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) wodyFilm 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.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *