Hodnota pH v útesovém akváriu výrazně ovlivňuje vitalitu a kondici organismů, které akvárium nazývají svým domovem. Bohužel existuje mnoho faktorů, které posouvají pH za optimální rozmezí pro mnoho organismů držených pohromadě ve slaných akváriích. Například příliš nízká hodnota pH znesnadňuje kalcifikujícím organismům vytvářet kostry uhličitanu vápenatého. Při dostatečně nízkém pH se tyto kostry skutečně začnou rozpouštět. Z tohoto důvodu by akvaristé měli tento parametr sledovat. Takové pozorování je často prvním krokem k řešení různých problémů souvisejících s pH. Mnoho útesových akvaristů řadí nízké pH jako jeden z nejnepříjemnějších problémů spojených s udržováním vhodných podmínek v akváriu. Tento článek se blíže podívá na důvody, které mohou vést k nízkým hodnotám pH v mnoha akváriích, a nastíní 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 vyřešit pouze problém nízkého pH, mohou přeskočit přímo na tučný text na konci této části.
Existuje mnoho různých definic pH, jak je aplikováno na mořskou vodu. V systému používaném většinou akvaristů (National Bureau of Standards – NBS) se pH určuje podle rovnice 1:
kde H je “aktivita” 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 spojují molekuly vody a tvoří komplexy – např. 3 O + ) a některé jsou v komplexu s jinými ionty (proto chemici místo koncentrace používají termín „aktivita“). Zejména ionty H + v běžné mořské vodě jsou přítomny jako volné ionty H + (asi 73 % z celkového množství), jako iontové páry H + /SO 4 – (asi 25 % z celkového obsahu H +) a jako páry H + + /F – ionty (malý zlomek celkového H +). Problémy s potencí ovlivňují také kalibrační pufry, a to je jeden z důvodů, proč se pro mořskou vodu používají různé stupnice pH a kalibrační pufry. Pro nás akvaristy však mají všechny tyto ostatní normy malý význam: v akvaristice je zvykem jednat výhradně se standardním systémem NBS (Národní úřad USA pro normy).
Abychom porozuměli hlavním problémům spojeným s hodnotou pH ve slaných akváriích, můžeme si myslet, že hodnota 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). V podstatě všichni akvaristé musí 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. Proto může být malá změna pH spojena s velkou změnou koncentrace H+ ionty ve vodě.
Proč kontrolovat pH?
Existuje několik důvodů, proč by akvaristé chtěli kontrolovat pH ve slaných akváriích. Jedním z nich je, že vodní organismy aktivně rostou pouze v určitém rozmezí pH. Tento rozsah se přirozeně liší organismus od organismu a koncept „optimálního“ rozsahu nemusí být zcela správný 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 se však zjistilo, že hodnoty pH, které se značně liší od hodnot v přirozené mořské vodě (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, o které se zajímají. 2-6 Kromě toho mohou být účinky pH nepřímé. Například je známo, že toxicita mědi a niklu pro některé organismy přítomné v našich akváriích (jako jsou mysidy a heteropodi) závisí na hodnotě pH 7. V důsledku toho se rozsahy pH, které budou přijatelné v jednom akváriu, mohou lišit od těch, které jsou přijatelné v jiném, i když v těchto akváriích žijí 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 snižuje se, když pH klesá. 8-9 Pomocí těchto faktorů, spolu se zkušenostmi získanými mnoha fandy, můžeme vyvinout několik pokynů týkajících se přijatelných rozsahů pH a maximálních hodnot 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 dává názor. A tento rozsah může být zcela odlišný od „optimálního“ rozsahu. Ve srovnání s přijatelným rozsahem je však mnohem obtížnější zdůvodnit, co je „optimální rozsah“. Navrhuji, že přirozené pH mořské vody kolem 8.2 je vhodné, ale útesové akvárium může žít v širším rozmezí hodnot pH. Domnívám se, že rozsah pH 7.8 až 8.5 je přijatelný pro útesová akvária, s určitými povolenkami, takto:
- Pufrovací kapacita (KH) by měla být alespoň 2.5 mEq/l a výhodně vyšší, zejména směrem ke spodní hranici rozsahu pH. Tento bod je částečně založen na skutečnosti, že mnoho útesových akvárií je poměrně efektivně udržováno v rozmezí pH 7.8-8.0. Většina nejlepších z těchto akvárií však obsahuje vápníkový reaktor, který, i když má tendenci snižovat pH, stále udržuje poměrně vysokou hladinu KH (3 mEq/l a více). V tomto případě mohou být jakékoli problémy spojené s kalcinací při nízkých hodnotách pH kompenzovány zvýšením alkality. Nízké pH primárně ovlivňuje kalcifikující organismy, což ztěžuje získání dostatečného množství uhličitanu pro tvorbu koster. Zvýšení ukládání do vyrovnávací paměti tento problém zmírňuje z důvodů, které budou podrobně popsány dále v tomto článku.
- Hladiny vápníku by měly být alespoň 400 ppm. Jak pH klesá, kalcifikace se stává obtížnější; to se také stává obtížnějším, protože hladina vápníku klesá. Je vysoce nežádoucí mít současně extrémně nízké hodnoty pH, alkality a obsahu vápníku. Pokud je tedy pH v nízkém rozsahu a nelze jej snadno změnit (jako například v akváriu s CaCO3/CO2 vápníkovým reaktorem), měli byste zajistit alespoň přijatelnou hladinu vápníku (~400-450 ppm). Navíc jedním z problémů, který vzniká při vysokých hodnotách pH (nad 8.2) je abiotické vysrážení uhličitanu vápenatého, vedoucí k poklesu vápníku a alkality a ucpání ohřívačů a oběžných kol čerpadel. Pokud je hodnota pH v akváriu 8.4 nebo vyšší (což je často případ v akváriích při použití Ca(OH) vápenné vody) 2 – kalkwasser), je třeba věnovat náležitou pozornost udržení správné hladiny vápníku a pufrování. To znamená, že tyto úrovně by neměly být ani příliš nízké, aby způsobily biologickou kalcifikaci, ani příliš vysoké, aby způsobily nadměrné abiotické usazování na zařízení.
Oxid uhličitý a pH
Hodnota pH ve slaném akváriu úzce souvisí s množstvím oxidu uhličitého rozpuštěného ve vodě. Je také spojena s ukládáním do vyrovnávací paměti. Pokud je totiž voda zcela provzdušněná (tedy 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 vodu v rovnováze se vzduchem obsahujícím přebytek oxidu uhličitého, který může být přítomen v domácnosti (1000 ppm). Je zřejmé, že při jakémkoli pufrování se s nárůstem obsahu oxidu uhličitého bude hodnota pH snižovat. Nadbytek oxidu uhličitého 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 představuje přirozenou mořskou vodu v rovnováze s normálním vzduchem a křivky představují 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 :
Množství 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). Ve vzduchem nerovnovážných systémech, jako je 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 má tedy akvárium (nebo vzduch, kterým je ekvilibrováno) „přebytek CO 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 , část disociuje (rozpadá se na části), mění se na ionty H +, HCO 3 – a CO 3 — . V důsledku přebytku H + bude hodnota pH nižší, než kdyby bylo CO méně 2 /H 2 CO 3 . Při velkém přebytku CO 2 v mořské vodě může hodnota pH klesnout na velmi nízké hodnoty (pH 4-6). Vyrovnání vody v mém akváriu oxidem uhličitým při tlaku 1 atmosféry vedlo k poklesu pH na 5.0, i když je nepravděpodobné, že by tak nízké hodnoty bylo dosaženo v útesovém akváriu, protože půda a zdechliny korálů by fungovaly jako nárazník k rozpuštění. 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 tělech korálů), vedla k hodnotě 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 měla být hodnota pH mírně vyšší než 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, posune charakteristiky akvária podél zelené čáry (obrázek 3), což způsobí, že hodnota pH mírně stoupne nad pH 8.3. Ke stejnému výsledku by došlo, kdyby byl přebytek oxidu uhličitého absorbován v důsledku růstu makrořas. Málokdy se však stává, že by takový jev mohl vést k posunu charakteristiky podél zelené čáry, k hodnotě nad pH 8.3.
- Zvýšená vyrovnávací kapacita: i když je v akváriu stále přebytek CO 2 zvýšením pufrování se zvýší pH podél zelené čáry (obrázek 4) na hodnotu 8.1 s pufrováním 4.5 meq/l (12.6 dKH).
- Použití vápenné vody (kalkwasser) ke snížení přebytečného CO 2 na normální úrovně, stejně jako ke zvýšení pufrování (až 4 mEq/l), může vést k posunu křivky podél zelené čáry (obrázek 5), což povede ke zvýšení pH nad 8.4 a pufrování na 4 mEq/l (11.2 dKH).
