Статьи
12 элементов рифа. Металлы. Кальций.
- Добавлено 20 марта 2017 г.
Кальций. Третий по распространённости, после натрия и магния, ион металла, присутствующий в морской воде. Кальций входит в так называемую группу элементов "краеугольного камня" любого кораллового рифа Земли, так как карбонатные соли оного являются основой скелетов беспозвоночных и позвоночных обитателей мирового океана.
В воде мирового океана присутствует в ионной форме Caᶧ². В морской воде, кальций находится в пределах концентраций 360 (усреднённая)-440(в прибрежных водах некоторых коралловых рифов) мг/л. Согласно общепринятых теорий, кальций вносится в морскую воду двумя путями: со стоками рек, до 0,56 млрд. т. кальция, выщелачиванием из магматических пород на дне мирового океана и вторичного растворения из останков живых организмов на дне океана при высоких давлениях. В процессе эволюции основная масса рифообразующих организмов процветает при концентрации ионов кальция в 360-410 мг/л.
Дефицит ионов кальция в морской воде может повлечь достаточно драматичные последствия: при концентрации кальция ниже порогового значения в 320 мг/л (усреднённое значение по нескольким авторам) процесс кальцификации, и как следствие, рост кораллов прекращается, ослабляется иммунитет и наблюдается деградация рифа. Первыми, как наиболее чувствительными, начинают сперва деградировать , а потом погибать мелкополипные кораллы.
Основная роль кальция в биологии морских животных.
Кальций регулирует рост и фунционирование всех видов клеток живой ткани. Практически у всех живых организмов кальций является базисным элементом соединительной ткани (скелет, хрящевая ткань). В процессе кальцификации, в комплексе с гидрокарбонатными группами, кальций (как ведущий элемент в системе кальций-магний-стронций) формирует скелет твердых кораллов, моллюсков, членистоногих, иглокожих. И именно относительно высокие концентрации кальция (свыше 320 мг/л) требуются для беспрепятственного усваивания данного элемента тканями беспозвоночных.
У позвоночных животных кальций играет важнейшую роль в функционировании иммунной системы, являясь составной частью соответствующих гормонов и ферментов.
Нервная ткань. Передача нервных импульсов живых организмов осуществляется клетками-нейронами, нормальная проводимость и функционирование которых связана исключительно с достатком кальция.
Фотосинтез. Кальций требуется и для растений, так как участвует в регуляторном процессе распределения углеводов, превращению азотистых веществ, синтезе белка.
Мышечная ткань. Специальные сократительные органеллы любой мускулатуры обеспечивают сокращение мышц, которое возникает при взаимодействии в них двух основных фибриллярных белков: миозина и актина, при обязательном участии ионов кальция.
Связь фотосинтеза и кальцификации.
Карбонат кальция, как минерал арагонит, это самая распространённая скелетная структура водных беспозвоночных. Образуется в процессе кальцификации, который примитивно может быть описан, как соединение ионов гидрокарбоната -CO3 c ионом кальция Саᶧ². Скелетом из арагонита обладают кораллы, иглокожие, моллюски, асцидии и даже простейшие одноклеточные организмы. Наиболее характерно выраженное явление в виде массивного скелета наблюдается как раз у известковых водорослей (наиболее нагляден род Halimeda) и герматипных животных (кораллы, фораминиферы, двустворчатые моллюски рода Tridacna), содержащих в тканях своего организма симбиотические простейшие организмы-зооксантеллы. Именно процессы фотосинтеза и дыхания способствуют интенсивному накоплению углекислого газа, что сильно ускоряет процесс кальцификации. Безусловно, крайне важную роль играет щёлочность воды и её рН, о чём отдельно указано в статье "Карбонаты и щёлочность морской воды".
Потребление кальция в коралловом рифе.
Основные потребители в коралловом рифе, конечно же, сами кораллы. Но сложно переоценить роль иглокожих, моллюсков, водорослей, потребление кальция которыми в природных условиях составляет до 18% от общего количества.
Аквариум, истощение кальция.
В замкнутой системе аквариума, в конечном,ограниченном объеме воды, процессы природного восполнения элементов воссоздать практически невозможно в силу целого ряда причин.
Основные источники и факторы, оказывающие наиболее значимое влияние на истощение элемента представлены ниже.
Биогенные факторы:
"Кальциевые" водоросли. Ветвящиеся и корковидные водоросли, в первую очередь семейства кораллины, состоящие по массе более,чем на 55% из карбонатов кальция и магния
"Высшие" водоросли. Наиболее характерные Halimeda являются крайне показательным семейством, но прочие многоклеточные водоросли, такие, как род Caulerpa, семейство Cladophoraceae (род Chaetomorpha), род водорослей Botryocladia , используемые в декоративных целях и в рефугиумах также потребляют кальций, а также магний.
Моллюски. Всех родов и семейств. Наиболее активными "поглотителями" кальция являются представители класса двустворчатых моллюсков: тридакны, лимы, мидии, а также набирающие популярность спондилюсы. Следует, конечно, оговориться, что только представители семейства тридакн могут в значительной мере поглощать кальций из воды напрямую, в то время, как остальные моллюски-фильтраторы большую часть строительного материала получают из гетеротрофного питания.
Иглокожие. Наиболее мощными потребителями кальция в рифе являются морские ежи, но кальций в основном получают из пищи, питаясь водорослями и обрастаниями.
Мадрепоровые кораллы. Самый мощный потребитель кальция в рифе. Пальма первенства по динамике усваивания кальция из воды по праву принадлежит представителям семейства Акропорид, род Montipora. Не смотря на достаточно хрупкий скелет, эти животные считаются наиболее быстрорастущими в неволе кораллами. И именно темпами роста этот род и обязан своему лидерству, незначительно уступая родам Aropora, и семействам Pocillopora и Agaricida. Массивные колонии представителей Porites, Fungia, Acanthastrea и прочих каменистых кораллов содержат большое количество арагонита, но вследствие небольших темпов роста в неволе эти животные не способны в больших количествах усваивать кальций.
В то же время, некоторые мягкие, "кожистые" кораллы при значительных темпах роста способны поглощать кальций в очень больших количествах. Речь идёт о представителях семейств Альционий: саркофитонах и синуляриях. Не смотря на кажущуюся "мясистость", животные в своём строении имеют кальциевый скелет, состоящий из подвижно закреплённых и изолированных арагонитовых спикул, составляющих от 10 до 24 % от массы всего животного.
Техногенные факторы.
Осаждение кальция на нагревательных/охладительных элементах систем обеспечение жизнедеятельности может достигать значимых показателей при большой разнице температур помещения и аквариумной воды.
Незначительное количество кальция также выводится через протеиновые скиммеры и цеолит-системы на основе ионообменных смол.
Компенсация дефицита кальция.
Следует напомнить деление морских аквариумов на три основных общепринятых типа: рыбные, смешанный риф с преобладанием мягких и крупнополипных кораллов (LPS), и риф с мелкополипными кораллами(SPS).
Рыбные аквариумы. Эти системы практически не потребляют кальция, а его дефицит зачастую компенсируются регулярными частичными небольшими подменами воды. К тому же, падение концентрации кальция не является критичным для рыбы или водорослевого фильтра, так как растения рефугиума способны усваивать кальций из воды при значениях гораздо ниже 320 мг/л, так критичного для кораллов.
Смешанный риф с преобладанием мягких и крупнополипных кораллов требует гораздо большего внимания и к концентрации кальция в воде, как таковой, а следовательно к мониторингу и стабильности показателей. Для таких систем, в зависимости от динамики потребления, уже требуются или более частые подмены воды, или введение системы добавок, компенсирующих дефицит различных элементов, где кальций является одним из ведущих. Для неприхотливых животных просто эффективно использовать упрощённую систему добавок, например добавку кальция Calciion для систем небольшого объёма, либо профессиональную смесь Calciion kompakt, рассчитанную на аквариумы объёмом свыше 100 литров и опытных аквариумистов. В данных аквариумах рекомендуется поддерживать концентрацию Ca на уровне 380-400 мг/л.
Риф с мелкополипными кораллами(SPS) это самый требовательный к параметрам воды аквариум. И уровень концентрации ионов кальция в оном является одним из самых важных факторов роста животных. В зависмости от источника данных, в таком типе аквариумов рекомендуется поддерживать концентрацию ионов кальция на уровне от 420 до 500 мг/л при солёности в 36 г/л, но, по сути, рекомендуемые высокие концентрации кальция не всегда полезны многим видам кораллов. А большие величины рекомендуемых концентраций зачастую продиктованы имитацией "запаса" фундаментального иона, зачастую- в ущерб карбонатным группам и оптимальному уровню рН. Исходя из данных о природном содержании кальция в воде процветающих рифов, мы придерживаемся концепции либо постоянной поддержки оптимальной концентрации в пределах 420-440 мг/л при солёности в 35 промилле, либо небольшого "запаса" не только по кальцию, но всем важным параметрам (для малогабаритных аквариумов).
Для содержания густозаселённых SPS систем крайне рекомендуются автоматизированные системы дозирования добавок и автоматизированные кальциевые реакторы для обеспечения стабильноых параметров.
Внесение кальция добавками Reef Basic и Reef Advanced.
Для аквариумов небольшого объёма (до 500 литров) существует несколько типов элементарных и комплексных добавок, примеров методик применения, заменяющих дорогостоящие и не всегда целесообразные автоматизированные системы.
Смешанный риф
Элементарные добавки био доступного кальция Calciion для поднятия и поддержания необходимого уровня ионов в аквариумах с мягкими кораллами или Calciion Akroverstark для систем с рефугиумом и жёсткими кораллами. Компенсация сбалансированной карбонатной группы для оптимального процесса кальцификации достигается второй группой добавок серии Alkalisch. Для опытных аквариумистов существует серия концентрированных препаратов Kompakt.
SPS риф
Calciion Akroverstark вносит , помимо био-доступного кальция, ряд элементов, стимулирующих рост гиподермы, зооксантелл. Комплексная сбалансированная добавка Basiselemente призвана обеспечивать жёсткий риф основными тремя ионами металлов (кальций, магний, стронций) в природной пропорции. Для опытных аквариумистов существует серия концентрированных препаратов Kompakt.