V.

CO₂

Co je to?
Na jednoduchou otázku je jednoduchá odpověď: CO₂ je oxid uhličitý, sloučenina, jejíž molekulu tvoří dva atomy kyslíku a jeden atom uhlíku.
CO₂ se vyskytuje v atmosféře ve velmi nízké koncentraci (0,036 %) a ze vzduchu se dostává do vody. Je poměrně dobře rozpustný a ve vodě tvoří část jeho molekul kyselinu uhličitou (H₂CO₃), což má za následek např. nízké pH dešťové vody – kapky vody se při průchodu atmosférou obohatí o CO₂ (a o další látky). Podobně se při styku se vzduchem obohacuje jakákoliv voda, včetně destilované – proto její pH klesne, necháme-li ji v neuzavřené nádobě.
Vztah pH a CO₂ je velmi těsný a vstupují do něj i jiné formy anorganického uhlíku. A jsme zase u tzv. uhličitanové rovnováhy, která ovlivňuje pH a alkalitu:

Ve vodě je přítomen anorganický uhlík ve 4 formách:

• molekulární oxid uhličitý CO₂
• kyselina uhličitá H₂CO₃
• hydrogenuhličitan HCO₃-
• uhličitan CO₃^2-

                     Procentuální zastoupení forem anorg. uhlíku v závislosti na pH:

	pH	CO2+H2CO3	HCO3-	CO32-
	4	99,70	0,30	0,00
	5	97,05	2,95	0,00
	6	76,69	23,31	0,00
	7	24,99	74,58	0,03
	8	3,22	96,70	0,08
	9	0,32	95,84	3,84
	10	0,02	71,43	28,53
	11	0,00	19,96	80,09

Výše uvedená tabulka nám ukazuje, v jaké formě se uhlík nachází - neřekne nám ale, jaké je jeho množství vyjádřené absolutními čísly. Rovnovážná koncentrace CO₂ ve vodě je při pokojové teplotě 0,4-0,7 mg/l. Skutečné množství rozpuštěného CO₂ ovlivňuje zejména teplota, pohyb hladiny, nadmořská výška (resp. atmosférický tlak) a také celková mineralizace (obsah solí). Je-li naším cílem zvýšení koncentrace CO₂ oproti rovnovážnému stavu (a o to se snažíme prakticky vždycky, pokud chceme pěstovat živé akvarijní rostliny), musíme zabránit provzdušňování vody, tj. vyhneme se filtrům čeřícím hladinu, rozstřikovacím rampám a vzduchovacím kamínkům. Čím více je voda ve styku se vzduchem, tím více se přibližuje rovnovážnému stavu – a tedy koncentracím CO₂, které jsou pro zdárný růst většiny rostlin naprosto nedostatečné. Odchylku od rovnovážného stavu způsobují přídatné zdroje CO₂ (mimo atmosféru): v přírodě často podzemní vody, velmi bohaté na CO₂, nebo intenzivně probíhající rozklad organických materiálů.

V akváriu připadají v úvahu kromě atmosféry tyto zdroje CO₂:

• dýchání organismů, tj. ryb, rostlin, bezobratlých a baktérií v akváriu (v hustě osídlených akváriích se střední intenzitou osvětlení a minimálním pohybem hladiny se může obsah rozpuštěného CO₂ v ranních hodinách blížit k optimu)
• filtr, resp. baktérie v něm usídlené (udává se, že na každý gram umělého krmiva pro ryby připadá produkce CO₂ až 1 g/l)

Význam:
Z pohledu živočišné říše je CO₂ odpadem, z pohledu rostlin je to však životně důležitá látka. CO₂ je jediným zdrojem uhlíku, který tvoří základní stavební kámen všech organických látek. Rostliny ho získávají v procesu fotosyntézy, kdy CO₂ přijímají za využití světelné energie a uhlík zabudovávají do svých pletiv (asi 43 % rostlinné sušiny představuje uhlík!). Organické látky rostlinného původu jsou pak zdrojem uhlíku pro býložravce atd. Dvě molekuly kyslíku jsou při fotosyntéze nadbytečné a díky tomu produkují rostliny O₂.
Protože rostliny ke svému růstu potřebují nezbytně CO₂, musíme se nutně zajímat o to, jestli je ho v akváriu dostatek. Tím nemyslím neustálé testování nebo dodávání CO₂ bez znalosti širších souvislostí, jak se často v akvaristikách doporučuje. Neplatí totiž, že čím více CO₂ akvarijní voda obsahuje, tím lépe. Zvýšení koncentrace CO₂ má i nepříjemné stránky – riziko udušení ryb (pokud je CO₂ příliš mnoho) a pokles pH/alkality (vždy).
Koncentrace CO₂ v akváriu může být velmi různorodá a významně se mění v čase – narozdíl od např. dusíkatých látek, které se v akváriu nemohou znenadání objevit „odnikud“ ani se záhadně ztratit, může obsah CO₂ kolísat i v horizontu několika hodin. Je to proto, že CO₂ intenzivně spotřebovávají rostliny a uvolňuje se při dýchání, může do vody pronikat z atmosféry a zase se do ní vracet a také může uhlík přecházet do různých forem. Podstatný je ale fakt, že rostliny nejsou nikdy zcela bez zdroje uhlíku – má-li pH „rozumnou“ hodnotu, je ve vodě vždy nějaký uhlík ve formě CO₂. „Rozumnou“ hodnotu poznáte tak, že ryby žijí. Jen velmi málo přírodních (sladkých) vod oživených rybami má pH nad 8,3 (nad tuto hodnotu je volný CO₂ prakticky nepřítomný) nebo nižší než 4,3. Není to samozřejmě náhoda – 4,3 až 8,3 je právě ten rozsah pH, který je pod kontrolou uhličitanového pufračního systému (viz ALKALITA). Při pH vyšším než 8,3 je stále dostupný uhlík ve formě hydrogenuhličitanů, které umí řada rostlin využívat (podrobnosti najdete ve zvláštním článku).
Jaké je tedy optimální množství CO₂? Akvárium průměrně osázené prosperujícími rostlinami spotřebuje za den asi 1-2 mg/l CO₂. Pro růst i těch náročnějších druhů rostlin postačí udržovat koncentraci asi 15 mg/l. Občas se doporučují i vyšší hodnoty, ale pak stoupá riziko otrávení ryb a významně se nezlepšuje růst rostlin, takže vyšší koncentrace CO₂ považuju za zbytečné. Jak už jsem psala výše, v běžné vodě nebývá zpravdila CO₂ více než asi 0,5-3 mg/l. V případě velmi husté rybí osádky to může být i více, ale velmi hustá rybí obsádka znamená i velkou produkci odpadů a tedy ne zrovna ideální podmínky pro pěstování náročnějších druhů rostlin. V rostlinném akváriu je často nezbytné dodávat CO₂, pokud chceme růst rostlin urychlit. Neznamená to ale, že bez CO₂ nemůžeme mít krásné a prosperující rostliny! Je volbou každého z nás, jestli investuje peníze a určitou námahu do hnojení CO₂ a další čas potřebný k protrhávání rychle rostoucích rostlin, nebo si to všechno ušetří a spokojí se s pomalejším růstem rostlin. Pokud už chceme dodávat CO₂, je nutné zajistit rostlinám i dostatečnou intenzitu osvětlení a přísun mikroprvků, jinak je jakékoliv hnojení zbytečné.

Měření:
V akvaristice se běžně nevyužívají testy měřící CO₂ (viz níže) – resp. u nás se zatím nerozšířili. Místo toho lze ale poměrně spolehlivě odhadnout množství CO₂ na základě Henderson-Hasselbachovy rovnice: pH = 6,35 + log ([HCO₃^-]/[H₂CO₃]). Z této rovnice je jasné, že nám stačí znát pH a koncentraci hydrogenuhličitanů (v ideálním případě ji měříme jako alkalitu) – obsah CO₂ už dopočítáme. (Výše uvedená rovnice platí pro rozsah pH 4,35 až 8,35.)
Není třeba pracovat s rovnicí, na základě vztahu CO₂/pH/alkalita funguje tzv. Tillmanova tabulka, která je akvaristy široce využívána. Jednu její verzi najdete na konci tohoto článku. Různá permanentní čidla na sledování koncentrace CO₂, která se připevňují na stěnu akvária a umožňují neustálou kontrolu, pracují na stejném principu.
Při stanovování CO₂ je potřeba mít na paměti tři věci: zaprvé, obsah CO₂ se významně mění během dne. Proto chceme-li srovnávat dvě hodnoty, musíme zohlednit, ve kterou denní dobu byly stanoveny. Zadruhé, měříme-li CO₂ (resp. pH a alkalitu) ve vodovodní vodě nebo v akváriu po výměně většího množství vody, musíme několik hodin počkat. Ve vodárně se z vody CO₂ odstraňuje, aby nedocházelo k poškozování potrubí. Během několika hodin, kdy je voda ve styku se vzduchem, se CO₂ doplní na běžné množství a pH trochu klesne.
A konečně do třetice: v řadě případů nejsme schopni na základě Tillmanovy tabulky obsah CO₂ určit. Tahle skutečnost se často opomíjí. Jak tabulka, tak Henderson-Hasselbachova rovnice platí jen tehdy, pokud je uhličitanový systém jediným prvkem ovlivňujícím pH vody. Jinými slovy, pokud změřená alkalita není tvořena pouze a jedině hydrogenuhličitany a pH není ovlivněno pouze a jedině množstvím volného CO₂ (resp. H₂CO₃), nemůžeme Tillmanovu tabulku použít. Přitom je úplně jedno, jaké hydrogenuhličitany v rovnici figurují – tj. nejde ani o tzv. uhličitanovou tvrdost. Také nezáleží na tom, z jakého zdroje CO₂ pochází – tabulka platí i pro akvária, kam CO₂ přidáváme uměle. Tvrzení, že Tillmanova tabulka platí jen pro tzv. přirozené vody, často akvaristy zmate a myslí si, že při umělém hnojení pomocí CO₂ už ji nelze použít. Pod pojmem „přirozené vody“ se myslí takové vody, kde mezi anionty naprosto dominují hydrogenuhličitany - tak je to běžné ve většině povrchových vod. Na druhou stranu v našich povrchových vodách mezi kationty převládají Ca₂⁺ a Mg₂⁺. Co už tedy není „přirozené“ je třeba přídavek jedlé sody (NaHCO₃), běžný prostředek ke zvýšení pH v akváriu. A přesto i v takové vodě platí Tillmanova tabulka.
K tomu všemu patří ještě jeden dodatek: ne vždy je naše vodovodní voda „přirozená“, ač se traduje, že by taková měla být. Zjistíme to snadno, když spočítáme obsah CO₂ na základě hodnot změřených v odstáté vodovodní vodě (ne v akváriu). Je-li odhadované množství CO₂ větší než asi 1 mg/l, pak nemůžeme Tillmanovou tabulku použít, protože alkalita není způsobována jen hydrogenuhličitany a získáváme tak vyšší odhad, než je skutečnost. Častější je to v oblastech, kde je hodně tvrdá voda, a také tam, kde zjistíme znatelný rozdíl mezi tvrdostí a alkalitou. Jen pro ilustraci: moje vodovodní voda má pH 7,2 a alkalitu asi 7 °dKH. To by odpovídalo koncentraci CO₂ asi 15 mg/l. Je to vlastně ideální množství CO₂, a to ve vodě, která teče přímo z kohoutku – jen škoda, že je to pouhá iluze. Tato hodnota totiž není reálná bez dodatkového zdroje CO₂.

Co ví jen málokdo je fakt, že obdobné nepřesnosti, jaké jsou spojené se zjišťováním množství CO₂ na základě pH a alkality, se týkají i přímých testů CO₂. Ty pracují na základě titrace do fenolftaleinového bodu, tj. přidáváme tolik NaOH, kolik stačí na neutralizaci všech přítomných kyselin a dosáhnutí pH 8,3. Ideálně by měly probíhat následující reakce:
H₂CO₃ + NaOH = NaHCO₃ + H₂0
NaHCO₃ + NaOH = Na₂CO₃ + H₂0
Reakce skončí, až se všechen CO₂ přemění na CO₃^2-, tj. při pH 8,3. Dosažení pH nám ukáže fenolftaleinový barevný indikátor a na základě spotřeby NaOH spočítáme koncentraci CO₂. Předpokladem ale je, že neutralizujeme jen H₂CO₃. Jakékoliv další kyseliny výsledek zkreslují, podobně jako jakékoliv jiné zásady, které „zahájily“ neutralizaci dávno před námi a jejichž „spotřebu“ nemáme změřenou.

Jak je vidět, zjistit spolehlivě množství CO₂ v akváriu je prakticky nemožné bez kompletního chemického rozboru vody. Musíme se spokojit s orientačními hodnotami, které jsou zkreslené přítomností nejrůznějších solí (vodovodní voda), dusíkatých látek (vodovodní voda, odpadní produkty živočichů, tlející rostliny, kořeny apod.), fosforečnanů (krmivo), huminových kyselin (rašelina, kořeny), o nejrůznějších použitých chemikáliích nemluvě. Výsledky jsou navíc zkreslené případnou nepřesností testů pH a alkality - všimněte si, že odečtete-li např. pH jen o jedinou desetinu chybně, dostanete velmi rozdílné výsledky, co se koncentrace CO₂ týká. Bazírovat na nějakých absolutních číslech tedy nemá smysl, ostatně tak to platí v akvaristice všeobecně.

Úprava:
V úvahu v běžné praxi připadá jen zvýšení množství CO₂. Jak vyplývá z předchozího textu, zvýšit množství CO₂ můžeme jedině pomocí úpravy uhličitanového systému. Nestačí snížit pH, jak se mnoho lidí domnívá při pohledu na Tillmanovu tabulku. Máme v podstatě dvě možnosti:
1) posunutí rovnováhy v uhličitanovém systému směrem k volnému CO₂ (resp. H₂CO₃): nezvýšíme tím sice množství anorganického uhlíku, ale zlepšíme jeho dostupnost pro rostliny. Prakticky to znamená snížení pH jakýmkoliv způsobem. Jak moc snížit pH můžete rozhodnout na základě tabulky nebo grafu, které najdete na začátku této stránky. Mějte přitom na paměti, že tímto způsobem není možné zvýšit množství CO₂ nad koncentraci odpovídající přirozeným podmínkám, tj. nedosáhneme více než cca 3-5(-10) mg/l (záleží na rybí osádce). Také se připravíme o možnost kontroly množství CO₂ – Tillmanova tabulka přestává platit! Tento způsob příliš nedoporučuju, protože snažit se snížit pH, aniž bychom pracovali s uhličitanovým pufračním systémem, je vždycky ošidné a může to nadělat víc škod než užitku. Za určitých okolností ale může tato metoda umožnit růst těch druhů rostlin, které při vyšším pH prostě růst nedokáží – viz článek o příjmu uhlíku vodními rostlinami. V tom případě je nejlepší použít rašelinu, která má i jiné výhody.
2) umělé dosycování CO₂ nejrůznějšími způsoby: přímočaré zvýšení koncentrace CO₂ a zároveň snížení pH. Různé technologické postupy jsou popsány na internetu, nebudu je rozebírat – dopad na chemismus vody je u všech stejný. Musíme dát jen pozor, abychom množství CO₂ nepřehnali a neotrávili si ryby. K tomu dochází nejčastěji ráno, kdy je koncentrace CO₂ nejvyšší a naopak množství kyslíku nejnižší vzhledem k tomu, že v noci fotosyntéza neprobíhá. Není pravda, že nadbytečné CO₂ vyhání z vody kyslík – množství rozpuštěných plynů na sobě vzájemně nezávisí a v akváriích, kde se výborně daří rostlinám (a tedy často dodáváme uměle CO₂), bývá více kyslíku než v akváriích průměrně zarostlých. Více o tom v kapitole o KYSLÍKU (připravuje se). Jak ale stoupá koncentrace CO₂ ve vodě, je pro ryby stále nesnadnější zbavovat se CO₂ v krvi, protože žábry potřebují k optimální činnosti určitý rozdíl mezi koncentracemi „uvnitř“ a „venku“. CO₂ se váže na hemoglobin místo kyslíku a znemožňuje tak normální dýchání. Nejvíce doporučovanou prevencí je vypnout na noc dávkování CO₂, což však nebývá vždycky technicky snadno proveditelné. Nejlepší je proto nepřehánět hnojení s CO₂ – pokud dodržujeme rozumné dávkování do 15 mg/l, riziko otrávení ryb je minimální (hrozí až při koncentracích cca 50 mg/l, pro některé citlivější ryby se uvádějí zdravotní obtíže už od 20 mg/l, a naopak někteří autoři zastávající názor, že optimum je 35-45 mg/l tvrdí, že rybám nevadí ani koncentrace řádově stovek mg/l!). Případně je možné na noc zapnout vzduchování nebo jinak podpořit pohyb hladiny – CO₂ tak z vody rychleji vyprchá.
Při pohledu na Henderson-Hasselbachovu rovnici zjistíme, že je tu ještě třetí alternativa, jak ovlivnit chemismus vody. Zmíním ji pro úplnost:
3) zvýšení alkality přidáním (hydrogen)uhličitanů: zákonitě se při takovém zákroku zvyšuje i pH, takže klesá relativní množství volného CO₂. Přitom ale zvyšujeme celkové množství uhlíku. (Nejen) pro druhy získávající uhlík i z hydrogenuhličitanů může být takový zásah prospěšný (jsou některé akvarijní rostliny, které prosperují právě v těchto podmínkách, zatímco ve vodě s nízkou alkalitou a vysokou koncentrací volného CO₂ se jim příliš nedaří). Pozor ale na to, že celý uhličitanový systém je dynamický a otevřený – není možné vodu jednorázově a trvale předávkovat uhlíkem v jakékoliv formě. Nadbytečný uhlík ve formě CO₂ z vody vyprchá, příliš velké množství HCO₃^- zase posune pH nad 8,3. Potom už ve vodě není přítomný volný CO₂, ale vstupuje do hry rovnováha hydrogenuhličitany/uhličitany. Nadbytečné hydrogenuhličitany se tedy vysráží v podobě nerozpustných uhličitanů.

Tillmanova tabulka – obsah CO₂ (mg/l) v závislosti na pH a alkalitě (t=25°C)
světlá pole označují optimální koncentraci CO₂ v akváriu (10-25 mg/l)

	pH /°dKH	6,0	6,1	6,2	6,3	6,4	6,5	6,6	6,7	6,8	6,9	7,0	7,1	7,2	7,3	7,4	7,5	7,6	7,7	7,8	7,9	8,0
	0,5	15	12	9,5	7,5	6,0	4,7	3,8	3,0	2,4	1,9	1,5	1,2	0,9	0,75	0,6	0,5	0,4	0,3	0,23	0,19	0,15
	1,0	30	24	19	15	12	9,5	7,5	6,0	4,8	3,8	3,0	2,4	1,9	1,5	1,2	0,9	0,8	0,6	0,5	0,4	0,3
	1,5	45	36	28	23	18	14	11	9,0	7,1	5,7	4,5	3,5	2,8	2,3	1,8	1,4	1,1	0,9	0,7	0,6	0,45
	2,0	67	53	42	33	27	21	17	13	11	8,4	6,7	5,3	4,2	3,3	2,6	2,1	1,7	1,3	1,0	0,8	0,7
	2,5	75	60	47	38	30	24	19	15	12	9,4	7,5	6,0	4,7	3,8	3,0	2,4	1,9	1,5	1,2	0,9	0,8
	3,0	90	71	57	45	36	28	23	18	14	11	9,0	7,1	5,7	4,5	3,6	2,8	2,3	1,8	1,4	1,1	0,9
	3,5	105	83	68	53	42	33	26	21	17	13	11	8,3	6,6	5,2	4,2	3,3	2,6	2,1	1,7	1,3	1,0
	4,0	133	106	84	67	53	42	33	27	21	17	13	11	8,9	7,6	5,7	4,8	3,0	2,6	1,9	1,5	1,2
	5,0	150	120	95	75	60	47	38	30	24	19	15	12	9,5	7,5	6,0	4,7	3,8	3,0	2,4	1,9	1,5
	6,0	193	153	121	96	77	61	48	38	30	24	19	15	12	10	8	6	4,9	4,0	2,9	2,3	1,8
	8,0	257	204	162	129	102	81	65	51	41	32	26	20	16	13	10	8	6	5	3,8	2,9	2,4
	10	321	255	203	161	128	102	81	64	51	40	32	25	20	16	13	10	8	6	5	4	3
	12	386	307	244	193	154	122	97	77	61	49	39	31	24	19	15	12	10	8	6	5	4
	14	450	357	284	225	179	142	113	90	71	57	45	36	28	22	18	14	11	9	7	6	4
	16	500	397	315	250	199	158	125	100	79	63	50	40	31	25	20	16	12	10	8	6	5
	18	562	447	355	282	224	178	141	112	89	71	56	45	35	28	22	18	14	11	9	7	6

© 2005 Markéta Rejlková