Состав и свойства аквариумной воды

Пресная вода: минерализация и электропроводность

    Пресная вода в разных регионах, реках, водопроводах, колодцах и в отдельно взятых аквариумах может сильно различаться по своему составу. Во многом поэтому одни виды рыбок и растений живут и множатся в вашем аквариуме хорошо, а другие - не очень.

    Капелька воды на стекле, высыхая оставляет заметный след.

     Вода испаряется, но растворенные в ней соли остаются (кроме растворенных солей, в воде есть и другие примеси. Чем больше в воде минеральных солей, то есть, чем выше ее минерализация, тем заметнее останется след. Существует классификация природных вод по степени их минерализации.
     Ультрапресными считаются воды, содержание минеральных солей в которых не превышает 200 мг/л (0.2‰. Значком ‰ - промилле обозначают концентрацию солей в воде, 1‰ соответствует 1 грамму в 1 литре), пресными называют воды с содержанием солей 200-500 мг/л (0.2‰-0.5‰), повышенной минерализации - 500-1000 мг/л (0,5‰-1‰), солоноватыми - с содержанием солей 1-3 г/л (1‰-3‰), солеными - 3-10 г/л (3‰-10‰), повышенной солености - 10-35 г/л (10‰-35‰), переходные к рассолам - 35-50 г/л (35‰-50‰), рассолы 50-400 г/л (50‰-400‰). Согласно гигиеническим нормам, пригодной для питья считается вода с минерализацией до 1000 мг/л, в отдельных случаях до 1500 мг/л. Поэтому в водопроводной воде содержание солей обычно не превышает 1000 мг/л, а, как правило, оно значительно ниже. В наших аквариумах чаще всего оказывается водопроводная питьевая вода, так что приведенные выше цифры позволяют судить о ее возможной минерализации.
     Ультрапресными обычно бывают воды ручьев, берущих свое начало от тающих ледников, и воды рек, протекающих среди дождевого экваториального леса. Воды большинства рек и озер на Земле являются пресными. В пустынных и засушливых областях вода поверхностных водоемов часто бывает повышенной минерализации, либо солоноватой. Морская вода - пример вод повышенной солености, в открытом океане она содержит около 35‰ различных солей, но преимущественно хлористого натрия (NaCl). Минерализация вод внутренних морей может быть заметно ниже из-за опреснения их речной водой. Воды, представляющие собой рассолы, обычно залегают глубоко под землей, но бывают и очень соленые озера, например, Мертвое море. Не во всех водоемах с водой повышенной солености отсутствует жизнь. Обожаемый аквариумными рыбами рачок артемия (Artemia salina) может жить в них. Предел минерализации, который он еще выносит - 230 ‰.
     Откуда берутся в воде растворенные вещества? Вода (Н₂О) очень хороший растворитель. Её маленькие молекулы полярны, так как атом кислорода становится электроотрицательным, оттягивая на себя электроны атомов водорода, которые при этом становятся электроположительными. Поляризованные молекулы воды окружают более крупные молекулы других веществ, имеющих заряд, и "растаскивают" их за счет толчков теплового движения. Вот почему, в теплой воде твердые вещества растворяются лучше и быстрее.
     Во время фильтрации воды через почву и грунт, при протекании по речному руслу, она растворяет те геологические породы, с которыми имеет контакт. Кристаллические вещества, а это в первую очередь соли, переходят в водный раствор так:

     Пресноводные аквариумные рыбки в основном происходят из водоемов с ультрапресной и пресной водой. В такой воде из растворенных солей преобладают обычно гидрокарбонаты, меньше содержится сульфатов, и еще меньше хлоридов. Подавляющее большинство пресных поверхностных водоемов принадлежит к гидрокарбонатному классу (т.е. ионов HCO₃^- там больше всего). Из катионов, в наибольшей концентрации обычно встречается кальций и значительно реже - ионы натрия либо магния. (Процесс диссоциации солей в воде на катионы и анионы и способы выражения их концентрации описаны здесь.)
     Надо сказать, что абсолютные концентрации всех этих ионов варьируют от водоема к водоему, но, как правило Ca²⁺ содержится в 2-4 раза больше чем Мg²⁺ и Nа⁺, а K⁺ по крайней мере 4 раза меньше чем Nа⁺. Исключение из этого правила – черные и светлые воды Амазонии, там калия зачастую только в два раза меньше, чем натрия. Кроме того, в этих водах очень мало кальция и гидрокарбонатных ионов. Это ультрапресные воды дождевого экваториального леса. Черные "торфованные" воды реки Риу-Негру - крупного левого притока Амазонки представляют собой типичный пример. Эта река дренирует сильно выветрелые почвы и осадочные породы центральной части бассейна Амазонки. В течение сотен тысяч лет они изо дня в день промывались обильными дождями. Вода унесла все легко растворимые минеральные вещества. Общая минерализация этих вод очень низка (как правило, не превышает двух десятков миллиграммов растворенных солей в литре). В водах Риу-Негру преобладают ионы натрия, калия, кремния, железа, алюминия, водорода. Вода богата органическими кислотами, которые окрашивают ее в темный цвет. Рыбки из этого региона, например, голубой неон, предпочитают мягкую кислую воду. Как это ни странно, они неплохо выносят повышенное содержание в воде поваренной соли (ионов натрия и хлора) и их можно успешно лечить с помощью солевых ванн (но только не мальков, можно обрабатывать молодь с достаточно выраженной "взрослой" окраской). Казалось бы, это удивительный факт - рыбки из очень слабоминерализованной, почти дистиллированной воды могут выжить в достаточно "крепких" растворах поваренной соли (4-5‰ при продолжительных ваннах и 15‰ при кратковременных). Объяснить это можно тем обстоятельством, что в водах их родины ионы натрия и хлора преобладают. А приносятся они туда вместе с дождевой водой, которая испарилась из океана и захватила с собой на материк немного его соли.
     Таким образом, для рыб важны не только абсолютные величины концентраций отдельных ионов в воде, но и то, в какой пропорции находятся концентрации этих ионов по отношению друг к другу.
     При одинаковой величине минерализации (суммарной концентрации всех растворенных солей мг/л) пресная вода, в которой преобладают ионы кальция и натрия, гораздо лучше переносится рыбами, чем та, где больше калия. Соли калия можно вносить в аквариум как подкормку для растений, или же как лечебное средство, но будьте осторожны, если у вас слабоминерализованная вода (ультрапресная), в этом случае легко переборщить - калий окажется по отношению к другим ионам в слишком высокой концентрации и отравит рыбу. В отношении ионов магния можно сказать, что, вероятно, их преобладание полезно, только таньганийским цихлидам. Вообще, при одной и той же минерализации, воды, содержащие смесь различных ионов, менее токсичны, чем те, что содержат только одну растворенную соль, даже если это "безобидный" хлорид натрия (NaCl). Поэтому, лечебные ванны с морской солью (сложной смесью многих солей), безопаснее, чем с поваренной (только хлорид натрия).
     Но вернемся опять в бассейн Амазонки, чтобы выяснить какие еще типы вод там бывают.

     Сама Амазонка и многие ее притоки берут начало в Перуанских Андах. Они протекают через легко эродируемые осадочные породы, включающие карбонаты. В воде этих рек относительно высоки концентрации ионов кальция, магния, гидрокарбоната. Это уже не ультрапресные, а пресные воды гидрокарбонатного класса с обычным соотношением катионов. Рыбы, происходящие из этих рек, например, такие кольчужные сомы, как анциструсы неплохо относятся к нейтральной, либо слабощелочной воде, в которой преобладает ион кальция и размножаются в ней. Так что расхожее представление о том, что амазонская вода очень слабо минерализована верно для большей части, но не для всех регионов ее бассейна. Области без штриховки, на приведенном выше рисунке соответствуют тем частям бассейна, где воды в большинстве случаев богаче солями, чем в заштрихованных областях, но все же остаются ультрапресными, с низким содержанием кальция и гидрокарбонатов, и относительно высоким натрия и силикатов.
     Вода водоемов, расположенных в тропических областях с выраженным засушливым периодом часто бывает повышенной минерализации либо солоноватой. Преобладают в ней ионы натрия и хлора. Происходит это из-за сильного испарения воды. Испарение приводит к увеличению концентрации ионов, при этом соли с меньшей растворимостью выпадают в осадок: CaSO₄ осаждается раньше, чем NaCl, поскольку растворимость последнего куда выше. Обогащение пресной воды хлористым натрием происходит также в устьях рек, впадающих в моря. Воды такого типа предпочитают многие живородящие рыбки: пецилии, гуппи, меченосцы, моллинезии (следует, однако, отметить, что живородки с Шри-Ланки прекрасно адаптированы к жизни именно в пресной воде), бычки брахигобиусы, некоторые виды тетрадонов. Поэтому небольшое подсаливание воды (1-2 г поваренной соли на литр) действует на них благотворно.
     Как можно измерить минерализацию воды? Она определяется путем выпаривания известного объема профильтрованной воды (так как речь идет именно о растворенных, а не обо всех имеющихся в воде веществах, ведь именно растворенное вещество проходит через фильтр, все другие примеси задерживаются) и последующим высушиванием получившегося остатка при температуре 110°С до постоянного веса. Этот сухой, или плотный остаток взвешивается на точных аналитических весах и делится на количество литров воды, из коих он был получен. Очевидно что, таким способом определить в домашних условиях минерализацию воды дело нереальное. Но зато измерив ее сопротивление или электропроводность (величина обратная сопротивлению) можно приблизительно эту минерализацию оценить. Суть метода состоит в том, растворенные в воде ионы, являясь заряженными частицами, могут проводить электричество, чем больше в воде ионов, тем выше в ней содержание растворимых веществ и тем выше ее электропроводность и, соответственно, ниже сопротивление. Электропроводность "S" - величина обратная электрическому сопротивлению "R": S=1/R. Минерализацию воды характеризует удельная электропроводность λ, которая относится к единице длины проводника (в нашем случае к 1 см слоя воды). Значение S измеряется в Сименсах (См), миллиСименсах (мСм) или микроСименсах (мкСм), а λ - в мкСм/см (микроСименсы на сантиметр). Для приблизительной оценки минерализации можно придерживаться такого эмпирически найденного соотношения:
         Содержание солей (мг/л) = 0.65 мкСм/cм
     То есть, для определения содержания солей измеренную величину проводимости умножают на коэффициент 0,65. Вообще-то величина этого коэффициента колеблется в зависимости от типа вод в диапазоне 0.55-0.75.
     Растворы хлористого натрия проводят ток лучше:
         Содержание NaCl (мг/л) = 0.53 мкСм/cм
     или 1 мг/л NaCl обеспечивает электропроводность в 1.9 мкСм/cм.
     (Это соотношение я нашел на сайте Миклухи)
     Про хлористый натрий в одной очень серьезной научной книжке удалось найти и такой график:

     Если верить ему, то 1 мг/л NaCl обеспечивает удельную электропроводность раствора, приблизительно равную 2.3 мкСм/cм. Данные о хлористом натрии достаточно актуальны, так как если лечить рыбок с помощью продолжительных солевых ванн в общем аквариуме и подменивать в нем регулярно воду, то через некоторое время возникает необходимость оценить, сколько же осталось соли в воде? Приведенные выше коэффициенты позволяют, хоть и приблизительно, такую оценку сделать.
     Электропроводность можно измерить специальным прибором – кондуктометром. Теперь его уже можно встретить в зоомагазинах, возможны комбинации такого прибора с рН метром. Кроме того, такие вещи можно приобрести в конторах, торгующих оборудованием для экологических исследований. Умельцы, хорошо владеющие паяльником, могут сами изготовить прибор для измерения электропроводности конструкции И.И.Ванюшина. (журнал "Рыбное хозяйство", 1990 г., №5, стр. 66-67. Кроме того, во всех деталях это устройство и способы его калибровки описаны в очень полезной книге "Современный аквариум и химия", авторы И.Г.Хомченко, А.В.Трифонов, Б.Н.Разуваев, Москва, 1997 г). Проводимость можно определять и с помощью тестера, способного точно измерять высокие ("мегаомные") сопротивления. К нему надо сделать специальный "щуп" или измерительную камеру и затем эти приспособления откалибровать.
     Подобного рода "солемер" является для аквариумиста очень полезной машинкой, к примеру, с его помощью можно очень быстро определить качество дистиллированной или дождевой воды. Дистиллированная - подойдет для приготовления "нерестовой" воды, если её электропроводность не превысит 5-10 мкСм/cм, дождевая - 30 мкСм/cм. Для сведения: электропроводность идеального дистиллята должна быть менее 0.05 мкСм/cм.