Tamaños de sustancias disueltas o suspendidas en agua

Relevancia para los productores de acuicultura

Además de los solutos, el agua de los sistemas de acuicultura contiene sólidos en suspensión que consisten en partículas de suelo (principalmente lodo fino y arcilla), bacterias, fitoplancton, zooplancton y detritos orgánicos. Foto de Darryl Jory.

Los productores de acuicultura tienen que preocuparse por diversas sustancias disueltas y suspendidas en el agua. La concentración o abundancia de estas sustancias puede ser muy alta o extremadamente baja. Por ejemplo, en las especies de acuicultura, la concentración de fósforo inorgánico soluble suele ser inferior a 0,05 miligramos por litro (mg / l), la concentración de cobre puede ser sólo de 10 a 15 microgramos por litro (mg / l), o el número de Los individuos de fitoplancton pueden ser de 50 a 100 millones de individuos por litro. Estas cantidades son tan pequeñas o grandes que a la mente le resulta difícil comprenderlas.

Moléculas de agua

El punto de partida lógico para comprender las relaciones entre el tamaño y la abundancia de sustancias en el agua es considerar las moléculas de agua en sí mismas. Según la constante de Avogadro (nombrada por el científico Amedeo Avogadro unidades o System International o SI), un gramo de compuesto químico contiene un peso molecular (o mol) o un elemento tiene una masa atómica de 6.02 × 1023 moléculas o átomos, respectivamente. El valor 6,02 × 1023 a menudo se denomina número de Avogadro y también se puede escribir como 602.000.000.000.000.000.000.000.000.000 o 602 como siete millones de átomos o moléculas.

El agua (H2O) tiene un peso molecular de 18 gramos (g) y 1 litro (L) de agua pesa 1000 g. El peso molecular a menudo se denomina simplemente lunares. Por tanto, 1 L de agua contiene 55,6 moles de agua. Multiplicando el número de Avogadro, encontramos que 55.6 moles de agua contienen 3.34 × 1025 moléculas. Las moléculas de agua son obviamente muy pequeñas, con un radio de aproximadamente 0,275 nanómetros (nm) o 0,000000275 metros.

Iones inorgánicos

Los iones inorgánicos como nitrato, amonio, fosfato, calcio, etc. son ligeramente más grandes que las moléculas de agua con un radio de aproximadamente 0,4 a 0,6 nm. En aguas naturales, las moléculas orgánicas más grandes son sustancias húmicas con un radio de 1 a 10 nm. Las sustancias disueltas en agua se consideran sustancias que pasan a través de un filtro con un tamaño de malla de 2 micrómetros (2000 mm). Por tanto, parte de la fracción de sólidos disueltos medida consiste en sustancias que son más grandes que los iones disueltos convencionales y los compuestos orgánicos.

La concentración de fósforo inorgánico soluble de 0,05 mg / l parece ser una cantidad muy pequeña. Pero, ¿es una cantidad muy pequeña de iones fosfato? Para responder a esto, necesitamos saber que la masa atómica del fósforo inorgánico soluble es 31 g. De ello se deduce que 0,05 mg (0,00005 g) de fósforo constituyen 1,61 × 10-6 de la masa atómica de este elemento (0,00005 g de fósforo, 31 g de átomos de fósforo por peso atómico). Un peso atómico de fósforo contiene el número de átomos de Avogadro. Multiplicando el número de 1,61 × 10-6 moles de fósforo / L de Avogadro se muestra que 1 L de agua que contiene 0,05 mg / l de fósforo inorgánico soluble contiene 9,7 × 1017 (940 000 000 000 000 000) de fósforo. átomos (o ion fosfato) – un número muy grande.

El problema con una célula de fitoplancton que necesita fósforo como nutriente es que tiene que absorber fósforo de 3.34 × 1025 moléculas de agua – 3.4 millones de moléculas de agua. [(3.34 × 1025 water molecules), (9.7 ×1017 phosphorus atoms)] por cada ion de fosfato inorgánico disuelto.

Sorprendentemente, las algas planctónicas pueden absorber fósforo de esta gran cantidad de moléculas de agua. Sin embargo, la absorción no se produce por simple difusión, ya que la concentración de fósforo en las plantas acuáticas es mucho mayor que en el agua circundante. El fitoplancton es pequeño y tiene una gran superficie para aumentar la exposición al agua, pero el movimiento del fósforo hacia las células depende de un proceso activo y que consume energía.

Sustancia suspendida

Además de los solutos, el agua contiene sólidos en suspensión que consisten en partículas de suelo (principalmente sedimentos finos y arcilla), bacterias, fitoplancton, zooplancton y detritos orgánicos. Estas unidades también son pequeñas (Tabla 1). Las partículas de suelo más pequeñas, las bacterias y algo de plancton no son visibles a simple vista. Las partículas individuales (mayores de 40 micrones) son visibles, aunque no en detalle.

Boyd, sustancias, tabla 1

Longitud de partícula (micrones)

Bacterias 0,2 – 10
Arcilla 0,5 – 2
Fitoplancton 2 – 2000
Limo 2 – 50
Arena 50 – 2000
Zooplancton 100-2,500
Detritos orgánicos 0,2 – 2500

Tabla 1. Tamaños de partículas suspendidas en agua.
Nota: Las partículas individuales de más de 40 micrones se consideran visibles a simple vista. Este tamaño corresponde a 40.000 nm, 0,04 mm o 0,0016 pulgadas.

Las concentraciones de compuestos disueltos coloreados, como sustancias húmicas, pequeñas partículas de arcilla y pequeñas fitoplancton y zooplancton, dan color al agua, aunque sus partículas no sean visibles. Por ejemplo, el fitoplancton florece en el tono verde del agua coloreada, mientras que las sustancias húmicas aportan un tinte negro al agua o combinan un tono amarillo con hierro. Por lo general, las bacterias no son identificables visualmente y, probablemente, esta es la razón por la que se las malinterpreta más como partículas en el agua del estanque.

El área de una partícula pequeña es muy grande en relación con este volumen. Volumen [volume = (4/3)(3.1416)(cube of radius)] un organismo de fitoplancton esférico de 50 micrones de diámetro con un tamaño de 5,23 × 10-13 metros cúbicos, mientras que el área [area = (4)(3.1416)(square of radius)] el área de este organismo sería de 3,14 × 10-8 metros cuadrados. En un litro de agua, el volumen total de 50.000.000 de estos organismos sería de 26,2 mililitros y un total de 1,57 metros cuadrados.

Debido a su gran superficie, las pequeñas partículas de suelo son muy absorbentes. La gran superficie de las algas planctónicas también aumenta su contacto con sustancias en el agua para facilitar la absorción de nutrientes.

Turbiedad

La concentración de iones inorgánicos más grandes en el agua de mar es mucho mayor que en el agua dulce. Sin embargo, la luz penetra tan profundamente en el agua de mar ordinaria como en el agua dulce ordinaria. Los iones más comunes no afectan la claridad del agua, pero las moléculas grandes, como las moléculas húmicas, interfieren con la penetración de la luz y dan color al agua.

Las partículas más grandes en el agua interfieren con la penetración de la luz y causan turbidez. La turbidez suele ser beneficiosa debido al plancton porque estos organismos actúan como alimento para camarones, peces y otros animales acuáticos más grandes. La turbidez del plancton también es útil para limitar la visibilidad en el agua para proteger a las larvas de peces y camarones de los organismos acuáticos depredadores. La turbidez también reduce la capacidad de las aves rapaces para ver y capturar peces y camarones de estanques de acuicultura u otras instalaciones culturales. Finalmente, la turbidez leve reduce la probabilidad de infecciones disruptivas de macrófitas de agua (a menudo denominadas malezas de agua) debido a la turbidez. Por supuesto, demasiado plancton, especialmente fitoplancton, puede causar bajas concentraciones de oxígeno disuelto durante la noche.

La turbidez de las partículas del suelo en suspensión también limita la abducción de pequeños animales cultivados y el crecimiento de malas hierbas bajo el agua. Sin embargo, la turbidez de las partículas del suelo generalmente se considera negativa en lugar de positiva en ambientes acuáticos naturales porque reduce la transmisión de luz y la fotosíntesis.

Por supuesto, en los sistemas de acuicultura que se alimentan y airean, la turbidez de las partículas del suelo en suspensión es esencial. Esto limita la cantidad de biomasa de fitoplancton y reduce las oscilaciones diarias en las concentraciones de oxígeno disuelto. También debe tenerse en cuenta que los sabores desagradables en la carne de especies cultivadas causados ​​por ciertas especies de cianobacterias rara vez son un problema en estanques nublados por partículas de suelo en suspensión.

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