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  • Il Sale nell’acquario marino

    Introduzione:

    In questo articolo parleremo del sale e della sua misurazione. Spesso sottovalutato all’inizio dai neofiti questo elemento nella sua giusta concentrazione è il punto di partenza per la buona riuscita di una vasca, infatti avere un acqua di buona qualità e con parametri corretti ci permette di poter mantenere i nostri animali nelle condizioni ottimali. Per iniziare vediamo prima cosa c’è nell’acqua di mare (fig.1), a seguire i vari metodi di misura a disposizione degli acquariofili.



    Fig. (1) Reef Berenice (foto by Paolo Piccinelli)

    Composizione acqua di mare:

    Le acque marine ed oceaniche possono essere considerate come una soluzione contenente sali e gas disciolti, sostanze organiche e inorganiche in sospensione colloidale (sospensione di minuscole particelle di una sostanza in un'altra). Gli organismi si distinguono in stenoalini (hanno poca resistenza alle variazioni di concentrazioni saline) e eurialini (sopportano anche forti variazioni di salinità). Nelle acque oceaniche sono stati individuati circa 50 elementi chimici. Per la classificazione di questi elementi chimici presenti nell'acqua di mare possono essere utilizzati diversi criteri, in questo articolo si è ritenuto utile far riferimento principalmente alla loro concentrazione e anche alle loro interazioni con il comparto biologico. O2 e CO2 sono stati separati in quanto gas anche se la loro concentrazione li collocherebbe fra i costituenti maggiori.
    Gli elementi chimici presenti in acqua di mare possono essere suddivisi in quattro classi principali:
    - Costituenti maggiori: 11 elementi presenti in concentrazione superiore ad 1 mg/kg. Sono scarsamente reattivi e costituiscono il 99,9% in peso dei sali disciolti (fig. 2).



    Fig. (2) composizione media acqua di mare

    Per i costituenti maggiori (fig. 3), è stato osservato che a causa della loro scarsa reattività presentano una concentrazione sostanzialmente costante rispetto alla salinità (legge di Marcet). In sostanza, la salinità può variare ma il rapporto di ciascun elemento con essa è costante. Inoltre, questi 11 elementi vengono chiamati conservativi perché la loro concentrazione non viene modificata né dall'attività biologica né da quella chimica, fa eccezione il rapporto Ca/Cl % che risulta più elevato nelle acque profonde degli oceani, più fredde e ricche di C02, nelle quali aumenta la solubilità del CaCO3 di origine organica prodotto dal plancton negli strati superiori.



    Fig. (3) Tabella costituenti maggiori

    - Costituenti minori: il restante 0,1% dei soluti i quali subiscono notevoli oscillazioni di concentrazione soprattutto in rapporto all'attività biologica e geochimica.

    Contrariamente ai costituenti maggiori, quelli minori non sono conservativi e in acqua di mare presentano delle variazioni di concentrazione molto elevate, tali variazioni sono imputabili alla loro maggiore reattività chimica e all'azione dei processi biologici. Nella tabella a seguire (fig. 4) viene riportata la concentrazione media di alcuni elementi minori in acqua di mare. Queste concentrazioni però devono essere considerate come indicative a causa delle forti variazioni regionali di cui anche l'attività umana può essere considerata responsabile (Hg e Pb).



    Fig. (4) Tabella con concentrazione di alcuni costituenti minori

    - Micronutrienti: azoto, fosforo e silicio sotto forma ionica sono essenziali per l'attività fotosintetica e in rapporto ad essa presentano forti oscillazioni stagionali.

    Analogamente a quanto accade per le piante terrestri il fitoplancton marino e in generale tutti i processi autotrofi necessitano di sali minerali di P e N per il loro sviluppo (fig. 5 e 6). Anche il Si è indispensabile al plancton vegetale (diatomee) e animale (radiolari) che lo utilizzano per la costruzione del loro scheletro. Questi elementi possono essere considerati biolimitanti dal momento che la loro disponibilità può condizionare la produzione biologica nelle acque superficiali. In concentrazione elevata, al contrario, possono dar luogo a fenomeni particolari come l'eutrofizzazione. Altri elementi come Fe, Mn, Cu, Zn, Co, Mo ecc. sono essenziali alla crescita del plancton vegetale dal momento che fanno parte dei loro sistemi enzimatici, ma è soprattutto la disponibilità dei sali di P, N e Si che condiziona lo sviluppo del fitoplancton.




    Fig. (5) Valori medi di PO4 superficiali. ( WOA 2009, fonte http://www.noaa.gov/ )



    Fig. (6) Valori medi NO3 superficiali. ( WOA 2009, fonte http://www.noaa.gov/ )

    - Gas in soluzione: la loro presenza nelle acque (particolarmente O2 e CO2) è essenziale per tutti i processi vitali di animali e piante.

    I gas presenti nell'atmosfera non mostrano variazioni nelle proporzioni dei costituenti più abbondanti: l'azoto (78%), l'ossigeno (21%) e l'argon (1%). I gas nobili e quelli prodotti in parte anche dalle attività umane (C02, CO. N02, CH4, SO2 e NH3) sono a concentrazione molto bassa e/o variabile, come accade anche per il vapore d'acqua. Nell'interfaccia atmosfera-oceano si verifica uno scambio continuo a causa della diffusione molecolare. Lo scambio avviene nei due sensi in condizione di saturazione, quando cioè la concentrazione di ciascun gas nell'acqua è in equilibrio con quella nell'aria. Per ora ci fermiamo qui dato che la chimica dei gas è argomento complesso e merita di essere trattato in un articolo dedicato.

    Misura della quantità di sale in acquario:

    Come detto in precedenza la giusta concentrazione di sali in acqua risulta essere un parametro fondamentale per la sopravvivenza e il benessere dei nostri ospiti.
    Esistono diversi modi per esprimere la concentrazione di questi sali in vasca, tale differenza dipende dallo strumento utilizzato e dell’unità di misura di riferimento. Queste grandezze possono essere convertite una con l’altra grazie ad apposite tabelle, alla fine di questo articolo c’è una tabella di riferimento che trovate anche sul nostro forum (fig. 15), è molto importante sottolineare che esistono diverse variabili da considerare durante le misurazioni, prima tra le quali la temperatura (°C).

    - Conducibilità’:

    La conducibilità in un liquido nel nostro caso l'acqua di mare dipende dal numero di ioni disciolti per unità di volume (cioè dalla salinità) e dalla mobilità degli stessi (cioè dalla temperatura e dalla pressione). La sua unità di misura è mS/cm (milli-Siemens per centimetro). La conducibilità cresce della stessa quantità con un aumento di salinità di 0.01, un aumento di temperatura di 0.01°C o un aumento di profondità (quindi di pressione) di 20 m. Quindi per avere misure precise occorre tenere conto del valore di temperatura ed in generale proprio per questo i valori vengono riferiti a temperature standard 20°C o 25 °C (fig. 7).




    Fig. (7) Tabella con alcuni valori di conducibilità di riferimento

    - Salinità:

    La salinità (S) si può essenzialmente definire come la concentrazione totale dei solidi disciolti (sali) in un liquido. Nell’acqua di mare, dove l’elemento predominante è l’NaCl (cloruro di sodio), la salinità è variabile (fig. 8) solitamente il valore di riferimento ideale per i nostri acquari è di circa 35 ppt o parti per mille (%o), ovvero 35g di sale ogni 1000g di acqua.
    La misurazione in ppt può essere equiparata alla misurazione in PSU (practical salinity units) che è definita in termini di rapporto di conducibilità elettrica tra la soluzione campione e quella di una soluzione di KCl (Cloruro di Potassio) di riferimento (32.43g/Kg, 15°C, 1 atm).



    Fig. (8) Salinita' superficiale media. ( WOA 2001, fonte http://www.noaa.gov/ )


    - Densità :

    La densità (d) è un parametro fisico-chimico che rappresenta il rapporto tra la massa e il volume di un liquido, o più semplicemente, il volume che una certa massa di sostanza occupa. È solitamente espressa in g/l (grammi/litro) e per un acquario di barriera dovrebbe essere mantenuta ad un valore di circa 1.023 g/l. Generalmente, un liquido o un gas espande il suo volume quando la temperatura aumenta, mentre diminuisce il suo volume quando la temperatura si abbassa. L’acqua differisce in parte da questa regola generale: diminuisce il suo volume (e quindi aumenta la sua densità) man mano che la temperatura si abbassa, ma solo fino a 3.98°C. In questo punto raggiunge la sua densità massima (circa uguale a 1), dopodiché, al diminuire della temperatura il volume comincia a crescere e la densità diminuisce ( il ghiaccio ha densità minore rispetto all’acqua pur occupando un volume maggiore). Da questa regola si evince perfettamente che la temperatura alla quale si effettuano le misurazioni di densità è un parametro molto importante da tenere in considerazione per avere risultati corretti, riproducibili e affidabili (fig. 9).



    Fig. (9) Densità superficiale media. ( WOA 2009, fonte http://www.noaa.gov/ )

    - Gravità specifica:

    La gravità specifica (SG), detta anche densità relativa, è definita come il rapporto tra la densità di un campione ad una data temperatura e quella di uno standard ad una data temperatura.
    Si deve fare molta attenzione perché è molto facile confondere queste due grandezze, poiché vengono espresse con numeri che si assomigliano molto ma che in realtà sono molto diversi. Se ad esempio prendiamo i valori di Densità e Gravità specifica alla salinità ideale di 35 ppt avremmo che :

    Densità = 1.023 g/l circa
    Gravità specifica = 1,026 circa


    Strumenti di misura:

    - Sonda per la lettura della conducibilità:
    per la misurazione della conducibilità sono utilizzate delle sonde (fig. 10) che contengono circuiti elettronici più o meno complessi che sfruttano un segnale analogico proveniente da una cella di conducibilità. Queste celle permettono al circuito elettronico di far circolare in una piccola porzione di acqua una piccola corrente alternata.Misurando la resistenza elettrica che offre l’acqua al passaggio degli elettroni si può facilmente risalire a quanta corrente conduce e misurare appunto la conducibilità.



    Fig. (10) Schema sonda lettura conducibità con sensore di temperatura integrato

    - Idrometro a galleggiamento:

    questi strumenti vengono utilizzati per la misurazione della gravità specifica (SG), sfruttano il famoso Principio di Archimede: un corpo immerso totalmente o parzialmente in un fluido riceve una spinta verticale, detta forza di galleggiamento, dal basso verso l'alto pari al peso di una massa di fluido di forma e volume uguale a quella della parte immersa del corpo. In parole più semplici, un corpo riceve dal basso verso l'alto una spinta pari al peso del volume di liquido spostato. Come detto precedentemente la temperatura influenza questa lettura, gli idrometri a galleggiamento (fig. 11) sono tarati ad una temperatura standard (di solito 20 o 25°C) alla quale bisogna fare riferimento per risalire alla SG corretta: il valore che si rileva dal galleggiamento infatti non è quello reale perché la temperatura dell’acquario non è sicuramente quella alla quale lo strumento è stato tarato, quindi bisogna risalire tramite le apposite tabelle fornite con lo strumento al valore corretto.



    Fig. (11) Idrometro a galleggiamento

    - Idrometro a lancetta:

    utilizzano il principio alla base del funzionamento degli idrometri a galleggiamento sono utilizzati anche loro per la lettura della SG per la misurazione va inserito un certo volume di acqua e la lancetta dello strumento si muove fino ad indicare il valore di SG corretto su una scala di riferimento (fig. 11). Tra i due strumenti è forse preferibile quello a galleggiamento poiché è più semplice rimuovere eventuali incrostazioni che possono falsare i risultati.



    Fig. (12) Idrometro a lancetta

    - Rifrattometro:

    Questo strumento si basa su un principio fisico base: la rifrazione della luce (fig. 13). La
    rifrazione è la deviazione subita dalla luce quando questa passa da un mezzo fisico ad un altro nel quale cambia la velocità di propagazione.


    Fig. (13) Rifrazione

    Basta posizionare poche gocce di acqua salina sul prisma, abbastanza da coprirlo interamente, per far cambiare la direzione della luce in maniera significativa. La luce viene rifratta e determina la posizione di una linea su una scala; tale linea è più alta man mano che la salinità aumenta. Comunemente i rifrattometri mostrano una scala di SG associata ad una scala di Salinità in ppt/PSU (fig. 14a e 14b). Anche in questo caso bisogna fare molta attenzione ad utilizzare lo strumento in maniera corretta, valutando la temperatura del campione e quella alla quale lo strumento è stato tarato.
    Anche strumenti ATC (con compensazione automatica della temperatura) mostrano in realtà una dipendenza dalla T se la differenza è elevata (per questo motivo è bene non conservare gli strumenti in posti molto caldi o molto freddi). Prima di ogni misurazione accertarsi che sul prisma non siano presenti residui di sale che possono alterare il risultato, nel caso fosse necessario si può calibrare il rifrattometro con acqua distillata o bidistillata.


    Fig. (14a) Rifrattometro

    Fig (14b) Dettaglio della lettura effettuata con rifrattometro

    Conclusioni:

    In base a quanto detto in questo articolo il nostro consiglio è quello di tenere sempre controllato questo parametro, in particolare durante la preparazione di acqua nuova per il cambio in modo tale da evitare brusche variazioni che possono causare problemi alla vasca. Non siamo entrati nella questione commerciale perché partiamo dal presupposto che tutte le ditte più importanti forniscono Sali per acquario di buona qualità, ma un REEFBASTARDS controlla sempre per essere sicuro di non avere problemi.


    Fig (15) Tabella conversione per la lettura della salinità

    Bibliografia:

    L'oceano. Le Scienze, n. 183 (1983) - Broeker W.S.
    Chimie de l’eau de mer. Institut Océanographique, Paris(1996) - Copin-Montegut G.
    Marine Chemistry. Wiley-Interscience, New York (1969) - Horne R.A.
    Optical Oceanography. Elsevier Publishing Company, Amsterdam (1968) - Jerov N.G.
    Seawater: its composition, properties and behavior (1989) - The Open University