Ho sperimentato per un anno e mezzo, iniziando dal 2011, l’utilizzo di ossigeno puro gassoso in un acquario marino in funzione da 17 anni. Considerati gli ottimi risultati e l’interesse che suscitò la sperimentazione che riportai sul un importante forum di acquariolgia, ho deciso di fornire qualche importante dato su questo prezioso elemento che ha permesso lo sviluppo della vita sul nostro pianeta.
L’acqua marina contiene tutti o quasi, gli elementi chimici presenti sulla crosta terrestre, in particolare: H2O = Ossigeno + Idrogeno sotto forma di acqua, ne costituiscono il 96% circa.
L’ossigeno gassoso disciolto in acqua è vitale per l’esistenza della maggior parte degli organismi acquatici. L’ossigeno è un elemento basilare per la respirazione cellulare sia per la vita acquatica che per quella terrestre. La concentrazione di ossigeno disciolto, che per comodità chiamerò OD , in un ambiente acquatico, è un importante indicatore della qualità dell’acqua.
Molti e importanti, sono i fattori che influenzano la solubilità dell’ossigeno:
- La temperatura è molto importante perché incrementa in modo determinante la solubilità dell’O2. I gas infatti sono tanto più solubili quanto più bassa è la temperatura. Sotto una tabella che permette di verificare la quantità di OD in acqua, in base alla temperatura della stessa.
- La luce: (i fenomeni che fanno diminuire la luce, provocano la diminuzione dell’attività di fotosintesi, quindi l’emissione di ossigeno).
- La salinità: la presenza di sali influisce negativamente sulla solubilità, cioè maggiore è la forza ionica (quantità di sali disciolti), minore è l’OD in acqua.
- L’attività dei batteri aerobici, che consumano ossigeno per decomporre la materia organica.
- La turbolenza dell’acqua superficiale, come le onde, l’infrangersi della corrente sulle rocce, il vento, le correnti, le maree. Maggiore è il movimento, più aria si mescola con l’acqua e più si arricchisce di ossigeno quindi più facilmente l’ossigeno viene distribuito nel volume dell’acqua.
- Pressione atmosferica: un’elevata pressione atmosferica favorisce la diffusione dell’ossigeno nell’acqua.
- Il PH: l‘influenza del pH riguarda sia l‘attività dei batteri denitrificanti che i prodotti finali di reazione e in generale si può assumere il valore ideale quello compreso tra pH 6 e 8.
Comunque, la velocità di denitrificazione, aumenta all‘aumentare del pH nell‘intervallo 5-8 (Clayfield & Phil, 1974), e raggiunge il suo massimo nell‘intervallo di pH 7-7,5.
La carenza di ossigeno porta direttamente alla riduzione dello spettro di specie viventi, ha inoltre conseguenze negative per la chimica dell’acqua.
Una bassa concentrazione di ossigeno in acqua è dovuta principalmente a batteri aerobici, che degradano le sostanze organiche (animali morti, escrementi, precipitazioni insolubili e inquinanti). L’ammonio (NH4+) e l’ammoniaca (NH3), provengono dal degrado delle sostanze organiche e azotate, Teniamo conto che per l’ossidazione di 1mg NH4-nitrogeno a nitrato, sono necessari 4,6 mg d’ossigeno e 1.42 g di O2 per ossidare 1 g di sostanza organica. Questo fa capire ancora una volta l’importanza di avere sempre disponibile un elevato livello di OD in vasca.
OD e Nitrificazione
La presenza di nitrati è attribuita in gran parte alla mineralizzazione della sostanza organica azotata, per esempio la rimozione completa degli aminoacidi derivanti dalle proteine. L’ammonio già esistente e quello introdotto. vengono ossidati in due fasi. La prima fase è l’ossidazione batterica dall’ammonio al nitrito (nitrificazione), la seconda fase è la trasformazione dal nitrito al nitrato (nitratazione). Ancora una volta l’OD disciolto ha un ruolo fondamentale per il processo.
Ossidazione completa dell‘ammoniaca a nitrati = 4,57 g O2/g N–NH4+
Ossidazione dell‘ammoniaca a nitriti = 3,43 g O2/g N–NH4+
Ossidazione dei nitriti a nitrati = 1,14 g O2/g N–NO2¯
OD e Fosfati
Il fosfato si trova nelle acque in tre frazioni diverse: come fosfato inorganico dissolto (Ortofosfato o Polifosfato P2O5), come fosfato organico disciolto e come fosfato organico in particelle. Le ultime due frazioni sono vincolate agli organismi viventi. Il fosfato è presente nelle acque incontaminate solo in tracce molto piccole, perché viene legato in tempi relativamente rapidi da piante o alghe, o viene fissato nella forma dell’insolubile ferro(III)-fosfato nel terreno. Così, il fosfato perde anzitutto il suo effetto eutrofizzante. Nell’acqua ricca di ossigeno il fosfato è vincolato nel sedimento in forma di ferro(III)-fosfato insolubile. Tuttavia, se accade una diminuzione di ossigeno sul fondo dell’acqua (ad esempio dopo una fioritura algale), il ferro(III)-fosfato si riduce al ferro(II)-fosfato, che è solubile nell’acqua. La grande quantità di fosfato rilasciato stimola di nuovo l’eutrofizzazione. Effetti biologici: Il fosfato è di solito il fattore minimo della crescita delle piante e delle alghe. Questa biomassa viene decomposta dai batteri aerobici con il consumo di ossigeno. Il processo di decomposizione infine affligge sempre più il bilancio di ossigeno, fino al punto che la biomassa morta può essere eliminata solo in modo anaerobico
Riassumendo alcuni punti fondamentali, se manca l’ossigeno, le sostanze vengono decomposte dai batteri per via anaerobica, cioè senza ossigeno, causando produzione di ammoniaca, nitriti e fosfori, liberando acido solfidrico, che è tossico. Il fosfato che nel sedimento è legato al Fe+3, può venire liberato nel caso d’acqua povera di ossigeno, perché la situazione riducente forma sali di Fe+2, solubili, che arrivano poi in grandi quantità nell’acqua, dove agiscono come concimi causando problemi di proliferazione di alghe e malessere generale sugli animali.
Ossigeno Disciolto (DO)
L‘ossigeno disciolto è un parametro chiave per il buon funzionamento dell‘impianto biologico. Ovviamente la presenza di ossigeno è fondamentale per il buon svolgimento di qualsiasi processo aerobico. Il monitoraggio frequente del valore di OD in vasca consente all‘operatore di rilevare differenze sostanziali nella richiesta biologica di ossigeno: ad un aumento del carico in ingresso corrisponde un maggior consumo di ossigeno, al contrario ad una consistente diminuzione del carico o alla presenza di sostanze tossiche corrisponde un calo del consumo di ossigeno
I vantaggi dell’adozione di ossigeno puro, sono indubbi. La prerogativa più importante di tale sistema, è rappresentata dalla possibilità di operare normalmente con concentrazioni di ossigeno disciolto molto elevate (6 – 8 mg/l). Queste elevate concentrazioni di ossigeno disciolto determinano una “forza motrice” in termini di trasferimento dell’ossigeno fra ambiente liquido e le parti più interne e povere di ossigeno , tale da raggiungere e penetrare in ogni angolo del biosistema.
Ciò determina due conseguenze fondamentali:
- I batteri aerobi risultano riforniti di ossigeno in modo ottimale, per cui esplicano al massimo la loro funzione di degradazione delle sostanze organiche presenti; in altre parole, operando con elevate concentrazioni di ossigeno disciolto, è maggiore il numero di batteri aerobi che “effettivamente” lavorano, ed al massimo delle loro possibilità;
- con elevate concentrazioni di ossigeno disciolto i batteri, abbondantemente riforniti di ossigeno, non tendono più ad allontanarsi reciprocamente per potere avere a disposizione la massima quantità di ossigeno disciolto presente nell’ambiente circostante, ma colonizzano in modo completo tutto l’ambiente acquatico.
Nelle migliori condizioni l’OD dovrebbe avere concentrazione vicina al 100% di saturazione. La forte attività fotosintetica può incrementare la quantità oltre al 100%, al contrario la presenza di sostanze organiche biodegradabili o di materiali riducenti può far diminuire la sua concentrazione.
Tuttavia, le concentrazioni di O2 presso i reef, possono anche superare la saturazione per la forte agitazione dell’acqua, come indicato sopra. La tabella che segue indica la corrispondenza tra % di OD disciolto e quantità espressa in mg/lt.
Altro dato da tenere presente è il fatto che un buon potenziale di ossidoriduzione in vasca dovrebbe aggirarsi su un valore di 400, misurabile tramite uno strumento Redox ben tarato e avendo l’accortezza di verificare lo stato dell’elettrodo.
Qui è bene descrivere brevemente il significato di Redox di cui spesso si parla in acquariologia.
Con il termine Redox si intende il fattore di ossidoriduzione ovvero reazioni chimiche dove vi è uno scambio di elettroni.
Queste reazioni fondamentalmente si dividono in due:
-Ossidazione cessione di elettroni da parte della specie ossidata;
-Riduzione acquisizione di elettroni da parte della specie ridotta.
Parlando in modo comprensibile per noi acquariofili la trasformazione di ammonio in nitriti e poi in nitrati è una ossidazione, mentre la trasformazione dei nitrati in azoto gassoso (N2) è una riduzione.
Ora un valore di cui raramente si parla, ma importante per il discorso dell’ OD in acqua, è l’RH ( indice riducente dell’ossigeno) che non è altro che il potenziale redox in funzione del ph, utilizzando questa formula:
RH = [(ORP+200):30]+(2xPH)
valori da 0 a 9 molto riducente, da 10 a 27 riducente, 28 neutrale, da 29 a 42 ossidante, da 38 a 42 molto ossidante
Effetti OD sui coralli
Nell’ articolo che compare nel link sotto indicato,
http://www.advancedaquarist.com/2012…aign=clickthru
si spiega come da recenti ricerche scientifiche, una forte quantità di ossigeno, presente in acqua, permette una calcificazione più rapida, insieme ad un’alimentazione somministrata durante le ore di luce. Al contrario alimentando al buio, l’energia sviluppata dal corallo per nutrirsi, produce quantità di CO2 portando ad un abbassamento del ph nel tessuto che possono avere effetti negativi sullo scheletro del corallo. Tuttavia, se l’O2 è alto di notte, questo problema si può limitare. N.B. la prova è stata eseguita su corallo LPS Galaxea. Sotto è visibile un grafico che spiega più chiaramente, gli effetti dell’alimentazione sulla calcificazione con somministrazione di solo cibo di giorno o notte, in base alla quantità di O2 presente.
Tutto questo rafforza la tesi che avere in vasca bassi valori di O2 è limitante anche per la crescita dei coralli, mentre anche in presenza di forte sovra saturazione, ma senza superare il 150%, i coralli ne traggono beneficio.