Редокс-потенциал в аквариуме.
Жизнь в водной среде зависит не только от уровня концентрации водородных ионов (pH), но и от редокс-потенциала. Этот показатель может стимулировать или замедлять рост и развитие водных организмов.
Когда вы заселяете аквариум растениями и рыбами, в нём начинают протекать окислительные процессы. К ним приводят отмершие части корней и листьев растений, выделения животных, а также массовое появление и гибель бактерий. В результате в новом аквариуме редокс-потенциал будет высоким.
Со временем из круга окисляемых веществ в основном выпадают неорганические вещества. Их доля в окислении становится незначительной. Количество органических веществ, включаемых в процессы окисления, также стабилизируется. Это происходит потому, что больше не отмирают поврежденные при посадке растения, а количество бактерий в грунте и фильтре остаётся постоянным. В результате редокс-потенциал снижается.
Однако он может резко возрасти из-за экологической катастрофы, которую претерпевает среда обитания в аквариуме из-за неопытных действий владельца. К таким действиям можно отнести резкую смену воды, слишком большую долю добавленной водопроводной воды, которая усиливает отмирание частей растений и вызывает массовую гибель бактерий. Также редокс-потенциал может резко повыситься из-за «цветения» воды.
В целом, показатель редокс-потенциала за годы существования аквариума имеет тенденцию к снижению. В старом аквариуме со «старой» водой и заиленным грунтом процессы восстановления протекают активнее.
Применение ультрафиолетовых облучателей и генераторов озона аквариумной воды также сильно повышает редокс-потенциал.
В биохимии, в отличие от электрохимии, редокс-потенциал измеряется не в милливольтах, а в условных единицах rH (от латинского reduktion Hydroqenii, что означает «восстановление водорода»). Для перевода результатов, полученных с помощью прибора в милливольтах, существуют специальные таблицы. Шкала условных единиц rH имеет 42 деления. При этом 0 соответствует чистому водороду, а 42 — чистому кислороду. Очевидно, что вблизи этих крайних значений жизнь невозможна.
rH 40-42 Атмосфера кислорода (наибольшая степень окисления).
rH 35 сильное окисление.
rH 30 умеренное окисление.
rH 25 слабое окисление.
rH 20 слабое восстановление.
rH 15 умеренное восстановление.
rH 10 сильное восстановление.
rH 0-5 Атмосфера водорода (наибольшая степень восстановления).
Окисление (оксидант) это потеря электрона атомом, молекулой или ионом. Например, при окислении углерода, мы получаем углекислый газ СО2 ( т.е, кислород, как окислитель, отдал свой электрон, в процессе окислительной реакции).
Восстановление - это присоединение электрона атомом, молекулой или ионом. Например, при восстановлении углерода мы получаем газ метан (СН4).
В пресных водоёмах зона, подходящая для жизни, находится между 25 и 35 единицами гН. В аквариуме эта зона ещё уже — между 26 и 32. Некоторые растения могут выживать при несколько меньших показателях гН, например, криптокорина — при 25,6. Самый высокий уровень гН выдерживает гетерантера — 32. Показатели рН и гН тесно связаны между собой. Окислительные процессы снижают показатель активной реакции воды: чем выше гН, тем ниже рН. Восстановительные процессы, напротив, способствуют повышению рН.
В свою очередь, показатель рН влияет на величину гН. Например, процесс фотосинтеза, происходящий в зарослях таких растений, как элодея и кабомба, может изменять величину гН. Эти растения способны добывать углекислый газ из бикарбонатов, выделяя ион ОН~, который подщелачивает воду и снижает показатель гН. В то же время в других зонах аквариума этот показатель может оставаться неизменным.
Также стоит отметить, что величина гН обычно выше в верхних слоях воды и ниже в нижних. Поскольку показатели рН могут колебаться в течение суток, изменяется и величина гН. Кроме того, она зависит от температуры воды. Растения могут служить своеобразными индикаторами, позволяющими косвенно судить о показателях редокс-потенциала.
Очень важно знать окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) воды. Он позволяет понять, в какой форме находятся вещества в воде. От этого зависит их усвояемость обитателями аквариума, в частности, аквариумными растениями. Если ОВП высокий , это означает, что многие микроэлементы окисляются и переходят в форму, недоступную для растений. Без возможности получать необходимые элементы растения замедляют рост или перестают расти совсем. Часто эту проблему пытаются решить путём корректировки светового дня и подкормки растений. Однако если в аквариуме нарушен баланс окислителей и восстановителей, то вносимые удобрения не будут усваиваться.
Увеличение окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) в аквариуме может происходить, если в резервуар с рыбками добавить свежую воду. Если в аквариуме есть растения, которые чувствительны к повышению этого показателя, то замену жидкости лучше производить небольшими порциями.
Окислительный потенциал также могут увеличивать:
* хлор;
* перекись водорода;
* озон.
Использование озона и перекиси часто оправдано при определённых проблемах и болезнях рыб, но должно быть крайне осторожным.
Снижение значений
Низкие показатели ОВП означают, что в воде преобладает среда восстановителей. Этим термином обычно называют органические вещества, которые попадают в воду в результате жизнедеятельности аквариумных обитателей, а также некоторые неорганические соединения, способные активно взаимодействовать с окислителями.
Снижение редокс-потенциала может происходить при значительном загрязнении аквариума органическими веществами (отходами жизнедеятельности рыб, остатками пищи). Большинство подобных веществ скапливается в грунте. К ним относятся:
* сероводород;
* аммиак;
* метан;
* соединения серы;
* соли аммония (нитраты и нитриты);
* соединения магния;
* соединения железа.
Все эти соединения накапливаются в толще грунта, приводя к снижению ОВП жидкости.
Большинство аквариумных цветковых растений развивается при 29—30 гН. Апоногетоны обильно цветут при 30,2—30,6 гН, но уже при 31 сбрасывают листья. При этом же показателе редокс-потенциала заболевают и останавливают рост эхинодорусы, а выше 31 апоногетоны и эхинодорусы теряют корневища.
Криптокорины, наоборот, благоденствуют при гН 26—29, более высокий показатель ведет к их гибели, уже при 29 они перестают размножаться вегетативно. Редокс-потенциал, как было сказано выше, более низок в придонных слоях воды. У поверхности грунта он больше, чем в самом грунте, если грунт мелкой фракции и сильно слежался. По существу, именно грунт является «кухней погоды», определяющей суммарный показатель редокс-потенциала в аквариуме: чем больше скапливается в грунте веществ, имеющих тенденцию к отдаче электронов, тем более снижается гН. Для здоровья аквариума, продления благополучия водной среды необходимо поддерживать в нем чистоту, периодически сифонить грунт.
Чтобы узнать, приблизительно каков редокс-потенциал в вашем аквариуме, можно провести довольно простой тест: налейте стакан чистой воды, добавьте в нее метиленовый синий пока вода не станет ярко-синей. Далее, добавьте 1/2 чайной ложки любого кондиционера. Это будет контрольный цвет. Затем возьмите стакан воды из аквариума, добавьте столько же метилена синего, как и в контрольном стакане. Если же изменений цвета не произошло, то процессы окисления протекают довольно интенсивно. Если же вы заметили рассеивание цвета, значит редокс-потенциал вашего аквариума сбалансирован и в нем протекают восстановительные процессы. Но напоминаю, что это тест очень приблизительный и дает лишь общую картину происходящего в аквариуме.
Ещё одним простым и одновременно эффективным методом определения редокс-потенциала воды в аквариуме служит Перманганатная окисляемость. Метод основан на использовании раствора марганцовки (перманганат калия), который добавляют в пробу воды из аквариума. В марганцовке содержится много кислорода, который вступает в реакцию с примесями в воде.
Суть метода проста — если в пробе воды кислорода много, марганцовка окрасит её в розовый цвет, если мало — в оттенки жёлтого.
Возьмите небольшую ёмкость, например, баночку от детского питания, объёмом 100 мл. Налейте в неё меньше половины чистой кипячёной воды, остывшей до комнатной температуры. Затем добавьте марганцовку — сыпьте её до тех пор, пока крупинки перестанут растворяться в воде. Для объёма воды 20–25 мл будет достаточно одной чайной ложки марганцовки. Полученного раствора хватит на множество тестов. Храните его в плотно закрытой баночке в тёмном месте.
Для работы понадобится одноразовый пластиковый прозрачный стаканчик и шприц. С помощью шприца наберите в стаканчик 50 мл. воды из аквариума и добавьте в неё одну каплю раствора. В этом случае шприц также служит прекрасным дозатором. Будьте внимательны — набирайте в шприц только с поверхности раствора, чтобы нерастворённые крупицы не попали внутрь, иначе результат получится недостоверным.
Значение редокс-потенциала крайне важно для всех живых организмов. В частности, для гидробионтов, то есть водных обитателей, большое значение имеют восстановительные реакции, поэтому важно наличие неокисленных форм кальция и магния. Считается, что окислительная среда негативно влияет на ткани рыб, вызывая даже разрушение ДНК. Редокс-потенциал характеризует способность системы окислять органические вещества, в том числе и гемоглобин в жабрах рыб. Окисленный гемоглобин доставляет кислород к внутренним органам рыб. При низком редокс потенциале гемоглобин при прохождении крови через жабры рыбы не окисляется и рыбы начинают задыхаться, при слишком высоком rH разрушаются внешние покровы рыбы и жаберные лепестки, что также приводит к их гибели. Понизить редокс потенциал можно добавлением в аквариум кондиционеров, чайной заварки, экстракта вываренного торфа и т.п. Повысить можно при помощи перекиси водорода. Например установив оксидатор.
В соответствие с медицинскими исследованиями, окисляющая среда помогает эффектор-клеткам (тип лимфоцитов, участвующий в выработке антител) связывать патогенные организмы и антигены, стимулируя врожденный иммунитет (бывает еще и приобретенный). Создание ярко выраженной восстановительной среды через добавление антиоксидантов тормозит указанные выше основные реакции врожденного иммунитета.
Прежние исследования показывали, что окисляющая среда способствует выработке супер-оксидантов и оксидов азота, активации и транслокации нуклеарного фактора транскрипции, выработке цитокинов (протеины и пептиды, являющиеся сигнальными соединениями, производимыми клетками для «сообщения» между собой
Мы пришли к заключению, что аквариумный УФ-стерилизатор может помочь в создании здоровой среды в аквариуме не столько через уничтожение потенциальных патогенных организмов, сколько через эффект, оказываемый ультрафиолетом на магнитный заряд воды и положительные ионы минералов, что в свою очередь отражается на rH- факторе.
Андреев Р.С. Гидробиолог. Компания «LenFish»