Spis treści
Czym jest siarkowodór (H2S)?
Przy opisywaniu wpływu związków chemicznych na organizmy morskie warto mieć na uwadze ich standardowy podział. Jest on zarówno ważnym narzędziem w nauce, przemyśle chemicznym, jak i w akwarystyce morskiej.
Prawdopodobnie – na jednej z lekcji chemii – słyszeliście o podziale związków chemicznych na organiczne i nieorganiczne. Wychodząc jednak z założenia, że nie wszyscy pamiętają, na czym to wszystko polega, przejdę teraz do wyjaśnienia tych pojęć.
Związki organiczne (jak np. aminokwasy, białka, cukry) to te, które zawierają w swojej strukturze węgiel, często również wodór, tlen, azot, fosfor, siarkę i inne pierwiastki. Z kolei związki nieorganiczne (jak np. kwasy, zasady, sole nieorganiczne) nie zawierają w swojej strukturze węgla lub zawierają go tylko w postaci prostych związków, takich jak dwutlenek węgla (CO2) czy węglan wapnia (CaCO3).
W akwarystyce morskiej obecne są zarówno związki organiczne, jak i nieorganiczne. Oba rodzaje mają swoje specyficzne zastosowania i wpływają na różne aspekty funkcjonowania akwarium. Ważne jest, aby w zbiorniku słonowodnym utrzymywać odpowiednią równowagę pomiędzy związkami organicznymi a nieorganicznymi.
Należy także pamiętać o dynamice związku chemicznego w wodzie morskiej, który może się przekształcić w inny w wyniku reakcji chemicznych. Zjawisko to występuje najczęściej w wyniku następujących czynników:
- Nieświadomego dozowania związków chemicznych (preparaty o nieznanym pochodzeniu lub przeznaczeniu innym niż akwarystyka słonowodna). Suplementacja niekiedy zapoczątkowuje reakcję chemiczną z innymi związkami, znajdującymi się w wodzie morskiej. Docelowo wzbogacimy wodę w zbiorniku o zupełnie inny związek chemiczny niż zakładaliśmy; najczęściej różniący się swoimi właściwościami i innym oddziaływaniem na organizmy morskie.
- Warunki otoczenia inicjują również reakcje chemiczne, najczęściej są to tzw. procesy redox (utlenianie i redukcja). W tym przypadku zmianie ulega stopień utlenienia pierwiastka w związku chemicznym, niekiedy generując tym samym związek chemiczny o zwiększonej toksyczności dla organizmów morskich. Tak też dzieje się w przypadku siarkowodoru, który powstaje głównie w wyniku reakcji redukcji siarczanów.
Myślę, że warto podkreślić, że opisywany w tym artykule siarkowodór (H2S) jest niebezpieczny dla zwierząt morskich. Siarkowodór jest nieorganicznym związkiem chemicznym, zbudowanym z siarki (S) i wodoru (H). Powszechnie wiadomo, że jest bezbarwnym, cięższym od powietrza gazem, który dobrze rozpuszcza się w wodzie. Łatwo rozpoznać go po charakterystycznym zapachu, przypominającym woń zgniłych jaj.
Wysokie stężenia siarkowodoru mogą prowadzić do masowego wymierania organizmów morskich, a nawet do poważnych szkód wśród całych populacji zwierząt słonowodnych. Dlatego ważne jest, aby monitorować stężenie siarkowodoru. Powinniśmy ograniczać ryzyko jego powstawania, a w razie konieczności stosować odpowiednie metody jego eliminacji, by zmniejszyć toksyczność i zapewnić optymalne środowisko dla organizmów w akwarium.
Przyczyny powstawania siarkowodoru w akwarium morskim?
Siarkowodór ma charakter toksyczny i zdecydowanie nie jest składnikiem pożądanym. Stanowi on realne zagrożenie dla zwierząt morskich. Jedną z głównych przyczyn obecności siarkowodoru w zbiorniku są strefy beztlenowe. Są to obszary, w których poziom tlenu jest deficytowy: więcej na ten temat przeczytasz w tym artykule:
Strefy beztlenowe w akwarium morskim
Strefy beztlenowe w akwarium morskim
Przeczytaj ciekawy artykuł o strefach beztlenowych w akwarium morskim
Siarkowodór nie dostaje się do akwarium morskiego z powietrza, a głównie powstaje w wyniku reakcji chemicznych, zachodzących w wodzie morskiej. Podczas zakładania akwarium morskiego rzeczą szalenie istotną jest solanka. Powszechnie wiadomo, że jest ona niezbędna do utrzymania życia w zbiorniku słonowodnym, ale nie każdy ma świadomość, że solanka zawiera w sobie aniony siarczanowe (SO42-), które są poniekąd surowcem dla powstania siarkowodoru. Generalnie, toksyczność siarkowodoru stanowi większy problem w systemach morskich z powodu zwiększonej koncentracji właśnie jonów siarczanowych.
W większości przypadków siarczany w wodzie występują swobodnie jako jony SO42- i w tej formie są bardzo stabilne. Zdarza się również tak, że jony siarczanowe tworzą związki kompleksowe z jonami Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+, Fe3+. Związki kompleksowe to związki chemiczne, w których centralny jon metalowy jest otoczony przez ligand (w tym przypadku SO42-).
Najczęściej siarkowodór gromadzi się przy dnie akwarium czy w warstwie piasku, gdzie zbiera się nadmierna ilość szczątków organicznych. Istnieje wiele możliwości powstawania siarkowodoru. Jednak droga biochemiczna w tzw. strefach beztlenowych jest wg mnie najistotniejsza. Opisane w dalszej części artykułu przyczyny tego zjawiska uważam za najistotniejsze dla akwarysty morskiego.
Generalnie, winą za obecność siarkowodoru zazwyczaj obarcza się strefy beztlenowe, czyli obszary o niskim poziomie tlenu. Należy mieć świadomość, że strefy beztlenowe zapewniają idealne warunki do powstawania siarkowodoru. Jednak w rzeczywistości siarczany (SO42-) mogą ulec redukcji do siarkowodoru (H2S) dopiero na drodze biochemicznej w tzw. strefach beztlenowych. Siarczany mogą zostać zredukowane do siarkowodoru na drodze kilku reakcji biochemicznych, w tym:
- Redukcji siarczanów przez bakterie nitryfikacyjne
- Redukcji siarczanów przez bakterie siarkowe
- Redukcji siarczanów przez bakterie beztlenowe
Zaburzenia w procesie denitryfikacji
Proces denitryfikacji – czyli redukcja azotanów (NO3) do azotynów (NO2) i azotu cząsteczkowego (N2) – przyczynia się do powstawania pewnych ilości siarkowodoru. Powinien on jednak zostać przetworzony przez inne bakterie w akwarium i nigdy nie osiągnąć poziomu toksycznego.
Sytuacja zmienia się w momencie, gdy proces nitryfikacji zostanie zaburzony, na przykład z powodu niedoboru tlenu lub braku odpowiedniego pH. Prowadzi to do zakłócenia równowagi mikroorganizmów w akwarium. W takim przypadku bakterie denitryfikacyjne mogą zacząć wykorzystywać związki siarkowe, takie jak siarczany, jako alternatywny substrat do oddychania, zwiększając tym samym ilość siarkowodoru w wodzie morskiej.
Piasek, nieprawidłowe ustawienie skały i resztki organiczne
Inną przyczyną powstawania siarkowodoru w zbiorniku są rozkładające się resztki organiczne, takie jak jedzenie czy odchody zwierząt. Gdy te materiały organiczne gromadzą się na dnie zbiornika, stają się podłożem dla bakterii beztlenowych, które – w procesie rozkładu – generują siarkowodór.
Nieprawidłowe ustawienie skały również sprzyja powstawaniu miejsc niedotlenionych. W przypadku ustawienia skał w sposób blokujący przepływ wody, doprowadzamy do ograniczenia ilości tlenu w pewnych obszarach, takich jak szczeliny czy miejsca między skałami.
Dodatkowo, duża ilość piasku w akwarium morskim może prowadzić do powstawania siarkowodoru, wskutek zachodzących procesów chemicznych, biologicznych i fizycznych.. Duża ilość piasku może doprowadzić do sytuacji, w której staje się on miejscem zalegania zanieczyszczeń organicznych, takich jak resztki pokarmu i odchody ryb, co z kolei prowadzi do powstawania warunków beztlenowych, które sprzyjają powstawaniu siarkowodoru.
Zagrożenia związane z obecnością siarkowodoru w wodzie morskiej
Siarkowodór jest gazem, który ma nieprzyjemny zapach, jest toksyczny i może prowadzić do zatrucia ryb oraz innych organizmów w akwarium. Powstawanie siarkowodoru może mieć również negatywny wpływ na pH wody (obniża pH). Zakłóca funkcje oddechowe i powoduje niedotlenienie. Dotknięte ryby wykazują senność, wychudzenie, objawy oddechowe i nagłą śmierć.
Jak chronić akwarium?
Bez wątpienia lepiej zapobiegać powstawaniu siarkowodoru niż borykać się z konsekwencjami jego obecności w akwarium morskim. Każda jego obecność w zbiorniku jest toksyczna dla organizmów morskich.
Aby zapobiec powstawaniu siarkowodoru, należy zwrócić uwagę na kilka ważnych kwestii:
- Utrzymywanie czystości w akwarium
- Regularne usuwanie resztek organicznych
- Odpowiednia cyrkulacja wody
- Warto zapewnić odpowiednią filtrację wody i oświetlenie, aby wspomagać procesy biologiczne, które pomagają w utrzymaniu równowagi ekosystemu w akwarium
- Uzupełnianie zbiornika bakteriami, które przeprowadzają proces desulfuryzacji
Jeżeli zauważysz oznaki obecności siarkowodoru w akwarium, takie jak:
- Nieprzyjemny zapach (zgniłe jaja)
- Zmętnienie wody
- Zachowanie ryb, które wskazuje na niedobór tlenu.
Należy podjąć natychmiastowe działania. W takiej sytuacji najlepiej jest natychmiast przeprowadzić częściową wymianę wody w akwarium, aby zwiększyć ilość tlenu w wodzie i zmniejszyć stężenie siarkowodoru. Wykonaj do 6 podmian. Zalecane jest, aby podczas każdej podmiany wymienić około 15% objętości wody z akwarium, aż do momentu usunięcia siarkowodoru. Woda, przygotowana do podmiany, musi charakteryzować się odpowiednim poziomem zasolenia docelowego. Użyj soli o właściwych parametrach i składzie odpowiednim do przeprowadzenia testu ICP.
Niekiedy pomaga również zwiększenie cyrkulacji, celem napowietrzenia i usunięcia siarkowodoru z wody, bo pamiętajmy że jest on gazem. Taki zabieg jest dość ryzykowny. Należy mieć świadomość, że siarkowodór gromadzi się na dnie i natychmiastowe jego rozproszenie w całym akwarium niesie ryzyko większego stresu u zwierząt morskich, co jest niebezpieczne.
Podsumowanie
Aby zapewnić odpowiednie warunki rozwojowe zwierzętom morskim, powinniśmy zapobiegać powstawaniu siarkowodoru. Możemy to zrobić przede wszystkim poprzez systematyczne działania opisane w punkcie: Jak chronić akwarium.
Pamiętaj !: Nawet najmniejsza ilość siarkowodoru ma działanie toksyczne i wpływa negatywnie na organizmy morskie w akwarium, a w krytycznych przypadkach może doprowadzić do ich śmierci.
O autorze
Magdalena Metzler
Prywatnie jestem mamą i miłośniczką natury oraz sportu. Moim głównym zainteresowaniem jest chemia kwantowa, która kryje w sobie ogrom nierozwikłanych tajemnic i powiązań, co z naukowego punktu widzenia jest niezwykle ekscytujące.
W swojej karierze naukowej prowadziłam międzynarodowe projekty, dotyczące innowacyjnych rozwiązań dla wielu gałęzi biznesu, m.in. motoryzacji, budownictwa, a teraz oczywiście akwarystyki morskiej.
Praca w Reef Factory zapoczątkowała u mnie pasję do akwarystyki morskiej, którą mogę rozwijać każdego dnia, budując dział chemii i tworząc produkty, które ułatwią akwarystom dbanie o zbiorniki i zapewnią najwyższe bezpieczeństwo zwierząt. Jednym z najbardziej ekscytujących wspomnień, związanych z pracą w Reef Factory, jest uruchomienie spektrometru ICP-OES, który analizuje skład pierwiastkowy wody morskiej. Metoda analizy w ICP oparta jest na technice analitycznej, która stanowi powiązanie mojego zamiłowania do chemii kwantowej i akwarystyki morskiej.
Mam nadzieję, że moje artykuły na ReefPedii będą dla Ciebie ciekawe i pomocne! Miłej lektury :))