Wapń i magnez w wodzie morskiej

Oba pierwiastki odgrywają ważną rolę w  akwarium morskim. Ich poziom oraz stosunek względem siebie wpływają na zdrowie zwierząt w zbiorniku.

Magnez (Mg) i wapń (Ca)  należą do pierwiastków o szerokim rozpowszechnieniu w skorupie ziemskiej (Mg 2,09%, Ca 3,63%). W wodzie morskiej zawartość soli magnezu dochodzi do 0,5%. Z kolei w przyrodzie żywej magnez odgrywa istotną rolę, jako jeden ze składników chlorofilu – zielonego barwnika występującego głównie w liściach i łodygach roślin. Wapń jest piątym pierwiastkiem pod względem rozpowszechnienia w skorupie ziemskiej, występuje w postaci licznych krzemianów i glinokrzemianów.

W ujęciu chemicznym wapń (Ca) i magnez (Mg) położone są w drugiej grupie układu okresowego pierwiastków (tablica Mendelejewa), tzw. grupie berylowców*. Co ważne, do tej samej grupy układu okresowego należą również inne makroelementy, wchodzące w skład wody morskiej, takie jak stront (Sr) oraz mikroelementy, np. bar (Ba). Umiejscowienie wapnia i magnezu nie jest przypadkowe, ponieważ pierwiastki należące do tej samej grupy układu okresowego, wykazują wiele podobieństw pod kątem właściwości chemicznych i fizycznych. 

Zbliżone właściwości wapnia i magnezu mają przełożenie na równowagę chemiczną w zbiorniku. Znana jest synergia pomiędzy wapniem i magnezem. Wapń jest jednym z najważniejszych, jeśli nie najważniejszym minerałem w wodzie morskiej. Odgrywa ważną rolę w budowie wielu organizmów morskich, w tym koralowców, małży, makroglonów oraz biofilmów bakteryjnych. Magnez jest ważny dla wzrostu różnych organizmów morskich, w tym alg wapiennych. Chociaż nie jest potrzebny zwierzętom bardziej niż wapń i węglany, to utrzymanie stabilnej zawartości wapnia nie jest możliwe bez odpowiedniego poziomu magnezu. Niektóre żywe stworzenia, takie jak algi wapienne, małże, czy jeżowce, pochłaniają większe ilości magnezu. Jednym z ważniejszych zadań magnezu jest pomoc zwierzętom i glonom w procesie przyswajania wapnia. Magnez wpływa też na budowę szkieletów koralowców.

Powstawanie szkieletów koralowców jest skomplikowanym procesem, w głównej mierze opartym na mineralizacji. W skrócie, proces ten polega na wychwytywaniu jonów ze środowiska i wprowadzaniu ich w struktury krystaliczne. W przypadku, gdy powstawanie struktur krystalicznych jest  kontrolowane biologicznie, określamy go mianem biomineralizacji. Zarówno mineralizacja, jak i biomineralizacja jest precyzyjnie kontrolowana od momentu tworzenia się kryształów. Ścisła kontrola tego procesu pozwala tworzyć struktury mineralne o pożądanych właściwościach, dostosowanych do funkcji wytworzonej tkanki twardej. Mimo że skład chemiczny tych tkanek jest podobny, to struktura i właściwości mechaniczne znacznie się różnią.

Może to wynikać z przystosowania tkanek do pełnionych funkcji. Precyzyjna kontrola tworzenia tych struktur jest ważna, począwszy już od wczesnego zarodkowania (początek procesu), i ma realne przełożenie na kształtowanie się ostatecznych tkanek. 

Znana jest zależność tworzenia się struktur szkieletowych w zależności od stosunku jonów wapnia Ca2+ do jonów węglanowych CO32-.  Literatura fachowa sugeruje, że zaobserwowano bardzo istotny efekt interakcji stężenia jonów Mg i stężenia Ca:CO3. Magnez wywiera większy wpływ na niestabilność CaCO3 aniżeli stosunek Ca/CO3. 

Zalecamy utrzymanie wartości magnezu na poziomie 1250-1450 ppm, przy czym optymalna wartość wynosi 1350 ppm. 

Wartość wapnia powinna z kolei wynosić  380-460 ppm, a optymalna wartość to 440 ppm. 

Utrzymywanie zalecanego poziomu magnezu umożliwia zwierzętom i glonom optymalne przyswajanie wapnia, co pozwala na sprawne  budowanie szkieletu. Magnez i wapń są również odpowiedzialne za utrzymanie odpowiedniego pH i zdolność buforowania wody morskiej; mają również wpływ na rozpuszczalność innych pierwiastków, np. jodu.

* Nazwa berylowce pochodzi od nazwy pierwszego pierwiastka umieszczonego na szczycie drugiej kolumny układu okresowego (Be – beryl).