Температура

Температура води значно стійкіша, ніж повітря, що обумовлено її великою теплоємністю. З цієї причини навіть значні надходження або втрати тепла, що збільшуються в літній і зимовий періоди року, не ведуть до різких змін температури води. В результаті річні коливання температури в континентальних водоймищах звичайно не перевищують 30–35°С. Температурна стійкість води обумовлена і порівняно слабкою змішуваністю холодних і тепліших шарів води, що мають різну густину. Низька теплопровідність води, що обмежує розповсюдження температурних змін в стоячих водоймищах, веде до появи температурної шаруватості, або температурної стратифікації. З розшаруванням температури в товщі води тісно пов'язаний газовий режим, розподіл біогенів і інші гідрохімічні показники, що призводить, у свою чергу, до зональності в розподілі гідробіонтів. Термічний режим водоймищ різних типів визначається їх географічним положенням, завглибшки, особливостями циркуляції водних мас і багатьма іншими чинниками.

У житті гідробіонтів температура води має величезне значення. Виняткова її роль виявляється перш за все у тому, що вона є неодмінною умовою життя. Якщо інші елементи середовища (світло, гази і ін.) можна виключити з оточення організмів, то температуру – ніколи. На відміну від багатьох інших абіотичних чинників, температура діє не тільки у разі екстремальних значень, що визначають межі існування вигляду, але і в межах оптимальної зони в цілому, визначаючи швидкість і характер всіх життєвих процесів. Вплив її не обмежується безпосередньою дією на живі організми, а позначається і побічно, через інші абіотичні чинники. Наприклад, найважливіші для життя фізичні властивості води – густина і в'язкість, визначувані кількістю розчинених солей, значною мірою залежать від температури. Те ж відноситься і до розчинності у воді газів. Тому температура є одним з універсальних екологічних чинників.

Екологічне значення температури в першу чергу виявляється через дію на розподіл гідробіонтів у водоймищах і на швидкість протікання різних життєвих процесів, кількісно пов'язаних з температурою. Амплітуда коливань температури, при якій можуть жити риби, для різних видів різна. Види, існуючі в широкому температурному діапазоні, називаються евритермічними, у вузькому – стенотермічними. Риби середніх широт пристосовані до широких коливань температури.

Процеси живлення, обміну речовин, розвитку і зростання, розмноження, міграції і інші прояви життєдіяльності у гідробіонтів більшою мірою, ніж у теплокровних організмів, залежать від рівня і динаміки температури води. Впливаючи на багато життєвих функцій водних організмів, температура значною мірою обумовлює їх продуктивні можливості. З підвищенням температури обмінні процеси у риб швидшають. Зв'язано це з дією температури на ферменти, що каталізують різні життєві процеси. Швидкість ферментативних процесів з підвищенням температури зростає згідно загальним законам хімічної кінематики, відповідно до якого при зростанні температури на 10 град швидкість реакції збільшується в 2–3 рази. Прискорюючий вплив температури на швидкість обміну речовин і темп розвитку гідробіонтів залежить від їх видової приналежності, стадії розвитку і того інтервалу, в якому підвищується температура. Особливо великий вплив температури на ранніх стадіях розвитку організмів. Ембріональний розвиток різних видів риб може нормально протікати в строго певних межах температури. Дія температури, близької до порогової, при інкубації ікри, наприклад, приводить до збільшення числа аномалій личинок і їх смертності. Зміна морфологічних ознак личинок може бути викликане дуже високою або низькою температурою в період їх ембріонального і раннього постембріонального розвитку.

Температура не тільки визначає саму можливість розвитку гідробіонтів, але і впливає на швидкість їх морфогенезу. Відомо, що чим нижча температура, при якій йде інкубація ікри, тим більше вимагається часу для розвитку ембріонів. Вона надає стимулюючу або пригноблюючу дію не тільки на швидкість ембріонального розвитку, але і на подальший розвиток риб. Інтенсивність обміну і швидкість росту знаходяться в прямій залежності від температури водного середовища. В той же час слід мати на увазі, що дія однієї і тієї ж температури на ріст риб різного віку різна. З віком температурний оптимум стає ширше, тому вплив цього показника на ріст найсильніше виявляється на ранніх стадіях розвитку. Так, оптимальній для розвитку і зростання молоді коропа є температура в межах 25–30°С, а для риби старшого віку – 23 28°С.

Відмічене прискорення росту риб при динамічній температурі в порівнянні із стабільною. Амплітуда і частота коливання температури, оптимальні для росту, видоспецифічні.

Великий вплив температура води має на живлення травлення, білковий, жировий і вуглеводний обмін риб. При підвищеній температурі води активність живлення і травлення зростає. Так, у дволітків коропа час перебування їжі в кишечнику скорочується з 12 до 3 год. при підвищенні температури від 22 до 31°С Максимальні прирости спостерігаються при температурі 25…27°С, при цьому в кишечнику їжа знаходиться 5…8 год. Зміна температури впливає на напрям білкового обміну і міняє співвідношення частин засвоєного білка, що використовується організмом для певної мети. При підвищенні температури помітно активізуються процеси біосинтезу ліпідів в порівнянні з біосинтезом білків, що і обумовлює раннє накопичення жиру в організмі риб, вирощуваних на теплих скидних водах. Зміна обміну речовин при підвищенні або пониженні температури вимагає пристосування всіх функцій організму, тобто адаптації особин.

Вельми істотна роль температурного режиму в проходженні окремих ланок репродуктивного циклу. Так, тільки при певній температурі у риб починається нерест. Вплив температури на швидкість статевого дозрівання відмічений у всіх холоднокровних тварин. Наприклад, короп залежно від кліматичних зон може досягати статевої зрілості у віці 5…6 років (Карелія) і в 6…8 міс. (Куба).

При цьому міняється і періодичність проходження нересту. Температурний режим також впливає і на тривалість життя гідробіонтів. Наприклад, раннє настання статевої зрілості призводить до того, що ріст риб різко сповільнюється. Якщо проходження окремих стадій розвитку в результаті підвищення температури води швидшає, то тривалість всіх стадій в сукупності, а отже, і всього життя скорочується. Короп на Кубі рідко живе більше 8 років, тоді як в центральних районах СРСР він доживає до 20 років і більше.

Від температури води залежить характер прояву і перебігу різних хвороб. Так, при низькій або високій температурі води у коропа уражається зябровий апарат. Температурний режим впливає і на фізіологічний стан риб. Наприклад, залежно від температури води різко змінюється характер прояву і

У водних об’єктах температура є результатом одночасної дії сонячної радіації, теплообміну з атмосферою, переносу тепла течією, перемішування водних мас і поступання підігрітих вод із зовнішніх джерел. В результаті скиду гарячих стоків вода в водних об’єктах 1 і 2 категорій не повинна нагріватися більше ніж на 3°С в порівнянні з середньомісячною температурою води самого жаркого місяця року за останні 10 років. Для водних об’єктів 3 і 4 категорій встановлюється не тільки перевищення температури над природною, але і максимальне її значення в залежності від виду риб.

4.1 Температура для акваріумних риб

Для більшості акваріумних риб та рослин оптимальною вважається температура води 22- 25°С. Вона підходить для більшості тропічних риб, що відбуваються з американського континенту, з Африки, Азії, Австралії. Однак серед найбільш масових видів акваріумних риб є два важливих виключення. Один виняток - це холоднокровних риби - золоті рибки і кои. З приводу останніх необхідно відразу зауважити, які - не акваріумні риби, вони, скоріше, ставкове риби, якщо ви збираєтеся утримувати їх в акваріумі, то його обсяг повинен бути не менше 500 літрів. Для холоднокровних риб оптимальною є більш низька температура - близько 20°C. Друге найважливіше виняток - дискусії. Ці рибки, що відбуваються з американського континенту, дуже люблять високу температуру акваріумний води - близько 30°С. Основний висновок, який випливає з цих фактів: ніколи не варто саджати золотих рибок або дискусию разом з тропічними рибами

Регулювати температуру акваріумний води просто взимку, навесні і восени, коли температура повітря в наших квартирах менше 25 градусів. Однак влітку, коли температура повітря буває 30 градусів і більше, часто виникають проблеми. Перша - акваріумні рослини нерідко не витримують такої температури і повільно гинуть. Їх відмерлі частини починають гнити в акваріумі, що призводить до різкого підвищення вмісту сполук азоту та органіки у воді. Друга проблема пов'язана з тим, що при підвищенні температури розчинність молекулярного кисню у воді сильно падає, і риби, незважаючи на те, що вони здатні пережити тимчасове підвищення температури, часто помирають від задухи. Найчастіше масова загибель рибок від задухи спостерігається в перекісленних акваріуми. Єдиний реально доступний для більшості акваріумістов, спосіб профілактики загибелі риби в даному випадку - поліпшення аерації води при занадто високій температурі повітря в приміщенні. У поверхневих водоймах добре розводяться короп, лин, карась, білий амур, товстолоб, щука, судак. З малоцінних, засмічених риб у водоймах можуть мешкати верховодка, піскар, окунь, плотва і в'юни. За вимогами до умов зовнішнього середовища риб поділяють на два види: теплолюбні і холоднолюбні.

Теплолюбні (коропові) добре ростуть, розвиваються і вважають за краще водойми зі стоячою водою, які добре прогріваються, з помірно розвиненою в них водною рослинністю. Розмножуються вони в осінньо-літній період. Звичайно через кілька днів з ікри з'являються личинки, які потім перетворюються на мальків. Холодолюбиві риби вимогливі до чистоти води з високою концентрацією кисню в ній.

5.Окисно-відновний потенціал (Eh), Редокс-потенціал водного середовища (rН).

Життя у водному середовищі залежить не тільки від його активної реакції (показник рН), але та від окислювально-відновного потенціалу, або редокс-потенціалу. Редокс потенціал (rH) є окислювально-відновлювальний процес (біохімічне старіння води). Редокс-потенціал, або окислювально-відновний потенціал – показник хімічної та біологічної активності води. Він стимулює або гальмує ріст та розвиток водних організмів. Слово редокс утворено від двох слів – редукція (відновлення) та оксидація (окислення). Редукцією буде процес виділення кисню або поглинання водню, оксидації – процес поглинання кисню.

Під час окислювальних або відновних реакцій змінюється електричний потенціал речовини – одна речовина, віддає свої електрони та заряджаючись позитивно, окислюється, інша, отримує електрони та заряджаючись негативно, відновлюється. Різниця електричних потенціалів між ними і є редокс-потенціалом. При вимірах (в електрохімії) величина цієї різниці позначається як Eh та виражається в мілівольтах. В акваріумній воді значення Eh коливається від – 400 до + 700 мВ, визначається всією сукупністю у ній окисних та відновних процесів та в умовах рівноваги характеризує середовище відразу щодо всіх елементів, що мають змінну валентність.

Окисно-відновні реакції у природі – це процес віддавання електронів окисненою речовиною та приєднання цих електронів відновлюваною речовиною. При цьому електричні потенціали обох речовин змінюються; речовина, що віддає електрони, набуває позитивний заряд, тоді як та, що приєднує електрони, отримує негативний заряд.

Різниця електричних зарядів потенціалів між цими двома речовинами отримала назву окисно-відновного потенціалу (ОВП). Значення ОВП характеризує певною мірою хімічний склад води.

Вода є складна суміш, що складається з атомів водню, кисню та інших хімічних елементів, що присутні у воді як домішки.

Значення Ен для кожної окислювально-відновної реакції може мати як позитивне, так і негативне значення. Наприклад, в природній воді значення ЕН вагається від -400 до +700 мВ, що визначається сукупністю окислювально-відновних процесів, що відбуваються в ній. При цьому, чим вище в природній воді значення ЕЬ, тим більше її здібність до окислення. Переважна більшість типів питної води (яка тече з крану, продається в пластикових пляшках, виходить після очищення в установках зворотного осмосу і більшості всіляких великих і малих водоочисних систем) мають ЕН (або ОВП) від +100 до +400 мВ. Отже, володіє великою здібністю до окислення всього того, на що впливають. Експерименти показали, що ОВП внутрішнього середовища організму людини в нормі завжди має негативне значення і зазвичай знаходиться в межах від -100 до - 200 мВ. Це означає, що активність електронів у внутрішньому середовищі організму набагато вища, ніж активність електронів в питній воді. Попавши в організм, питна вода почне віднімати електрони від кліток і тканин, піддаючи біологічні структури (клітинні мембрани, органоїди кліток, нуклеїнові кислоти і ін.) окислювальному руйнуванню. Словом, питна вода з позитивним значенням ОВП біологічно несумісна з внутрішнім середовищем організму.

Редокс-потенціали вимірюються в мілівольтах та за аналогією з рН можуть бути перераховані або в показник rН, що відображає тиск водню, або в Еh – показник активності електронів. Найпотужнішу окисну здатність у природній та акваріумній воді має кисень, а відновну – водень, але між ними розташовуються й інші речовини, присутні у воді і які менш інтенсивно виконують роль або окислювачів, або відновників. З точки зору акваріуміста, інтерес представляють кисень та озон, які мають дуже високу здатність окислювати органічні сполуки в акваріумі. Кисню протистоїть, як відновник, комплекс, що складається переважно з азотовмісних сполук, що утворилися в результаті розкладання органічних залишків та групи сполук металів зі змінною валентністю (наприклад, заліза). Тобто по відношенню до товщі води атмосфера відіграє роль постачальника окислювача, а дно – постачальника відновників. Суттєво підвищує редокс-потенціал застосування ультрафіолетових опромінювачів та озонаторів акваріумної води.

Окислювальні та відновлювальні процеси тісно пов’язані між собою, оскільки хімічна система тільки тоді може віддавати електрони, коли інша система їх приєднує. Такі системи називаються окисно-відновними. Перетворення речовин, при яких відбувається перенесення електронів, називаються окисно-відновними реакціями. Окислювально-відновний (редокс) потенціал служить кількісною мірою окислювальної здатності редокс-системи в порівнянні зі стандартним водневим електродом. Окислювально-відновні пари, потенціал яких по відношенню до стандартного водневого електрода негативний, діють на систему як відновники. У біохімії, на відміну від електрохімії, величини редокс-потенціалу виражаються не в мілівольтах, а в умовних одиницях rH (reduktion Hydroqenii).

Існують спеціальні таблиці переведення результатів, отриманих за допомогою приладу в мілівольтах, в умовні одиниці rH. Шкала умовних одиниць містить 42 ділення, rH = 0 означає чистий водень – відповідає системі з дуже сильними відновними властивостями, у той час як rH = 42 – чистий кисень – відповідає потенціалу так званого кисневого електрода. Природно, що поблизу цих показників життя неможливе. Збільшення rH відповідає збільшенню окисних властивостей системи. Зазвичай про систему з rH вище 25 говорять як про окисну, а з rH менше 20 – як про відновну. При цьому не слід забувати, що поняття окисний та відновний – відносне. За аналогією з pH лише частина діапазону rH прийнятна для життя риб та рослин. Йдеться про діапазон від 16 до 36.

Рис. Значення rH

rH 40-42 Атмосфера кисню (найбільша ступінь окислення).

rH 35 сильне окислення.

rH 30 помірне окислення.

rH 25 слабке окислювання.

rH 20 слабке відновлення.

rH 15 помірне відновлення.

rH 10 сильне відновлення.

rH 0-5 Атмосфера водню (найбільша ступінь відновлення).

Низькому показнику rH віддають перевагу анаеробні (живуть за відсутності вільного молекулярного кисню) організми – бактерії, гриби, діатомові водорості. Такі умови створюються в акваріумі при різкій підміні води та накопиченні великої кількості екскрементів, гнилих частин рослин, загиблих равликів, тощо. Низький rH також характерний товщі злежалого дрібнозернистого грунту, позбавленого доступу води, насиченої киснем. По суті, саме грунт є “кухнею погоди”, він визначає сумарний показник редокс-потенціалу в акваріумі – чим більше накопичується в грунті речовин, що мають тенденцію до віддачі електронів, тим більше знижується rH. Для здоров’я акваріума, продовження благополуччя водного середовища необхідно підтримувати в ньому чистоту, періодично чистити грунт.

Показники рН та rH тісно взаємопов’язані. окислювальні процеси знижують показник активної реакції води (чим вище показник rH, тим нижче рН), відновлювальні – сприяють підвищенню рН. У свою чергу, показник рН впливає на величину rH. Так, бурхливий процес фотосинтезу змінює величину rH в заростях таких рослин, як елодея та кабомба, здатних при фотосинтезі добувати СО2 з бікарбонатів: в результаті виділяється іон ОН-, що робить воду більш лужною, і показник rH знижується, при цьому в інших зонах акваріума він може залишатися незмінним. Слід зазначити також, що величина rH у верхніх шарах води зазвичай вище, в нижніх – нижче.

Оскільки показники рН коливаються протягом доби, змінюється і величина rH. Вона залежить також і від температури води. Таким чином, у водному середовищі постійно відбуваються як окислювальні, так і відновні реакції, не видимі оку акваріуміста.

Як всі живі організми на планеті, акваріум проходить стадії: народження — молодості — зрілості — старіння — вмирання, так от, на початкових стадіях акваріуміст повинен якомога швидше розігнати перші фази розвитку до стану зрілості, якомога довше протримати його на цьому етапі розвитку, відтягуючи фазу старіння. Але проходить час, і це біологічне середовище (живий організм) насичується різними речовинами (виділення риб, розкладання старіючих частин рослин, і як би ретельно не робилася регулярне прибирання в акваріумі, все одно організм старіє, тобто насичується продуктами розпаду органіки. Ці самі продукти, пройшовши всі стадії утилізації (поглинання поживних речовин) різними видами бактерій, називаються “гумінові кислоти”. Ці сполуки вже не здатні служити для когось живильним середовищем і є кінцевим пунктом біологічного розкладання органіки. Акваріумна вода, насичена такими кислотами має жовто-коричневий відтінок (при повній прозорості). Більшість риб відмовляються розмножуватися в такій воді, повільно росте молодь риб, багато рослин зупиняють своє зростання. Загалом кислоти мають властивості гальмування розвитку як корисних так і небажаних організмів

5.1Вплив параметра на людський організм

В організмі людини енергія, що виділяється в ході окислювально-відновних реакцій, витрачається на підтримку гомеостазу і регенерацію кліток організму. При цьому вода оптимально засвоюється у випадку, якщо її ОВП близько до ОВП внутрішнього середовища організму (від -100 до -150 mV, тобто нейтральне або слаболужне середовище). У переважній більшості випадків ОВП питної води складає від +100 до +400 mV - тобто кисле середовище (параметри pH і rH тісно взаємозв'язані). В цьому випадку вода в тканинах віднімає електрони від кліток і організм, відповідно, піддається окислювальному руйнуванню. Тому ОВП питної води має бути принаймні нижче 0 mv і в ідеалі повинен складати від -50 до - 200 mV (для пониження ОВП можуть використовуватися спеціальні хімічні сполуки).

6. Засоленість

6.1Залежність риб від солоності водойм

Відомо, що чистої води у природі не буває. Навіть дощова вода має

розчинені гази й різні солі.

Рис. вплив засоленості води на риби

I. Проникнення води в організм прісноводних риб (темні стрілки) та видалення її (світла стрілка). II. Проникнення води в організм морських риб (темна стрілка) та видалення її (світлі стрілки) Під малюнками — схеми дослідів з целофановим мішечком, наповненим розчином солі й зануреним у прісну воду (1) та наповненим прісною водою і зануреним у солону воду (2).

Виявляється, що загальний діапазон солоності води дуже великий. Вода, яка вважається прісною, містить в одному літрі не більш як один-два грами солей. В літрі морської води міститься близько 35 г солей. Мінливість солоності води вздовж морських берегів залежить від того, яка кількість річок упадає в море. У затоках морів, гирлах річок солоність змінюється від прісної до океанічної залежно від глибини, рівня припливів і сезонних змін прісноводного стоку. Наприклад, в одному літрі води Чорного моря розчинено близько 17—18 г солей. Різна солоність прибережних вод морів та швидкі зміни її обмежують поширення риб. Тому тут живуть лише ті риби, які можуть пристосовуватись до великої мінливості солоності. У прісних і морських водах живуть риби, що витримують невеликі зміни солоності. У зв’язку з цим одні з них живуть тільки в прісній воді, інші — тільки у відкритих морях. Риби, як і інші мешканці води, повинні весь час підтримувати рівновагу між солями в їхній крові й тканинній рідині та солями навколишнього середовища. У різних груп риб ці процеси відбуваються неоднаково. Схематично їх можна пояснити, розглядаючи надходження речовин у целофановий мішечок з концентрованим розчином солі, вміщеним у склянку з прісною водою. Через певний час мішечок роздувається. Це відбувається внаслідок просочування води із склянки в мішечок. І, навпаки, якщо в такий мішечок налити прісної води і, зав’язавши його, опустити у склянку з концентрованим розчином солі, то він зморщиться: вода з мішечка почне виходити в навколишнє середовище. Подібне явище відбувається і в риб.

У прісноводних риб концентрація солей у тілі вища, ніж у навколишніх водах. Тому вода постійно намагається проникнути в тіло риби через шкіру, зяброві пелюстки, рот. У зв’язку з цим вони не п’ють води, а та, що проникає в їхнє тіло, потрапляє в нирки, а з них спеціальними протоками виводиться назовні у вигляді сечі. У прісноводних риб стінки кишечника непроникні для води, але проникні для солей.

У морських кісткових риб тканинна рідина має менше солей, ніж навколишня вода. Тому вони повинні постійно віддавати воду навколишньому солоному середовищу. У зв’язку з цим морські риби повинні постійно пити багато води. Стінки їхнього кишечника пропускають воду. Надлишок солей, які потрапляють разом з водою, видаляється разом з екскрементами, а з крові — через особливі клітини в зябрах. Процеси нагромадження або видалення солей відбуваються під впливом специфічних гормонів. Завдяки їхній дії в тілі риб зберігається рівновага кількості солей.

От чому риба, перенесена з одного середовища в інше, може загинути внаслідок великої різниці між тиском у її тілі й тиском зовнішнього середовища. Людина, яка вип’є багато морської води, наприклад, під час аварії судна, загине через обезводнювання клітин її тіла. Це відбувається внаслідок того, що солі з травного тракту потрапляють у кров. Якщо солей небагато, то їх надлишок можуть видалити нирки. При значній кількості солей нирки не справляються з цією роботою. Тому в кров починає надходити вода з навколишніх клітин, що й призводить до обезводнення організму.

У зв’язку з цими явищами так звані прохідні риби, які йдуть для розмноження з моря в річки чи з річок у море, тобто періодично змінюють середовище, деякий час залишаються на межі солоних і прісних вод. З азово-чорноморських риб до прохідних належать білуга, осетер, севрюга, оселедець, пузанок, лосось чорноморський. Вони для розмноження ідуть з моря в річки, а потім повертаються в море, де живуть до наступного періоду розмноження. Прісноводні риби весь час живуть у прісній воді і, як правило, у солонуватих водах не зустрічаються. Більшості з них не властиві далекі переміщення. До них належать озерні риби (карась, в’юн, лин), озерно-річкові (окунь, в’язь, щука) та річкові (головень, білизна, підуст, харіус).

Існують також напівпрохідні риби — це прісноводні риби, які для живлення опускаються у передгирлові ділянки річок або в прилеглі до них ділянки моря із солонуватою водою, а для нересту заходять у річки. До них належать тараня, лящ, чехоня, короп, шемая, рибець тощо.