ROZPUSTNOST PLYNŮ
VE VODĚ
a některé problémy s ní spojené

 
PROVZDUŠŇOVÁNÍ
a
PROKYSLIČOVÁNÍ
vody
 

   V přírodě se projevuje neustálý pohyb a změna. Znamená to tedy, že přírodní procesy probíhají dynamicky, avšak také neustále směrem k dosažení rovnováhy.

   Rovnovážné nasycení vody plynem (za dané teploty a tlaku) je takové, při kterém (v ustáleném stavu) neprobíhá výměna plynů na hladině (chybí rozdíly koncentrací) a koncentrace rozpuštěných plynů je v celém objemu vody stálá.

   Přesycený roztok plynu je takový, ve kterém je daný plyn rozpuštěn v množství větším, než odpovídá rovnovážnému nasycení roztoku v ustáleném stavu.

   Nenasycený roztok plynu je takový, ve kterém je daný plyn rozpuštěn v množství menším, než odpovídá rovnovážnému nasycení roztoku v ustáleném stavu.

   Roztok plynu ve vodě může přejít z rovnovážného do přesyceného stavu (ale i do nenasyceného) náhlou změnou teploty nebo tlaku. Známým příkladem jsou nápoje sycené CO₂ . Při otevření láhve (nápoj i plyn jsou pod tlakem) se začne uvolňovat plyn v bublinkách. Pokud před otevřením láhev necháme prohřát, nebo ji dokonce protřepeme, nápoj nám i s bublinkami plynu doslova z láhve vystřelí. V přírodě může podobná situace nastat (i v mírné podobě) např. uvolněním plynu ze stlačených a chladných spodních vrstev vody v jezeře při jejich ohřátí nebo při promíchání vrstev vody působením větru. Voda v hlubších jezerech může být pod tlakem silně obohacena CO₂ vznikajícím např. při mineralizaci organických usazenin na dně. Je znám případ jednoho afrického jezera, kde náhlým uvolněním oxidu uhličitého z vody v jezeře došlo k tragickému zadušení mnoha obyvatel v jeho blízkém okolí.

   Vpustíme - li do akvária s rovnovážně nasyceným roztokem plynů ve vodě (což je každá čistá, nějaký čas "odstátá" voda) ryby, začnou tuto rovnováhu měnit. Spotřebovávají ve vodě obsažený kyslík, vylučují oxid uhličitý. Ve vodě nastává po nějakém čase (při větším množství ryb) kyslíkový deficit (nedostatek). Naopak oxidu uhličitého vzniká přebytek. Množství obou plynů volně rozpuštěných ve vodě (jejich vzájemný poměr) se mění, jejich poměr neodpovídá zastoupení obou složek ve vzduchu nad hladinou a dochází k vyrovnávání těchto rozdílů. Do vody se (difuzí na hladině, dále je roznášen při pohybu vody i konvekcí) rozpouští nedostatkový kyslík, naopak z vody se do vzduchu uvolňuje nadbytečný oxid uhličitý z dýchání ryb, také z mineralizačních procesů - "dýcháním" mikroorganismů rozkládajících rybí výkaly. Když je ryb i výkalů nadbytek, nestačí nízká difuzní rychlost (pronikání molekul plynů "stojatou hladinou") přechodu plynů do vodního sloupce vyrovnat nedostatek kyslíku a ryby se mohou udusit. (Difuzní rychlost molekul ve vodě je zhruba 10 000 x nižší, než ve vzduchu.) Proto bylo už v "dřevních" časech akvaristiky zavedeno provzdušňování vody hadičkou přiváděným vzduchem rozprašovaným do jemných bublinek (aby vznikl co největší kontaktní povrch s vodním prostředím). Tím se jednak o tento dodatečně zavedený povrch bublinek zvětšila "hladina", jednak se do vodního prostředí přidalo dodatečné proudění (konvekce), které urychlilo roznášení rozpuštěných molekul kyslíku do celého objemu akvária. Podobně (ale v opačném směru) se z vodního prostředí vylučují molekuly nadbytečného CO₂ . Provzdušňováním tedy pomáháme vytvořit rovnovážný stav plynů mezi vzduchem nad hladinou a vodním prostředím.

   Mnozí znají projev kyslíkového deficitu (zvláště v letních vedrech) z vlastního akvária. Ryby "lapající po vzduchu" viděli alespoň jednou snad všichni. Provzdušňování je někdy nazýváno okysličováním, protože jeho cílem je vyrovnávat kyslíkový deficit ve vodě. Jeho účinek je však někdy zaměňován s důsledky procesu, kdy místo vzduchu by byl do akvária vháněn pouze čistý kyslík, který by se nahromadil i nad hladinou (podobná situace jako při nafouknutí pytlíku s rybami a vodou čistým kyslíkem). V takovém případě by docházelo k vytěsňování ostatních plynů ve vodě kyslíkem v souladu s výše uvedenými principy.) Při provzdušňování však ve skutečnosti dodáváme všechny plyny obsažené ve vzduchu a urychlujeme vyrovnání úbytku (či vyprchání nadbytku) kteréhokoliv z nich na rovnovážnou úroveň, jaká by vznikla ve vodě bez probíhajících biochemických procesů. Provzdušňováním tedy z vody nemůžeme vytěsnit jiný plyn rozpuštěný ze vzduchu, pokud nevzniká působením organismů přímo ve vodě akvária nebo do vody není přidáván uměle (např. zařízení na přidávání CO₂ do akvária - může vést - a zřejmě podle doporučení i vede k přesycování vody v akváriu oxidem uhličitým; pak ovšem provzdušňování vody může skutečně snižovat nadbytek CO₂ ve vodě akvária...).

   V hodnocení kvality vod přírodních jezer a toků, ale i např. v čistírnách odpadních vod je důležitým údajem tzv. biochemická spotřeba kyslíku vyhodnocovaná za určitý počet dnů (nejčastěji 5). Je označována BSK₅ . Vyjadřuje zatížení vody látkami, které jsou využívány mineralizačními bakteriemi k vlastní výživě. V akvaristice se tento údaj nepoužívá, nicméně problematika kyslíku je podobná. Po vylovení ryb z akvária (zařízeného alespoň s pískem na dně) bychom mohli ještě mnoho dní sledovat spotřebu kyslíku O ₂ z bakteriálního rozkladu organických zbytků a nitrifikačního procesu (viz nitrifikace) a vylučování CO₂ . Publikovaná tvrzení (Rataj ml., AT), že v akváriích mineralizační procesy neprobíhají díky vysokému obsahu cizorodých látek v pitné vodě, považuji za zjevný nesmysl. Bakteriální rozklad probíhá i v průmyslově znečištěných vodách, kde obsah cizorodých látek převyšuje normy pro pitnou vodu o několik řádů.

   Malé odbočení od tématu:
   Je nutno říci, že (nejen) ve vodních ekosystémech podobných "samoregulačních" procesů probíhá celá řada. Proto prosím o pochopení, když se občas pozastavím nad tím, že si v některém z dostupných českých (akvaristických) zdrojů přečtu nějaký zjednodušený výklad hraničící s nesmyslem a dám vám o tom vědět. Různých textů, ve kterých použité poznatky často odtržené od důležitých souvislostí přecházejí v holý nesmysl (a těžko hledat mírnější výraz), je v oboru akvaristiky a pěstování vodních rostlin u nás mnoho. Pocházejí-li navíc z jediného donedávna nekritizovatelného zdroje, považuji za důležité na tuto skutečnost poukázat. Je to, myslím, ku prospěchu nás všech. V obchodní praxi se různé nesmysly vyskytují tak často, že už se nad tím snad ani nepozastavujeme. Nebo je to v pořádku ?

   Problematika má širší význam, netýká se jen roztoků látek ve vodním prostředí, ve výživě rostlin má však difuze natolik důležitou roli, že není možné se o podstatě tohoto přírodního jevu nezmínit.

   DIFUZE je spontánní (samovolné) pronikání molekul (iontů) z oblasti vyšší koncentrace do míst s koncentrací nižší v důsledku tepelného pohybu částic. Probíhá v pevném, kapalném i plynném skupenství. Rychlost difuze se řídí Fickovými zákony.
Mírou rychlosti difuze je:

   DIFUZNÍ KOEFICIENT (D) - udává množství rozpuštěné látky, která projde jednotkovým průřezem za jednotku času při jednotkovém koncentračním spádu (gradientu):

Z tabulky je zřejmý rozdíl difuzní rychlosti molekul v plynném a kapalném prostředí.

   Proces difuze je v přírodě velmi rozšířený zejména v plynech a kapalinách. Způsobuje samovolný přenos látek na "krátké" vzdálenosti, při kterých je jeho uplatnění nejvýznamnější (nejrychlejší - nejúčinnější). "Krátkou" vzdáleností je uvažována délka do 10 mm v plynech a do desetin mm v kapalinách. Fotosyntéza i transpirace (výměna plynů) u rostlin jsou v převážné míře ovládány difuzí. Vzhledem ke skutečnosti, že difuzní rychlost ve vodě je zhruba o čtyři řády (10 000 x) nižší než ve vzduchu, vyplynou nám pro obor pěstování vodních rostlin a jejich výživy některé nepříjemné souvislosti, které u suchozemských rostlin mají pouze zanedbatelný význam. Rychlost difuze a tím i pronikání živin k asimilačním orgánům rostlin může být často limitujícím faktorem omezujícím jejich růst, zejména při nedostatečném pohybu vody v blízkém okolí listů vodních (ponořených - submerzních) rostlin.

Souvislosti najdete na stránce: Výživa akvarijních rostlin.
 
Vladimír Pelikán