Gázok hatása az akvárium biológiai egyensúlyára
Szita Tanár Úr cikkéből megtudhatjuk, milyen gázok vannak jelen akváriumainkban és hogy azok milyen hatással vannak halainkra. Olvasáshoz kattints a cikkre!
Az akvárium vizében különböző gázok vannak jelen, melyek részben a levegőből származnak, részben pedig a víz biológiai rendszerének működése során keletkeznek. Közülük az oxigén jelentősége a légzésben közismert. Az egyik leggyakoribb gáz Földünkön a nitrogén (N2) a levegőnek mintegy 78 %-át adja. A nitrogén vízben közönséges nyomáson gyakorlatilag nem oldódik. A vezetékes vízhálózatban uralkodó túlnyomás hatására azonban egyéb gázokkal együtt kis mértékben oldott állapotba kerül. Ha tehát a vezetékes vizet akváriumba engedjük, majd azonnal betelepítjük a halakat, súlyos hibát követünk el. A nyomás alól felszabadult vízből ugyanis az addig oldott gázok buborékok formájában kiválnak és ez a halak érrendszerét elzárhatja, más szóval légembóliát okoz. Az embólia a kisebb testű halak gyors pusztulását is előidézheti. Hasonló folyamat megy végbe, ha a magas nyomású levegőt tartalmazó munkatérben hirtelen csökkentik a nyomást, ilyenkor szintén nitrogénkiválás következik be az ott dolgozók vérében. Ugyanez játszódik le a búvároknál, ha túl mélyre merülnek, majd hirtelen emelkednek a felszínre. Az ok itt is a vérplazmából a nyomás csökkenésekor kiváló gázokban keresendő. A vérplazmában oldott nitrogén ezen kívül bizonyos határérték felett kábult állapotot, ún. mélységi mámort is előidézhet a búvároknál. Ez ellen olyan gázkeverék készítésével védekeznek, melyben a nitrogént a vízben egyáltalán nem oldódó hélium nemesgázzal helyettesítik.
A szerves anyagok -szénhidrátok, zsírok, fehérjék- baktériumok által történő lebontásakor kénhidrogén (H2S), ammónia (NH3), metán (CH4) és széndioxid (CO2) gáz keletkezik. Közülük a kénhidrogén és az ammónia erősen mérgező a vízi élőlényekre, a metán viszont oldhatatlan, ezért nem toxikus. Metángáz keletkezik mocsarakban is elhalt növényi részek bomlásakor, amely öngyulladást követően sokáig ég. Ezt nevezte el a népi megfigyelés lidércfénynek. Sok adat van arra, hogy a tengerek vizéből is gyakran szabadul fel nagy mennyiségű metángáz bizonyos szakaszokon. Ilyen terület a híres, hírhedt Bermuda "háromszög környéke. A gázkitörések alkalmával a metán nagyon apró buborékok formájában keveredik a tengervízhez, melynek ez által látszólag csökken a fajsúlya. Arkhimedés törvénye alapján könnyű belátni, hogy ilyenkor a hajóknak mélyebbre kell a vízbe merülni ahhoz, hogy sajátjukkal azonos súlyú vizet szorítsanak ki. Szélsőséges esetben a hajók el is süllyedhetnek. A vízből eltávozó metán felhőt elérő repülőgépek hajtóműve begyújtja az éghető gázt, mely bizonyos arányban levegővel keveredve fel is robbanhat. Sokan ezzel magyarázzák a környéken olyan gyakran előforduló repülőgép és hajó szerencsétlenségeket.
Különleges jelentőségű az akváriumra a széndioxid (CO2), amely szerves anyagok széntartalmú alkotórészeinek mikróbák általi lebontásakor képződik és egy része szénsav formájában oldódik a vízben, más része viszont folyamatosan eltávozik onnan. Desztillált víz esetén a széndioxid vízzel szénsavat alkot: CO2 + H2O = H2CO3. Mivel a csapvízben nátrium-, kalcium- és magnézium-ionok vannak jelen, ezért a szénsav ezekkel hidrogén-karbonátot (HCO3-) alkot. A széndioxid nagy mennyiségben mérgező hatású az állatokra, kis mértékű jelenléte viszont nélkülözhetetlen a vízinövények számára, mert nélküle nincs fotoszintézis, tehát nem fejlődnek és nem termelnek oxigént vízinövényeink.
Lényeges kérdés, hogy milyenek az alapvető mennyiségi viszonyok az akvárium széndioxid egyensúlyát illetően. Először is 1 g tömegű hal 24 óra alatt mintegy 7-13 mg-ot termel anyagcseréje során. A szénhidrátok lebontása során különösen sok széndioxid jön létre. 1 Mól (molekulasúly) mennyiségű szaharózból (répacukor) 12 Mól CO2 keletkezik, ami megfelel 270 liter gáznak. Más megközelítésben 1 kg szaharózból tehát mintegy 1000 liter széndioxid keletkezik.
Ami a széndioxid felhasználását illeti a növényi asszimiláció során 1 g széndioxidból 0,73 g oxigén keletkezik. A vízinövények a vízben oldott széndioxidot hasznosítják. A természetes vizekben, melyek enyhén lúgos vegyhatásúak, a széndioxid mintegy 2 %-a van szabad formában, a többi hidrogén karbonát-ionokban kötött. Az ilyen vizek széndioxid-tartalma egyensúlyban van a környező levegővel, melyben 0,03 térfogatszázalékban van jelen. Az akváriumvíz optimálisan 5-15 mg/liter széndioxidot tartalmaz. Az úszónövények víz helyett a levegőből jutnak széndioxidhoz, mely ellentétben az akváriumvízzel, gyakorlatilag kimeríthetetlen forrás számukra.
Gyakran felmerül a kérdés, vajon miért nem kell cserélni a vizet egy természetes tóban, és miért szorul rendszeres vízpótlásra az akvárium. Első megközelítésben ezt az eltérő halsűrűséggel magyarázzák. Az akváriumban sok halat zsúfolunk össze a természetes vizekhez képest, ahol a képződő nagy mennyiségű szerves anyag lebomlásánál ammónia, szulfát-ionok és széndioxid gáz keletkezik. Ezek az anyagok viszont a vízinövények fejlődéséhez nitrogén-, kén-, illetve szénforrást jelentenek. Ha a növényzet fejlődése optimális lenne, akkor ezeket az anyagokat maradéktalanul beépítenék szervezetükbe, ezáltal tökéletessé válna a víz öntisztulása.
Akkor mégis miért érnek el nagy koncentrációt az akváriumvízben a nitrogén- és kéntartalmú bomlástermékek? A magyarázat kulcsát a széndioxid adja, amely illékony tulajdonságú, ezért jó része keletkezés után folyamatosan eltávozik a vízből, így relatíve hiány lesz belőle. Ennek következtében leáll a növények fotoszintézise. A megoldás kulcsa tehát nem más, mint a széndioxid folyamatos utánpótlása.
A szabad széndioxid mennyisége egyidejűleg függ a víz keménység és pH-értékétől, amint az a táblázatban látható.
| pH | 6,0 | 6,2 | 6,4 | 6,6 | 6,8 | 7,0 | 7,2 | 7,4 | 7,6 | 7,8 | 8,0 | |
| nk° | ||||||||||||
| 0,5 | 15 | 9,3 | 5,9 | 3,7 | 2,4 | 1,5 | 0,93 | 0,59 | 0,37 | 0,24 | 0,15 | |
| 1,0 | 30 | 18,6 | 11,8 | 7,4 | 4,7 | 3,0 | 1,86 | 1,18 | 0,74 | 0,47 | 0,30 | |
| 1,5 | 44 | 28,0 | 17,6 | 11,1 | 7,0 | 4,4 | 2,80 | 1,76 | 1,11 | 0,70 | 0,44 | |
| 2,0 | 59 | 37,0 | 24,0 | 14,8 | 9,4 | 5,9 | 3,70 | 2,40 | 1,48 | 0,94 | 0,59 | |
| 2,5 | 73 | 46,0 | 30,0 | 18,5 | 11,8 | 7,3 | 4,60 | 3,00 | 1,85 | 1,18 | 0,73 | |
| 3,0 | 87 | 56,0 | 35,0 | 22,0 | 14,0 | 8,7 | 5,60 | 3,50 | 2,20 | 1,40 | 0,87 | |
| 3,5 | 103 | 65,0 | 41,0 | 26,0 | 16,4 | 10,3 | 6,50 | 4,10 | 2,60 | 1,64 | 1,03 | |
| 4,0 | 118 | 75,0 | 47,0 | 30,0 | 18,7 | 11,8 | 7,50 | 4,70 | 3,00 | 1,87 | 1,18 | |
| 5,0 | 147 | 93,0 | 59,0 | 37,0 | 23,0 | 14,7 | 9,30 | 5,90 | 3,70 | 2,30 | 1,47 | |
| 6,0 | 177 | 112 | 71,0 | 45,0 | 28,0 | 17,7 | 11,2 | 7,10 | 4,50 | 2,80 | 1,77 | |
| 8,0 | 240 | 149 | 94,0 | 59,0 | 37,0 | 24,0 | 14,9 | 9,40 | 5,90 | 3,70 | 2,40 | |
| 10,0 | 300 | 186 | 118 | 74,0 | 47,0 | 30,0 | 18,6 | 11,8 | 7,40 | 4,70 | 3,00 | |
| 15,0 | 440 | 280 | 176 | 111 | 70,0 | 44,0 | 28,0 | 17,6 | 11,1 | 7,00 | 4,40 | |
| 20,0 | 590 | 370 | 240 | 148 | 94,0 | 59,0 | 37,0 | 24,0 | 14,8 | 9,40 | 5,90 |
Táblázat: A víz szabad CO2 tartalma (mg/liter) a keménység és a pH-érték függvényében.
A széndioxid mennyisége nem állandó, mert adott pH-érték felett részben hidrogén-karbonát ionná (HCO3-) alakul, pH 8,2 felett pedig már nincs is jelen szabad széndioxidgáz a vízben. Erősebben lúgos vegyhatású vízben pedig a hidrogén-karbonát karbonáttá (CO3--) alakul át. A hidrogén-karbonát-ion okozza egyébként a víz változó keménységét. Fordított esetben a víz savanyításakor a hidrogén-karbonátból széndioxid szabadul fel, ezáltal csökken a változó keménység. A szabad széndioxid mennyisége a pH-értéken túlmenően az akváriumvíz keménységétől is függ. Ha megvizsgáljuk a táblázat adatait, láthatjuk, hogy egészen lágy vízben pH 8,0 körül már alig van jelen szabad széndioxid a vízben, melynek mennyisége viszont enyhe savanyítás hatására növekszik. Mintegy pH 6 körül mennyisége már százszoros lesz. 20 német keménységi fokú, pH 8,0 értékű vízben 5,9 mg/liter a szabad szénsav mennyisége, míg pH 6,0-nál ez szintén százszorosára emelkedik. A leggyakoribb 15 nk° körüli enyhén lúgos víz mintegy 50 mg/liter széndioxidot tartalmaz. Megállapítható tehát, hogy a keményebb vizek több széndioxidot képesek "tárolni", ezért kedvezőbbek a növényi szervezetek szaporodásához, tehát a halak életfeltételei is jobbak az ilyen élőhelyeken.
Végül nézzük meg, mi történik, ha széndioxidot adunk az akvárium vizéhez? Először is csökken a pH-érték, ezáltal csökken a változó keménység is, és azonnal megindul a növények fotoszintézise. Több mérésem egybevágó eredménye alapján kis mennyiségű ammónia már néhány órán belül beépült a növények szervezetébe és így a víz gyorsan mentes lett ettől a veszélyes bomlásterméktől. De addig is a pH csökkenése miatt kisebb lesz az ammónia toxicitása. Ezzel egyidőben csökkent a széndioxid és nőtt az oxigén mennyisége. Az oxigén hatására az akvárium mikroorganizmusai újult erővel bontják tovább a felhalmozódott szerves anyagokat. Ezekből megint széndioxid keletkezik, növelve az asszimilációt és az oxigén-termelést így a folyamat láncreakció-szerűen zajlik tovább.
A széndioxid pótlása különbözőképpen oldható meg. Egyik esetben a szűrőberendezésekhez palackból adagolják, másik megoldásnál búvárharang-szerű szájával lefelé fordított műanyag pohárba vezetik a széndioxid gázt, ahonnan lassan oldódik az akvárium vizébe. Ma már kaphatóak nálunk is olyan automata berendezések, melyek széndioxid-palackból doziroznak a vízhez, a túladagolást elektromos pH-mérő érzékeli és egy elektronikusan működtetett szeleppel elzárja a gáz útját. A legegyszerűbb házi módszer a szódavizes üvegből történő adagolás. Ilyenkor nem lehet minden esetre érvényes adagolási receptet adni, mert a táblázatból is látható, hogy a szabad széndioxid mennyisége függ a pH-tól és a keménységtől is. Közepesen kemény vízhez 100 literre számítva maximum 2-3 deciliter szódavíz adása célszerű 2-3 naponként. Nagyobb dózisok adagolása nem célszerű, mert a felesleg úgyis gyorsan eltávozik a vízből. Különösen vigyázni kell a széndioxid pótlásával lágy víz esetén. Ha kis túladagolás következett be, akkor először a szemmel nem is észrevehető beteg halak kezdenek "pipálni", mert ezek rosszabbul tűrik a megnövekedett széndioxid koncentrációt. Az adagolást legcélszerűbb este végezni, mivel a vízinövények az asszimiláció ún. sötét fázisában kötik meg a széndioxidot. Ha nem akarunk széndioxidot adagolni, akkor telepítsünk a víz felszínére úszónövényeket (Ceratopteris). Ezek kiemelkedő leveleikkel a környező levegőből, mint kiapadhatatlan forrásból veszik a széndioxidot, vízbe lógó gyökereikkel pedig folyamatosan kivonják az akváriumvízben lévő mérgező bomlástermékeket (ammónia, nitrit, nitrát). Ilyen módon a víz igen sokáig kiváló minőségű marad és csak nagyon ritkán kell cserélni. Ebben az esetben azonban a növények elmaradó oxigéntermelését szellőztetéssel kell pótolni.
A hagyományos részleges vízcserénél a bomlástermékek szintje valamivel csökken, de jó része mégis visszamarad és az a következő vízpótlásra még az előzőnél is szennyezettebb lesz. Előbb-utóbb tehát teljes vízcserére szorulunk, ami az akvárium újratelepítésének fáradtságos munkájával jár. Széndioxid adagolás esetében viszont folyamatos az öntisztulás.
A széndioxid pótlás előnyei összefoglalva:
1. Vízinövényeink gyorsabban és dúsabban fejlődnek.
2. Nagyobb széndioxid koncentráció esetén a növények kevesebb fénnyel is beérik.
3. Széndioxid jelenlétében megkötik a vízben lévő bomlási termékeket (ammónia-, nitrit-, nitrát- és szulfát-ionok).
4. Kisebb lesz a víz változó keménysége (hidrogén-karbonát koncentráció csökkenése).
5. Csökken a pH-érték is.
Végül nem szabad elfelejtenünk, hogy a halakkal agyonzsúfolt akvárium vizét még széndioxid adagolással sem lehet teljesen tisztává "varázsolni".
Szöveg: Dr. Szita Géza
Fotó: Akvárium Magazin
A cikk megjelent az Akvárium Magazin 1997/11-12. számában.
