Жёсткость аквариумной воды
Значение ионов кальция и магния для живых организмов
Ввиду биохимических особенностей живой природы большую роль в жизни белковых организмов (царств грибов и особенно животных) играют ионы многовалентных металлов. С одновалентными прекрасно растворимыми ионами щелочных металлов - в основном натрия и калия - всё ясно. Всё живое выросло в их среде и активно использует в жизни. Ионы натрия и калия активно присутствуют во всех физиологических жидкостях любого живого организма, поддерживают осмотическое давление, участвуют в передаче электрических импульсов (в т.ч. нервная деятельность). Соединения двух- и более валентных металлов гораздо менее растворимы и поэтому их концентрации в жидкостях гораздо меньше. Однако кальций, как самый распространённый из них (железо - не в счёт из-за гораздо более низкой растворимости), активно используется живыми организмами, особенно для построения нерастворимого скелета (внешнего у моллюсков, насекомых и многих других типов животных, и внутреннего - у позвоночных). Но в небольших количествах ионы кальция непременно присутствуют в плазме крови, мышцах и т.д., участвуя в солевом балансе. При остром недостатке кальция наступает паралич, в том числе сердечной мышцы, что почти мгновенно приводит к смерти. Поскольку ионы кальция - основной неорганический участник поддержания конфигурации глобулярных белков плазмы крови, то отклонения его концентрации в ту или иную сторону также отрицательно влияют на функционирование систем организма. Поэтому поддержание необходимой концентрации ионов кальция - одна из основных задач систем обмена с внешним миром - пищеварительного тракта и выделительной системы - почек, а у гидробионтов ещё и жабр. Магний в природе часто сопутствует кальцию, но его соли имеют немного большую растворимость, поэтому в строительстве нерастворимого (по идее) скелета магний живыми организмами не используется. Но совершенно особую роль играет магний в жизнедеятельности зелёных растений, а именно входит в состав ядра белкового зелёного пигмента хлорофилла - главного фактора фотосинтеза. То есть совсем без магния растения не могут существовать, однако даже следов магния в самой мягкой воде (при должном режиме подмен воды) вполне достаточно для жизнедеятельности аквариумного населения. Единицы измерения жёсткости воды, градусы жёсткостиДля химиков наиболее информативна ионная концентрация, выражаемая в моль/л (М, молярность) или в экв/л (N, нормальность р-ра в СИ aka грамм-эквивалент, г-экв на литр - в старинной системе ГОСТов). Концентрации 1М соответствует 2N для двухвалентного металла или 40,08 г/л в случае с кальцием. В практике общения с пресной/питьевой водой концентрации ионов маленькие, и во избежание большого количества нулей после запятой, требуются более мелкие единицы измерения. Например в обычной воде "средней жёсткости" (10°dH) содержится 3,57 мг-экв/л (71,4 мг/л, что соответствует 0,00357 N) кальция или 3,57мг-экв/л (47 мг/л) магния или комбинированно. Поэтому в стандартах ряда стран применяются другие способы выражения жёсткости. Русский (немецкий) градус измерения жёсткостиОдин из самых популярных стандартов - русский или немецкий градус жёсткости (°dH). Одному градусу в этой шкале соответствует содержание в литре воды 0,357 мг-экв/л кальция или магния, т.е. ~17,9 мг карбоната кальция (CaCO3, мел, известняк, мрамор) или 10 мг/л в пересчёте на CaO (оксид кальция) или 7,14 мг/л в пересчёте на Ca (или 4,7 - на Mg). В этих единицах вода с жёсткостью 0-4° называется очень мягкой, 4-8° - мягкой, 8-12° - средней жёсткости, жёсткая - 12-18°, и очень жёсткая при показателе жёсткости 18-30°. Градусы жёсткости в других культурахДля выражения жёсткости воды в альтернативных единицах в США применяются ° жёсткости = °Кларка (Великобритания) = 0,056°dH (1°dH=17,9°Кларка). 1°fH (Франция) = 1,12°dH. Несколько альтернативную версию я обнаружил в книге В.С.Жданова "Аквариумные растения" (по изд. "Лесная промышленность", 1973). Как видно из таблицы, предполагается существование "отдельного" °Кларка, не равного американскому. Также вдвое "девальвирован" французский градус. Кому верить - пока непонятно, тем более, что в аквариумистике иные, нежели русско-немецкие градусы- звери редкие. Однако для эрудиции полезно знать все возможные трактовки:
| соответствия 1 русскому/немецкому °dH | | мН (мг-экв/л) | °fH | °Кларка | °амер. | | 0,357 | 1,785 | 1,252 | 17,85 |
или
| соответствия 1 мг-экв/л (приблизительно) |
|---|
| °dH | °fH | °Кларка | °амер. | | 2,8 | 5 | 3,5 | 50 | |
В дальнейшем мы будем использовать только наиболее распространённые русские/немецкие °dH. Значения dН некоторых распространённых природных вод | | раствор | dН | примечание |
|---|
| дистиллированная вода | 0 | самая невкусная, в аквариумистике используется для разведения более жёсткой воды при получении воды задуманной жёсткости | | дождь, снег, деионизованная вода после ионообменных колонок. Нева и питерский водопровод. Южные притоки Амазонки. Вода торфяных озёр и болот. | 0-3 (очень мягкая) | в аквариумистике используется для нереста самых "мягководных" рыб типа неонов или филомен. | | вода московских водопроводных систем, северо-западные и северные притоки Амазонки. Большинство постоянных пресных водоёмов. В реках вода в среднем мягче, чем в озёрах. | 4-25 (от мягкой до весьма жёсткой) | Вода московских аквариумов. При таком разбросе жёсткости неудивительно, что рыбки и травки из разных районов города могут резко изменять самочувствие уже при переезде в соседний район. Жёсткость своего водопровода желательно знать! | | водопроводная вода в Быково, вода самых "жёстких" африканских озёр. | 36-38 | Подходит для некоторых африканских видов цихлид. | | морская вода | до 100 и выше | вода морей и морских аквариумов :) |
Примеры расчёта жёсткости водыМногие производители бутылочной питьевой воды стараются рассказать, какая же их чистая вода мягкая и вкусная. Что уже само по себе противоречие, совсем мягкая вода, например дистиллированная (снеговая) или даже хотя бы кипячёная - совсем невкусна. И как бы эти самые производители ни пытались убедить нас, что их вода - не "из-под крана", мы их сейчас успешно разоблачим, вооружённые новым знанием :). Итак, вода "Шишкин лес":   Содержание кальция Ca2+ = 20 мг/л, т.е. ~1 мг-экв/л ~3°. Плюс магний (Mg) ~ 1. Итого 4°.- вроде вполне себе мягкая вода... если конечно этикетка соответствует :) Следующая - вода "Покровская":
  Содержание кальция Ca2+ = 100 мг/л, т.е. ~15°. По магнию (Mg) до 11. Итого до 26°.- это уже далеко-о-о не мягкая вода... благо, этикетка особо себя не расхваливает.
Следующая вода - "Берегиня":   Содержание кальция Ca2+ = 80 мг/л, ~12°. И магний - до 11. Итого 23°.- тоже вода "очень жёсткая". С "питьевой водой "Черноголовская" - совсем смешно!   Содержание кальция = 130 мг/л - 18° и магний - 14°. Итого 32 градуса - почти как в самых "жёстководных" африканских озёрах. А цифра "общая жесткость <7 мг-экв/л" подразумевает ~20°... Вот и верь после этого людям! :) При этом текст на этикетке гласит: "Вода для приготовления пищи. Сбалансированный состав и великолепный вкус родниковой воды" Ну с этим согласен, - вкусная, жесточайшая ведь! Хотя не родниковая, а артезианская, ну да ладно, читаем дальше: "Вы никогда не задумывались, почему одно и то же блюдо у разных хозяек получается по-разному? Секрет прост. Самый основной ингридиент - качественная вода.Чистая, мягкая, свежая вода создаёт прекрасную основу для приготовления чая, кофе, напитков, и других блюд, а в чайнике не образуется накипь. В чистой мягкой воде без примесей любые продукты лучше сохраняют свои природные свойства. Питьевая вода "Черноголовская" по своему составу оптимально подходит для приготовления напитков, первых и вторых блюд. В первых блюдах, приготовленных на питьевой воде "Черноголовская" ингридиенты быстрее отдают в бульон свой вкус и аромат. В компотах, киселях и морсах - подчёркиваются ноты фруктов и ягод, каши получаются более рассыпчатыми. Овощи и фрукты для детских пюре развариваются в природной питьевой воде "Черноголовская" быстрее, сохраняя больше витаминов и других полезных веществ. И главное, используя питьевую воду Черноголовская, можно всегда быть уверенным в её всегда неизменно высоком качестве ." Налицо горячечный бред, разрывы мысли или стремление вызвать сии симптомы у потребителя! В любом случае - недобросовестная реклама! Вода - жёсткая (поэтому сама по себе должна быть вкусная), но для чая и прочего действительно предпочтительна мягкая, т.е. к данной воде это напоминание отношения не имеет никакого! Впрочем, остальную кашу мы здесь расхлёбывать не будем, а вспомним, что существует Постоянная и временная жёсткостьКак мы уже почти твёрдо знаем, чистейшая, качественно дистиллированная вода - абсолютно мягкая, т.е. ионов кальция не содержит. Однако если в неё поместить нерастворимый карбонат кальция (мел или мрамор), то через некоторое время анализ уже покажет наличие в р-ре ионов кальция. Частичное растворение нерастворимого карбоната происходит при действии постепенно растворяющегося в воде углекислого газа с образованием малорастворимого кислого карбоната (гидрокарбоната, бикарбоната) кальция по схеме: СaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2 = Ca2+ + 2(HCO3)-Эта реакция обратима, поэтому при удалении из системы углекислого газа карбонат опять выпадает в осадок (т.н. накипь). Эта "поднимающаяся" из грунта и "выпадающая" при кипячении в виде накипи на дне, стенках бойлера и поверхности воды жёсткость и называется временной или карбонатной жёсткостью, обозначается как kH°. Поскольку обычно мы имеем дело с водой недистиллированной, то какие-то соли, пусть и в мизерном количествое, в ней уже присутствуют. В том числе и растворимые соли кальция/магния. Жёсткость воды, обусловленная присутствием последних, называется постоянной жёсткостью воды и обозначается dH°. Суммарная, или общая, жёсткость воды подразумевает сумму временной (удаляемой кипячением) и постоянной (не удаляемой при кипячении) жёсткости: gH°=dH°+kH°.
Влияние сдвига жёсткости воды на аквариумных рыбВ силу особой важности "жёстких ионов", особенно кальция, в физиологии аквариумного населения, организм рыб и прочих гидробионтов в процессе освоения новых природных ниш всегда приспосабливался к осморегуляции в новых условиях. Поскольку нормальная физиологическая концентрация ионов кальция (необходимая, вспомним, для построения скелета и поддержания работоспособности мышц) у всех рыб (да и прочих гидробионтов) гораздо более схожа, чем жёсткость "за бортом", т.е. в разнообразнейших средах обитания. Поэтому, например, организм "жестководных" рыб (типа африканских цихлид) "настроен" на непрерывное удаление избыточного кальция (поступающего через пищеварение и жабры), и при переселении в мягкую воду рыба, в зависимости от перепада жёсткости, быстро "размягчится", т.е. потеряет значительную часть своего кальция. Что может привести как к быстрой (в течение нескольких часов) смерти вследствие паралича дыхания и/или сердца, так и к постепенному в зависимости отклонения жёсткости от оптимальной) "угасанию" в течение дней или недель в сопровождении "непонятных" кожных болячек и других будто бы не связанных с этим симптомов, являющихся тем не менее последствиями "солевого стресса". В случае же с "мягководными" рыбами (например неонами), приспособившимися, наоборот, всячески удерживать и накапливать в организме ионы кальция, пересадка в чрезмерно жёсткую воду не создаёт предпосылок к слишком быстрой гибели, но в течение 1-2 суток как минимум половина неонов-новосёлов в аквариуме новичка обычно всё-таки "ложится", а с трудом оставшиеся в живых в слишком жёсткой воде живут заметно меньше отведённого природой срока (1,5-2 года). Это относится и к большинству других мелких тетр из "торфованных" южных и юго-западных притоков Амазонки, и, хотя и в меньшей степени, к более крупной "харацинке" (тернеции, пираньи и т.п.). Причины и способы сдвига жёсткости воды в аквариумеЧаще всего начинающему аквариумисту при соблюдении элементарных условий содержания аквариума (правильный подбор рыб и режим кормления, периодическая чистка грунта и подмена части воды на свежую) не требуется особых знаний и умений для слежения за жесткостью и кислотностью аквариумной воды. Однако знание причин сдвига и способы манипулирования жёсткостью аквариумной воды иногда могут пригодится аквариумисту для создания особых условий , отличных от создаваемых водой "из-под крана". Это например подготовка к нересту, содержание рыб и растений, требующих особых условий и т.д. На отдельной странице - самые распространённые способы влияния на жёсткость и кислотность аквариумной воды. |
