Movimiento superficial e intercambio gaseoso en acuarios con CO2 inyectado

La importancia del intercambio gaseoso

El intercambio gaseoso devuelve los niveles de gases disueltos de un acuario a los niveles atmosféricos, de acuerdo con la física de la presión de los gases. Para los acuaristas, esto significa reponer los niveles de oxígeno agotados en el acuario, así como eliminar CO2 del agua del acuario si está en niveles elevados con respecto al equilibrio. El intercambio gaseoso entre el agua del acuario y la atmósfera depende de:

Consumo de oxígeno

Tanto la actividad animal como la bacteriana consumen oxígeno, y a menudo es uno de los aspectos que más se pasan por alto en un acuario plantado: la gente da por hecho que las plantas oxigenarán el agua. Hasta cierto punto, es verdad. Las plantas sí oxigenan el agua, pero solo durante las horas de luz, cuando se produce la fotosíntesis, y cuando tienen acceso a suficiente CO2 (se necesita una molécula de CO2 por cada molécula de O2 producida), mientras que el consumo de oxígeno se produce a lo largo de las 24 horas del día.

Dos acuarios con el mismo volumen de agua: el más alto tiene menos superficie expuesta al aire, lo que da como resultado un intercambio gaseoso deficiente. A la derecha: es importante que el agua de la superficie se mezcle con las capas de agua más profundas. Tener mucha turbulencia en lo profundo del acuario, pero ninguna circulación entre las capas superior e inferior, es contraproducente. Un patrón de circulación circular, como el del diagrama, es una de las formas más eficaces de conseguir un mejor intercambio gaseoso. Este patrón de circulación también empuja hacia abajo, sobre el sustrato, y lleva CO2 a las plantas tapizantes.

Un enfoque contraintuitivo

¿Aumentar la desgasificación no “desperdiciaría” CO2?

Intuitivamente, desgasificar CO2 de un acuario con CO2 inyectado no tiene mucho sentido. Pero es una parte importante de un sistema de CO2 eficaz. Imagina un acuario hipotético sellado, sin ningún mecanismo de intercambio gaseoso, de modo que el 100% del CO2 inyectado va a parar al agua. Sea cual sea tu tasa de inyección, en un montaje así solo sería cuestión de tiempo que el CO2 alcanzara niveles letales para la fauna, aunque inyectaras a un ritmo muy bajo.

Una tasa de inyección más alta significa que alcanzarás ese nivel más rápido; con una tasa de inyección baja, en un acuario sin desgasificación de CO2, el CO2 también se acumulará de forma lineal: alcanzar niveles letales es solo cuestión de tiempo.

El dilema clave

¿Cómo conseguir niveles de CO2 altos, pero no excesivos?

En un acuario real siempre hay intercambio gaseoso, además del consumo por parte de las plantas acuáticas. Incluso en un acuario con un mecanismo de intercambio gaseoso deficiente, los niveles de CO2 subirán de forma gradual. A medida que suben los niveles de CO2, cuanto mayor es la diferencia entre los niveles atmosféricos y la cantidad de CO2 disuelto en el acuario, más CO2 se desgasifica. Las plantas también retiran CO2 del agua durante las horas de luz.
Así, cuando inyectamos CO2 en un acuario plantado, los niveles de CO2 suben siguiendo una curva de rendimientos decrecientes: cada unidad adicional de CO2 que se inyecta en el acuario contribuye menos a sus niveles de CO2, hasta que la tasa de inyección iguala la tasa de desgasificación. En ese punto, el CO2 alcanza el equilibrio.

Todo el CO2 que se inyecta tiene que ir a alguna parte: o se queda en el acuario o se desgasifica. Cuando se dice que un acuario plantado debería tener 35 o 15 ppm de CO2, se hace referencia a este nivel de equilibrio del CO2 disuelto en el agua. El gráfico de arriba ilustra el problema de un intercambio gaseoso deficiente: te enfrentas al dilema de tardar muchísimo tiempo en llegar a los niveles óptimos o de superar el umbral letal con demasiada facilidad. Además, el CO2 tarda mucho en acumularse en los acuarios, así que el momento en el que mides los niveles de CO2 también es importante.

En los acuarios con tasas de inyección bajas, el gas disponible se agota rápidamente cuando se encienden las luces: al principio, los niveles de CO2 bajan por el consumo de las plantas y luego van aumentando a lo largo del día (las plantas consumen más CO2 en las primeras horas).

Esto es contraproducente: hay bastante circulación, pero los niveles de CO2 no están en el punto óptimo cuando más se necesitan, al principio del día. Y, sin embargo, este escenario puede dar lugar a una situación en la que los niveles de CO2 están muy altos al final del día, con peces boqueando en la superficie. Los acuaristas no se explican cómo es posible que los peces estén boqueando y que, aun así, sus plantas no reciban suficiente CO2. 

Por desgracia, este escenario es extremadamente común en el mundo de los acuarios plantados cuando se usan tasas de inyección bajas junto con un intercambio gaseoso deficiente.

El escenario perfecto

En un escenario perfecto, el gráfico de acumulación de CO2 sería como el de abajo, en el que la concentración alcanza rápidamente el nivel óptimo, pero luego se mantiene mágicamente en ese nivel y no sube más.

La pregunta es: ¿cómo conseguimos una curva de acumulación de CO2 más pronunciada que se aplane de forma más brusca?

La forma óptima de conseguir niveles altos de CO2 disuelto

Buenos niveles de intercambio gaseoso: un mejor intercambio gaseoso permite usar una tasa de inyección más alta.

Curva A: a medida que aumenta la saturación de CO2, el CO2 se libera a un ritmo cada vez mayor, lo que evita una acumulación excesiva de CO2. Esto permite que el CO2 se acumule más rápido y que sea más fácil apuntar a niveles altos de CO2 sin llegar a niveles dañinos.

Hay que encontrar un equilibrio entre tener un buen intercambio gaseoso y tener un intercambio gaseoso tan agresivo que impida que los niveles de CO2 lleguen siquiera a acumularse de forma significativa.

Esto puede compararse con usar una tasa de inyección de CO2 baja, pero dejando que el CO2 se acumule lentamente durante muchas horas (curva B). Como se ha explicado arriba, esto tiene muchos inconvenientes.

Un buen intercambio gaseoso hace que los niveles de CO2 se aplanen de forma más brusca a medida que aumenta la saturación de CO2. Esto nos permite usar tasas de inyección más altas sin superar el umbral letal.

4 ventajas de un mayor intercambio gaseoso

Facilita ajustar el CO2 a un nivel más alto

En comparación con los acuarios con poco intercambio gaseoso, ya que da una respuesta más rápida sobre los niveles de CO2 (se ve el punto de equilibrio final en menos tiempo). Los acuarios con poco intercambio gaseoso son muy sensibles a cualquier aumento de la inyección de CO2, y su punto de equilibrio final es más difícil de adivinar.

Permite un mayor margen de error al ajustar el CO2

Esto se debe a que, cuando los niveles de CO2 alcanzan puntos de saturación más altos, el mecanismo de alto intercambio gaseoso impide que sigan subiendo. Recuerda el ejemplo de la caja sellada: en los acuarios con mecanismos de intercambio gaseoso deficientes, incluso con tasas de inyección pequeñas el gas puede acumularse fácilmente hasta niveles letales.

Los niveles de CO2 son más estables

Un tiempo de acumulación corto implica menos variabilidad, ya que el nivel óptimo se alcanza en la misma franja horaria cada día. El consumo de las plantas pesa menos cuando el CO2 se inyecta a un ritmo más alto.

El oxígeno se mantiene en un nivel alto

Esto es beneficioso para los animales y resulta más favorable con niveles de CO2 más altos. Los niveles de oxígeno y de CO2 son independientes en un acuario; lo ideal es que nuestros acuarios plantados tengan mucho O2 y un buen nivel de CO2.

3 herramientas para mejorar el intercambio gaseoso

En muchos acuarios plantados, sobre todo en los más pequeños que no son demasiado altos o estrechos, se puede conseguir un intercambio gaseoso razonablemente bueno simplemente con que el patrón de circulación del acuario intercambie la capa superficial de agua con las capas más profundas; normalmente, esto también proporciona algo de movimiento superficial.

Tener muchísima circulación en el acuario, pero ninguna circulación entre la capa superficial de agua y las capas más profundas, no ayuda mucho al intercambio gaseoso, ya que el intercambio gaseoso se produce en la capa que está en contacto con el aire.

La inyección de CO2 es complicada en grandes acuarios plantados públicos como este del Acuario Sumida (Tokio, Japón). Fíjate en los tubos de salida (arriba a la izquierda del acuario), cerca de la superficie, que hacen circular el agua superficial con las capas más profundas del acuario. Un diseñador de acuarios menos experto, dada la inclinación japonesa por la estética y el diseño limpio, habría intentado esconder las salidas cerca de la parte trasera o detrás del hardscape (rocas y troncos); aquí, el patrón de circulación es lo bastante importante como para tener prioridad.

3 herramientas que ayudan a crear un patrón de circulación que intercambie de forma uniforme el volumen superior de agua (sobre todo la capa superficial) de un acuario con las zonas más profundas:

Lily pipes y flautas (spray bars)

Usar salidas de filtro tipo lily pipe o flauta, que dirigen la salida del agua cerca de la superficie con un patrón que hace circular la capa superior de agua (la que está en contacto con el aire) con las capas más profundas del acuario, mejora mucho el intercambio gaseoso.

La X azul del diagrama de abajo muestra la ubicación ideal del difusor de CO2: debe colocarse en el lado opuesto a la salida, donde la corriente descendente empujará las burbujas hacia el sustrato. Deberías ver cómo la niebla de CO2 atraviesa el acuario hasta el lado donde está la salida del filtro. Si la niebla de CO2 no llega hasta el otro lado, significa que la circulación es débil o que el difusor de CO2 no produce una niebla lo bastante fina.

Skimmer de superficie

Usar skimmers de superficie, que mantienen la superficie del agua libre de película superficial y aspiran la capa superficial de agua rica en oxígeno, también es un buen método. Otro es hacer circular la capa superficial de agua (la que está en contacto con el aire) con el agua más profunda.

Nunca tenemos acuarios sin ellos; además, se esconden fácilmente detrás de plantas de tallo altas.

Rebosadero

El otro método es usar sistemas de rebosadero y sumps, que también proporcionan un intercambio gaseoso excelente.