Химия и аквариум: стронций и рифовый аквариум.
Много уже всего понаписано про необходимость стронция для рифового аквариума. Некоторые авторы считают его важным микроэлементом, другие - буквально ядом. Почему так расходятся мнения? Частично потому, что научных исследований влияния малых количеств стронция на морские организмы, которых держат аквариумисты, выполнено мало (если вообще таковые имеются). Частично также потому, что многие аквариумисты путают две вещи: "организмам в аквариуме нужны ионы стронция" и "в аквариум нужно добавлять стронций". Наконец, я думаю, многие авторы, возможно, некорректно эктраполировали данные, полученные наблюдениями за одними аквариумами, на другие аквариумы, в которых ситуация со стронцием была совершенно иная.
Эта статья про стронций - вторая из серии, касающаяся проблем магния и стронция. Кальций, магний и стронций - химически подобные элементы. Настолько подобные, что, фактически, мешают друг другу в разнообразных ситуациях, что является заслуженной причиной для интереса к ним со стороны аквариумистов. В статье детально рассматривается поведение стронция в морской воде, обсуждаются морские организмы, которым, как известно, необходим стронций и для какой именно цели. Также обсуждается, какие известные морские организмы усваивают стронций (типа кораллов), необходим он им или нет. Наконец, статья касается вопросов поступления и расхода стронция в морском аквариуме, а также измерения его концентрации.
В следующем месяце я надеюсь расширить серию этих статей анализом того, сколько магния и стронция вносится в аквариум с известковой водой. Мой аквариум не остался без стронция несмотря на то, что я не добавлял его в течение нескольких лет. Сопоставьте этот факт со знанием того, что выпадение солей кальция в осадок, как известно, удаляет стронций из воды, и можно только заключить, что стронций должен как-то попадать в мой аквариум. Известковая вода - кажется, наиболее вероятный путь, и я подробно остановлюсь на этом в следующий раз.
Стронций в морской воде.
В сильно соленой морской воде (плотностью 1.026), стронция примерно 90 мМ (мМ, микромоль, мера фактического числа ионов, в противоположность мг/л, которая является мерой массы ионов). По содержанию в морской воде, стронций идет пятым среди катионов (положительно заряженных ионов) после натрия (Na+; 469000 μM), магния (Mg++; 53000 μM), кальция (Ca++; 10300 μM) и калия (K+; 10200 μM). В массовых единицах, стронция в морской воде ~8 мг/л.
Концентрация стронция относительно концентрации кальция одинакова в различных местах на поверхности океана, за исключением локальных отклонений в 2-3%. В заливах и местах впадения рек, конечно, концентрацию стронция, как и общей солености, выше и ниже соответственно. Долго считалось, что концентрация стронция также неизменна с глубиной, но недавние измерения показали, что она немного повышается с глубиной из-за того, что акантарии используют стронций в поверхностных водах для построения скелета. Затем они умирают, оседают на дно и, растворяясь, обогащают стронцием глубинные воды.
Стронций с молекулярным весом 87.5 г/моль значительно более тяжел, чем кальций (40 г/моль) или магний (24.3 г/моль). По физическим размерам ион стронция больше на ~13%, чем ион кальция и на 70%, чем ион магния (см. рисунок).
Сравнение размеров различных ионов. По часовой стрелке начиная с верхнего левого угла: ион магния (Mg++), ион кальция (Ca++), ион стронция (Sr++), карбонат-ион (CO3--) и сульфат-ион (SO4--).
Стронций присутствует в морской воде в виде иона Sr++, что означает, что он несет двойной положительный заряд, точно также, как ионы кальция и магния. Большая часть стронция присутствует в виде свободного иона, окруженного молекулами воды, небольшая часть (~10 %) в виде растворимого в воде сульфата стронция (SrSO4) и еще меньшая часть в виде бикарбоната (SrHCO3+), карбоната (SrCO3), фторида (SrF+), бората (SrB(OH)4+) и гидроокиси (SrOH+). Habib Sekha (владелец Salifert) предположил, что стронций в морской воде содержится в виде сульфата в гораздо большем количестве, чем указано выше, но я не нашел свидетельств в пользу этой гипотезы.
Среднее время жизни стронция в морской воде в виде иона около 10-20 миллионов лет, в то время как магния - 20-50 миллионов лет, кальция существенно меньше - несколько миллионов лет, а алюминия - 100 лет. Это существенно меньше, чем время жизни натрия - ~250 миллионов лет. В некотором смысле, это время - мера химической активности стронция: он остается в морской воде долгое время, потому что химически пассивен, но и он удаляется из воды через различные биологические и химические процессы с большей скоростью, чем натрий.
Как соотносится химическая активность стронция, кальция и магния? Как упомянуто во введении, все они химически подобны. Размер - главное отличие, и, как следствие, различия в химических свойствах, особенно в растворимости некоторых солей. Карбонат стронция (основную прозрачную форму которого называют "стронцианит") менее растворим в воде, чем карбонат кальция, который в свою очередь менее растворим, чем карбонат магния. В частности, это может быть причиной того, что стронций входит в скелеты организмов из карбоната кальция, что подробно рассмотрено ниже.
Интересно, что сульфат стронция (также известный как "целестит") намного менее растворим в воде, чем сульфат кальция и сульфат магния. В то время как концентрации ни одного из этих сульфатов не достигают максимально возможных, относительная концентрация сульфата стронция - 30% от масимальной - выше остальных. Это важное отличие, ведь фактически некоторые организмы (типа упомянутых выше акантарий) используют сульфат стронция для построения скелета (что будет подробнее рассмотрено ниже).
Организмы, которым нужен стронций: акантарии.
Одним из главных потребителей стронция в океане являются акантарии. Эти красивые, свободные плывущие одноклеточные микроорганизмы относятся к подклассу радиолярий. Их радиально расходящиеся спинные хребты состоят из сульфата стронция, которые являются в значительной степени внешними по отношению к центральной цитоплазме. Внутри тела спинные хребты связаны. В итоге они выглядят как микроскопические морские ежи.
Акантарии живут в поверхностных слоях океана, где используют сульфат стронция для построения своих скелетов. Наверное, эти скелеты так или иначе защищены от растворения, может быть органической пленкой, подобно радиоляриям "Sphaerozoum punctatum", рассматриваемым в следующем абзаце. Когда акантарии умирают и тонут, они теряют защиту сульфата стронция, подвергая его воздействию воды, что приводит к его растворению. Акантарии достаточно многочисленны, так что они - важная часть круговорота стронция в океане (который также включает речной и гидротермальный циклы). Они доставляют стронций от поверхности океана к его глубинам до 900 м, где большинство из них полностью растворяются.
Есть ли акантарии в рифовых аквариумах? Я не знаю. В аквариумах, в которых используется природная морская вода, они могли попадать туда всякий раз при подмене воды. Если в аквариуме их заметное количество, то это привело бы к существенному снижению содержания стронция. Фактически, акантарии могли бы быстро удалить из аквариума стронций. В других аквариумах, например в тех, в которых интенсивно используется скиммер и искусственная морская соль, вероятность, что акантарии присутствуют в ощутимых количествах, намного меньшее. Это потенциальное различие между аквариумами - одна из многих причин, по которым содержание стронция может сильно отличаться от аквариума к аквариуму.
Организмы, которым нужен стронций: радиолярии.
Некоторые разновидности радиолярии также используют сульфат стронция, несмотря на наличие скелетов из кремния. Радиолярия "Sphaerozoum punctatum", например, во время размножения, производит жгутиковые зооспоры, которые содержат кристаллы сульфата стронция (целестит). Эти кристаллы находятся в цитоплазматических полостях и имеют покрытие толщиной 50-100 нанометров из органического материала. Это покрытие защищает целестит от растворения, и, может быть, является ключевым фактором защиты спинных хребетов радиолярии. Функции этих кристаллов неизвестны, но это может быть защита от хищников.
Организмы, которым нужен стронций: брюхоногие моллюски.
Некоторые брюхоногие моллюски, типа морского слизняка "Aplysia californica", предъявляют четко определенные требования к содержанию стронция в воде. Когда они выращиваются в искусственной морской воде, в которой мало стронция, у них вырастают искривленные раковины и неполноценные статоцисты (в которых мало статолитов). Статоцисты - органы равновесия у многих беспозвоночных. Они состоят из заполненного жидкостью мешочка, содержащего статолиты, которые воздействуют на сенсорные ячейки и указывают организму на его ориентацию по отношению к направлению силы тяжести во время его перемещения. Сами статолиты - маленькие твердые гранулы, сделанные в основном из карбоната кальция.
Эти организмы весьма чувствительны к уменьшению содержания стронция; снижение даже на 1 мг/л приводит к видимым различиям в развитии. Для них существует критический промежуток жизни в 4 дня, касающийся содержания стронция. После этого периода восстановление нормальной концентрации стронция уже не приводит к нормальному развитию статолитов, что приводит к беспорядочному плаванию.
Точно неизвестно, как стронций используется при росте раковин и статолитов, но очевидно, что это так или иначе связано с процессами отвердения (осаждения карбоната кальция из раствора на растущий таким образом скелет). Статолиты морского слизняка "Aplysia californica" нормально растут в морской воде с повышенным содержанием стронция. В отсутствие стронция, процесс отвердения уменьшается на 80%. При низких концентрациях стронция, отвердение уменьшалось незначительно, но раковина и статолиты все равно вырастали дефектными. По заключению авторов этих исследований, "хотя роль стронция в эмбриональном отвердении морского слизняка "Aplysia californica" остается загадкой, эти данные показывают, что стронций влияет на весьма дискретный регулирующий механизм, потому что более общие индикаторы отвердения и растворения незатронуты его отсутствием".
Организмы, которым нужен стронций: головоногие моллюски.
Как и морскому слизняку "Aplysia californica", стронций, кажется, необходим для развития по крайней мере семи разновидностям головоногих моллюсков). У всех них, арагонитовые статолиты нормально растут в искусственной морской воде, содержащей 8 мг/л стронция, но не в воде, в которой стронций отсутствует. В последнем случае головонигие моллюски беспорядочно плавают из-за недоразвития органа ориентации. То же происходит и с каракатицей "Sepia officinalis".
Организмы, которым нужен стронций: кораллы и жесткие морские водоросли.
Организмам, которые имеют твердые скелеты (т.е. в них входит карбонат кальция), как известно, необходим стронций. Присутствие в скелетах стронция может быть:
1.Не случайно, с пользой для организма. Т.е. стронций необходим организму. Возможно, польза в том, что он помогает регулировать процесс построения скелета из карбоната кальция каким-то способом. Некоторые организмы, описанные выше, очевидным образом попадают в эту категорию.
2.Не случайно, без пользы для организма. Т.е. организм хочет избавиться от потенциально ядовитого стронция и его фиксация в скелете из карбоната кальция является одним из вариантов решения этой задачи.
3.Случайно. Т.е. участие стронция в формировании скелета просто результат того факта, что стронций похож на кальций и участвует с последним в его круговороте. Очевидно, что именно таким способом стронций попадает в отмершие раковины из карбоната кальция.
В кристаллическом осадке карбоната кальция из морской воды (получается медленным добавлением растворимых карбонатов), стронций присутствует в той пропорции по отношению к кальцию, как и в морской воде. Т.е. Ca:Sr = ~103:1 (при 25 oC). Интересно, что при других температурах доля стронция в кристаллах меняется: немного ниже при более высоких температурах (105:1 при 30 oC) и немного выше при более низких температурах (97:1 при 10 oC).
Эта температурная зависимость вдохновляла многих ученых, так как давала возможность путем анализа процентных соотношений кальция и стронция в древних отмерших кораллах получить недостающие данные о температуре океана в прошлом. Множество факторов усложняют эти иссследования. Соотношение стронция и кальция зависит, например, от:
1.вида кораллов (при одинаковой температуре морской воды и содержания в ней стронция);
2.времени суток (при всех прочих равных условиях);
3.частей скелета (даже в пределах одного коралла);
4.присутствия (в значительной степени) зооксантеллы;
5.концентрации стронция в воде (которая может изменяться во времени в геологических масштабах, зависеть от глубины и солености).
Другие подобные признаки (типа содержания различных изотопов кислорода в карбонате кальция) могут в конечном счете оказаться более полезные для оценки температуры. Соотношение различных изотопов стронция (с молекулярным весом 87 и 86) в отложениях также предлагалось для оценки наклона земной оси, так как содержание изотопов стронция в речных отложениях отличается от океанских.
В любом случае, опубликовано много увлекательных исследований, связанных со стронцием в кораллах и других окаменелостях из карбоната кальция. В то время как многие из них только отчасти связаны с задачами аквариумистики, некоторые из исследований важны, чтобы понять круговорот стронция в аквариуме.
В старом (1957) исследовании 900 образцов карбоната кальция от различных организмов, было отмечено что:
1."Исследования известняков, содержимого рифов, предвестников известняка и окаменелостей указывают, что перекристаллизация понижает отношение Sr/Ca". Этот факт важен потому, что если известняк используется как основное сырье для повышения уровня кальция в аквариуме по различным технологиям (типа CaCO3/CO2-реактора или через известковую воду), то содержание стронция в этом древнем известняке будет влиять на количество стронция, добавляемого в аквариум. Если в этом известняке пониженное содержание стронция, то и в аквариуме его содержание будет понижаться;
2."...кораллы в рифе и зеленые арагонитовые морские водоросли имеют высокое отношения Sr/Ca, что может быть связано с быстрым выпадением карбонатов в осадок, связанного с процессами фотосинтеза". Другими словами, если коралловая крошка - не основной источник CaCO3 для добавления кальция в аквариум, то содержание стронция может понизиться через какое-то время также, как и в предыдущем пункте;
3."Отношение Sr/Ca характерно для разновидности или таксономической группы". В этом случае, выбор известняка (для добавлений кальция в аквариум), образованного той или иной группой организмов, в конечном итоге может привезти к истощению или пересыщению стронцием аквариума. Аналогично эффект и от температуры, при которой происходило образование известняка.
Многин недавние исследования показали, что отношение Ca:Sr для многих кораллов, растущих при типичных тропических температурах и концентрациях стронция в воде, находится в диапазоне от 100:1 до 120:1. Более детальные исследования показали, что кораллы фактически усваивают немного больше стронция, чем того попадает в неорганический осадок при тех же самых окружающих условиях, а именно ~103:1 при 25 oC. Это потому, что что кораллы "хотят" стронций? Или это всего лишь особенности круговорота стронция/кальция с участием кораллов? Ответ неизвестен, но есть несколько мыслей, высказанных в других исследованиях, которые описаны ниже.
Нужен ли стронций кораллам?
За прошлое десятилетие, многие продвинутые аквариумисты сообщили что некоторые твердые кораллы в их аквариумах положительно отреагировали на подкормку стронцием. Julian Sprung, например, сообщил, что в одном из его аквариумов подкормка стронцием значительно усилила рост. К сожалению, он не сообщил о концентрации стронция в этом аквариуме.
Несколько возможных причин, почему кораллы усваивают стронций, были названы выше в этой статье: от прямой нужды в стронции для некоторой целей до бесцельной фиксации его в твердых частях тела. Что говорит по этому повожу научная литература? К сожалению, мало чего. Нет опубликованных данных, которые точно показывают взаимосвязь между здоровьем кораллов (оцененное через скорость его роста или любые другие средства) и отсутствием стронция.
Имеются многочисленные исследования, которые показали что происходит, когда концентрация стронция проднимается выше природного уровня. В этих исследованиях с ростом концентрации стронция в воде концентрация стронция в "Stylophora pistillata" линейно возрастала по крайней мере до значений 300 г/кг. Также показано, что кальций и стронций могут усваиваться одинаковыми способами, поскольку на этот процесс влияет защитная пленка из органических молекул, блокирующая перемещения определенных белков. В зависимости от условий, рост может ускориться при подкормке стронцием, так же как и подкормкой кальцией. Однако, эти исследования мало чего говорят о том, необходима ли природная концентрация стронция для нормального роста.
В другом исследовании до мельчайших подробностей изучалось наличие стронция в коралле "Galaxea fascicularis". Исследователи обнаружили, что стронцием были значительно обогащены слизистые слои. Они предполагают, что стронций (катион Sr++) вступает в реакцию с отдельными анионами муцина (один из белков-гликопротеинов). После такой реакции, нейтрализованный муцин может объединяться в функциональные муциновые гранулы. В состав этих гликопротеинов в большом количестве входят сульфат-анионы, и муцин с большей вероятностью будет реагировать с тем двухвалентным катионом, которым образует с сульфат-анионом более устойчивое соединение. Вспомним, что, как мы отмечали выше, сульфат стронция намного меньше растворим, чем сульфат магния или кальция.
Также авторы пришли к мнению, что муциновый слой может играть важную роль в обеспечении доставки кальция к эктодермальным ячейкам. Т.е. помогает искусственно поддерживать повышенную концентрацию кальция около поверхности эктодермальных ячеек. Этот процесс мог бы усилить рост, т.к. ограничивающим его фактором является доставка кальция. Верна эта гипотеза или нет, пока не установленно. Однако, это первая гипотеза, предложившая реальный механизм использования стронция для роста кораллов.
Токсичность стронция при повышенных его концентрациях.
Относительно немного исследований касается токсичности стронция при повышенных его концентрациях для морских организмов. В большинстве работ, исследователи выяснили, что стронций не очень ядовит при концентрациях, которые могли бы быть достигнуты в рифовом аквариуме. В одной из работ, ученые наблюдали за развивающимися эмбрионами мидии (Mytilus californianus) в присутствии бария и стронция. Влияния стронция не было обнаружено при экологически реальных концентрациях, а вот барий был весьма ядовит даже при довольно низком содержании.
В таблице 1 объединены некоторые известные данные по токсичности стронция для сугубо морских организмов (т.е. тех, которые не проводят часть своей жизни в пресноводных условиях, где они могли бы быть более чувствительны к ионным токсинам. Например, некоторые пресноводные погибают от стронция при концентрации значительно ниже, чем в природной морской воде). Самый чувствительный организм в таблице, кажется, краб, для которого смертельны концентрации 38 г/мл. Если эти данные верны, то аквариумистам не стоит повышать концентрацию стронция существенно выше природных значений.
| Таблица 1: Токсичность стронция для сугубо морских организмов | |||
| Организм | Концентрация стронция (мг/л) | Жизнеспособность | |
| Carcinus maenas, взрослая особь (Зеленый или европейский сухопутный краб) | 310 | LC50 = 96 часов | |
| 38 | LC50 = 9 дней | ||
| Carcinus maenas, только что вылупившаяся личинка (Зеленый или европейский сухопутный краб) | |||
| 63 | Проблемы с ориентацией и реакцией на свет | ||
| Palaemon serratus, взрослая особь (розовая креветка) | 1500 | LC50 = 96 часов | |
| Palaemon serratus, только что вылупившаяся личинка (розовая креветка) | 150-300 | ||
| >280 | Дезориентация | ||
| Blennius pholis (рыба) | 1520 | LC50 = 96 часов | |
| Pleuronectes platessa (Plaice, sand dab; рыба) | |||
| * LC50 - время, за которое при указанной концентрации выживает только 50% особей | |||
Стронций в морском аквариуме.
В рамках изучения 23-х морских аквариумов, Шимек сообщил, что концентрации стронция в них - от 4 до 10 мг/л, в среднем 6.8 мг/л. Некоторые из владельцев этих аквариумов вероятно добавляли стронций, а некоторые - нет. В моем собственном аквариуме, куда я не добавлял ничего уже несколько лет, концентрация стронция 15 мг/л (по технологии измерений ICP, о которой написано ниже). Эти 15 мг/л определяются концентрацией стронция в соли, которую я использую для приготовления морской воды.
Какой вывод можно сделать из этих данных? Один очевидный вывод - в некоторых аквариумах содержание стронция поддерживается но нормальном уровне без каких-либо подкормок. Это, по разным причинам, упомянутым данным всюду по этой статье, касается не всех аквариумов. Однако, содержание стронция в моем аквариуме достаточно высокое без подкормок, которые я не хотел бы применять для этих целей. Следовательно, я бы не рекомендовал аквариумистам добавлять в аквариум стронций думая, что его мало, не убедившись, что это действительно так.
Еще один комментарий по поводу стронция в морском аквариуме: было заявлено, что стронций является ядом, и Шимек предположил, что это вероятная причина гибели разнообразных грибов в рифовом аквариуме, когда концентрация стронция была увеличена в два раза за две недели по сравнению с природным уровнем. Это конечно, возможно, имело место, но я не думаю, что такая двойная концентрация стронция нанесет вред обычным грибам, которые содержат аквариумисты. У меня в аквариуме много разновидностей грибов и 2-х кратная концентрация стронция, но большинство грибов растут весьма быстро, некоторых я даже рассматриваю как сорняки. Никогда ни один из них сразу не погиб после помещения в аквариум. Возможно, грибы, упомянутые выше, погибли от чего-то другого.
Источники стронция в морском аквариуме.
Естественный источник стронция в аквариуме - искусственная или природная морская вода, используемая для запуска аквариума и для добавления/подмены воды. Имеется информация, что использование одних видов солей приводит к повышенной концентрации стронция (9-18 мг/л), а других - к природной (~8 мг/л). Не было никакой информации о дефиците стронция. Мой собственный анализ искусственной морской воды плотностью 1.026, приготовленной из соли "Instant Ocean", показал содержание стронция ~15 мг/л (в прошлый раз ~17 мг/л). Основываясь на представленных выше данных о токсичности, было бы неплохо, если бы производители этих солей старались поддерживать концентрацию стронция в них как можно ближе к 8 мг/л, а не завышали ее.
Другой главный источник - кальций-реакторы. Многие из этих систем добавляют стронций либо "случайно" (как в случае с примесями карбоната стронция в карбонате кальция, который используется в CaCO3/CO2-реакторах), либо специально (стронций добавляется производителем к карбонату кальция).
Для коммерческих кальций-реакторов некоторые производители добавляют стронций к карбонату кальция. Seachem, например, добавляет стронций в системы "Reef Complete" и "Reef Advantage Calcium", но не к другим свои системам. В этих двух системах соотношение кальция и стронция 2185:1 (в молярных массах). Как будет замечено ниже в сравнении с другими методами, это соотношение попадает в широкий диапазон соотношений Ca:Sr, которые имеют место в типичных наполнителях из карбоната кальция для CaCO3/CO2-реакторов. Какое соотношение является оптимальным - не полностью ясно, и эта "проблема" соответствия добавления стронция его расходу из аквариума подробно обсуждается ниже. Другие изготовители, типа Kent, не добавляют стронций ни к каким своим кальций-реакторам. Однако, в наполнителях он все равно содержится. Вопрос в том - сколько там его.
В случае известковой воды не очевидно, сколько стронция в ней присутствует. Я надеюсь в ближайшем будущем сообщить, сколько стронция присутствует в твердой извести, в чистой известковой воде и в осадке на дне емкости с известковой водой.
Нарушение нормального баланса стронция по приходу/расходу, даже при использовании CaCO3/CO2-реактора, может потребовать проведения измерений и корректировки его содержания. Аргумент, что использование отмерших кораллов в CaCO3/CO2-реакторе приведет к точному для потребностей кораллов дозированию, слишком упрощен. Различные источники карбоната кальция содержат различное количество стронция. В исследовании материалов, используемых аквариумистами, получены следующие данные для отношения Ca:Sr: Bingman - 15385:1 для "Koralith" и 7143:1 для "Super Calc Gold", Hiller - 2732:1 для карьерного известняка и 1379:1 для отмерших кораллов от "Nature's Ocean". Содержание стронция в этих образцах весьма МЕНЬШЕ, чем усвоенного кораллами в процессе роста - обычно 110:1, или в неорганическом осадочном арагоните - 100:1 (хотя точные значения для каждого из эиих случаев зависят от концентрации стронция в окружающей воде, температура и участвующих в процессах живых организмов). Если вышеприведенные данные, о которых сообщают исследователи, фактически верны, а не являются ошибками процедур измерений, тогда кажется, что использование такого сырья для кальций-реакторов быстро бы привело к падению содержания стронция в аквариуме (если не использовать подкормку стронцием).
Другой способ контроля за изменением содержания стронция - сравнить, сколько стронция добавляют в аквариум каждый год разные источниками карбоната кальция для кальций-реакторов. Если добавлять ежедневно 16 мг/л кальция (при условии, что щелочность равна 0.8 мг-экв/л) каждый день в течение года (эквивалентно ежедневному добавлению насыщенной известковой воды в количестве 2% от объема воды в аквариуме вместо использования источника карбоната кальция в CaCO3/CO2-реакторе), то в воде окажется следующее количество Mg,Ca и Sr:
| Таблица 2. Суммарное количество (мг/л) кальция, магния и стронция, которое попадает в аквариум за год при использовании CaCO3/CO2-реактора: | ||||
| Conklin Limestone | Nature's Ocean | Koralith | Super Calc Gold | |
| Кальций | 5957 | |||
| Магний | 62 | 39 | 14 | 42 |
| Стронций | 5 | 9 | 0.8 | 1.5 |
Из этой таблицы видно, что количество стронция, добавляемое каждый год, может быть существенным по сравнению с природным содержанием 8 мг/л, но это не соизмеримо с количеством добавляемого кальция. Следовательно, количество стронция, приходящего из других источников, типа искусственной морской соли, может фактически доминировать.
Комментарий переводчика. Help! Эта мысль мне непонятна. Т.е. как из первого предложения следует второе. Возможно, некорректный перевод...
Другой потенциальный источник стронция - корм для рыб. Стронций присутствует во многих таких продуктах, но его недостаточно, чтобы существенно повлиять на типичную концентрацию стронция ~8 мг/л. Таблица 3 показывет некоторые данные от Шимека, которые были пересчитаны так, чтобы показать эффект от добавления 5 граммов корма в день к 380-тилитровому аквариуму в течение года. Результат по стронцию 0.01-0.7 мг/л предполагает, что весь стронций переходит в раствор. Происходит ли это на самом деле или нет - неясно, поскольку влияние на содержание стронций слишком мало. Также из таблицы видно, что некоторые пищевые продукты могут добавить существенное количество кальция в аквариум.
| Таблица 3: Кальций и стронций в корме для рыб | ||||
| Корм | Концентрация кальция (мг/кг) | Кальция добавится в аквариуме при ежедневном кормлении 1 год 5 грамм/380 л (мг/л в аквариуме) | Концентрация стронция (мг/кг) | Стронция добавится в аквариуме при ежедневном кормлении 1 год 5 грамм/380 л (мг/л в аквариуме) |
| "Formula One" | 800 | 4 | 12 | 0.06 |
| "Formula Two" | 1700 | 8 | 14 | 0.07 |
| "Prime Reef" | 860 | 4 | 11 | 0.05 |
| "Lancefish" | 4700 | 23 | 7 | 0.03 |
| "Silversides" | 4300 | 21 | 16 | 0.08 |
| Морская креветка | 140 | 1 | 2.3 | 0.01 |
| Планктон | 1700 | 8 | 28 | 0.14 |
| "Golden Pearls" | 8700 | 42 | 38 | 0.19 |
| "Gold Flakes" | 7200 | 35 | 39 | 0.19 |
| "Tahitian Blend" | 440 | 2 | 28 | 0.14 |
| "Saltwater Staple" | 17000 | 82 | 150 | 0.73 |
| Нори (тонкие листы сушеных морских водорослей) | 2400 | 12 | 25 | 0.12 |
Расход стронция в морском аквариуме.
Основной расход стронция в аквариуме - совместное осаждение с карбонатом кальция. Это происходит при росте организмов, а также в процессе неорганического (не биологически управляемого) осаждение карбоната кальция (типа как на нагревателях). Считается, что соотношение при осаждении примерно такое: 1 атом стронция на 100 атомов кальция. Что это будет означать в мг/л?
Используя те же самые предположения для процесса осаждения карбоната кальция, которые использовались выше в обсуждении источников стронция, мы можем сделать некоторые приблизительные оценки. Если в осадок выпадает 16 мг/л кальция (при условии, что щелочность равна 0.8 мг-экв/л) каждый день в течение года, то при соотношении по атомам 100:1, уменьшение содержания стронция через год составит огромные 127 мг/л.
Это количество значительно превышает поступление стронция, описанное выше. Как это может быть? Почему стронций не исчезает за короткое время (т.е., за месяц или быстрее)? Почему уровень стронция в проверенных аквариумах не ниже чем 4 мг/л? Даже при 4 мг/л Sr++, отношение Ca:Sr при осаждении должно быть порядка 200:1, так как отношении при осаждении приблизительно линейно связано с концентрацией Sr++. Может дело в подменах воды, при которых используется искусственная морская соль с нормальной или завышенной концентрацией стронция? Но это, кажется, не обеспечит достаточное количество стронция при нормах подмены 5-20% в месяц. Подкормка стронцием? Может быть. Возможно дело в известковой воде, которая содержит достаточно стронция, чтобы сбалансировать его убыль. Возможно дело в органике, которая, когда ее концетрация выше, чем в морской воде, делает стронций малопригодным для усвоения кораллами? Возможно вышеприведенные данные о содержании стронция в карбонате кальция для кальций-реакторов были неверны. Возможно мои оценки неверны. У меня сейчас нет объяснений.
Препараты для подкормки стронцием морского аквариума.
Существует большое количество коммерческих препаратов для подкормки стронцием. Я бы использовал препараты, которые содержат только стронций (продаваемые, например, ESV, Seachem, Kent и Warner), а не универсальные, в которх имеются ионы, не имеющие отношения к стронцию. Я бы также не использовал подкормку стронцием без точной информации, что его в аквариуме мало.
Измерение содержания стронция в морском аквариуме.
Есть два главных способа проверить аквариум на содержание стронция. Первый - использование одного из двух коммерческих комплектов для тестов. Они сделаны Seachem и Salifert. Оба очень сложны, что не удивительно, поскольку трудно измерить стронций на фоне химически подобного кальция и магния в больших концентрациях. Я не использовал ни один из них уже нескольких лет и не использовал купленный недавно комплект. Я надеюсь обсудить эти коммерческие комплекты в будущем.
Второй способ - использовать оборудование и технологии, доступные в платных химических лабораториях, типа ICP (индуктивно связанная плазма) и ICP-MS (масс-спектрометр с индуктивно связанной плазмой). По технологии ICP, образец с водой помещают в очень горячую плазму. Отдельные ионы из-за высокой температуры начинают излучать свет. Технология ICP очень чувствительна к стронцию (измеряет вплоть до ~0.002 мг/л) из-за очень сильного излучения света стронцием на волне 408 нанометра. Я использовал ICP самостоятельно, чтобы определить количество стронция в моем аквариуме (15 мг/л) и в соли "Instant Ocean", которую я использую (также 15 мг/л).
Рекомендации по стронцию.
Мои рекомендации - поддерживайте содержание стронция в рифовом аквариуме на природном уровне. Нет никаких фактов, что стронций в такой концентрации вреден для какого-нибудь морского организма (хотя это могло бы быть). Есть серьезные научные данные, что некоторые организмы нуждаются в стронции, хотя это не те организмы, которых содержат большинство рифовых аквариумистов. Наконец, есть анекдотические данные от множества продвинутых аквариумистов, согласно которым отсутствие стронция замедляет рост кораллов, которые содержат многие аквариумисты.
Как поддержать природный уровень? Это, конечно, требует подходящих тестов на стронций. Возможно коммерческие тесты являются подходящими для этой цели. В противном случае отсылание образца в химическую лаборатория могло бы быть разумной альтернативой для некоторых аквариумистов. Если результат находится в диапазоне 6-15 мг/л, то маловероятно, что требуется что-то предпринимать. Если концентрация >15 мг/л, то следует для подмены воды выбрать более подходящую соль. Если концентрация <6 мг/л, может стоить использовать подкормки.
Помните: в моем аквариуме без каких-либо добавок, сделанных в последнее время, концентрация стронция уже поднялась выше природного уровня. Я не хотел бы, чтобы она поднялась еще выше. Следовательно, добавлять подкормку в отсутствии знаний о концентрации стронция не желательно.
Удачи Вам с рифовым аквариумом!
Перевод Ярцев Валерий
Источник: http://reef.yarnet.ru/THEORY/Microelements/Chemistry&TheAquariumStrontium&TheReefAquarium.shtml