Después de estar leyendo mucha información respecto al tema de crecimiento de corales SPS, hay varios aspectos sumamente interesantes que aquí comparto con ustedes. Ya no solo se trata de mantener buena iluminación, buen flujo de agua, parámetros estables, alimentación adecuada, sino que ahora también hay aspectos un poco más complejos que desempeñan un rol igual o incluso más importante en el crecimiento y desarrollo de nuestros corales.
Como siempre trataré de ser breve y conciso en la información que aquí comparto, espero disfruten la lectura y sobre todo espero que alguien se anime a sacarle provecho, y por supuesto si así ocurre, que comparta con todos el logro obtenido…!
Habiendo comentado lo anterior, entramos de lleno en el tema.
La calcificación.
La calcificación es el proceso mediante el cual los iones de calcio (Ca2+) se combinan con los iones de bicarbonato (HCO3-) para producir carbonato de calcio mineral (CaCO3) y protones (iones de hidrogeno, H+). Así los corales mediante la realización de este proceso, es como van incorporando el carbonato de calcio mineral (CaCO3) a sus estructuras incrementando así su tamaño.
La reacción de calcificación puede representarse de la siguiente manera:
Para que el proceso de calcificación pueda llevarse a cabo por los corales y otros organismos calcificadores, en la columna de agua debe existir:
· - Calcio,
· - Una fuente de carbón inorgánico (carbonato, bicarbonato, dióxido de carbono) y
· - Un adecuado pH.
También es importante considerar que el nivel de calcio es directamente proporcional al nivel de salinidad. Es decir, el nivel de calcio incrementa conforme aumenta la salinidad del sistema y viceversa.
Hasta ahora hay plena certeza, que estos elementos son los factores clave para que el proceso de calcificación se lleve cabo, el cual permite a los corales incrementar el tamaño de sus estructuras, sin embargo, “el mecanismo” mediante el cual los corales llevan a cabo la incorporación de dichos elementos a su estructura, aún está siendo investigado y actualmente existen varias “teorías” al respecto, no obstante, aún no se ha comprobado nada. Por tal motivo dicho mecanismo no lo abordaré en este artículo.
Ahora, teniendo presente el concepto de calcificación, me parece que existen varias interrogantes interesantes para los reefers, por ejemplo: ¿Cómo se comporta el proceso de la calcificación?, ¿cuáles son las condiciones bajo las cuales el proceso de la calcificación se maximiza?, ¿Cuáles son las condiciones de la calcificación en la naturaleza?...
Algunas respuestas a dichos cuestionamientos surgen de un concepto químico, que recientemente ha tomado mucha importancia y atención, debido a que forma parte de extensas investigaciones respecto a la acidificación del océano y los impactos derivados de ese hecho. Dicho concepto es el llamado “estado de saturación de la aragonita”. Por supuesto reitero, que este no es el factor único que hay que considerar, se da por hecho, que los factores primarios se han cubiertos, lo cual significa que los parámetros del agua del acuario están dentro de márgenes adecuados y son estables, la alimentación de los corales es adecuada, la iluminación es excelente, existe una buena circulación de agua, además claro de una fuente ilimitada de calcio, alcalinidad y magnesio.
El estado de saturación de la aragonita.
Las aguas marinas tropicales superficiales están generalmente súper saturadas con respecto a los carbonatos minerales (por ejemplo, calcita, aragonita y calcita alta en magnesio) los cuales son los principales elementos para que muchos organismos marinos construyan sus conchas y estructuras. A grandes profundidades, el agua marina se torna insaturada y estos minerales empiezan a disolverse, generando así una especie de control natural (entre otros factores) en la distribución de los arrecifes de coral. Teniendo esto como antecedente nos referimos al grado en el cual el agua marina está saturada con respecto a estos minerales como “estado de saturación” y se denota utilizando la letra griega Ω (omega). En el caso de los arrecifes marinos estamos más familiarizados con el uso y concepto de la aragonita, de hecho es parte fundamental de nuestros acuarios de arrecife, por lo que este elemento será el que se tomará como referencia de aquí en adelante.
La precipitación y la disolución de la aragonita en el agua marina puede ser descrita por la siguiente reacción química:
Donde:
Ca2+ es la concentración de iones de calcio disueltos en el agua marina,
CO32- es la concentración de los iones de carbonato disueltos en el agua, y
CaCO3 es aragonita.
Nótese que la flecha indica que la reacción puede ir hacia adelante, izquierda a derecha, o hacia atrás, de derecha a izquierda. La ecuación leída de izquierda a derecha es para la reacción de precipitación de la aragonita y leída de derecha a izquierda es para la reacción de disolución de la aragonita.
El estado de saturación del agua marina respecto a la aragonita puede ser definido por el producto de las concentraciones de los iones de calcio y carbonato disueltos en el agua marina divididos por su producto en equilibrio:
Donde el calcio disuelto [Ca2+] es la concentración de iones de calcio disueltos en el agua marina, [CO32-] es la concentración de iones de carbonato disueltos en el agua marina, [CaCO3] es la solubilidad de la aragonita en el agua marina y Ω es el estado de saturación calculado.
Cuando Ω=1, el agua marina esta exactamente en estado de equilibrio o de saturación con respecto a la aragonita. En otras palabras, la aragonita no se está ni disolviendo ni precipitando. Con respecto a la ecuación 1, el equilibrio significa que la reacción de precipitación hacia adelante, izquierda a derecha, y la reacción de disolución hacia atrás, derecha a izquierda, son iguales en su tasa de cambio por lo que no hay ni precipitación ni disolución.
Cuando Ω>1, se dice que el agua marina esta súper saturada con respecto a la aragonita. En este caso, la aragonita se precipitará o ira de acuerdo a la reacción química de izquierda a derecha (ecuación 1).
Cuando Ω<1, se dice que el agua marina esta insaturada con respecto a la aragonita, lo cual provoca en una disolución de la aragonita mineral o que siga a reacción química de derecha a izquierda.
Por lo tanto para que ocurra la formación de esqueletos de carbonato de calcio de los corales se necesita que el estado de saturación de la aragonita este por arriba de 1. (Ω>1)
Los valores del agua marina natural son pH=8.2, Ω≈3, lo cual significa que la concentración de calcio y alcalinidad está súper saturada, por lo que la calcificación se efectúa normalmente.
Cuando el dióxido de carbono se agrega a la superficie del agua marina desde la atmósfera, la acidez de la superficie del agua marina incrementa. Si la acidez de la superficie aumenta, entonces habrá relativamente menos iones de carbonato (CO32-) en el agua marina y así el valor de Ω disminuye al igual que el estado de saturación del agua marina con respecto a la aragonita.
Los efectos de la acidificación del océano en la tasa de calcificación parecen no estar afectados directamente relacionados a los cambios en el pH per se, pero si respecto a los cambios en el grado en el cual el agua marina esta súper saturada con respecto a los minerales de carbonato (por ejemplo, la aragonita). Un cambio en la concentración del ion carbonato provoca un cambio proporcional en el estado de saturación de la aragonita Ω, así que si la acidificación del océano continua, el valor de Ω en la superficie del océano disminuirá. Si el estado de saturación disminuye será complicado para los organismos marinos calcificadores precipitar el carbonato de calcio que necesitan para construir sus esqueletos, por lo que su crecimiento se detendría, poniendo en peligro así sus probabilidades de supervivencia.
El estado de saturación de la aragonita en los acuarios de arrecife
Hasta ahora he mostrado solo ecuaciones químicas que tal vez a muy pocos de los reefers les parezcan interesantes, por lo que aterrizando dichos conceptos a nuestro acuario de arrecife, Holmes-Farley desarrolló una tabla de los diferentes valores de Ω de acuerdo a los niveles más comunes de calcio, alcalinidad y pH en un acuario de arrecife.
También, el mismo Holmes-Farley propone las siguientes combinaciones de factores que tienen el mismo estado de saturación respecto a la aragonita:
Observando la tabla de valores anterior y las diferentes combinaciones de valores que propone Holmes-Farley se pueden obtener conclusiones interesantes al respecto, por ejemplo, comparando las combinaciones propuestas con los valores recomendados para Ca, KH y pH en un acuario de arrecife, se podrían obtener puntos de referencia para establecer el ritmo de calcificación deseado en nuestros acuarios. Por ejemplo:
Como se puede observar de las tablas anteriores los valores directamente involucrados con el estado de saturación de la aragonita son:
Por lo tanto, teniendo como antecedente toda la información hasta ahora presentada, y también considerando que se han atendido los factores referentes a la iluminación, movimiento de agua, alimentación y calidad del agua (nitratos, fosfatos), entonces se puede concluir que:
La calcificación de los corales es altamente impactada por la súper saturación del carbonato de calcio.
Si Ω está por debajo de los valores normales, la calcificación de los corales se realiza más lento o no se realiza. Por el contrario, a una elevada Ω, la calcificación se incrementa, por lo que muchos acuaristas intentan tomar ventaja de esta relación elevando Ω por encima de los niveles naturales, con la finalidad de obtener altas tasas de crecimiento, pero corren un gran riesgo de una precipitación abiótica del carbonato de calcio en el tanque y las correspondientes consecuencias de que un evento de este tipo se presente. De hecho, hay investigaciones que demuestran que con una Ω>4, la calcificación incluso continúa realizándose por la noche, es decir, la calcificación nocturna puede presentarse en nuestros acuarios. Sin embargo, el tratar de tener un elevado valor de Ω en nuestros acuarios con la finalidad de incrementar el ritmo de calcificación de nuestros corales, puede tener sus riesgos, como lo es un evento de precipitación espontánea del carbonato de calcio.
Precipitación espontánea del carbonato de calcio
Si el estado de saturación es muy alto, un gran evento de precipitación puede ocurrir, en el peor de los casos esto puede generar una tormenta de nieve de partículas de carbonato de calcio a través del tanque. En este caso, el pH incrementa y convierte mucho del bicarbonato en carbonato. Por lo que Ω es llevada a niveles inestables y puede presentarse un evento masivo de precipitación.
La precipitación puede empezar cuando alguno de los siguientes eventos ocurre:
1. Carbonato de calcio en forma de cristales es agregado al agua. En tanques de arrecife, la adición de arena fresca de carbonato de calcio (aragonita) normalmente es suficiente para iniciar un evento de precipitación. Esta adición iniciará la precipitación del carbonato de calcio (al igual, probablemente, que con el magnesio y el estroncio).
2.
La súper saturación es elevada a niveles muy altos. Esto puede ser causado por un incremento en el pH, un incremento de temperatura, o más obviamente, por incremento ya sea en el calcio o en el carbonato.
3. Dada una condición de súper saturación, se incrementa el pH, o con la adición de un poco más de calcio o alcalinidad.
4. También puede provocarse por un incremento en la temperatura, como se puede evidenciar en la precipitación de carbonato de calcio en los calentadores del acuario.
5. Otro estímulo para la precipitación del carbonato de calcio de la solución es la presencia una corriente eléctrica. El campo eléctrico causa que los minerales se precipiten del agua marina, resultando en una acumulación principalmente de costras de carbonato de calcio sobre la superficie electrificada.
De hecho se han realizado investigaciones respecto a una mayor formación de estructuras de arrecife mediante la aplicación de pequeñas descargas eléctricas a una malla de hierro colocadas sobre el fondo, a las cuales se les ha dado el acrónimo ERCON (Electrochemical Reef Construcción, Construcción Electroquímica de Arrecifes). Además de motivar la precipitación espontanea de carbonato de calcio en la superficie electrificada, el efecto también puede provocar una calcificación más rápida en los corales asentados o trasplantados en dicha superficie (Schumacher, 2000). Ver http://www.globalcoral.org/ para una interesante demostración de una serie de tiempo de este sistema en las Maldivias.
Sin embargo, también hay ciertos aspectos que pueden detener o al menos disminuir la probabilidad de que un evento de precipitación espontánea de carbonato de calcio se detenga o al menos tenga un impacto menor, aún cuando la precipitación ha iniciado, es normalmente detenida casi inmediatamente por una combinación de diferentes cosas:
1. El hecho más importante que ocurre de manera normal en el agua marina para inhibir la precipitación del carbonato de calcio es la adhesión del magnesio a la superficie creciente del cristal. En algún sentido, envenena la superficie con más precipitación de carbonato de calcio, formando una mezcla de calcio y magnesio.
2. El magnesio también forma parejas con los iones de carbonato y por lo tanto reduce su libre concentración, haciendo la precipitación menos probable.
3. El fosfato es absorbido en las superficies de cristales crecientes, inhibiendo su crecimiento/propagación tal y como lo hace el magnesio. En un tanque de arrecife esto podría ser más importante que en el océano ya que el fosfato esta normalmente más elevado en los tanques de arrecife.
4. Moléculas orgánicas también se pueden adsorber en la superficie en crecimiento del cristal, inhibiendo así la precipitación del carbonato de calcio.
Comentarios finales respecto al estado de saturación de la aragonita.
Entonces se puede concluir, que si es que aspiramos a tener tasas de crecimiento elevadas de organismos calcificadores, además de considerar los aspectos referentes a una buena iluminación, buen flujo de agua, buena calidad general del agua, una alimentación adecuada, hay no sólo que asegurar un suministro constante e ilimitado de calcio y carbonatos, si no hay que conseguir cierta combinación de factores y mantenerla constante. Debido a que el elemento verdaderamente limitante de la calcificación es el llamado estado de saturación de la aragonita.
Existen varias combinaciones de factores, principalmente de pH, Ca y KH que permiten tener niveles de Ω por encima de 1, acelerando así las tasas de calcificación de los corales. Sin embargo, a mayores valores de Ω, no solo se incrementa el ritmo de calcificación, sino que también se incrementa el riesgo de sufrir de un evento de precipitación espontanea de carbonato de calcio, lo cual podría provocar ciertos daños en el funcionamiento de nuestros tanques alterando así su equilibrio.
Así que dependerá de cada quién determinar la combinación de los valores de pH, Ca y KH que mejor satisfagan las necesidades de nuestros organismos y del reefer.
No cabe duda, que mientras más nos adentramos en este hobby, surgen aspectos más y más interesantes que mantienen e incrementan la reefer/pasión/adicción.
Espero les sea de utilidad este información, y sobre todo que si alguien se anima a utilizar esta información para realizar algún experimento sobre el estado de saturación de la aragonita, se anime a compartirlo con todos.
