Twardość wody

Twardość wody

Jednym z podstawowych parametrów fizykochemicznych wody mających bardzo duży wpływ na powodzenie w uprawie wielu gatunków roślin wodnych, a zwłaszcza tych zaliczanych do trudnych lub określanych jako „kapryśne” jest twardość wody.
Miarą twardości wody jest oN w/g powszechnie stosowanej niemieckiej skali.
1 oN = 0,01grama węglanu Ca i Mg na 1 litr wody.
W akwarystyce wody dzieli się na :
bardzo miękkie w przedziale 0 – 5 oN stosowane do rozmnażania niektórych gatunków ryb oraz uprawy roślin takich jak kabomby, aponogetony.
miękkie w przedziale 5 – 10 oN najczęściej stosowane do hodowli ryb i uprawy większości submersyjnych gatunków roślin.
twarde w przedziale 10 –20 oN stosowane do hodowli niektórych ryb i uprawy roślin.
bardzo twarde powyżej 20 oN stosowane rzadko, tylko w określonych przypadkach i mało przydatne dla potrzeb akwarystyki.
Chociaż pospolite gatunki roślin uprawiane w małych akwariach, w których nie stosuje się dokarmiania roślin dwutlenkiem węgla w wodach twardych i bardzo twardych rosną lepiej!
Dla potrzeb akwarystyki twardość wody w praktyce dzieli się na twardość ogólną – TwO i twardość węglanową – TwW a dostępne testy przeznaczone są do określania właśnie tych parametrów twardości wody.
W Polsce woda wodociągowa zwykle nie nadaje się dla potrzeb akwarystyki a jej twardość ogólna często sięga wartości 30 oN, natomiast twardość węglanowa zazwyczaj stanowi połowę wartości TwO.
Woda w naszych krajowych jeziorach zazwyczaj jest niezbyt twarda i rzadko przekracza
10 oN, natomiast w strefach tropikalnych i subtropikalnych najczęściej występują wody miękkie co związane jest z dużą ilością opadów deszczu. Nie jest to regułą i w różnych strefach klimatycznych roczne wahania twardości wody mogą być bardzo znaczne lub też w określonych zbiornikach wodnych można spotkać wody o znacznej i niezmiennej twardości w ciągu roku.
O twardości ogólnej wody decyduje głównie ilość zawartych w wodzie węglanów wapnia
CaCO3, węglanów magnezu MgCO3 oraz dolomitu MgCO3 CaCO3 – są to związki bardzo słabo rozpuszczalne w wodzie tworzące zawiesinę ulegającą wytrącaniu na przykład podczas gotowania osadzający się „kamień”,
W akwarium również można dostrzec wytrącanie się węglanów najczęściej w miejscach o zwiększonym przepływie wody a więc na szybach lub przedmiotach w pobliżu pomp i przewietrzaczy. Oprócz węglanów na szybach i przedmiotach w akwarium osadzają się
Również, trudno rozpuszczalne sole.
O twardości węglanowej decyduje zawartość rozpuszczonych w wodzie wodorowęglanów głównie wapnia Ca(HCO3)2 i magnezu Mg(HCO3)2.
Jak już wspomniałem podstawowe testy określają zawartość w wodzie węglanów i wodorowęglanów ale w szczególnych przypadkach bada się również twardość całkowitą, na którą oprócz TwO i TwW składają się również sole, chlorki, siarczki i wodorotlenki.
Dla naszych potrzeb zajmiemy się tylko TwO i TwW.
Przeglądając opisy roślin akwariowych obok innych parametrów wody, w których występują podawana jest jej twardość najodpowiedniejsza dla danego gatunku. Dane te są jak najbardziej prawdziwe, ale nierzadko pochodzą z bardzo odległych w czasie sporządzonych nawet kilkadziesiąt lub „set” lat temu przez biologów, odkrywców zajmujących się katalogowaniem odkrywanych roślin i nie zawierają informacji o zmianach w twardości wody zachodzących w ciągu roku.
Okresowe zmiany twardości wody w naturalnych zbiornikach są zjawiskiem naturalnym i powszechnie występującym w mniejszym lub większym stopniu w większości środowisk wodnych a ich wpływ na fizjologię roślin nie jest bez znaczenia.
Zmieniające się wartości Tw związane są ze zmianami poziomu wód w rzekach i jeziorach uzależnionymi od ilości opadów deszczu i rozkładem temperatur w poszczególnych porach roku.
Niska temperatura, podwyższony odczyn pH oraz wzrost twardości węglanowej sprzyja procesowi przemiany zmagazynowanej w roślinach – a właściwie w bulwach, kłączach i nasionach – skrobi na cukier, co zapoczątkowuje rozwój, przebudzanie się roślin po okresie zimowego spoczynku.
Wraz z okresowymi zmianami twardości wody następują również zmiany odczynu pH, który najczęściej przyjmuje wyższe wartości w wodach twardszych.
Dla wielu gatunków roślin wodnych takie okresowe zmiany twardości wody nie mają większego znaczenia, wynika to z ich naturalnych zdolności przystosowawczych oraz z faktu, że wiele gatunków jest uprawiane w sztucznych warunkach od dziesiątek lat i krzyżowane w obrębie danej grupy gatunkowej, co spowodowało zwiększenie tolerancyjności w stosunku do ich środowiska życiowego.
W przypadku tak zwanych roślin trudnych w uprawie przestrzeganie pewnych zasad stanowi klucz do sukcesu, a w przypadku akwarystyki jest jeszcze sporo do zrobienia, aby poznać i zaaklimatyzować w akwariach rzadkie i często już ginące gatunki roślin.
Starsi akwaryści pamiętają zapewne pojawienie się w handlu kilkadziesiąt lat temu ryby nazwanej „Skalarem” , której utrzymanie przy życiu nie tylko ze względu na brak dostępnych środków technicznych graniczyło z cudem. Dzisiaj skalar hodowany i rozmnażany w sztucznych warunkach jest rybą „twardą”, odporną na różne niekorzystne czynniki środowiskowe, dobrze czuje się w wodach miękkich jak i twardych, rzadko choruje i chętnie przystępuje do tarła.
Analogicznie jak w przypadku skalara pewne gatunki roślin doskonale przystosowały się do zmiennych warunków środowiskowych natomiast niektóre gatunki roślin trudnych w uprawie bez ingerencji człowieka w ich fizjologię na poziomie dostępnych środków chemicznych bądź w skrajnych przypadkach inżynierii genetycznej nigdy nie będą mogły się rozwijać w warunkach odbiegających od ich naturalnych siedlisk.
Jako przykład może posłużyć porównanie wymogów pH podłoża dwóch roślin lądowych a mianowicie szlachetnej róży rosnącej w bardzo wąskim przedziale pH od 6,2 do 6,5 z wszędobylskim perzem, który doskonale radzi sobie z odczynem podłoża od 4,0 do 9,0.
Innym bliższym przykładem może być występowanie ryb w środowiskach wodnych o różnym odczynie pH i tak na przykład okoń i szczupak może żyć w bardzo szerokim zakresie pH 4,5 – 9,0 natomiast płoć toleruje środowiska zaledwie w przedziale pH 6,0 – 8,0 a hodowany w akwariach piskorek sumatrzański ginie w wodzie o pH poniżej 6,0.
Wprawdzie powyższe informacje powinny się raczej znaleźć w rozdziale „pH wody”, lecz jak już wspomniałem odczyn jest ściśle powiązany z twardością wody i dlatego też zmieniając jeden z parametrów – twardość wody należy pamiętać o korekcie pH w myśl zasady im wyższa Tw tym wyższy współczynnik pH.. Ma to związek z pobieraniem przez rośliny CO2 oraz soli mineralnych.

Wracając do tematu tolerancji roślin wodnych, na TwO i TwW można z całą pewnością stwierdzić, że takimi „szlachetnymi różami” są kabomby, aponogetony i barklaje, które oprócz utrzymania TwO i TwW w określonym wąskim zakresie wymagają jeszcze niewielkiej korekty twardości wody wraz ze zmianami okresów lata i zimy.
Wpływ twardości wody na rośliny i ryby

Ilość rozpuszczalnych i nie rozpuszczalnych w wodzie związków decydujących o jej twardości ma istotne znaczenie zarówno dla roślin jak i ryb, chociaż skutki najczęściej zbyt dużej twardości nie muszą być od razu widoczne lub też kojarzone właśnie z twardością.
W wodach twardych występuje znacznie więcej bakterii niż w wodach bardzo miękkich – liczby te mogą się wahać od kilku sztuk do kilkuset tysięcy bakterii na 1cm3 wody.
Wśród występujących w wodzie bakterii spotyka się te „pożyteczne” pomagające utrzymać równowagę biologiczną oraz chorobotwórcze, groźne dla ryb i roślin.
Przy niewielkiej liczbie chorobotwórczych bakterii zarówno ryby jak i rośliny same sobie radzą i w miękkich wodach chorują rzadko, natomiast w bardzo twardych wodach zazwyczaj w akwarium ciągle dzieje się coś złego, chorują ryby, giną rośliny a opiekunowie pozostają bezradni. Stosowanie w akwarystyce miękkiej, odpowiednio przygotowanej wody rozwiązuje bardzo wiele problemów związanych z chorobami ryb i roślin.
Innym ważnym elementem jest wzajemne oddziaływanie na siebie komórek żywych organizmów z otoczeniem, czyli wodą o określonej twardości. Są to relacje związane z utrzymaniem właściwego stężenia soli mineralnych w komórkach roślin i ryb, pobierania tychże soli z wody i oddawania z powrotem do otoczenia. Działają tutaj pewne prawa chemiczne – dyfuzja soli mineralnych z ośrodka o wyższym stężeniu do niższego lub odwrotnie, z którymi muszą sobie radzić organizmy wodne.
W akwariach napełnionych twardą wodą można zaobserwować zjawisko osadzania się „kamienia” na szybach a co gorsze na liściach roślin. Rośliny są szorstkie w dotyku a na powierzchni liści widoczny jest osad.
Niektórym roślinom osad w postaci węglanów zbytnio nie przeszkadza, co związane jest z budową aparatów szparkowych służących do oddychania i pobierania soli mineralnych przystosowanych do trudnych warunków środowiska wodnego.
Natomiast inne gatunki roślin mają taką budowę aparatów szparkowych oraz błon komórkowych, która uniemożliwia im funkcjonowanie w twardej – a więc jak by to określić obrazowo – gęściejszej wodzie.
W takiej twardej wodzie o dużym stężeniu węglanów aparaty szparkowe służące do wymiany gazowej oraz błony komórkowe umożliwiające wymianę soli mineralnych u delikatnych roślin wodnych zostają zatykane, co w bardzo krótkim czasie prowadzi do śmierci roślin.
Jednym z bardziej obrazowych przykładów jest kabomba, która toleruje wodę o twardości ogólnej nie przekraczającej 4oN. W tak miękkiej i jednocześnie czystej, wolnej od zawiesiny i glonów wodzie rozwija się bardzo ładnie tworząc wspaniałe girlandy, przy dobrym oświetleniu silnie rozrasta się i zakwita. Przy wzroście TwO już o 1- 2 oN rozwój roślin zostaje wyraźnie zahamowany a dalszy wzrost TwO powoduje wyginięcie kabomby.
Podobna sytuacja występuje przy uprawie onowodków – ale to już inny rozdział.

Twardość węglanowa

W przeciwieństwie do trudno rozpuszczalnych węglanów stanowiących TwO, twardość węglanowa a więc rozpuszczalne wodorowęglany mają nieco inne znaczenie dla roślin wodnych oraz samego środowiska wodnego.
Twardość węglanowa, która w naturalnych zbiornikach wodnych zazwyczaj stanowi połowę lub więcej twardości ogólnej nazywana również twardością przejściową to głównie wodorowęglany wapnia i magnezu – Ca(HCO3)2 i Mg(HCO3)2 określane też jako kwaśne węglany wapnia i magnezu.
Wodorowęglany lub „jak kto woli” kwaśne węglany działają buforowo na środowisko wodne oraz stanowią źródło dwutlenku węgla w formie jednozasadowego kwasu węglowego dla roślin.

Na czym polega buforowość ?

Przypomnienie z rozdziału „współczynnik Ph wody”.
Buforowość środowiska wodnego polega na jego zdolności utrzymywania współczynnika pH na stałym poziomie a zawarte w wodzie wodorowęglany należą do związków o silnych właściwościach stabilizujących jej odczyn.
Oprócz wodorowęglanów wapnia i magnezu również stosowana do alkalizacji wody soda oczyszczona NaHCO3 – kwaśny węglan sodu – posiadają w wodzie właściwości buforowe, inaczej stabilizacyjne, w uproszczonym tłumaczeniu i pominięciu szeregu reakcji chemicznych dzięki właściwością stosunkowo łatwego oddawania bądź przyjmowania protonu wodoru H+. Wodorowęglany w środowisku kwaśnym przyjmują odczyn zasadowy natomiast w środowisku zasadowym odczyn kwaśny, przez co zmieniają a więc stabilizują współczynnik pH w wodzie.
Rozpad i łączenie się wodorowęglanów w środowisku wodnym są reakcjami związanymi z obiegiem dwutlenku węgla oraz soli i mają charakter odwracalny to znaczy, że mogą przebiegać w obu kierunkach.
Dla przykładu:
NaHCO3  HCO3- + Na+ wodorowęglan  jon+ metalu + kwas
Na+ + OH-  NaOH jon+ metalu + jon wodorotlenkowy –  zasada
HCO3- + H+  CO2 + H2O kwas + proton H+  CO2 + woda (CO2 jest kwasem)
Ca(HCO3)2  2Ca+ + HCO3- wodorowęglan  jony+ metalu + kwas
Ca2+ +2(OH-)  Ca(OH)2 jony+ metalu + jon wodorotlenkowy –  zasada
Cząsteczki wodorotlenkowe OH- , jony H+ oraz jony metali występują w każdym środowisku wodnym i każda reakcja łączenia się lub rozpadu prowadzi do zmian współczynnika pH.
Z tych powodów obecność w wodzie wodorowęglanów jest niezbędna.
Delikatne rośliny bardzo dobrze tolerują wody o bardzo małej zawartości węglanów (TwO) i nienaturalnie dużej zawartości wodorowęglanów (TwW).
Na przykład kabomba lub młode sadzonki onowodków doskonale rozwijają się w wodzie o
twardości ogólnej 1-2 oN i twardości węglanowej około 10 oN.
Twardość węglanowa określana jest jako przejściowa, ponieważ w akwarium bardzo często samoistnie spada do zera. Określenie „samoistnie” jest w tym przypadku niewłaściwe, ponieważ sprawcami spadku TwW są rośliny.
Podczas procesu fotosyntezy w gęsto obsadzonym akwarium dostępność dla roślin wolnego CO2 może być niewystarczająca i wówczas rośliny dobierają się do kwaśnych węglanów rozkładając je i wykorzystując kwas węglowy HCO3-.
W rozkładzie kwasu węglowego jednozasadowego w formie jonu HCO3- powstaje CO2 oraz cząsteczka wody – skąd H2O – przecież równanie powinno wyglądać inaczej
HCO3-  CO2 + OH- , słusznie ale dodatkowy proton H+ zostaje oddawany do środowiska
w procesie oddychania lub pobierania soli mineralnych przez rośliny.
Rozkład wodorowęglanów jest jednym z powodów konieczności częściowej wymiany wody w akwarium a w przypadku bardziej „wyrafinowanej” akwarystyki ukierunkowanej na uprawę roślin bezwzględnej konieczności dostarczania roślinom dwutlenku węgla.
Uzupełnieniem wiadomości o twardości wody jest rozdział poświęcony przygotowaniu wody do wymiany.