ReefCentral.ru для iOS
Влияние желтизны воды в аквариуме на ее светопропускание
03.02.2014
Разделы: Химия
Техника
Освещение
Автор: Дана Риддл

Любой серьезно настроенный аквариумист знает, что обслуживание успешного аквариума требует приличного количества времени и приложенных усилий. Думаю, многие согласятся, что время от времени, ввиду нехватки свободного времени мы вынуждены отдавать предпочтение другим занятиям. Иногда в нашем расписании по обслуживанию аквариума пропускается один или два пункта: не производилась подмена воды, не менялся активированный уголь и т.п. Скорее всего, катастрофы не произойдет. Тем не менее, химические и физические процессы в стеклянной коробке будут продолжаться, что приведет к снижению качества воды. Один из заметных результатов несвоевременного обслуживания - пожелтение воды в аквариуме. Это результат гниения водорослей (особенно бурых водорослей), разложения отходов животных, несъеденного корма и т.д., растворяющихся в воде. Формально, желтую воду называют «цветом воды», который вполне достоверно можно измерить как в пресной, так и в морской воде. 
 
image001.jpg
Заглянем в емкости с желтой аквариумной водой (слева) и свежей, искусственной морской водой.
Желтая вода может негативно сказываться на окраске кораллов и протекании процесса фотосинтеза. 

Почему цвет воды важен для аквариумистов? Помимо внешнего вида, известно, что "цвет" выборочно поглощает волны света определенной длины, которые мы называем фиолетовыми и голубыми. Эти области спектра важны для стимулирования фотосинтеза – процесса, ради которого мы прикладываем массу усилий как в пресноводных, так и в рифовых аквариумах. Кроме того, мы знаем, что эти части спектра являются ключевыми для поддержания яркой окраски (как флуоресцентной, так и нефлуоресцентной) многих кораллов. Может ли желтая вода поглощать достаточно фиолетового и голубого цвета, чтобы затруднять процесс фотосинтеза или препятствовать выработке яркой окраски кораллов? В данной статье мы расскажем, как проводились эксперименты и какие выводы были получены в результате исследований. 
 

Определение ослабления потока света

В нашем случае, ослабление потока света определяется как «утрата интенсивности излучения по мере прохождения через воду в результате поглощения или рассеивания». 
 

Ослабление потока света желтой аквариумной водой

Свет описывается как волны от 400 до 700 нм (видимый свет). Замеры PAR (Photosynthetically Active Radiation (фотосинтетически активного излучения), представленного в виде PPFD –Photosynthetic Photon Flux Density (фотосинтетическая плотность фотонного потока), в единицах µmol·m²·second) и спектральных характеристик проводились непосредственно над и под поверхностью воды и далее с интервалом в 2 дюйма до глубины 26 дюймов. 
  
На рисунке 1 демонстрируется ослабление потока света, полученного от лампы накаливания, в желтой воде. Затем процедура была повторена в «прозрачной» морской воде. Поскольку протокол не может соблюдаться точно, простое сравнение полученных показателей PAR не отражает всей ситуации. Более подробно об этом аспекте в разделе «Протокол». 
 
image003.png
Рисунок 1. PPFD на различной глубине. Прозрачная искусственная морская вода. 
 

Сравнение качества света в процентном отношении

Как было сказано выше, простое сравнение PAR, проходящего через образцы «желтой» и «прозрачной» воды, не демонстрирует значимых результатов, тем не менее, полученные значения могут использоваться при дальнейших расчетах. 
  
Когда мы исследуем количество света, пропущенного через каждую полосу спектра (представлено в процентных величинах), появляется определенная закономерность. См. Рисунки 2 и 3. 
 
image005.png
Рисунок 2. Сравнение пропускания света по спектрам на глубине 12 дюймов в «прозрачной» (голубые отметки) и «желтой» (желтые отметки) воде.
Процентные величины основаны на качестве света непосредственно под поверхностью воды и на глубине 12 дюймов. 
 
image007.png
Рисунок 3. Фиолетовый и голубой спектры избирательно поглощаются в желтой воде. 
 

Обсуждение

Результаты демонстрируют, что в желтой воде активно поглощаются фиолетовые и некоторые голубые волны, даже на небольшой глубине, типичной для аквариумов. Эти части спектра играют важную роль в активизации фотосинтеза и окраски кораллов, как флуоресцентной, так и нефлуоресцентной. На Рисунке 4 представлено поглощение частей спектра зооксантеллами, отделенными от жесткого коралла Favia. 

В Таблице 1 представлены части спектра, используемые учеными для стимулирования проявления флуоресцентного белка у кораллов. Если бы список был полный, скорее всего, он свидетельствовал бы о том, что голубой/фиолетовый свет отвечает за окраску (как флуоресцентную, так и нефлуоресцентную) у сотен кораллов. Не забывайте, что фиолетовый/голубой свет также отвечает за активизацию многих флуоресцентных белков у кораллов. 
 
Рисунок 4. Зооксантеллы активно поглощают голубые и красные волны.
Желтая вода избирательно поглощает фиолетовые и голубые волны. 


Таблица 1. Составляющие спектра (длины волн), используемых учеными для стимулирования флуоресцентной окраски морских беспозвоночных.
Организм Белок Активатор Направление Изменения
Acropora millepora amilFP513 UV-A Обратимое 2-х кратное увеличение
флуоресценции
Acropora millepora amilFP594 Blue light @ 488nm ? Красный -> Зеленый
Aequorea victoria GFP Anoxic/anaerobic Conditions/Blue light ? Зеленый -> Красный
Anemonia sculata "Kindling" Protein Green Light (540-560nm) Обратимое/Необратимое Никакой -> Красный
Dendronephthya sp. Dendra Blue Light @ 488nm ? Зеленый -> Красный
Dendronephthya sp. DendFP UV-A at 366nm Необратимое Зеленый -> Красный
Discosoma DsRed Exposure to light at ~ 488nm ? Зелено-голубой->
Оранжевый
Discosoma DsRed Exposure to light at ~570nm ? Красный -> супер красный
Favia favus Kikume UV & Violet (350-420nm) ? Зеленый -> Красный
Lobophyllia hemprichii Eos UV @ 390nm/Violet Light ~400nm ? Зеленый -> Красный
Montastraea annularis * UV/Violet Light ? Зеленый -> Красный
Montastraea cavernosa mcavRFP UV - Violet Light Необратимое Зеленый -> Красный
"Pectiniidae" Dronpa ~490nm to bleach Обратимое Зеленый -> Никакой
Ricordea florida rfloRFP UV/Violet Light ? Зеленый -> Красный
Trachyphyllia geoffroyi Kaede/tgeoRFP UV - Violet Light (350-410nm) Необратимое Зеленый -> Красный


Пожелтение воды аквариуме может иметь место в связи с недостаточным или несвоевременным уходом за аквариумом. Хорошо известно, что некоторые источники света (металлогалогенные и флуоресцентные лампы) стареют, т.е. утрачивают интенсивность, а также спектральные качества (особенно, фиолетовый и голубой спектры) по мере использования. При недостаточном уходе за аквариумом, старые лампы с недостаточным фиолетовым/голубым спектром в сочетании с желтой водой (поглощающей преимущественно эти части спектра) могут стать причиной возникновения проблем с некоторыми кораллами. Вполне возможно, что избирательное поглощение фиолетового и голубого света в желтой воде может влиять на окраску и здоровье беспозвоночных-симбионтов, особенно если условия, такие как спектральные качества и интенсивность изначально были пограничными. 

Для тех, кому интересно, далее приводится подробное описание определения характеристик света, цвета воды и взвешенных частиц. 

Протокол эксперимента

Пятьдесят пять галлонов (US) воды были помещены в 60-галлонный бак из черного пластика. Верхнюю панель бака сняли, чтобы получить доступ к воде. Специально разработанный зажим их ПВХ и ХПВХ труб удерживал соединительный шнур спектрометра под углом 45 градусов к Spectralon 99% эталону коэффициента диффузного отражения (Labsphere, Sutton, New Hampshire, USA), а также квантовый датчик Li-Cor. Труба ПВХ удерживалась на месте через отверстие в деревянном бруске размером 2"x4". Такое устройство позволяло поднимать и опускать приспособление в бак. Выравнивание проводилось по контрольным отметкам, а вертикально расположенная труба была размечена с интервалом в 1 дюйм. См. Рисунок 5. Процедура проводилась ночью, при этом для тестирования «желтой» и «прозрачной» воды использовался один источник света – 200-ваттная лампа накаливания. 
 
image011.jpg
Рисунок 5. Наука иногда выглядит непривлекательно.
Скользящий зажим удерживает соединительный шнур спектрометра, эталон Spectralon и квантовый датчик.
Лампа накаливания удерживается на месте при помощи другого зажима. 
 
Прозрачная вода (свежезамешанная соль Instant Ocean разводилась водой из под крана, прошедшей обратный осмос, затем была отфильтрована через фильтр Marineland Magnum с 8-микронным картриджем) и желтая вода исследовались на наличие взвещенных твердых частиц, летучих взвешенных твердых частиц и мутность. Кроме того, пропускание света измерялось через столб воды и показания PAR снимались с интервалом в 2 дюйма. Значения PAR определялись при помощи регистратора данных Li-Cor LI-1400 (Lincoln, Nebraska, USA), оснащенного погружным сенсором 2-pi. По мере необходимости проводилась калибровка инструмента на «воздух» и «воду». Спектральные характеристики определялись при помощи спектрометра Ocean Optics (Dunedin, Florida, USA) USB2000. Показания спектрометра корректировались на «электро-темноту» и записывались после 50 средних значений. Полученные данные были обработаны при помощи программы SpectraSuite от Ocean Optic и передавались в MS Excel для дальнейшего анализа.
     
Вода в аквариуме была «состарена» в течение нескольких месяцев без фильтрации (за исключением контроля за содержанием питательных веществ при помощи нескольких пучков водорослей Chaetomorpha в сампе); в результате, вода даже на глаз была очевидно «желтой». 

В качестве источника света при проведении эксперимента использовалась лампа накаливания, которая была выбрана благодаря отсутствию резких скачков света. См. Рисунки 6, 7 и 8. 
 
image013.png
Рисунок 6. Спектральные характеристики лампы накаливания.
Данный график был получен при помощи программы SpectraSuite от Ocean Optic. 
 
image015.png
Рисунок 7. Разбивка спектра 100-ваттной лампы накаливания. 
 
image017.png
Рисунок 8. Качество спектра лампы накаливания с разбивкой спектра на полосы шириной 10nm. 
 
Этот весьма утомительный процесс был проведен с образцами «прозрачной» и «окрашенной» воды с интервалом глубины в 2 дюйма. Табличные данные со спектрометра и программы SpectraSuite переводились в MS Excel, где подсчитывались интенсивность полос света шириной 10нм, процентные и прочие величины. 
 

Настоящий и видимый цвет образцов воды 

Цвет воды (или желтизна) может быть измерен при помощи компаратора, колориметра или спектрометра. Шкала была представлена от 0 до 500 платинокобальтовых единиц. В работе Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (1998) описываются следующие методы определения настоящего и видимого цвета воды. Видимый цвет описывает цвет неотфильтрованного образца, где взвешенные вещества влияют на показатели. Настоящий цвет определяется после удаления этих веществ в результате фильтрации. О цвете можно визуально судить при помощи эталонов (платина/кобальт эталон, где 1 мг/л KPtCl6/CoCl2·6H2O = 1 Pt-Co цветовая единица, где платина - ион хлороплатината). Спектрофотометр Hach 2010 (при использовании освещения 455 нм и измерении пропускания света на глубине 2.5 см) использовался для определения настоящего и видимого цвета воды. 
  
Были взяты образцы воды из аквариума, которые сравнивались с образцами свежезамешанной искусственной морской воды. Искусственная морская вода замешивалась при помощи погружного насоса в течение 24 часов. Затем насос вынимали и раствор отстаивался в течение нескольких дней. В аквариуме подмены воды не проводились в течение нескольких месяцев, использовался рефугиум с водорослями Chaetomorpha и нисходящий скиммер для фильтрации. В аквариуме появилось небольшое количество неидентифицированных бурых водорослей, которые служили естественной пищей для единственного желтого хирурга (Zebrasoma flavescens). Образец из аквариума может считаться приближенным к самому «тяжелому (в плане состояния воды в аквариуме)» случаю, а образец искусственной морской воды – «оптимальный» вариант. Эти образцы были отправлены в лабораторию и проанализированы на «видимый цвет» (образцы не были отфильтрованы) и «настоящий цвет» (после того, как образцы были отфильтрованы при помощи 0.45-микронного фильтра). 
  
Внешне, аквариумный экземпляр был желтоватого цвета, тогда как образец свежезамешанной морской воды казался прозрачным. На Рисунке 9 представлены результаты. 
 
image019.png
Рисунок 9. Цветовая шкала 0-500 единиц. Цвет обоих образцов был не очень насыщенным,
но желтизна аквариумной воды была заметна невооруженным глазом. 
 
Цвет воды неизменно усиливается при более высоких значениях уровня pH; согласно Standard Methods, необходимо знать уровень pH одновременно с насыщенностью (интенсивностью) цвета воды. Так, в образце аквариумной воды уровень pH был 8.18, а в образце свежеприготовленной и отфильтрованной воды - 8.02. 
 

Определение взвешенных твердых частиц

Взвешенные твердые частицы играют решающую роль в плане прозрачности воды, поскольку они способны поглощать свет, или рассеивать его, не допуская его дальнейшего проникновения на глубину.

Протокол для определения общего количества взвешенных твердых частиц и летучих взвешенных твердых частиц был следующий. Известный объем образцов был пропущен через предварительно обработанные и взвешенные стекловолоконные фильтры с ячейками 1.5 микрона. Они высушивались в течение часа при температуре 103C. Затем фильтры еще раз взвешивались, полученные данные использовались в следующей формуле:

a-b / объем образца (мл)*1,000
где: a = фильтр + масса удерживаемых твердых частиц (мг), b = масса фильтра (mg)

Летучие вещества определялись следующим образом: Фильтры были помещены в муфельную печь при температуре 550C на 20 минут. После охлаждения в течение нескольких минут в сушильном шкафу (испарителе), фильтр взвешивался и использовалась следующая формула:

a-c / объем образца (мл)*1,000
где: a = фильтр + масса удерживаемых твердых частиц (мг), c = фильтр + масса удерживаемых фильтром твердых частиц после обработки при высокой температуре (мг).

На Рисунке 10 представлены результаты. 
 
image021.png
Рисунок 10. Общее количество взвешенных твердых частиц и летучих взвешенных частиц. 


Первоисточник: advancedaquarist.com   
Переведено специально для ReefCentral.ru   
Если вы увидели этот материал на другом сайте - значит, он был украден.   
Просим сообщать о замеченных фактах на info@reefcentral.ru




Количество показов статьи: 5650