atmosferze. W akwarystyce wymiana gazowa oznacza rozpuszczanie się tlenu w wodzie, a także odprowadzanie CO₂ z wody do osiągnięcia równowagi z tlenem i CO₂ występującymi w atmosferze. Na poziom i szybkość wymiany gazowej między wodą a atmosferą wpływają:

Powierzchnia (tafla) wody	Film na powierzchni wody	Cyrkulacja wody
Wielkość powierzchni wody obsadzonego akwarium mająca kontakt z powietrzem atmosferycznym. Płytkie akwaria mają znacznie lepszą i szybszą wymianę gazową.	Występowanie na powierzchni wody filmu/kożucha.	Cyrkulacja warstw powierzchniowych wody w zbiorniku z warstwami głębszymi. Silny przepływ wody w warstwach głębszych, ale przy ograniczonej wymianie wód powierzchniowych z wodami głębszymi nie zapewnia odpowiedniej wymiany gazowej.

ZUŻYCIE TLENU

Zarówno zwierzęta akwariowe, jak i bakterie zużywają tlen. Bardzo często akwaryści zapominają o tym fakcie zakładając, że rośliny dotleniają wodę. Jest to prawdą, ale tylko do pewnego stopnia. Rośliny natleniają wodę, ale tylko wtedy kiedy zachodzi fotosynteza, czyli mają one dostęp do światła i wystarczającej ilości CO₂ (do syntezy każdej cząsteczki O₂ potrzebna jest cząsteczka CO₂). Natomiast tlen w akwarium zużywany jest przez całą dobę.

Jeśli porównamy dwa zbiorniki wypełnione taką samą ilością wody: wysoki i niski, to w zbiorniku wysokim wymiana gazowa będzie znacznie słabsza ze względu na małą powierzchnię wody, która ma bezpośredni kontakt z atmosferą. Niezależnie jednak od zbiornika, nawet w zbiorniku niskim, ważna jest odpowiednia cyrkulacja wody – wymiana wód powierzchniowych z głębszymi warstwami wody. Silny przepływ wody blisko dna zbiornika nie jest wystarczająco efektywny. Posiadanie takiego przepływu w zbiorniku, jak pokazano na schemacie po prawo, jest najefektywniejszym sposobem uzyskania odpowiedniej wymiany gazowej. Taka cyrkulacja dostarcza niezbędne CO₂ nawet roślinom niskim, rosnącym tuż przy podłożu.

CZY TO NIE JEST WBREW INTUICJI?

Czy zwiększone odgazowywanie wody nie „marnuje” CO₂?

Intuicyjnie, odgazowywanie CO₂ z akwarium wyposażonego w system dozowania CO₂ nie ma zbytnio sensu. Mimo wszystko jest to niezwykle ważny element całego systemu. Wyobraź sobie hipotetyczny szczelny zbiornik bez mechanizmu wymiany gazowej. W takim zbiorniku 100% dozowanego CO₂ trafia do wody. Niezależnie od szybkości wtrysku osiągnięcie poziomu CO₂ śmiertelnego dla zwierząt akwariowych jest jedynie kwestią czasu.

Nawet przy bardzo wolnym wtrysku w pewnym momencie w wodzie znajdować się będzie zbyt dużo CO₂. ​Oczywiście przy szybszym wtrysku ten poziom osiągnięty zostanie znacznie szybciej (zgodnie z powyższym schematem).

KLUCZ DO ROZWIĄZANIA ZAGADKI

JAK OSIĄGNĄĆ OPTYMALNY POZIOM CO₂, KTÓRY NIE ZAGRAŻA ŻYCIU ZWIERZĄT

W prawdziwym zbiorniku zawsze występuje wymiana gazowa. Dodatkowo gazy są pobierane przez zwierzęta i rośliny. Nawet w zbiorniku ze słabym mechanizmem odgazowywania, poziom CO₂ rośnie w coraz wolniejszym tempie. Wraz ze wzrostem poziomu CO₂, im większa jest różnica między ilością CO₂ w atmosferze, a ilością rozpuszczonego CO₂ w zbiorniku, tym więcej tego gazu zostanie odgazowane. Dodatkowo CO₂ jest pobierane przez rośliny podczas procesu fotosyntezy.
Tak więc, gdy dozujemy CO₂ do akwarium z roślinami, jego poziom rośnie po krzywej, zgodnie z poniższym wykresem, a zyski z czasem maleją. Każda dodatkowa jednostka CO₂ wtryskiwana do zbiornika w coraz mniejszym stopniu przyczynia się do zwiększenia poziomu CO₂ w wodzie, do momentu aż prędkość wtrysku nie zrówna się z prędkością odgazowywania. Gdy prędkość wtrysku zostanie zrównana z prędkością odgazowywania, CO₂ osiąga stan równowagi.

Dozowany do zbiornika CO₂ magicznie nie znika – pozostaje on w wodzie lub zostaje z niej usunięty. Gdy akwaryści wskazują, że optymalna wartość CO₂ dla obsadzonego akwarium wynosi 15 lub 35 ppm, to mają na myśli właśnie uzyskanie stanu równowagi. Powyższy wykres ilustruje, jak trudno osiągnąć odpowiednią wymianę gazową. Akwaryści stają przed problemem – mały wtrysk sprawia, że osiągnięcie optymalnego poziomu CO₂ zajmuje niezmiernie dużo czasu, a duży sprawia, że bardzo łatwo osiągnąć poziom, który jest śmiertelny dla zwierząt. Należy również pamiętać, że wzrost poziomu CO₂ nie następuje natychmiast, dlatego tak ważne jest wykonywanie pomiarów w odpowiednim czasie.

W zbiornikach z niskimi prędkościami wtrysku, zaraz po włączeniu oświetlenia, dwutlenek węgla jest szybko zużywany. Poziom CO₂ początkowo spada z powodu jego poboru przez rośliny i wzrasta dopiero w ciągu dnia (rośliny zużywają więcej dwutlenku węgla w ciągu pierwszych kilku godzin).

Przynosi to efekt przeciwny do zamierzonego. Istnieje znaczna zmiana, ale poziom CO₂ nie jest optymalny w momencie, kiedy zapotrzebowanie na CO₂ jest największe – na początku dnia. Dodatkowo ten scenariusz może doprowadzić do sytuacji, w której pod koniec dnia poziom CO₂ będzie bardzo wysoki, a ryby będą pływać przy powierzchni i łykać powietrze. Akwaryści są zadziwieni, że ich ryby pływają przy powierzchni, a równocześnie rośliny nie otrzymują odpowiedniej ilości CO₂.

Zdarza się to niezwykle często w akwariach roślinnych, w których stosowana jest niska prędkość wtrysku oraz w których występuje słaba wymiana gazową.

SCENARIUSZ IDEALNY

W scenariuszu idealnym wykres akumulacji CO₂ w akwarium wyglądałby tak, jak ten poniżej. Optymalny poziom dwutlenku węgla byłby szybko osiągnięty, a potem nagle przestałby wzrastać i utrzymywałby się na tym samym poziomie.

Pytanie brzmi, jak osiągnąć szybki wzrost stężenia CO₂, który w pewnym momencie niezmiernie szybko również wyhamowuje?

SPOSÓB OPTYMALNY

OSIĄGNIĘCIE DUŻEGO NASYCENIA CO₂ POPRZEZ ODPOWIEDNIĄ WYMIANĘ GAZOWĄ

Lepsza wymiana gazowa pozwala na zwiększenie dozowania CO₂.

Wraz ze wzrostem nasycenia wzrasta również ilość odgazowywanego CO₂, zapobiegając jego nadmiernemu gromadzeniu się, co pokazane zostało na krzywej A. Pozwala to na szybsze gromadzenie się dwutlenku węgla w wodzie i łatwiejsze osiągnięcie wysokich, ale nieszkodliwych poziomów.

Wymiana gazowa jest na odpowiednim poziomie – nie jest również zbyt szybka i całkowicie nie zapobiega gromadzeniu się dwutlenku węgla.

Tę sytuację można porównać z sytuacją przedstawioną na krzywej B – niska prędkość wtrysku CO₂ oraz powolny wzrost CO₂ na przestrzeni godzin. Jak wyjaśnione to zostało wcześniej, taka sytuacja ma bardzo wiele wad.

Dobra wymiana gazowa oznacza, że wraz ze wzrostem nasycenia coraz gwałtowniej hamuje wzrost poziomu CO₂. Zapobiega to osiąganiu poziomów śmiertelnych dla zwierząt przy stosowaniu większych prędkości wtrysku.

4 KORZYŚCI LEPSZEJ WYMIANY GAZOWEJ

Ułatwia osiągnięcie wysokiego nasycenia wody CO₂

W porównaniu do zbiorników ze słabą wymianą gazową, dobra wymiana gazowa ułatwia osiągnięcie wysokiego poziomu CO₂, ponieważ punkt równowagi zostaje osiągnięty w krótszym czasie. Akwaria ze słabą wymianą gazową są bardzo wrażliwe na każde zwiększenie dozowania CO₂, a moment osiągnięcia równowagi jest trudniejszy do przewidzenia.

Pozwala na większy margines błędu podczas dobierania poziomu dozowania CO₂

Dzieje się tak, ponieważ gdy osiągnięty zostaje wysoki poziom CO₂, mechanizm szybkiej i efektywnej wymiany gazowej zapobiega jego dalszemu wzrostowi. Przypomnij sobie przykład szczelnego zbiornika. W przypadku akwariów ze słabą wymianą gazową nawet niewielkie dozowanie CO₂ może doprowadzić do osiągnięcia śmiertelnego dla zwierząt poziomu.

Poziomy CO₂ są bardziej stabilne

Krótki czas wzrostu nasycenia oznacza mniejsze wahania – optymalny poziom CO₂ osiągany jest każdego dnia o podobnej porze. Gdy dozowanie CO₂ jest większe, mniej istotny wpływ na jego poziom mają również rośliny.

Tlen pozostaje na wysokim poziomie

 

Jest to korzystne dla zwierząt akwariowych, szczególnie przy wysokich poziomach CO₂. Poziomy CO₂ i O₂ w akwariach są od siebie niezależne. W sytuacji idealnej w akwarium roślinnym znajduje się dużo O₂, oraz optymalna ilość CO₂.

 

3 SPOSOBY NA POPRAWĘ WYMIANY GAZOWEJ

 

W przypadku wielu akwariów roślinnych, zwłaszcza tych mniejszych, które nie są zbyt wysokie lub wąskie, stosunkowo dobrą wymianę gazową można uzyskać poprzez wprowadzenie prawidłowego modelu przepływu w zbiorniku (mieszania się warstw powierzchniowych wody z warstwami głębszymi). Prawidłowy przepływ zwykle powoduje również pewien ruch tafli wody (tzw. agitację).

Ponieważ wymiana gazowa zachodzi w warstwie wody mającej bezpośredni kontakt z powietrzem, posiadanie silnego przepływu w zbiorniku, ale brak cyrkulacji między powierzchniową warstwą wody a głębszymi warstwami wody nie sprzyja wymianie gazowej.

Dozowanie CO₂ jest bardzo trudne w publicznych akwariach gigantach, takich jak akwaria w Sumida Aquarium (Tokio, Japonia). Zwróć uwagę na wylot filtra (w górnej, lewej części zbiornika) znajdujący się blisko tafli wody. Tak ustawiony wylot pozwala na osiągnięcie odpowiedniej cyrkulacji i mieszania się wyższych warstw wody z tymi niższymi. Mniej doświadczony projektant akwariów starałby się ukryć wylot umieszczając go blisko tylnej ściany lub za hardscapem (szczególnie biorąc pod uwagę zamiłowanie Japończyków do estetyki i czystego wzornictwa), jednak prawidłowy model przepływu w akwarium jest tak ważny, że w tym przypadku estetyka spada na dalszy plan.

3 sposoby, które pomogą Ci stworzyć odpowiedni wzór przepływu, który będzie zapewniał równomierne mieszanie się wód powierzchniowych z wodami znajdującymi się bliżej dna

Wyloty typu lily pipe oraz deszczownice

Zastosowanie deszczownicy lub umieszczenie wylotu filtra typu lily pipe blisko powierzchni w taki sposób, aby mieszał on wody powierzchniowe z wodami głębszymi może znacząco poprawić wymianę gazową.

Na poniższej fotografii znakiem X zostało oznaczone idealne umiejscowienie dyfuzora CO₂. Dyfuzor należy umieścić po przeciwnej stronie wylotu, gdzie prąd spycha pęcherzyki w dół, w kierunku podłoża. W wodzie powinna być widoczna mgiełka CO₂ przemieszczająca się przez zbiornik w stronę wlotu filtra. Jeśli mgiełka CO₂ nie przedostaje się na drugą stronę zbiornika, oznacza to, że albo przepływ jest zbyt słaby, albo dyfuzor nie wytwarza wystarczająco drobnych bąbelków.

Filtr powierzchniowy (skimmer)

Użycie skimmerów – filtrów powierzchniowych, które usuwają zanieczyszczenia z powierzchni wody i wciągają bogatą w tlen warstwę powierzchniową wody, jest również dobrą metodą na uzyskanie odpowiedniego przepływu. Również w tym przypadku osiągana jest cyrkulacja pomiędzy powierzchniowymi warstwami wody (które mają kontakt z powietrzem) i głębszymi warstwami.

Sam stosuję filtry powierzchniowe we wszystkich moich akwariach. Filtry powierzchniowe można łatwo ukryć za wysokimi roślinami łodygowymi.

Przelew

Inną metodą jest wykorzystanie systemów przelewowych i sumpów, które także zapewniają doskonałą wymianę gazową.

 

Źródło: www.2hraquarist.com

Tłumaczenie: Magdalena Furga

 

Kopiowanie tekstu zabronione.