ПОТРЕБЛЕНИЕ CO2 РАСТЕНИЯМИ

[M.D.Jeorgick]

ПОТРЕБЛЕНИЕ CO2 РАСТЕНИЯМИ

Растворимый неорганический углерод в пресной воде имеется в четырех различных формах, находящихся в динамическом равновесии друг с другом - это углекислый газ (CO2), углекислота (H2CO3), гидрокарбонаты (HCO3-) и карбонаты (CO32-). Суммарное содержание этих веществ в значительной степени определяет буферную ёмкость пресных вод, а их соотношение друг с другом в значительной степени определяет pH.

Водные растения способны потреблять углерод в двух формах: как растворенный CO2 и как анион HCO3~. Все растения могут потреблять углерод в форме CO2. Этот процесс пассивен, не требует затрат энергии и осуществляется путем диффузии из внешней среды в ткань растения. CO2 будет поглащаться тем быстрее, чем больше разница в его концентрации между водой и тканями растения и чем короче растояние, на котором
происходит выравнивание концентраций.

Таким образом если во внешней среде происходит увеличение содержания углекислого газа, то увеличивается и его потребление растениями. Концентрация CO2 в воздухе и воде приблизительно равна 0,5 мг/л. Углекислый газ очень хорошо растворим в воде, однако его диффузия в воде идет приблизительно в 10'000 раз медленнее, чем в воздухе. В стоячих водах это обстоятельство сильно затрудняет потребление CO2. В проточных же водах газ диффундирует лишь через, так называемый, "поверхностный слой" (или границу Прандтла). Это непосредственно прилегающий к поверхности растения обусловленный силами трения крайне тонкий слой, в котором вода неподвижна даже при самом сильном течении. Его толщина приблизительно 0.5 мм, однако это в 10 раз толще, чем у наземных растений. Как результат - требуется приблизительно 30 мг/л свободного CO2, чтобы удовлетворить фотосинтетическую потребность субмерсных водных растений. Течение постоянно приносит с новой водой и новые молекулы CO2, чем поддерживается его концентрация в окружающей среде. Однако известно, что многие растения хорошо растут и в стоячей, и в щелочной воде, где потребление растворенного CO2 весьма проблематично.

Водные растения приспособились к ограниченному количеству CO2 несколькими способами. Многие виды имеют мелкорассеченные листья. Это увеличивает отношение их площади поверхности к объему и уменьшает толщину поверхностного слоя. Водные растения имеют обширные воздушные каналы, называемые аэренхимой, которые позволяют газам двигаться свободно по всему растению. Это дает возможность, перегонять в листья и ассимилировать CO2, который поступит внутрь растения даже при получении его некоторыми видами растений из грунта при помощи корней. Наконец, многие виды водных растений способны фотосинтезировать используя гидрокарбонаты наравне с CO2. Это важное приспособление в щелочных водах при pH между 6,4 и 10,4, когда большинство растворимого неорганического углерода существует в форме гидрокарбонатов.

Было выяснено, что при возникновении белого налета на поверхности листьев растений рН воды с верхней стороны листа щелочное, а с нижней слабокислое. Было высказано предположение, что подобное явление связано с потреблением иона HCO3~. При наличии отрицательного
заряда этот ион уже не может диффундировать в ткань листа подобно CO2. Для этого нужен специальный механизм активного переноса, получивший название "протонового насоса". При этом растение в основном за счет световой энергии транспортирует на внешнюю нижнюю сторону листа H+-ионы сдвигая там рН в кислую сторону и как следствие баланс HCO3~/CO2 в сторону последнего. Полученный таким образом углекислый газ диффундирует в ткань листа.

Одновременно с транспортом протонов идет и перенос OH~-ионов на внешнюю верхнюю сторону листа. Здесь рН повышается, что приводит к выпадению в осадок соединений типа MeCO3 в виде белого налета.

Вцелом процесс потребления HCO3~ менее эффективен чем поглощение CO2 из-за своей энергетической зависимости. Очевидно растения выработали его как приспособление к существованию в щелочных стоячих водах. Растения же кислых проточных вод такого механизма не имеют либо, как
минимум, отдают предпочтение поглощению CO2.

В нейтральных до слабощелочных водах с низкой карбонатной жесткостью (а следовательно и с малым количеством CO2 и HCO3~) большинство растений растет крайне плохо.

Аквариумист может добиться улучшения доставки CO2 водным растениям двумя способами. Во-первых, можно увеличить степень перемешивания воды в аквариуме. Это уменьшит толщину пограничного слоя и будет гарантировать, что уровни CO2 в воде и воздухе находятся в равновестном состоянии. Этот метод недорог, легко осуществим и в большинстве случаев дает положительный эффект.

Во-вторых, CO2 может быть введен в аквариум. Это - более дорогое удовольствие и при выполнении ненадлежащим образом может приводить к гибели рыб. Однако этот метод становится единственно возможным при культивировании растений полностью неспособных использовать гидрокарбонат (например, виды рода Cabomba).

[Aleshka]

В нейтральных до слабощелочных водах с низкой карбонатной жесткостью (а следовательно и с малым количеством CO2 и HCO3~) большинство растений растет крайне плохо.


Privet!A u menja, sootvetstvenno takoj vpolne konkretnyj vopros.A 4to budet proishodit v nejtralnoj vode s vysokoj karbonatnoj zhestkost'ju?(voda izna4alno pH 8,4,no esli kak nibud iskustvenno ponizit pH)
Spasibo!

[Кокан]

На эту статью никто не реагировал с момента её публикации. В ней много неточностей, вернее несовсем корректных формулировок. Некоректные формулировки вызывают непонемание у читателя. Автор может прекрасно разбираться в материале и понимать то, о чем он пишет, но к сожалению, не все заботятся о том, поймут ли его читатели. Я не имею в виду те случаи, когда автор недомолвками специально провоцирует читателей изучить вопрс самостоятельно или вступить в дискуссию.
Хочу обратить внимание на неточности в этой статье.

Растворимый неорганический углерод в пресной воде имеется в четырех различных формах, находящихся в динамическом равновесии друг с другом - это углекислый газ (CO2), углекислота (H2CO3), гидрокарбонаты (HCO3-) и карбонаты (CO32-).

1.На самом деле, не растворимый углерод, а растворённые углерод содержащие ионы. Это просто несовсем корректная формулировка.
2.Во всех приведенных ионах углерод находится не в четырёх разных формах, а в одной и той-же форме -- углерод со степенью окисления +4. Это уже грубая ошибка.
3.Буферную ёмкость пресных вод определяет только содержание в расстворе солей сильных оснований и слабых кислот. Слабые кислоты в водоёмах представлены в основном углекислотой, а сильные основания щелочными и щелочноземельными металлами. Само по себе суммарное содержание этих веществ((CO2) углекислота (H2CO3), гидрокарбонаты (HCO3-) и карбонаты (CO32-)). ни как не определяет буферную ёмкость пресных вод.
4.Автор упустил одну существенную деталь -- свободный оксид углерода (СО2) в расстворе находится в мизерных количествах, когда пишут о растворённом в воде СО2 имеют в виду именно кислоту Н2СО3 и именно она усваивается ратениями в процессе фотосинтеза. Этот факт ставит подводные растения в более выгодное положение (в условиях фотосинтеза) в сравнении с сухопутными, нет необходимости транспортировать воду из грунта к листьям.

Вцелом процесс потребления HCO3~ менее эффективен чем поглощение CO2 из-за своей энергетической зависимости

5.Фотосинтез это по сути процесс окисления коислорода (О2-/О) и восстановления углерода (С4+/С4-). Процесс этот уникален своей высочайшей энергоёмкостью, по этому сравнивать энергозависимость "процесса потребления HCO3~ и поглощение CO2" нет смысла (существенной разницы нет).
В условиях природных водоёмов рН воды определяется прежде всего буферной ёмкостью этот показатель говорит о том, какое колличество кислоты необходимо добавить в воду, чтобы сдвинуть рН в кислую сторону. Если искуственно снизить рН, то снизится и буферная ёмкость (а точнее станет нулевой) а поскольку в природных водоёмах б.ё. определена в основном наличием карбонатов и бикарбонатов (и сильных иснований) то снизится и карбонатная жёсткость. Сильные основания будут связаны уже не с карбонат анионами, а с остатками сильных кислот. При этом высвободится определённое количество свободной углекислоты, что на каое-то время облегчит условия фотосинтеза растениям.
Вообще в водах с низкой какрбонатной жёсткостью, а следовательно и буферной ёмкостью, свободной углекислоты может существовать гораздо больше, чем в воде с высокими этими показателями. Растворимость СО2 значительно выше в нейтральной и кислой среде, чем в щелочной.
Сложность с питанием при использовании для фотосинтеза HCO3~иона связана именно с изменением рН в щелочную сторону в области листа, что затрудняет дальнейшую диффузию углекислоты, или HCO3~ионов в эту область.
В водах с низкой карбонатной жесткостью плохо растут только те растения, которые плохо переносят резкие колебания рН в незначительных пределах, а таких очень немного.

[Aleshka]

Благодарю вас за столь подробный ответ!
А как может быть так,что вода при высокой пХ имеет имеет низкую карб.жесткость?
ЗЫ:Это навеяно прочитанным,но не касается его напрямую...

[Кокан]

Очевидно, при высоком рН.
Это вообще может зависить от того, как вы измеряете карбонатную жесткость. Т.е. смотря что имеется в виду карбонатная жесткость или буферная ёмкость, все тесты на карб. жесткость измеряют на самом деле буферную ёмкость.

[Aleshka]

Ja vidimo tormozu,no ne pojmu nikak....
Vzaimozavisimy pH i karbonatnaja zestkost ili net?
I esli zavisimy,to ja polagaju,4to zavisimost' prjamaja...
Ili vse taki mozet byt,4to pH nizkaja,a karbonatka vysokaja;i ,naoborot,pH vysokaja,a karbonatka nizkaja?

[Артем Мищенко]

Прямой зависимость назвать трудно, но зависимость есть! И правильно Кокан сказал про тесты. У нас если дедовскими методами мерить, kH <4, а серовскими kH>10!

[Кокан]

Артем Мищенко. Ничего понять не могу это видимо ошибка в расчётах (ну типа градусы с грммэквивалентами перепутали) суть в том, что тесты измеряют буферную ёмкость, и она приведена к общему знаменателю с кН. По этому это соответствует истине, только тогда когда общая жесткость больше эквивалентного содержания карбонат анионов, в противном случае (это часто бывает в воде с низкой общей жёсткостью) может получиться так, что общая (постоянная) жёсткость ниже, чем измеренная тестами карбонатная (временная).
Численное значение рН не зависит на прямую только от карбонатной жёсткости, но при высокой карбонатной жесткости рН будет скорее в щелочном диапазоне, а при низкой - может сильно колебаться и в аквариумах с больщим коллич. растений и ярким освещением, при условии отсутствия в воде гуминовых кислот, может быть утром кислой, а вечером щелочной. Если вода с низкой кН старая она будет стабильно кислой. Если в воду с низкой кН добавить соды она станет щелочной, но тесты будут теперь показывать высокую кН.

[akuz]

может получиться так, что общая (постоянная) жёсткость ниже, чем измеренная тестами карбонатная (временная).

2 Кокан:
вот у меня как раз така фигня (kh=8-9, dh=4-5). и шо бы это могло значить?

[Артем Мищенко]

2 Кокан Может и так, я мерял только серовскими, а народ по жданову. Чо он там мерял, нескажу!
2 akuz А чо тебя смущает? Купи книгу "Техническое оснащение аквариума", там подробно обо всем! Книга - И написано для таких чайников, как я!

[Кокан]

Да, книга супер!

[smirnoff_No21]

Допис від Кокан

4.Автор упустил одну существенную деталь -- свободный оксид углерода (СО2) в расстворе находится в мизерных количествах, когда пишут о растворённом в воде СО2 имеют в виду именно кислоту Н2СО3 .

Вот это и нет. "Угольная кислота" в растворе как раз на 99,9...% находится в виде именно молекул СО2.
Если бы это было не так, то по силе угольная кислота была бы примерно сравнима с серной. Наблюдаемая же константа ионной диссоциации угольной кислоты - на 4 порядка ниже теоретической. Почему же? Именно потому, что кроме ионной диссоциации у.к-та подвержена ещё и диссоциации неионной, на воду и СО2, и равновесие этой реакции смещено в сторону продуктов диссоциации. В результате концентрация продуктов ионной диссоциации уменьшается на эти самые 4 порядка. Вот и выходит фокус, что у.к-та - на самом-то деле сильная кислота, а наблюдаемая её слабость обусловлена просто её термодинамической нестабильностью.
_______________________
Кстати, то же самое касается и некоторых других "слабых" кислот и оснований, например, сернистой кислоты (совершенно аналогично угольной) и так называемого "гидроксида аммония", который в р-ре точно так же почти нацело распадается на воду и аммиак.

[naman]

Проект закрыт.

[naman]

Проект закрыт.

[M.F.]

Допис від Aleshka

В нейтральных до слабощелочных водах с низкой карбонатной жесткостью (а следовательно и с малым количеством CO2 и HCO3~) большинство растений растет крайне плохо.


Privet!A u menja, sootvetstvenno takoj vpolne konkretnyj vopros.A 4to budet proishodit v nejtralnoj vode s vysokoj karbonatnoj zhestkost'ju?(voda izna4alno pH 8,4,no esli kak nibud iskustvenno ponizit pH)
Spasibo!

Возмите раствор питьевой соды и добавьте уксусной кислоты до нейтрального pH ... вот примерно тоже произойдёт .