Химия и биология в рыбном аквариуме неразрывно взаимосвязаны. Изменение одного фактора означает всегда соответствующие изменения всех остальных факторов. Жизнь биологических организмов в воде, прежде всего, определяется активной реакцией этой воды. Как известно, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, формула ее пишется Н20. Поскольку в природе всегда есть слабое электричество, то под его воздействием часть молекул воды распадается на ионы водорода Н+ и гидроксильную группу ОН-. Этот процесс называется диссоциацией. На ионы частично распадаются соли, кислоты и щелочи, растворенные в воде. рН означает содержание в воде образовавшихся от распада под воздействием электричества молекул Н20 ионов Н+ и ОН- и является одним из важнейших показателей состояния воды в аквариуме. Когда содержание ионов Н+ и ОН- в воде равно, говорят, что вода имеет нейтральную реакцию.
В такой воде, согласно принятым международным нормам, на ионы распадается 1 молекула из 10000000. Эту цифру можно выразить как 10-7. Это и есть показатель активной реакции воды. Давать этот показатель ионов принято в десятичных логарифмах, что предполагает обратный знак степени. Показатель активной реакции воды дается по количеству ионов водорода Н+ и называется водородным показателем рН. Шкала показателей рН представляет собой прямую линию от о до 14, где цифра семь означает нейтральную воду, эта цифра еще называется водородным показателем. Влево от водородного показателя идут кислые воды (слабокислая —кислая — сильнокислая), вправо — щелочные (слабощелочная —щелочная — сильнощелочная). Поскольку показатель рН является логарифмической величиной, то изменение рН на 1 единицу означает изменение концентрации ионов водорода в 10 раз, на 2 — в 100 раз и т.д.
Если в ходе реакции одним из продуктов диссоциации оказывается водород, вода приобретает кислотные свойства (кислая вода уменьшает дыхательный обмен), если гидроксильная группа — основные. Щелочность — это суммарное содержание отрицательных ионов, нейтрализующих ионы водорода при добавлении в воду кислоты. Карбонатные и бикарбонатные ионы нейтрализуют увеличение и снижение в воде углекислоты, обеспечивая тем самым стабильность рН. Процессы денитрификации, фотосинтеза и восстановления сульфатов повышают рН, тогда как преобладающие процессы биологического окисления его снижают. Такой параметр как кислотность воды оказывает большое влияние на биохимические и биологические процессы и имеет важное значение в жизни рыб. Ионы в воде являются носителями кислотных или щелочных свойств. Кислотность воды обозначается символом рН (аббревиатура от pondus Hydrogenii).
Выражение рН < 7 указывает на кислую реакцию, а рН > 7 на щелочную реакцию. Нейтральной среде соответствует рН = 7. Кислотность кипяченной водопроводной воды приближается к рН = 7. Дистиллированная вода имеет рН 5,5-6,0, а не, как думают некоторые, рН = 7. В морской воде показатели этой реакции достаточно стабильны (рН 8,1-8,3), в пресной сильно варьируют в зависимости от сезона года и времени суток, они различны и в разных слоях воды. Жизнь в воде возможна в пределах рН 3,5-10,5. Среды с рН < 4,5 и рН > 9,5 являются биологически агрессивными, и их следует считать непригодными для жизни обитателей аквариума. Воды зон умеренного климата обычно дают показатель между 7,5 и 9 — то есть они слегка щелочные. Тропические воды, напротив, обычно имеют показатель рН от 5 до 6,8 — то есть более или менее кислы. Разумеется, бывают исключения. Самые известные из таковых — центральноафриканские озера. В озере Танганьика этот показатель в среднем равен 9,0 (в расположенном южнее озере Малави около 8,4). И хотя река Заир находится от них не так далеко, вода в ней отличается некоторой кислотностью при показателе рН 6,5.
Практически в большинстве случаев в аквариумах показатели рН колеблются в пределах 6,5-8,5. В давно не чищенных, загрязненных аквариумах у дна может быть и рН 5,4. Для содержания большинства аквариумных рыб вода должна быть очень слабокислой, нейтральной или очень слабощелочной рН 5,5-7,5, а для большинства растений нормально чувствуют при рН 6,0-8,0. Для обитателей аквариума существуют определенные, так называемые рН-барьеры, выход за пределы которых, как влево по шкале (в кислую сторону), так и вправо (в щелочную) недопустим. Недопустимо и перемещение обитателей аквариума из одной воды в другую при разнице их показателей рН больше чем на 0,8-1, так как может возникнуть шок у рыб, быстрое или постепенное разрушение тканей растений.
Если рыбы оказываются в воде с критическими значениями рН (сильнощелочной или очень кислой), то у них наблюдаются химические ожоги жабр, слизистых оболочек и кожных покровов. Происходят серьезные нарушения дыхания и обмена веществ, значительно снижаются защитные свойства организма. В результате рыбки могут погибнуть из-за химического ожога или от каких-то других заболеваний, которые немедленно поражают рыб со слабым иммунитетом. Следует помнить, что повышение уровня содержания в воде углекислого газа приводит к изменению водородного показателя в кислую сторону. То есть, при слабой аэрации, особенно после кормления, в воду поступает из-за жаберных крышек рыбок большое количество углекислого газа, который может за короткое время, превратить воду из щелочной в кислую, что наверняка погубит рыбок.
Водородный показатель аквариумной воды оказывает значительное влияние на жизнедеятельность растений. При резких изменениях значения рН могут погибнуть не только рыбы, но и растения. Гибель растений наблюдается обычно при замене старой воды свежей, а также весной и летом, когда увеличивается освещение аквариума, особенно прямыми солнечными лучами. Более сложные растения потому и сложны в содержании, что у них нижний и верхний рН-барьеры незначительно отстоят друг от друга — ведь в текучих водах у них на родине нет таких скачков рН, какие происходят в аквариумах с неподвижной водой.
В тканях растений сдвиги рН приводят к замедлению фотосинтеза и других биохимических процессов, а при критических значениях наблюдается некроз тканей и распад хлорофилла. Необходимо особо подчеркнуть, что рыбки и растения могут получить сильный стресс, химические повреждения и значительно ослабнуть даже при очень кратковременных колебаниях уровня рН в аквариуме. Поэтому, перед тем как выбирать рыбок и растения в аквариум, вы обязаны убедиться в том, что их требования к параметрам аквариумной воды, в том числе и к рН, совпадают.
Величина рН в аквариуме не является стабильной, показатель рН очень подвижен. Значения активной реакции воды, только что налитой из-под крана, отстоянной и аквариумной, взятой на испытания утром и вечером могут отличаться друг от друга. Поэтому однажды измерив, значение рН воды, взятой из-под крана, нельзя считать, что эта величина раз и навсегда установлена для всего вашего аквариумного хозяйства. Дело в том, что на величину рН влияют такие факторы, как наличие свободной углекислоты, являющейся продуктом жизнедеятельности, как рыб, так и растений, диссоциация органических кислот, в том или ином количестве, находящихся в воде, от температуры воды, от освещения, от степени подвижности воды в аквариуме. В связи с этим судить о нем можно только приблизительно. Добиваться абсолютной его точности в аквариуме бессмысленно.
Проследим, как меняется рН в аквариумной воде в течение суток. В процессе дыхания гидробионтов поглощается кислород, окисляются углеводы, выделяется углекислый газ и образуется энергия, используемая для жизнедеятельности. Поступление в воду углекислого газа вызывает ее подкисление. Значит, все гидробионты своим дыханием способствуют снижению показателя рН. Особенно заметно это снижение ночью, когда растения не поглощают углекислоту. Днем, во время световой фазы фотосинтеза, активность потребления углекислоты растениями заметно возрастает. Образуются углеводы и свободный кислород.
Поглощение СО2 растениями при хорошем освещении может идти столь активно, что поступление углекислоты, выдыхаемой теми же растениями и другими обитателями аквариума, не компенсирует потери, что вызывает повышение рН. Значит, ночью рН в аквариуме перемещается по шкале показателей в кислую сторону, а днем — в щелочную. Только ночью, когда из-за недостатка света ассимиляция приостанавливается, растение в процессе диссимиляции не производит кислорода и не нуждается в углекислом газе, а выдыхает его, причем излишек скапливается в бикарбонатах.
Однако потребность растения в кислороде столь незначительна, что рыбы при нормальных условиях в сонном состоянии вовсе не страдают. Отрицательное воздействие может оказывать только перенаселенность резервуара рыбами и переизбыток растений без дополнительной подачи кислорода. Поэтому при длительном ярком освещении с большим количеством растений, интенсивно поглощающими углекислый газ, значение рН может подняться до 9. А ночью, в связи с отсутствием фотосинтеза и выделением СО2 растениями и рыбами при дыхании, может упасть до 6.
Особенно резко изменяются показатели рН в течение суток по слоям воды, если ее постоянно не перемешивать. В верхних слоях во время интенсивного фотосинтеза растений рН может подняться до 10-11, при этом у дна он сохранится стабильным (допустим, около 6,6), а в средних слоях будет колебаться от 6,5 (ночью) до 7,0-8,0 (днем). При рН 10-11 рыбы опускаются в нижние слои, а растения, породившие такое подщелачивание воды, начнут разрушаться в приповерхностных слоях.
В жесткой воде реакция воды более щелочная, а перепады кислотности меньше, чем в мягкой. Мягкая вода резко изменяет кислотность при добавлении незначительного количества кислоты или щелочи. Значение рН в аквариуме подвержено колебаниям, которые связаны с изменением растворенного в воде СО2 и карбонатной жесткостью воды КН. Так, увеличение количества СО2 или снижение КН делает воду более кислой, увеличение КН или снижение СО2 делает ее более щелочной. Колебание показателя рН зависит и от температуры воды: с повышением температуры он снижается. Например, если замерять показатель при 0°С, нейтральной следует считать уже воду не с рН 7, а с рН 7,97 (почти 8). Значит, вода, имеющая рН 7 при 0°С уже будет слабокислая. Особенно заметны колебания рН в мягкой воде с незначительной карбонатной жесткостью.
Причем в реальной практике подщелачивание воды наблюдается крайне редко, а вот снижение рН ниже допустимого уровня получить очень легко. Недостаточная аэрация воды, избыток в воде соединений азота и свободной органики в виде остатков корма и выделений рыб (если у вас недостаточная фильтрация и не регулярная подмена воды, а также частый перекорм рыбы), злоупотребление подкормкой водных растений углекислым газом и т.д. Все эти факторы, конечно вредны и в воде со средней или высокой жесткостью. Но в мягкой воде они с неизбежностью приводят к закисанию среды ниже допустимых границ и к гибели рыб.
Например, при исходном значении 7, через месяц может быть уже 5,8. Спустя месяц при утренних замерах в аквариумах с обильной растительностью можно получить величины порядка 5,0-5,5. В аквариумах с небольшим количеством растений или же вовсе без оных может быть и 4,7, причем круглосуточно. Вода при этом остается, как говорится «чистой и прозрачной», а рыбки в большинстве своём живыми (если только это не малавийские и таньганские цихлиды и живородящие рыбки).
Для пущей строгости добавим, что также известен процесс биогенного подщелачивания воды. Впрочем, наблюдается он не очень часто, а именно в аквариумах с очень большим количеством водных растений, при дефиците СО2. Эффект, опять-таки, угрожающе проявляется в мягкой воде и мало заметен в воде жесткой и средней жесткости. В общем, гидрокарбонат кальция играет в воде роль буфера, препятствующего резким изменениям кислотности. Этот факт является для нас, аквариумистов, очень большим благом.
Изменения рН.
Важно избегать резких колебаний рН. А что можно считать резким колебанием? Отвечая на этот вопрос надо иметь в виду, что по своей сути показатель рН отражает содержание в воде ионов водорода, причем показатель этот логарифмический. Поэтому его изменение на одну единицу соответствует изменению концентрации этих ионов в 10 раз. Так что такое, казалось бы, незначительное — всего на единичку — изменение активной реакции воды может вызвать у рыб стресс. Быстрое (несколько десятков минут) изменение рН на 2 единицы с высокой вероятностью приведет к необратимым изменениям жабр рыб и их постепенному разрушению. Испытав подобную передрягу, рыбы могут погибнуть, причем иной раз это происходит не сразу, а спустя несколько недель. Здесь сказывается разная чувствительность к изменению рН, как у различных видов рыб, так и у отдельных экземпляров внутри вида.
Чтобы снизить резкие колебания, рекомендуется обязательная ночная аэрация воды воздухом, который будет увлекать с собой углекислый газ. Кислород является универсальным окислителем органических соединений, а углекислый газ является фундаментом для роста подводной флоры и одним из основных регуляторов водородного показателя воды — рН.
Помимо прямых последствий, могут быть и косвенные. При изменении уровня рН некоторые растворённые в воде компоненты становятся чрезвычайно токсичными. Например, аммиак становится ещё более ядовитым в щелочной среде. Знаете ли вы, что даже у нитрифицирующик бактерий, которые разлагают аммиак на менее токсичные нитриты
и нитраты, есть свой предел рН, при котором они справляются со своей задачей и вне которого перестают с ней справляться? При уровне рН 7.5-8.6 эти бактерии хорошо работают, но стоит этому уровню начать колебаться ниже или выше, бактерии дают сбой. Изменения рН повлияет и на эффективность лечения или относительную безопасность рыбы при использовании медицинских препаратов во время карантина.
Например, хлорамин-Т становится более токсичным при понижении рН, а вот перманганат калия — наоборот, становится очень ядовитым в щелочной среде. Следите за изменениями уровня рН, и вы всегда будете в курсе того, что происходит в аквариуме, даже если пока этого не видно. Изменения в составе воды сразу же дадут знать, что у вас, например, забился донный фильтр. Как вы это узнаете? Повышенное содержание растворённых в воде отходов ведёт к появлению в воде угольной кислоты, а тот в свою очередь подкисляет воду и понижает уровень рН. Проверьте рН в своих аквариумах, слишком низкие значения будут указывать на то, что вода в аквариумах не подменивается в нужном количестве, либо это делается слишком редко. Конечно, через пару недель вы это и так поймёте по запаху и цвету воды, и тогда проблем будет куда больше.