Ciclo e trasformazioni dell'Azoto in acquario. : Articoli Chimica dell' Acqua

[Rox]

Ecco! Ci mancava questo... Abbiamo l'ennesimo articolo sul ciclo dell'azoto, come se non bastasse la moltitudine di roba che già si trova in rete!
Questo è quello che deve aver pensato chi ha letto il titolo.
In realtà, non ho nessuna intenzione di ripetere le stesse cose che chiunque può trovare con Google su qualunque sito di acquariofilia, ma di concentrare la vostra attenzione proprio su ciò che solitamente NON viene detto.

In quasi tutte le trattazioni sul tema ci si limita al solito schemino sul funzionamento del filtro:
Ammonio => Nitriti => Nitrati => Cambi d'acqua.
Non che sia sbagliato, intendiamoci, ma sarebbe come dire che un'automobile è un motore dentro un telaio, e che il tutto poggia su quattro ruote.
Vediamo quindi di capire, in modo un po' più accurato, cosa diavolo succede durante la trasformazione dei rifiuti, in modo da capire meglio certi fenomeni che spesso sembrano inspiegabili.
Prima di iniziare, desidero ringraziare Pier Mastro (Moderatore di questa sezione) per la collaborazione fornita.

La decomposizione

Come inizia tutto quanto?
Esistono parecchi batteri e microorganismi vari, che si occupano di spezzettare le complesse molecole organiche nei loro elementi costitutivi, ovvero "decomponendole", rendendo quindi più facile l'assorbimento di tali elementi da parte dell'ecosistema.
Tali organismi si trovano un po' dappertutto, non solo nel filtro, e lo dimostra il fatto che la materia organica si decompone in qualunque punto venga depositata.
È ovvio che il fondo è il luogo principale.

Innanzitutto, va detto che la decomposizione non produce soltanto azoto, anche tralasciando idrogeno e ossigeno in quanto costituenti dell'acqua.
Il cibo che diamo ai pesci, i loro escrementi, le foglie morte, ecc. ecc., contengono tanti elementi, come zolfo, fosforo, ferro, zinco, manganese, ecc., ma soprattutto carbonio.
Questo è infatti l'elemento fondamentale della Chimica Organica.
Ricordate come ci chiamava l'inquietante "Vyger" nel primo film di "Star Trek"? Per lui, gli umani erano "Unità di base carbonio".

Tale elemento, senza dubbio il più abbondante nelle molecole organiche, dopo la decomposizione diventa il più scarso.
Si lega infatti con l'ossigeno a formare CO₂, anidride carbonica, che data la sua volatilità si disperde nell'atmosfera dopo un breve periodo di permanenza nell'acqua.
Considerando che solfati, fosfati e tutti gli altri elementi si producono in quantità piùttosto piccole, ecco che l'azoto diventa la nostra principale preoccupazione.

Ammonio o ammoniaca?

In seguito alla decomposizione, l'intervento di batteri azotofissatori porta l'azoto a legarsi con l'Idrogeno; questo porta spesso gli acquariofili a parlare di "ammoniaca" un po' a sproposito.
Conosciamo tutti la tossicità di tale prodotto, quindi è naturale che la sola parola susciti qualche perplessità.
In realtà, quella che si usa come detergente non è esattamente NH₃, anche perché allo stato puro sarebbe gassosa, ma per non complicare troppo la trattazione evito di addentrarmi in discorsi complicati.
Ricorrerò ad una semplificazione, nella speranza che gli addetti ai lavori non si arrabbino troppo.

Quello che l'acquario produce è quasi tutto ammonio (NH₄⁺), molto meno tossico dell'ammoniaca (NH₃), ma rilevabile con gli stessi test (e questo non aiuta).
Solo una piccolissima parte di NH₄⁺ diventa NH₃, in percentuali che variano in funzione dell'acidità e della temperatura.
Lo possiamo vedere chiaramente da questa tabella, ottenuta su una temperatura di 25°.

(Clicca l'immagine per ingrandirla)

È evidente come l'ammoniaca diventi significativa solo quando si arriva ai livelli dei Guppy (pH 7.4-7.6) e sia preoccupante solo a valori da biòtopo Malawi (pH 8 o superiore).
In un acquario amazzonico, con pH sotto il 6.5, è praticamente irrilevante.
Ho realizzato un grafico che dovrebbe mostrare il fenomeno in modo più evidente.

Ovviamente, la resistenza dei pesci è legata al loro pH naturale.
Lo Mbuna del Malawi sopporta livelli di ammoniaca ben più alti dell'Apistogramma del Casiquiare.

Si entra nel filtro

Quando l'acqua arriva nel filtro, trova dei simpatici batteri chiamati Nitrosomonas (i Nitrosococcus vivono in ambiente marino), che assorbono Ammonio e Ammoniaca rilasciando nitriti (NO₂^-), in seguito ad un processo di ossidazione.
Se la cosa si fermasse qui, la situazione sarebbe addirittura peggiorata. I nitriti agiscono infatti sull'emoglobina, impedendo al sangue di trasportare l'ossigeno.
Il loro livello di tossicità è ben più alto di quello dell'ammonio, anche perchè rimane lo stesso a qualunque valore di pH.

Per fortuna, si tratta solo di un passaggio intermedio.
Esistono altri ceppi batterici (Nitrospira, Nitrobacter e i Nitrococcus in mare) che assorbono i nitriti trasformandoli in nitrati.
A questo punto siamo a cavallo.
I nitrati hanno una tossicità decisamente bassa; cominciano a creare piccoli problemi solo quando si arriva sui 100 mg/litro, tranne con alcune specie particolarmente sensibili.
Certi pesci tollerano valori anche molto più alti, ad esempio i carassi, e per un tempo molto lungo.

L'intera trasformazione (NH₄⁺ => NO₂^- => NO₃^-) consuma molto ossigeno e libera nell'acqua ioni H⁺, con un effetto acidificante continuo che tende ad abbassare progressivamente il pH dell'acquario.
Fortunatamente, la presenza di sostanze tampone blocca tale fenomeno; altrimenti si arriverebbe a dover cambiare l'acqua per l'eccessiva acidità, prima ancora che per l'accumulo di inquinanti.

Il picco dei nitriti

In seguito all'allestimento iniziale, si consiglia sempre di aspettare almeno un mese, prima di introdurre i primi pesci.
In particolare si dice di aspettare il superamento del "picco di nitriti". Perché? Da cosa dipende?
I batteri Nitrosomonas hanno una velocità di riproduzione che è cinque volte superiore a quella dei Nitrospira; di conseguenza, durante l'avviamento ci sarà un periodo in cui i primi sono già a regime, mentre i secondi sono ancora molto indietro.

In questa fase, tutto l'ammonio verrà velocemente trasformato in nitriti, ma questi non si trasformeranno in nitrati con altrettanta rapidità.
Ci sarà quindi un accumulo temporano di nitriti, che verrà smaltito quando anche i Nitrospira saranno arrivati alla giusta quantità.
Va detto che i batteri si riproducono in base al cibo che trovano, pertanto è sempre possibile avere nuove oscillazioni nel valore dei nitriti, ogni volta che il carico organico subisce una brusca variazione.

Pertanto, oltre al mese di attesa, esiste un'altra regola fondamentale; forse anche più importante.
I pesci vanno inseriti con gradualità, mai tutti insieme. E si comincia sempre dai più piccoli.
È buona norma acquistare pesci giovanissimi, che crescendo nel nostro acquario producano un aumento progressivo del carico organico, soprattutto ad acquario nuovo.
In questo modo, la flora batterica si evolve gradualmente, seguendo lo sviluppo dell'ecosistema.

L'importanza delle piante rapide

Il motivo principale per cui si cerca di tenere basso il livello di nitrati è solitamente legato alle alghe.
Si ritiene infatti che la loro proliferazione passi per una consistente presenza di NO₃^-.
In realtà, le alghe hanno bisogno di diverse condizioni favorevoli, e non è la semplice presenza di composti azotati a provocare la loro comparsa.
Ma di questo parleremo in altra sede.

Quello che c'interessa è che le piante rapide (Egeria, Cabomba, Ceratophyllum, Myriophyllum, Limnophila, ecc. ecc.) oltre a produrre grandi quantità di ossigeno, assorbono parecchio azoto quando vengono messe in condizioni di esprimere la loro velocità di crescita.
Fornendo loro adeguate condizioni di luce e di CO₂, queste piante sono in grado di ripulire il sistema da ogni traccia di inquinanti, se il carico organico non è eccessivo.
Da qui, il vecchio motto dell'acquariofilia: "Meglio un pesce in meno e una pianta in più".

Quando si arriva a questi livelli di vegetazione...


...possono passare diversi mesi, tra un cambio d'acqua e l'altro.
Può perfino capitare di dover introdurre nitrati artificialmente.

Ma non è finita

Ciò che non si legge quasi mai, tranne qualche articolo per addetti ai lavori pieno di paroloni scientifici, è che le piante preferiscono l'azoto in forma ammoniacale.
Nel loro metabolismo, è in quella forma che gli organismi vegetali lo assimilano, sia le piante che le alghe.
Quando non ce n'è si accontentano del nitrato, che però comporta un notevole dispendio di energia per essere riconvertito in ammoniacale dalla pianta stessa.

In altre parole, un acquario con molte piante rapide alleggerisce il lavoro del filtro, consumando parte dell'ammonio prima che arrivi ai batteri.
Inutile dire che anche l'inserimento dei pesci diventa più facile, il filtro si assesta con maggiore gradualità e il picco dei nitriti risulta molto ridotto, o addirittura assente.

Questo significa anche che un rapporto molto alto tra piante e pesci consente addirittura di fare a meno del filtro biologico, riducendo il ciclo dell'azoto ad un unico passagio: la decomposizione iniziale.

ATTENZIONE:
Queste ultime righe non vanno prese come un'esortazione ad allestire acquari senza filtro.
Si tratta di uno dei massimi risultati che un acquariofilo possa raggiungere, ma bisogna aver acquisito una notevole padronanza dell'acquariofilia, con parecchi anni di esperienza e diversi acquari alle spalle.
Per riuscirci, occorre grande sensibilità nell'interpretare i segnali che l'acquario ci invia, e una certa competenza nel capire cosa significano e come intervenire.
Personalmente, ci sto provando soltanto adesso, dopo 12 anni, e solo in una vaschetta da 18 litri che ospita soltanto lumache.
Il fatto che ci riuscisse Konrad Lorenz, non significa che possiamo farlo tutti.