Skocz do zawartości
Osmodeusz

Przepływ wody jest ważniejszy dla koralowców niż światło

Rekomendowane odpowiedzi

                     Przepływ wody jest ważniejszy dla koralowców niż światło

                                                                                                                                        - Jake Adams -

 

 

W pierwszej części serii artykułów przedstawię mechanizmy, za pomocą których przepływ wody wpływa na oddychanie i fotosyntezę koralowców. Podsumowując, opisałem, w jaki sposób szybkości fotosyntezy i oddychania zależą od szybkości dyfuzji, która jest zależna od gradientów stężeń. Ponieważ ruch wody w dużym stopniu wpływa na gradienty stężeń, tempo oddychania i fotosyntezy koralowców jest silnie skorelowane z intensywnością ruchu wody. W drugim artykule z serii dokonano przeglądu niektórych opublikowanych badań naukowych opisujących wpływ przepływu wody na biologię koralowców. Niektóre z tematów obejmowały wpływ przepływu wodyna wybielanie, wychwytywanie cząstek, fotosyntezę, tempo wzrostu, morfologię i kilka innych. W artykule z tego miesiąca omówię własne badania pokazujące, jak prędkość przepływu i intensywność oświetlenia idą w parze. W serii artykułów, która jeszcze przed nami pojawi się, będzie dyskusja na temat przejścia poza „X” razy objętość wody i przejście do technik „masowego ruchu wody”.

rysunek1.jpg

Rysunek 1. Jedno z wczesnych wcieleń układu eksperymentalnego zastosowanego w tym projekcie badawczym.

 

Wprowadzenie

Wiosną 2004 roku rozpocząłem projekt badawczy, którego celem było zbadanie wpływu przepływu wody na fotosyntezę i oddychanie Pocillopora damicornis . Pod kierunkiem dr. Briana Helmutha zaprojektowałem eksperyment polegający na pomiarze zużycia i produkcji tlenu przez P. damicornis przy różnych prędkościach przepływu wody. Postawiłem taką hipotezę

 

  • Korale będą wykazywać fizjologiczną reakcję na różne prędkości przepływu wody
  • Szybszy przepływ spowodowałby większe tempo oddychania i fotosyntezy

Wybrano Pocillopora damicornis, ponieważ jest pospolitym przedstawicielem zbiorowisk rafowych. Pomiary wykonano w zamkniętej, recyrkulacyjnej komorze respirometrycznej. Odpowiedź mierzono monitorując zmiany rozpuszczonego tlenu podczas fotosyntezy i oddychania. Pomiary rejestrowano przy różnych natężeniach przepływu i natężeniach oświetlenia . To, co wydawało się dość prostym przedsięwzięciem, ostatecznie przekształciło się w znacznie dłuższy i bardziej pracochłonny projekt, niż się spodziewałem, a badania wciąż trwają. Chociaż obecnym danym brakuje rygorystycznej analizy statystycznej i znaczenia, zachęcam czytelników do wyciągnięcia własnych wniosków na temat wstępnych wyników tego trwającego projektu badawczego.

 

rysunek2.jpg

Rysunek 2. Chociaż wygląd P. damicornis może się znacznie różnić, gatunek ten jest łatwo rozpoznawalny.

Materiały i metody

Organizm testowy

Wybrano Pocillopora damicornis, ponieważ jest pospolitym przedstawicielem zbiorowisk rafowych. Chociaż wygląd P. damicornis może się znacznie różnić, gatunek ten jest łatwo rozpoznawalny. Odmiana P. damicornis użyta w tym badaniu to brązowy szczep o cienkich ( 6-10 mm ), regularnie rozgałęzionych gałęziach. P. damicornis występuje w wielu płytkich wodachsiedlisk, więc wyniki eksperymentu mają znaczenie dla wielu ekosystemów. Co najważniejsze, ponieważ projekt miał bardzo małe fundusze, próbki do projektu zostały wyprodukowane z okazów utrzymywanych przez długi czas w niewoli, które otrzymałem nieodpłatnie od Adama Cesnalesa, Richarda Harkera i Morgana Lidstera (dzięki chłopaki). Do tej pory krzywe fotosyntezy zostały opracowane i przeanalizowane dla dwóch próbek z jednego genotypu i trzech próbek z innego genotypu. Aktualne wyniki przedstawione w tym artykule pochodzą z łącznie pięciu próbek.

rysunek3.jpg

Rysunek 3. Zbliżenie komory przepływowej użytej w tym projekcie badawczym. Chociaż próbka koralowca w komorze jest tego samego odkształcenia, co te użyte w projekcie, większość próbek była znacznie mniejsza.

 

Zestaw doświadczalny

Wszystkie pomiary wykonano w układzie eksperymentalnym składającym się z zamkniętej komory przepływowej z recyrkulacją umieszczonej w kąpieli morskiej. Konfiguracja obejmowała oddzielną wannę dla pompy wodnej, aby zminimalizować przenoszenie ciepła z pompy wodnej do szczelnej komory. Temperatura wody była aktywnie kontrolowana, aby utrzymać zmiany temperaturyw ciągu 1 ° C podczas 15-minutowych eksperymentów związanych ze zbieraniem danych i w trakcie dwunastogodzinnego fotoperiodu zbierania danych. Komorę przepływową wykorzystano do wytworzenia przepływu turbulentnego, przeważnie liniowego z prędkościami 4,5, 7,4 i 10,3 cm / s. Aby zminimalizować stres koralowców związany z przenoszeniem między akwarium w niewoli a komorą doświadczalną, zestaw był napełniany nową wodą morską z akwarium koralowego na początku każdego dnia zbierania danych. Po przeniesieniu do komory doświadczalnej koralowcom pozwolono na aklimatyzację w ciemności przez 30 minut przy medianie doświadczalnej prędkości przepływu 7,4 cm / s. Gromadzenie danych rozpoczęto od pomiaru oddychania koralowców w ciemności. Oświetlenie zapewniono szerokim widmem (6500 K), Podwójnie zakończone światło metalohalogenkowe o mocy 150 W i zostało osłabione przez zastosowanie gruboziarnistego ekranu i przez zmianę wysokości żarówki nad próbką koralowca. Intensywność światła zwiększano stopniowo o 50-80 µmol fotonów · m² · s, aż do maksymalnie 500 µmol fotonów · m² · s, co daje łącznie 6-8 pomiarów fotosyntezy netto, w tym jeden pomiar oddychania (bez fotosyntezy). Przy każdym natężeniu oświetlenia próbki koralowców wystawiano na działanie trzech prędkości przepływu w losowo wybranej kolejności. Pomiędzy pomiarami koralowcom pozwolono na aklimatyzację do zmian prędkości przepływu i natężenia światła, a komorę przepłukano, wymieniając wodę z kąpielą morską. Próbki pozostawiono na pięć minut do aklimatyzacji do zmian prędkości przepływu, po oddychaniu koralowcom pozwolono na aklimatyzację do początkowego natężenia światła przez 20 minut, a koralowcom pozwolono na aklimatyzację przez 15 minut do każdego kolejnego wzrostu natężenia oświetlenia. Po każdym dniu zbierania danych próbka koralowca była konserwowana poprzez zamrażanie w -80 ° C i przetwarzana do analizy molekularnej i normalizacji w późniejszym terminie.

rysunek4.jpg

Rysunek 4. Przegląd konfiguracji eksperymentalnej

 

 

Pomiar odpowiedzi fizjologicznej

Reakcję koralowca na przepływ wody mierzono poprzez pobieranie i uwalnianie tlenu za pomocą światłowodowego czujnika tlenu (FOXY) i spektrofotometru S2000, z których oba są produkowane przez Ocean Optics Inc. (OOI). Temperaturę w komorze przepływowej monitorowano za pomocą termistora FOXY-TS1 Omega. Dane z sond tlenu i temperatury FOXY wykreślono i zarejestrowano przy użyciu oprogramowania czujników OOI, również firmy Ocean Optics Inc. Sondę tlenową skalibrowano przy sześciu stężeniach tlenu i trzech temperaturach, co daje łącznie 18 punktów kalibracji. Oprócz kalibracji z kompensacją temperatury, na początku każdego dnia zbierania danych wykonywano jeden lub więcej eksperymentów kontrolnych w celu oszacowania błędu pomiaru na podstawie wpływu temperatury na zmiany stężenia tlenu. Pomiary fizjologiczne znormalizowano do pola powierzchni.typy zooksantelli i podobne zagęszczenia zooksantelli .

rysunek5.jpg

Rycina 5.

 

Wstępne rezultaty

Oddychanie

Oddychanie wykazywało wzrost wraz ze wzrostem przepływu wody. Najniższa prędkość przepływu miała najniższą częstość oddechów, mediana prędkości przepływu miała średnią częstość oddechów, a najwyższa prędkość przepływu miała najwyższą częstość oddechów. Wykres związku między szybkością przepływu a częstością oddechów pokazuje bardzo silną korelację liniową z korelacją 98%. Rysunek 5 przedstawia wyniki pomiarów oddychania.

 

Fotosynteza

Zanim zagłębię się w szczegóły wstępnych krzywych fotosyntezy, chciałbym przedstawić terminologię, która zaznajomi czytelników z tym, jak powinni interpretować aktualne wykresy. Rysunek 6 pokazuje, gdzie te krytyczne punkty występują na krzywej fotosyntezy.

figure6.jpg

Rysunek 6. To jest podręcznikowa ilustracja tego, jak powinna wyglądać krzywa fotosyntezy z krytycznymi punktami wykresu oznaczonymi niebieskimi gwiazdami . Rzeczywiste dane rzadko tak wyglądają.

  • Oddychanie : Zużycie tlenu przez organizm skutkujące obniżeniem stężenia O 2 .
  • Kompensacja : punkt, w którym fotosynteza (P) równa się oddychaniu (R), przy czym nie ma zmiany netto w O 2.
  • Maksymalna fotosynteza : Maksymalna fotosynteza może być spowodowana wieloma czynnikami, w tym ograniczeniem CO 2 i hartowaniem chemicznym, i jest zwykle opisywana jako punkt, w którym zwiększanie intensywności światła nie powoduje już dalszego wzrostu szybkości produkcji O 2 .
  • Fotoinhibicja : punkt, w którym proces fotosyntezy zaczyna się ograniczać, aby zapobiec fotouszkodzeniom aparatu fotosyntetycznego. To jest punkt, w którym wystawienie korala na więcej światła jest potencjalnie stresujące.
 

Rycina 7 przedstawia wyniki średniej z 5 próbek P. damicornis z dwóch różnych genotypów. Badane korale wykazują wzrost fotosyntezy, który jest ściśle powiązany ze wzrostem przepływu wody. Chociaż punkt kompensacji dla wszystkich trzech prędkości przepływu jest bardzo podobny, od tego punktu wszystkie inne właściwości krzywej rozchodzą się. Najniższa prędkość przepływu 4,2 cm / s wykazywała maksymalną fotosyntezę przy nieco mniej niż 200 umol fotonów / m2 / s i wykazywała fotoinhibicję przy poziomach światła powyżej 270 µmol fotonów · m² · s. Mediana prędkości przepływu 7,4 cm / s wykazywała maksymalną fotosyntezę przy 300 µmol fotonów · m² · si wykazała fotoinhibicję przy poziomach światła powyżej 350 µmol fotonów · m² · s. Najwyższa prędkość przepływu 10 cm / s wykazywała maksymalną fotosyntezę przy 400 µmol fotonów · m² · si wykazała fotoinhibicję przy poziomach światła powyżej 420 µmol fotonów · m² · s. W tabeli 1 podsumowano wyniki pomiarów oddychania i fotosyntezy.

figure7.jpg

Rysunek 7.

 
Tabela 1
Prędkość przepływu wody 4,2 cm / s 7,4 cm / s 10 cm / s
Oddychanie najniższy środkowy najwyższy
Odszkodowanie ~ to samo ~ to samo ~ to samo
Maksymalna fotosynteza najniższy środkowy najwyższy
Fotoinhibicja najwyższy środkowy najniższy



 

Wnioski

Dyskusja

Prowadząc do maksymalnej fotosyntezy, reakcje fotochemiczne są ograniczone głównie przez wprowadzanie CO2. Ekspozycja na wyższe prędkości przepływu powoduje wyższą szybkość dyfuzji CO2 do organizmu gospodarza. Większa dostępność CO2 prowadzi do wyższego tempa fotosyntezy, podobnie jak sprężarka samochodowa zapewnia większą dostępność tlenu do spalania paliwa, co prowadzi do zwiększenia mocy.

Podczas szczytowej fotosyntezy tlen gromadzi się i przy ekstremalnych stężeniach prowadzi do powstania rodników tlenowych, toksycznej formy tlenu.

Początkowo nagromadzenie się tlenu w tkankach koralowców hamuje ścieżki chemiczne, podobnie jak korki chemiczne. Na tym etapie dynamiczna fotoinhibicja spowalnia proces fotosyntezy, aby zapobiec dalszemu gromadzeniu się tlenu. Jeśli koralowiec będzie dalej narażony na zmniejszony przepływ lub zwiększone natężenie oświetlenia, nastąpi wzrost tlenu prowadzący do powstania rodników tlenowych. Rodniki tlenowe są niebezpieczne, ponieważ niszczą ważne białka fotochemiczne i powodują nieodwracalne chroniczne fotopojenie. Wyższe prędkości przepływu wody zwiększają szybkość dyfuzji O 2 z żywiciela, co zapobiega stresowi związanemu ze światłem i pomaga utrzymać maksymalną fotosyntezę. Zmniejszone O 2koncentracja utrzymuje maksymalne tempo fotosyntezy, podobnie jak system chłodzenia wodą w komputerach o wysokiej wydajności usuwa nadmiar ciepła i pozwala procesorowi działać z maksymalną prędkością. Zależność między przepływem wody a fotoinhibicją dopiero niedawno zaczyna być rozumiana. Chociaż naukowcy zgadzają się, że zwiększony przepływ wody zmniejsza fotoinhibicję, mechanizmy skutków wciąż są przedmiotem dyskusji.

Dane z tego projektu badawczego jasno pokazują, że prędkość przepływu wody ma kluczowe znaczenie dla napędzania reakcji oddechowych i fotochemicznych. Ponieważ pompa wodna, której użyłem w tym projekcie, mogła zapewnić prędkość przepływu tylko do 10 cm / s, skutki wyższych prędkości przepływu nadal będą widoczne. Jest prawdopodobne, że maksymalna fotosynteza przy wyższych prędkościach przepływu ostatecznie wykaże pewną formę nasycenia podobną do krzywych fotosyntezy dla światła. Przy wyższych prędkościach przepływu korale nadal będą zdolne do fotosyntezy tylko w takim stopniu, a wyższe prędkości przepływu spowodują zmniejszenie rozciągania polipów koralowców , spowodują mechaniczne ścieranie tkanki koralowca i ostatecznie doprowadzą do pęknięcia gałęzi.

 

Podanie

Lepsza znajomość czynników środowiskowych, które sprawiają, że koralowce są zdrowsze, może pomóc akwarystom w szybszym ich hodowaniu i może pomóc nam zrozumieć wymagania pielęgnacyjne wciąż trudnych gatunków, takich jak Goniopora i Dendronepthya.Co ważniejsze, lepsze zrozumienie synergii między prędkością przepływu wody a intensywnością oświetlenia może pomóc akwarystom w podejmowaniu lepszych decyzji dotyczących sprzętu, który powinni stosować w swoich akwariach. Wracając do jednej z pierwszych rzeczy, które omówiłem w tej serii artykułów, akwaryści często poświęcają dużo więcej uwagi oświetleniu niż przepływowi wody. Jak widać na rysunku 7, jeśli akwarysta zapewnia bardzo wysokie natężenie światła, ale nie zapewnia równoważnej prędkości przepływu wody, zamiast skorzystać, bardziej prawdopodobne jest, że jego koralowce będą cierpieć z powodu stresu fotoinhibicji. Nadmierne oświetlenie nie zapewni pożądanego wzrostu tempa wzrostu, ale prawdopodobnie spowoduje zwiększony dopływ ciepła do akwarium, zwiększony wzrost glonów oraz znaczne straty pieniędzy i energii.

 

figure8.jpg

Cyfra 8.

 

Im więcej światła otrzyma koralowiec, tym więcej będzie potrzebował przepływu

Ponieważ P. damicorniswystępuje w wielu różnych siedliskach, zamierzam wykorzystać wyniki tych badań i zastosować je do tego, co można by uznać za podstawowe wymagania przepływu dla przeciętnego koralowca. Rysunek 8 przedstawia sugerowane minimalne prędkości przepływu wody dla optymalnego wzrostu koralowców w stosunku do dostępnego natężenia oświetlenia. Luźno interpretowana zielona linia od 0-100 µmol fotonów · m² · s to z grubsza średnia ilość światła, jakiej można oczekiwać od minimalnie oświetlonego akwarium z normalną wydajnością świetlówek lub tylko kilku energooszczędnych świetlówek kompaktowych lub bardzo wysokiej mocy. Żółta linia składająca się z fotonów 100-400 µmol · m² · s oznaczałaby akwarium z oświetleniem o umiarkowanym natężeniu, zapewnianym przez przeważnie energooszczędne żarówki fluorescencyjne o bardzo dużej mocy lub kilka żarówek metalohalogenkowych o małej intensywności.metalohalogenki lub ich kombinacjaz tych wszystkich. Jak większość z was wie, natężenie oświetlenia w akwarium może się znacznie różnić w zależności od wieku żarówki, rodzaju reflektorów balastowych i głębokości zbiornika. Dlatego, ponieważ natężenie oświetlenia jest największe bliżej źródła światła, innym sposobem interpretacji wykresu byłoby zapewnienie wyższych prędkości przepływu wody w górnej części zbiornika, umiarkowanych prędkości przepływu w środku zbiornika i niższych prędkości przepływu na dole. zbiornika. Chciałbym podkreślić, że te sugerowane wartości prędkości przepływu wody są wartościami minimalnymi, które mają być jedynie względną wskazówką, jak akwaryści powinni dopasować sprzęt oświetleniowy swojego akwarium do dostarczania odpowiednich prędkości przepływu wody.

 

Podziękowanie

Chciałbym podziękować kilku osobom, które pomogły mi w przygotowaniu tego projektu badawczego. Dr Brian Helmuth, członkowie laboratorium Helmuth, Art Illingsworth, Richard Harker, Morgan Lidster, Coral Dynamics i Alvis Nanney.

 

 

W przepływu jest ważny dla wielu dziedzin biologii rafy. Przepływ wody decyduje o tym, jak skutecznie koralowce chwytają pożywienie, pomaga koralowcom pozbyć się odpadów metabolicznych, a także określa, gdzie koralowce występują, rozprowadzając ich ikrę i gamety. Co najważniejsze, przepływ wody ma kluczowe znaczenie dla napędzania mechanizmów oddychania i fotosyntezy. Kiedy akwaryści opisują swoje ustawienia akwarium rafowego, często najpierw przechwalają się oświetleniem . W pewnym momencie, gdy sprzęt jest zniszczony, akwarysta może pochwalić się sprzętem do przepływu wody lub nie . To ilustruje trend, w którym rozważa się przepływ wodysą prawie zawsze drugorzędne w stosunku do innych decyzji podejmowanych podczas montażu rafy, podczas gdy w rzeczywistości przepływ wody jest najważniejszy dla zdrowia i żywotności systemu raf. Celem pierwszej części serii artykułów jest przedstawienie mechanizmów, poprzez które przepływ wody wpływa na zdrowie koralowców. W następnym artykule z tej serii dokonamy przeglądu niektórych badań naukowych opisujących, jak przepływ wody wpływa na zdrowie koralowców , zwłaszcza jak prędkość przepływu i intensywność oświetlenia idą w parze. Ostatni artykuł z serii omawia różne podejścia do zapewniania przepływu wody, z naciskiem na przejście poza „X” razy obrót objętości wody i przejście do technik „masowego ruchu wody” oraz sprzętu niezbędnego do tego.

                     Wprowadzenie do wymiany gazu

 

Wprowadzenie

Oto kilka pytań, które pomogą Ci się zastanowić. Co jest ważniejsze, przepływ światła czy wody? Ile znasz gatunków koralowców , które mogą żyć bez światła? Ile znasz koralowców, które mogą żyć bez przepływu? Cóż, istnieją setki miękkich i kamienistych gatunków koralowców, które żyją bez światła. Przychodzą na myśl Tubastrea, Dendrophylia i Dendronepthea . Jednak nie ma koralowców, które mogłyby żyć bez przepływu wody. Nawet w przypadku koralowca fotosyntetycznego, jak długo to może potrwaćżyć bez światła? Wszyscy mieliśmy przerwy w dostawie prądu, przepalone żarówki i awarie balastu, a większość akwarystów zgodzi się, że koralowiec może przetrwać tydzień bez światła, zanim jego zdrowie zostanie poważnie naruszone. Nawet w oświetlonych akwariach istnieją doniesienia o ludziach zapominających o fragach w studzience przez miesiące, w czasie, gdy pozornie przeżywają dzięki jedzeniu, które mogą złapać. Ale jak długo fotosyntetyczny koral może żyć bez przepływu? Najbardziej katastrofalne wypadki czołgów są prawie zawsze spowodowane brakiem cyrkulacji. W przypadku koralowca fotosyntetyzującego nie tylko musi on sam oddychać, ale musi także wspomagać oddychanie żyjących w nim zooksantelli. Dlatego przepływ wody jest ważniejszy dla zdrowia koralowców niż światło, ponieważ koralowce będą się stresować lub ginąć znacznie szybciej, gdy przepływ jest niewystarczający.



 

Oddychanie i fotosynteza

Ze względów fizjologicznych przyjęte miary tego, jak dobrze koralowiec (lub jakikolwiek inny organizm) „radzi sobie” są zwykle związane z tym, ile energii zużywa koralowiec lub ile energii wytwarza. Energia jest zużywana podczas oddychania, a energia jest wytwarzana podczas fotosyntezy. Oddychanie (R) to proces łączenia tlenu (O 2 ) i cukru w celu wytworzenia energii z dwutlenkiem węgla (CO 2 ) jako produktem ubocznym, podczas gdy fotosynteza (P) jest w zasadzie tą samą reakcją odwrotną: energia i dwutlenek węgla są łączone w tworzą cukry z tlenem jako produktem ubocznym. Tempo tych procesów zależy od dostarczenia wsadu (CO 2 dla P lub O 2 dla R) i usunięcia produktu (CO 2dla R lub O 2 dla P). Oddychanie i fotosyntezę można mierzyć poprzez wzrost lub spadek CO 2 lub O 2 . Chociaż większość ludzi zdaje sobie sprawę, że fotosynteza zachodzi tylko w obecności światła, należy pamiętać, że we wszystkich organizmach stale występuje oddychanie.

 

Wymiana gazu

Na potrzeby tego artykułu odniosę się do dostarczania i usuwania CO 2 i O 2jako „wymiana gazowa”, która jest sumą szybkości dyfuzji do iz organizmu. Całkowita wielkość wymiany gazowej zależy od szybkości dyfuzji, a szybkości dyfuzji zależą od dostępności wilgoci, pola powierzchni i gradientów stężeń. Kiedy mamy do czynienia z koralowcami, nie ma potrzeby zwracać uwagi na dostępność wilgoci, ponieważ rosną one w wodzie, dlatego wilgoć nie jest czynnikiem ograniczającym dyfuzję. Powierzchnia jest kontrolowana głównie przez same korale; w krótkiej perspektywie korale mogą zmieniać rozszerzenie polipów i ekspansję kolonii, aw dłuższej perspektywie korale mogą modyfikować swoją morfologię. Jedynym czynnikiem, który akwarysta musi kontrolować, jest gradient stężenia, na który wpływa stopień i rodzaj ruchu wody.

Przepływ wody> Gradient stężenia> Dyfuzja (wymiana gazowa)> szybkość R i P

1splitpdam.jpg

Rysunek 1. Ten obraz demonstruje, jak powierzchnia koralowca może się zmieniać wraz ze stopniem rozciągnięcia polipa.

Zakładamy, że mamy bardzo wyspecjalizowane struktury oddechowe: nasze płuca są zinternalizowane i aktywnie tworzą korzystne gradienty koncentracji, wtłaczając powietrze do wąskich przejść, abyśmy mogli prawidłowo oddychać. Ryby mają skrzela zewnętrzne, skorupiaki mają skrzela wewnętrzne, owady mają tchawice, a nawet ślimaki nagoskrzelne mają zewnętrzne rozgałęzienia. Wszystkie te struktury charakteryzują się bardzo dużą powierzchnią i dużą ilością unaczynienia. Z drugiej strony koralowce nie mają wyspecjalizowanych struktur oddechowych. Ich zewnętrzna anatomia obejmuje tylko macki, usta, tkankę między polipami i, w przypadku miękkich koralowców, mają też kilka pinnules wzdłuż boków macek. Żadne z nich nie jest zróżnicowane w wyspecjalizowane struktury oddechowe, mimo że muszą polegać na tych cechach anatomicznych przy wymianie gazowej. Gdybyś musiał oddychać (oddychać) tak, jak oddycha koralowiec, byłoby to równoważne trzymaniu płuc na zewnątrz ciała, na lewą stronę i po prostu mając nadzieję, że wiatr będzie wiał wystarczająco mocno i długo, abyś mógł oddychać. Tak właśnie oddychają koralowce w swoim środowisku, a powyższy scenariusz ilustruje znaczenie przepływu wody dla odpowiedniej wymiany gazowej w koralowcach. Ta perspektywa może sprawić, że pomyślisz dwa razy o zmniejszeniu przepływu w akwarium w nocy.

 

Powierzchnia

Jak wspomniano wcześniej, jedną z jedynych rzeczy, które koralowce mogą zrobić, aby zmienić tempo wymiany gazowej, jest zmiana ich powierzchni poprzez rozszerzenie polipów lub morfologię. Posiadanie większej powierzchni zwiększa wielkość wymiany gazowej, która może mieć miejsce. Poniższy obraz (rysunek 1) przedstawia przykład próbki P. damicornis, na którym zestawiono dwa obrazy. Po lewej stronie koralowiec zawiera polipy, które są dobrze rozciągnięte i dlatego mają większą powierzchnię. Po prawej stronie koralowiec ma przeważnie cofnięte polipy i dlatego ma znacznie mniejszą powierzchnię.

 

2doublepdam.jpg

Ryc. 2. Te dwa okazy Pocillopora damicornis pochodzą z tej samej kolonii, ale hodowano je w różnych zbiornikach.

Inną rzeczą, którą korale mogą modyfikować, aby zmienić powierzchnię, jest ich morfologia. Poniższy rysunek (rysunek 2) przedstawia dwa okazy P. damicornis, które pochodzą z tej samej kolonii macierzystej. Próbka po lewej była hodowana w warunkach niższego przepływu wody i umiarkowanej intensywności światła (zbiornik o pojemności 75 galonów, 4 żarówki Maxijet 1200 i 6 x 4 stopy vho). Próbka po prawej hodowano pod bardzo wysokim środowiska zbiornika energii (180 galonów wielokrotności, 3 x 400 W żarówki, Iwasaki 1200gph pompę strumieniową zamkniętej pętli oraz przeciwległe tego przepływu jest 45 galonów urządzenie udarowe Carlsonz okresem 3 minut). Należy zauważyć, że chociaż koralowiec po prawej stronie był uprawiany przy wyższym przepływie wody, jego wzrost do tej samej zajmowanej objętości zajmował około dwa razy więcej czasu, ale miał ponad dwukrotnie masę próbki o niższym przepływie.

 

 

Gradienty stężeń

Szybkość dyfuzji zależy od gradientów stężeń, którymi można manipulować ruchem wody. Duża różnica stężeń skutkuje wyższym gradientem stężeń. Wpływ gradientów stężenia na szybkość dyfuzji jest analogiczny do wpływu, jaki strome nachylenie będzie miało na obiekt poruszający się w dół: im większe nachylenie, tym szybciej obiekt będzie się poruszał. Poniższy schemat jest próbą zilustrowania, w jaki sposób gradienty stężeń wpływają na szybkość dyfuzji.

3gceg2.jpg

Rysunek 3. Na tej ilustracji w koralu występuje wysokie stężenie substancji.

Wyobraź sobie, że w koralu występuje wysokie stężenie substancji rozpuszczonej. Substancją rozpuszczoną może być gaz, składniki odżywcze lub minerały. Po lewej stronie występuje wysokie stężenie substancji rozpuszczonej w wodzie otaczającej koralowiec. Jeśli koralowiec próbuje pozbyć się substancji rozpuszczonej, ta strona ma niski gradient stężeń, ponieważ nie ma dużej różnicy w stężeniu między koralowcem a środowiskiem zewnętrznym. W tym scenariuszu koralowcom trudniej będzie pozbyć się określonej substancji rozpuszczonej. Po prawej stronie występuje niskie stężenie substancji rozpuszczonej w słupie wody otaczającym koralowiec. Ponieważ w koralowcu występuje wysokie stężenie, ten scenariusz jest przykładem dużego gradientu stężeń: istnieje duża różnica między stężeniami wewnątrz i na zewnątrz korala.

Przykład po lewej stronie rysunku 3 jest charakterystyczny dla środowiska o niskim lub umiarkowanym przepływie, w którym dostępny ruch wody nie jest wystarczający do rozcieńczenia substancji rozpuszczonej, którą koralowiec próbuje uwolnić. Niezależnie od tego, czy koralowiec absorbuje, czy uwalnia substancje rozpuszczone, większy ruch wody zawsze spowoduje koncentrację poza koralowcem, która jest korzystna dla tworzenia dużego gradientu stężenia. Wysoki gradient stężeń doprowadzi do wyższych szybkości dyfuzji, co z kolei będzie sprzyjać wyższym szybkościom oddychania i fotosyntezie.

 

streszczenie

  1. Korale są zależne od dyfuzji w celu wymiany gazów i składników odżywczych w warstwach tkanek.
  2. Szybkość dyfuzji zależy od gradientów stężeń
  3. Wysokie gradienty zapewniają wysokie szybkości dyfuzji i
  4. Gradientem stężenia substancji rozpuszczonych można manipulować ruchem wody

Mam nadzieję, że to wprowadzenie do mechanizmów interakcji koralowców z przepływem wody było dla Ciebie przydatne. Wiem, że niektóre szczegóły tego wprowadzenia mogą wydawać się trochę ciężkie, ale w następnej części będziecie mogli przeczytać dalej i nacisnąć przycisk „wierzę” w odniesieniu do odkryć naukowych związanych z koralowcami i przepływem wody. Dla tych z Was, którzy walczą o więcej, zachowałem dynamikę płynów dla trzeciej części tej serii artykułów, kiedy omawiam, w jaki sposób wszyscy możemy zapewnić lepszy i bardziej odpowiedni przepływ do naszych akwariów rafowych.

 

                    Nauka o koralowcach i przepływie wody

 

W pierwszej części przedstawiłem mechanizmy, dzięki którym przepływ wody wpływa na oddychanie i fotosyntezę koralowców. Podsumowując, opisałem, w jaki sposób szybkości fotosyntezy i oddychania zależą od szybkości dyfuzji, która jest zależna od gradientów stężeń. Ponieważ ruch wody w dużym stopniu wpływa na gradienty stężeń, tempo oddychania i fotosyntezy koralowców jest silnie skorelowane z intensywnością ruchu wody. W tym drugim artykule z serii dokonamy przeglądu niektórych opublikowanych badań naukowych opisujących wpływ przepływu wody na zdrowie koralowców, aw następnym omówię własne badania pokazujące, jak prędkość przepływu i intensywność oświetlenia idą w parze.

1.jpg

Ilustracja 1: Atlantyk kamienny koralowiec Agaricia jest wyjątkowy, ponieważ może utrzymać maksymalną fotosyntezę przy zmniejszonym przepływie wody.

 

Wprowadzenie

Dziedziny badań koralowców związane z przepływem są interdyscyplinarne i rzadko należą do odrębnej kategorii. Aby uprościć dyskusję, podzielę dyskusję na temat wpływu przepływu wody na podstawie dowolnych kategorii, które luźno ułożyłem na podstawie skali czasowej. Krótkotrwałe skutki przepływu wody, które są prawie natychmiastowe, można zaobserwować lub zmierzyć w ciągu minut lub godzin. Te krótkotrwałe efekty obejmują tempo fotosyntezy, oddychanie, zwapnienie, rozszerzenie polipów, ekspansję kolonii, wychwytywanie cząstek i pulsowanie. Pośrednie skutki przepływu wodysą zwykle widoczne w ciągu dni lub tygodni i obejmują wzrost, zwapnienie, regenerację, temperaturę i stres świetlny (taki jak wybielanie) i orientację kolonii. Na najdłuższym przedziale czasowym tygodni, miesięcy i lat omawia się skutki przepływu wody głównie pod względem morfologii, rozmnażania, dyspersji, rekrutacji i ekologii. Każdy z tych tematów mógłby wypełnić tomy, ale skupię się na tematach, które są najbardziej istotne w zastosowaniach akwarystycznych. Przedmiotem zainteresowania będą fotosynteza i oddychanie, wychwytywanie cząstek, wybielanie, tempo wzrostu i interakcja między przepływem a morfologią. Dostępnych jest niezliczona ilość publikacji na te tematy, więc wybiorę badania, które najlepiej ilustrują znaczenie przepływu wody dla zdrowia koralowców z punktu widzenia akwarysty.



 
 

Efekty krótkoterminowe

Fotosynteza i oddychanie

Najbardziej podstawowymi procesami biologicznymi są fotosynteza i oddychanie. Reakcję fotosyntezy i oddychania na czynniki środowiskowe, takie jak przepływ, można łatwo monitorować, mierząc zużycie lub produkcję tlenu lub dwutlenku węgla. Ponadto wydajność fotosyntezy można ocenić, mierząc szybkość transportu elektronów w fotosystemach.

W pięknie prostym eksperymencie badacze William Dennison i David Barnes utrzymywali próbki Acropora formosa w warunkach laboratoryjnych z mieszaniem i bez mieszania (1) . Eksperyment wykazał, że koralowce utrzymywane w warunkach mieszania wykazują znacznie wyższe tempo fotosyntezy, oddychania i zwapnienia niż koralowce utrzymywane w warunkach bez mieszania. Korale utrzymywane w warunkach bez mieszania ulegały fotosyntezie i oddychały o około 25% mniej niż korale w warunkach mieszania. Wskaźniki zwapnienia koralowców w warunkach bez mieszania były również niższe niż koralowców w warunkach mieszania, ale to zmniejszenie nie było statystycznie duże

2.JPG

Ilustracja 2: Montastrea anularis jest ważnym gatunkiem budującym ramy na rafach koralowych na Karaibach.

znaczące. Naukowcy doszli do wniosku, że odpowiedź metaboliczna koralowca na ruch wody wpłynęłaby na tempo wzrostu koralowców i ogólny rozwój raf.

W 2003 roku Sebens i wsp. opublikowali artykuł na temat wpływu przepływu na fizjologię Agaricia tenuifolia w Belize (2) . Co ciekawe, badanie wykazało, że chociaż oddychanie wydawało się wzrastać proporcjonalnie do zwiększonego przepływu wody, prędkość przepływu wody miała niewielki wpływ na maksymalne tempo fotosyntezy A. tenuifolia . Wydaje się, że gatunek ten jest w stanie przeprowadzić maksymalną fotosyntezę nawet przy znacznie zmniejszonym przepływie, w przeciwieństwie do innych gatunków koralowców, które mają zwiększoną fotosyntezę, gdy są narażone na większe prędkości przepływu wody.

Jedną z najbardziej dokładnych i szczegółowych prac, jakie kiedykolwiek czytałem o wpływie przepływu na fizjologię koralowców, jest „Pomiary in situ wpływu przepływu na produkcję pierwotną i oddychanie w ciemności w koralowcach rafowych” autorstwa Patterson i in. (3) . Naukowcy wykorzystali szczelne komory recyrkulacyjne rozmieszczone w podwodnym środowisku badawczym Aquarius w Key Largo FL. Zmierzyli tempo oddychania i fotosyntezy Montastrea annularisprzy prędkościach przepływu 2-16 cm / s. Podobnie jak Denison i Barnes, badanie wykazało również, że nastąpił wzrost produkcji pierwotnej i oddychania wraz ze wzrostem szybkości przepływu, ale co ważniejsze, dyskusja zawiera szczegółowe wyjaśnienia interakcji między siłami hydrodynamicznymi i właściwościami dyfuzyjnymi gazów, aby wyjaśnić ich wyniki. Dyskusja wykracza daleko poza mechanizmy, które przedstawiłem w poprzednim artykule, więc jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o tym, jak przepływ wpływa na wymianę gazową w koralowcach, gorąco polecam przeczytanie tego artykułu.

3.jpg

Ilustracja 3: Wydaje się, że Dendronepthea najlepiej łapie cząstki pokarmu przy prędkości przepływu 10-15 cm / s.

 

Wychwytywanie cząstek

Kiedy wydaje się, że większość badań fizjologii koralowców jest wykonywana na koralowcach kamienistych , projekty badawcze Dendronepthea dr Kathariny Fabricius mogą pomóc zrównoważyć sytuację. W klasycznym badaniu zachowań żywieniowych Dendronepthea (4) dr Fabricius wykazał zależne od przepływu wychwytywanie cząstek tej pięknej grupy koralowców. Pod wpływem prędkości przepływu od 0-35 cm / s ponad 200 próbek z 35 kolonii D. hemprichiwykazali znacznie większe wychwytywanie cząstek przy pośredniej prędkości przepływu około 15 cm / s. Przy najniższych prędkościach przepływu wychwytywanie cząstek cierpi z powodu niekorzystnej hydrodynamiki i braku „ruchu” cząstek, a przy największej prędkości przepływu polipy nie mogą pozostać otwarte pod wpływem siły przepływu wody. Chociaż Sebens i in. Z 1997 r. (5) artykuł dotyczy również wpływu przepływu wody na wychwytywanie cząstek, skupia się na tym, jak morfologia Madracis mirabilis oddziałuje z przepływem wody przy różnych prędkościach, aby wpływać na wychwytywanie cząstek. Podobnie jak wspomniana powyżej praca Fabriciusa, w eksperymencie ustalono, że najwyższe tempo wychwytywania cząstek M. mirabilis występuje przy prędkościach przepływu między 10-15 cm / s. Jednak podczas gdy Dendroneptheakarmienie zostało w dużej mierze przerwane powyżej prędkości przepływu 30 cm / s, przy prędkościach przepływu 40-50 cm / s M. mirabilis nadal wykazywał około jednej czwartej ogólnej wydajności wychwytu wykazanej przy korzystniejszych 10-15 cm / s. Przyczyną tej rozbieżności jest to, że podczas gdy polipy Dendronepthea były w dużej mierze zapadnięte pod wpływem siły przepływu wody, solidne gałęzie Madracis chroniły polipy znajdujące się w dolnym biegu rzeki, które pozostawały otwarte, aby wychwytywać cząstki pokarmu w łagodniejszych turbulentnych wirach. Ponadto praca Sebens i wsp. Wykazała, że agregacje Madracis są odpowiednie do wychwytywania cząstek przy określonych prędkościach przepływu w zależności od gęstości gałęzi.



 
 

Efekt średnioterminowy

Wybielanie

Do blaknięcia koralowców dochodzi, gdy budujące rafy koralowce wyrzucają życiodajne symbiotyczne algi, co sprawia, że wydają się one surowo białe. Chociaż blaknięcie koralowców jest w większości przypisywane niezwykle wysokiej temperaturze wody, inne czynniki, takie jak zmętnienie i ruch wody, wydają się być decydującymi czynnikami, które powodują, że bielenie jest mniej lub bardziej poważne.

Jednym z najważniejszych działań na rzecz ochrony koralowców jest nauka określania, gdzie koralowce są najbardziej odporne na stresy środowiskowe, które powodują ich blaknięcie, i gdzie najprawdopodobniej będą się regenerować po tych stresach. W przeglądzie opublikowanych opisów zjawisk blaknięcia koralowców artykuł Westa i Salma (6)opisuje związek między blaknięciem koralowców a kilkoma czynnikami środowiskowymi, w tym przepływem wody. Chociaż warunki pogodowe na dużą skalę generują warunki, które prowadzą do masowego bielenia, w skali lokalnej reakcja na bielenie nie jest jednolita. Jednym z powtarzających się szczegółów, które West i Salm odkryli w swoim przeglądzie, jest to, że koralowce, które nie blakły lub nie ulegały szybkiemu odrodzeniu, prawie zawsze występowały na obszarach, które były narażone na stały lub sezonowy upwelling lub które doświadczały szybkiego wypływu z kanałów lub silnych prądów. W przeglądzie stwierdzono, że obszary ochrony, które sprzyjały odporności korali i odporności na stres bielenia, byłyby prawdopodobnie obszarami, w których przepływ wody był silniejszy i bardziej równomierny.

Fotoinhibicja jest prekursorem blaknięcia koralowców, które występuje, gdy koralowce otrzymują więcej światła, niż mogą znieść. Kiedy pojawia się fotoinhibicja, koralowce zaczynają się stresować, a ich tempo fotosyntezy spada. Zgodnie z obserwacjami Westa i Salma, ostatnia praca Nakamura i wsp. (7) wykazali, że istnieje redukcja fotoinhibicji przez przepływ wody. Eksponując próbki Acropora difitiferaZe względu na różne prędkości przepływu wody i dwa różne reżimy światła Nakamura i jego koledzy ustalili nie tylko, że fotoinhibicja zmniejsza się przy wyższych prędkościach przepływu, ale także wykazali, że przy dużych natężeniach światła i małych prędkościach przepływu wzmacniane jest fotouszkodzenie symbiontów koralowców, co z kolei sprawia, że korale są bardziej wrażliwe na działanie światła i skrajnych temperatur. W ramach kontynuacji tego eksperymentu ta sama grupa badaczy przyjrzała się odzyskiwaniu bielonych Stylophora pistillata w podobnych warunkach eksperymentalnych (8) . Od wybielania koralowcówindukuje utratę zooksantelli, naukowcy wystawili próbki koralowców na niskie (3 cm / s) i umiarkowane (20 cm / s) prędkości przepływu wody i zmierzyli gęstość zooksantelli w koralowcach w okresie 7 tygodni. wykazali gwałtowny wzrost gęstości zooksantelli w trakcie badania, koralowce leczone przy niskim przepływie ledwo zyskały jakąkolwiek gęstość zooksantelli. Zasadniczo dwa wspomniane wcześniej badania Nakamura i wsp. popierają stanowisko West i Salm, że przepływ wody jest ważny dla uodpornienia koralowców na stresory bielenia oraz że odpowiedni ruch wody jest również ważny, aby pomóc koralowcom w regeneracji po stresie bielenia.

4.jpg

Ilustracja 4: Jak większość koralowców rafowych, Porites kompresja najlepiej rośnie w szybszym przepływie wody.

Chociaż silny przepływ wody pomaga koralowcom przeciwdziałać blaknięciu, życie w naprawdę stabilnym, wygodnym środowisku może zmniejszyć tolerancję koralowca na występowanie stresu termicznego. W badaniu z 2005 roku McLanahan i wsp. (9) naukowcy zbadali strefy rafy wokół wyspy Mauritius, które różniły się głównie obfitością przepływu wody. Badanie wykazało, że blaknięcie koralowców było najbardziej rozpowszechnione na rafach, które otrzymywały najbardziej stały i obfity przepływ wody. Chociaż to odkrycie jest sprzeczne z większością literatury dotyczącej związku między przepływem wody a bieleniem koralowców, w artykule wyjaśniono, że korale najbardziej dotknięte chorobą miały zmniejszoną aklimatyzację do drobnych zdarzeń stresowych. Ponieważ najbardziej dotknięte korale zostały zaaklimatyzowane do bardzo stabilnej temperatury i stałego wysokiegow środowisku przepływu wody , koralowce nie musiały aklimatyzować się do drobnych stresów, więc były mniej zdolne do tolerowania anomalnych zdarzeń wysokiej temperatury. Koralowcami dominującymi w środowisku, które najbardziej wyblakły z powodu tej anomalii temperaturowej, były gatunki Acropora i Montipora .

 

Tempo wzrostu

Wpływ przepływu wody na tempo wzrostu jest kwestią wielotorową. Ogólny wskaźnik wzrostu jest odzwierciedleniem tego, jak dobrze koralowce mogą fotosyntetyzować, łapać pożywienie, przeciwstawiać się bieleniu, unikać chorób i drapieżnictwa. Tempo wzrostu jest zwiększane przez przepływ z powodu zmniejszonej sedymentacji, zwiększonej szybkości fotosyntezy i oddychania, większej obfitości „ruchu” żywności i bardziej wydajnego wychwytywania cząstek żywności.

Chociaż ten eksperyment przeszczepu przeprowadzony przez dr Ilsę Kuffner (10) wydawał się bardziej zaniepokojony wpływem światła ultrafioletowego na fotoprotekcyjne pigmenty koralowców, jednym z czynników, który był zróżnicowany, był ruch wody . Dr Kuffner przeszczepił replikowane gałęzie dziewięciu różnych kolonii Porites compressa.Fragmenty zostały rozdzielone między obszar ruchu wody w otoczeniu (normalny) i obszar ruchu wody o niskim poziomie. Korale przeszczepione do niskiego przepływu wykazywały zmniejszone stężenia pigmentów fotopretekcyjnych w porównaniu z próbkami, które były utrzymywane w normalnym środowisku przepływu. Ponadto w badaniu ustalono, że jedynym istotnym czynnikiem wpływającym na szybkość zwapnienia był ruch wody. Korale przeszczepione do obszarów o wysokim ruchu wody wykazywały znacznie wyższe wskaźniki zwapnienia niż te, które były częścią leczenia przy niskim ruchu wody. Wspomniane wyżej badanie dr Fabriciusa (8) również wykazało niż w dłuższej perspektywie tempo wzrostu D. hemprichikolonie odzwierciedlają skuteczność wychwytywania cząstek, przy czym szybkość wzrostu jest najwyższa przy prędkościach przepływu między 10–20 cm / s. W pracy Sebens i wsp. (2), w której badano Agaricia, dokonano również pomiarów szybkości wzrostu Agaricia przy różnych prędkościach przepływu. Zgodnie z oczekiwaniami, korale, które rosły w środowiskach o dużym przepływie, również wykazywały wyższe tempo wzrostu niż korale, które rosły w środowiskach o niższym przepływie; te, które rosły w osłoniętych wklęsłościach, wykazywały znacznie zmniejszony wzrost.

 

 
 

Długotrwałe skutki

W długiej skali tygodni, miesięcy i lat skutki przepływu wody nadal obejmują wzrost i zwapnienie, ale dyskusja na temat wzrostu i zwapnienia odchodzi od pomiarów długości, powierzchni, objętości i masy i możemy zacząć obserwować i omawiać morfologię rozmnażanie bezpłciowe, współzawodnictwo i przetrwanie.

5.jpg

Ilustracja 5: Acropora cervicornis to rodzimy acropora, który niedawno został wymieniony jako gatunek zagrożony.

 

Wpływ przepływu na morfologię

Korale są zwierzętami bardzo podatnymi na adaptację, a różne odmiany tego samego gatunku często uważano za nowe gatunki. Ponieważ koralowce żyją w wielu siedliskach, ich szkielety muszą urosnąć do kształtów i tekstur, które będą najlepiej pasować do środowiska fizycznego, w którym dominuje przepływ wody. Starsze badanie przeprowadzone przez dr Davida Bottjera opisuje kilka interesujących cech morfologii Acropora cervicornis w środowiskach o wysokim i niskim ruchu wody (11) . Do tego projektu badawczego dr Bottjer wybrał obszar rafy zwrotnej o niskim przepływie i przyległy obszar rafy o wysokim przepływie w celu zbadania gęstości rozgałęzień, kąta i orientacji A. cervicornis.kolonie, które rosną w tych różnych środowiskach przepływu. Kolonie rosnące w spokojniejszym rejonie rafy grzbietowej wykazywały stosunkowo wyprostowane gałęzie z dużymi odstępami między nimi i brakiem znaczącej orientacji z przepływem wody. Natomiast gałęzie kolonii występujących w rejonie grzbietu rafy o wysokim przepływie były znacząco różne; gałęzie były znacznie gęstsze, były bardziej nachylone poziomo, a gałęzie w większości skierowane były z dala od nadciągającego strumienia. Autor doszedł do wniosku, że cechy gałęzi kolonii o wysokim przepływie wody dobrze nadają się do zmniejszania przenoszenia pędu z płynącej wody na gałęzie w celu ograniczenia pękania. Jednak,

Chociaż każdy akwarysta lub naukowiec zgodzi się z faktem, że przepływ wody ma głęboki wpływ na morfologię koralowców i innych organizmów bentosowych, zaproponowano bardzo niewiele wyjaśnień mechanizmów rządzących tą zależną od przepływu właściwością. Jedynym wyjątkiem jest papier 1985 r Rinkevich i Loya (12) na wzorca rozgałęziania S . pistillata . Artykuł cytuje poprzednią pracę autorów, która wykazała, że S. pistillata rośnie poprzez dychotomiczne rozszczepienie gałęzi, że dojrzałe kolonie mają ogólnie kulisty kształt i że złamane gałęzie odrastają szybciej niż nieprzerwane gałęzie, tak że kulisty kształt kolonii jest przeważnie odnawiany. (13). Autorzy byli zainteresowani przede wszystkim w ciekawy fakt, że oddziały S . pistillata nigdy się nie łączą, nawet jeśli gałęzie, które zostały złamane i zaszczepione w tej samej kolonii, szybko się zrosną (14) (Uwaga: zobacz sam, w swoim zbiorniku, czy którakolwiek z gałęzi Stylophora lub Pocillopora się stopiła . Prawdopodobnie nie podczas gdy gałęzie Montipora i Acropora zrastały się dość regularnie w dojrzałych koloniach). Autorzy zaproponowali, że za zapobieganie fuzji gałęzi S. pistillata odpowiedzialny jest izomon (rodzaj hormonu).. Aby przetestować tę hipotezę naukowcy załączone do góry rosnące gałęzie S . pistillata i Millepora alcicornis w parach z tych samych kolonii, tak że by się zetknęły, gdyby rosły prosto. Chociaż próbki Millepory po prostu się stopiły , Stylophorapróbki rosły bardzo blisko siebie, ale jednocześnie zaczęły się od siebie oddalać. Jeśli rzeczywiście istnieje hormon, który proporcjonalnie reguluje odstępy między gałęziami, to ruch wody miałby głęboki wpływ na morfologię koralowców; Przy niskim przepływie wody substancja byłaby w większym stężeniu, prowadzącym do szeroko rozstawionych gałęzi, a przy wysokim przepływie izomon byłby mniej skoncentrowany, co spowodowałoby wzrost kolonii koralowców w bliższych odstępach. Chociaż jest całkiem możliwe, że istnieje jeden lub więcej hormonów, które kontrolują wzorce gałęzi u Stylophora, inne Pocilloporids i inne korale, uważam, że rozszerzenie polipów jest bardziej prawdopodobną kontrolą odległości dla tej grupy. Ponieważ wydłużanie się polipów można w dużej mierze wytłumaczyć również przepływem wody, fizjologicznie odpychający efekt może być czynnikiem dotykającym się polipów, gdy gałęzie rosną blisko siebie, stymulując w ten sposób gałęzie do odrastania.

Oto jeden dla miłośników zoanthidów. Chociaż zwykle niewiele uwagi poświęca się wymaganiom przepływu „Zoa's” jako grupy, badanie przeprowadzone przez dr M. Koehla (15) zaowocowało dokładnym zbadaniem związku między przepływem wody a morfologią kolonii zoanthidów. Zastosowane gatunki to Palythoa caribaeorum i P. variabilis. Kolonie P. carribaeorum charakteryzują się solidnym szaleństwem połączonych ze sobą polipów, podczas gdy polipy P. variabilis są około dwa razy wyższe i szersze oraz są tylko luźno połączone. Te dwa karaibskie gatunki zoanthidów występują zwykle w środowiskach o różnym natężeniu ruchu wody. Wydaje się, że mniejsze polipów i sztywniejszej kolonie P .carribaeorum najlepiej nadają się do przeciwdziałania siłom oporu, które występują przy wyższym przepływie wody. Gdy przepływ wody zostaje zmniejszony, koralowce, takie jak zoanthidae, które rosną blisko podłoża, zaczynają mieć trudności z łapaniem pokarmu, wymianą gazową i sedymentacją. P . variabilis opracował kilka adaptacji, aby przezwyciężyć te trudności. Przede wszystkim wyższy polipy P . variabilis wystają od podłoża do bardziej powszechne przepływu wody tak, że doświadcza stosunkowo podobne prędkości przepływu, jak P . carribaeorum, mimo że zwykle występuje w spokojniejszych środowiskach. Dłuższe macki i większy dysk jamy ustnej P. variabilispozwala wyłapać więcej cząsteczek jedzenia nawet przy zmniejszonym przepływie wody Również elastyczność luźno połączonych polipów jest przydatna do radzenia sobie ze zwiększoną sedymentacją, która występuje przy niższych prędkościach przepływu. Ponadto, P . variabilis zasługuje na swoją nazwę, ponieważ ma polipy, które mogą wyglądać zupełnie inaczej w zależności od tego, czy są samotne, czy kolonialne. Ponieważ samotne polipy nie mają sąsiadów, z którymi mogłyby dzielić siłę ruchu wody, są one zwykle krótsze i pogrubione u podstawy, podczas gdy polipy kolonialne są znacznie wyższe i węższe u podstawy. Wręcz przeciwnie, polipy, które występują na czołowych krawędziach kolonii, mają tendencję do przypominania pojedynczych polipów, ponieważ one również odczuwają większą siłę ruchu wody niż polipy we wnętrzu kolonii zoantidów.

 

Wpływ morfologii na przepływ wody

Podobnie jak przepływ wody wpływa na morfologię, morfologia koralowców jest specjalnie zaprojektowana w celu zmiany wzorców przepływu wody w celu dopasowania do określonych nisz. W rzeczywistości przepływ wody i efekty morfologiczne idą ze sobą w parze, ale jasne jest, że przepływ wody najpierw wpływa na morfologię. Na przykład mikrosiedlisko, które występuje we wnętrzu kolonii zoanthidów, może sprzyjać szybszemu wzrostowi, a to zjawisko może pomóc wyjaśnić, dlaczego w pewnych warunkach małe skupiska polipów zoanthidów rozmnażają się znacznie szybciej niż pojedyncze lub luźno skupione kolonie zoanthidów. Ale zanim zoanthidy będą mogły stworzyć dla siebie odpowiednie mikrosiedlisko, samotny polip założycielski musi najpierw zaaklimatyzować się w strumieniu wody, na który jest narażony

Jak można się spodziewać, skupienie korali o większej gęstości z wieloma większą liczbą odgałęzień w górnym biegu rzeki, które zakłócają przepływ wody, jest skuteczniejsze w zmniejszaniu dużego przepływu wody niż agregacja o mniejszej gęstości o tej samej wielkości. Zgodnie z tym, Sebens i inni (9) określa, że agregacja gęstsze z M . mirabilisbyły lepiej przystosowane do wychwytywania cząstek żywności przy dużych prędkościach przepływu ze względu na ich zwiększoną zdolność do skutecznego zmniejszania przepływu wody. Jednak agregacje o mniejszej gęstości z większymi odstępami między gałęziami były lepiej dostosowane do wychwytywania cząstek pokarmu w warunkach niższego przepływu, ponieważ umożliwiały przepływ większej ilości wody przez kolonię. Chociaż większość z nas myśli o morfologii jako o trójwymiarowym kształcie naszych koralowców (czyli masywnych, rozgałęziających się, galwanicznych), zawiera ona również elementy 3D, które wystają z dwuwymiarowej powierzchni, aby zmienić teksturę lub szorstkość naszych koralowców. W 2001 roku Gardella i Edmunds (16) zbadali, jak chropowatość powierzchni dwóch masywnych koralowców karaibskich wpływa na właściwości przepływu wody na małą skalę.i jak to się ma do dyfuzji i wymiany gazowej. W eksperymencie stosowano różnej wielkości szkielety Dichocoenia stokesii i Stephanocoenia michilini i mierzone za turbulencji w kilku przepływów. Porównali turbulencje w dole strumienia z chropowatością powierzchni szkieletów próbek i znaleźli znaczącą korelację w mniejszych koloniach, których używali. Okazało się, że chropowatość powierzchni między tymi koralowcami miała niewielki wpływ na turbulencje, chociaż wyższe kolonie Dichocoenia miały większe turbulencje w dolnym biegu, szczególnie przy wyższych prędkościach przepływu. Dlatego wyższe kolonie Dichocoenia miały większy wpływ na turbulencje, co zwiększyło potencjał wysokiej dyfuzji i kursów wymiany gazu.

 

Wniosek

Chciałbym powtórzyć, że wpływ przepływu wody na zdrowie koralowców jest kontinuum obejmującym arbitralne tematy, które nakreśliłem. Na przykład, długotrwały wpływ wysokich wskaźników fotosyntezy i zwapnień na koralowcu przyniesie wysokie tempo wzrostu, a długoterminowy efekt wysokiego tempa wzrostu przyniesie więcej rozmnażania płciowego i bezpłciowego, a także wpłynie na morfologię. Podobnie długoterminowe zmiany morfologii koralowców mają zwykle na celu poprawę charakterystyki ruchu wody przez kolonię koralowców, aby zwiększyć wymianę gazową i wychwytywanie cząstek. Innymi słowy, koralowce są zależne od silnego przepływu wody dla ich bezpośredniego zdrowia i rozwijają się w formy, które odzwierciedlają warunki przepływu w ich środowisku. Aby zastosować to do akwariów, Powinieneś nie tylko zastanowić się, w jaki sposób możesz teraz zapewnić odpowiedni przepływ wody dla swoich koralowców, ale powinieneś także pamiętać o sposobach utrzymania charakterystyki przepływu w zbiorniku, gdy koralowce dojrzewają i zaczynają zmieniać i blokować przepływ w twoim zbiorniku. W artykule z przyszłego miesiąca omówię własne badania, w których zbadałem efektprzepływ wody o różnym natężeniu oświetlenia podczas fotosyntezy i oddychania Pocillopora damicornis .

 

Bibliografia

  1. Dennison, William C. i David J. Barnes. 1988. Wpływ ruchu wody na fotosyntezę i zwapnienie koralowców. Journal of Experimental Biology and Ecology Tom 115: 67-77.
  2. Sebens. Kenneth P., Brian Helmuth, E. Carrington i B. Agius. 2003. Wpływ przepływu wody na wzrost i energię skleraktynu koralowca Agaricia tenuifolia w Belize . Coral Reefs Vol 22: 35–47
  3. Patterson, Mark R., Ken Sebens i R. Randolph Olson. 1991 Pomiary in-situ wpływu przepływu na produkcję pierwotną i oddychanie ciemności u koralowców rafowych. Limnology and Oceanography Vol. 36: 936-948.
  4. Fabricus, KE, Genin, A. i Y. Benayahu. 1995a. Roślinność zależna od przepływu i wzrost miękkich koralowców wolnych od zooksantelli . Limnol. Oceanogr . 40: 1290–1301.
  5. Sebens, Kenneth P, Jan Witting i Brian Helmuth. 1997. Wpływ przepływu wody i rozstawienia gałęzi na wychwytywanie cząstek przez rafę koralową Madracis mirabilis . Czasopismo eksperymentalnej biologii i ekologii morza. Vol 211: 1-28.
  6. West, Jordan M. i Rodney V Salm. 2003. Odporność i odporność na blaknięcie koralowców: konsekwencje dla zarządzania rafą koralową. Conservation Biology, tom 17: 956–957.
  7. Nakamura, T., R. Van Woesik, H. Yamasaki. 2005. Fotoinhibicja fotosyntezy jest ograniczana przez przepływ wody w koralowcu Acropora digitifera budującym rafę . Seria postępu w ekologii morskiej. Vol 301: 109-118
  8. Nakamura, T., H. Yamasaki, R. van Woesik. 2005 Przepływ wody ułatwia regenerację po wybielaniu korala Stylophora pistillata . Marine Ecology Progress Series Vol 256: 287-291.
  9. McLanahan, TR, J. Maina, R. Moothien-Pillay, AC Baker. 2005. Wpływ geografii, taksonów, przepływu wody i wahań temperatury na intensywność blaknięcia koralowców na Mauritiusie. Marine Ecology Progress Series Vol 298: 131-142.
  10. Kuffner, Ilsa B. 2002. Wpływ promieniowania ultrafioletowego i ruchu wody na rafę koralową, Porites compressa Dana: a transplantation experimental. Journal of Experimental Biology and Ecology 270: 147-169.
  11. Bottjer, David J. 1980 Morfologia rozgałęzień koralowca Acropora cervicornis w różnych reżimach hydraulicznych. Journal of Paleontology Vol. 54: 1102–1107.
  12. Rinkevich, Baruch. I Yossi Loya. 1985. Izomony korala: proponowany sygnał chemiczny kontrolujący wewnątrzklonalne wzorce wzrostu rozgałęzionego korala. Bulletin of Marine Science, tom 36: 319-324.
  13. Rinkevich B. i Y. Loya. 1983. Wewnątrzgatunkowe sieci konkurencyjne w koralu Morza Czerwonego Stylophora pistillata . Coral Reefs Vol 1: 161-172.
  14. Loya Y. 1976. Regeneracja szkieletu populacji koralowców skleraktynowych w Morzu Czerwonym. Naturę Vol 261: 490-491.
  15. Koehl, MAR 1977. Przepływ wody i morfologia kolonii Zoanthid Materiały z III Międzynarodowego Sympozjum Rafa Koralowego.
  16. Gardella, DJ. I PJ Edmunds. 2001. Wpływ przepływu i morfologii na warstwy graniczne w skleraktynie Dichocoenia stokesii i Stephanocoenia michilini . Experimental Marine Biology and Ecology, tom 256: 279–289.

 

 

                            Podstawy hydrodynamiki

 

I rozpoczął tę serię artykułu z podstawowego wprowadzenia do mechanizmów, dzięki którym przepływ wody wpływa na szybkość wymiany gazowej korali. Po wprowadzeniu zapoznałem się z przeglądem prac naukowych dotyczących interakcji przepływu wody i koralowców oraz własnymi badaniami, które wykazały wpływ prędkości przepływu wody na oddychanie i tempo fotosyntezy koralowców. Mój pierwszy artykuł o wymianie gazowej przedstawia kluczowe zagadnienia hydrodynamiki na małą skalę w odniesieniu do szybkości rozpuszczania gazów. W tym artykule powracamy do tematu hydrodynamiki w szerszej skali, aby dać czytelnikom podstawowe informacje na temat dużego obrazu ruchu wody.. Dokładniej omówię właściwości płynów, które regulują zachowanie poruszającej się wody w miejscu interakcji między koralowcami a otaczającą wodą. W ostatniej części cyklu przepływu wody w przyszłym miesiącu omówię, w jaki sposób akwaryści mogą zapewnić optymalny ruch wody w swoich akwariach, wykorzystując właściwości poruszających się płynów na swoją korzyść.

obraz1.jpg

Zdjęcie 1: Forma wzrostu tej Acropora palmata minimalizuje opór i jest idealna do życia w środowisku o bardzo wysokim przepływie.

 

Wprowadzenie: Co to jest dynamika płynów?

Badanie wpływu poruszającego się płynu na obiekty nazywa się dynamiką płynów. Dynamikę płynów można również wykorzystać do opisu cząstek, składników odżywczych i gazów, które są transportowane przez poruszające się płyny. Ale co to naprawdę znaczy być fluidem? Dictionary.com definiuje płynny rzeczownik jako „1. substancja, jako ciecz lub gaz, która jest zdolna do płynięcia i która zmienia swój kształt ze stałą szybkością pod wpływem siły zmierzającej do zmiany jej kształtu ”.Chociaż definicja płynów obejmuje gazy i ciecze, jest to dyskusja na temat przepływu wody. Jako taki będę używał terminów „woda” i „płyn” mniej lub bardziej zamiennie. Niezależnie od tego, czy mówimy o nieruchomym koralu, swobodnie pływających roślinach czy pływających rybach, hydrodynamika może pomóc nam powiązać właściwości ruchu wody ze stylem życia poszczególnych
organizmów wodnych .



 

Lepkość i bezwładność

Płyn można opisać za pomocą właściwości gęstości, ciśnienia, wyporu i lepkości. Spośród nich lepkość jest najważniejszą właściwością regulującą zachowanie ruchu płynu. Lepkość to odporność płynu na zmianę kształtu lub opór przepływu i można ją traktować jako tarcie płynu. Lepkość może być dynamiczna lub kinematyczna, ale dla naszych celów omówię ruch płynu jedynie w kategoriach lepkości dynamicznej, która jest miarą lepkości molekularnej (grubości) płynu. Lepkość płynu jest spowodowana przyciąganiem cząsteczek tworzących płyn. Miód byłby przykładem płynu o bardzo dużej lepkości, podczas gdy czysty alkohol jest przykładem płynu o bardzo niskiej lepkości. W wąskim zakresie temperatur w akwarium rafowym,

Innym ważnym czynnikiem rządzącym hydrodynamiką jest bezwładność, czyli opór ciała na zmianę ruchu. Niezależnie od tego, czy obiekt lub płyn jest nieruchomy, czy się porusza, oba mają tendencję do pozostawania w bezruchu lub w ruchu. Efekt bezwładności zależy wyłącznie od masy, więc jeśli waga zostanie zwiększona, wzrośnie zarówno rozmiar, masa i bezwładność. Dlatego siły lepkości są najsilniejsze w małej skali, a siły bezwładności są najsilniejsze w dużej skali. Dla widłonogów woda morska jest bardzo lepka i jeśli przestanie pływać, natychmiast przestanie się poruszać. W tej skali dominującą siłą jest lepkość. Dla wieloryba woda morska stwarza bardzo mały opór i jeśli przestanie pływać, będzie się on przemieszczał na całkiem sporą odległość. W tej skali dominującą siłą jest bezwładność. Ponieważ właściwości lepkości i bezwładności dyktują zachowanie płynnego ruchu,

image2.JPG

Ilustracja 2: Stopień wymieszania w słupie wody zależy w dużym stopniu od tego, czy przepływ jest laminarny czy turbulentny. Turbulencja zwiększa mieszanie.

 

Przepływ turbulentny i laminarny

Turbulencja od dawna jest cechą, której akwarysta używa do opisania pożądanego ruchu wody w akwariach rafowych. Problem z tym opisem polega na tym, że podczas cyrkulacji wody morskiej w objętościach większych niż probówka bardzo trudno jest wytworzyć cokolwiek poza przepływem turbulentnym. Mając to na uwadze, cały przepływ wody, który akwarysta wytwarza w swoich akwariach, zostałby opisany jako turbulencja kierunkowa lub przepływ turbulentny, który jest głównie laminarny .

 

Przepływ burzliwy charakteryzuje się przypadkowością i ogólnie uważa się go za szorstki i chaotyczny. Przepływ laminarny lub opływowy jest w zasadzie przeciwieństwem przepływu turbulentnego i charakteryzuje się równomiernym kierunkiem przepływu wody, mimo że równoległe prądy przepływu mogą poruszać się względem siebie. Płynny ruch przepływu laminarnego występuje, ponieważ siły lepkości powodują, że równoległe prądy sklejają się ze sobą. W tej sytuacji siły lepkości płynu dominują nad siłami bezwładności. Jeśli prędkość płynu zostanie zwiększona, siły bezwładności wzrosną, lepki efekt lepkości zostanie stłumiony, a równomierność przepływu laminarnego przekształci się w przepływ chaotyczny i burzliwy.

Podobnie, gdy burzliwy przepływ wody zbliża się do stałej powierzchni, siły lepkości przenoszą tarcie między przepływem wody a powierzchnią. Tarcie powoduje zmniejszenie prędkości, tak że przepływ staje się bardziej laminarny, gdy zbliża się do powierzchni. Gdy przepływ wody zbliża się do stałej powierzchni, tarcie lepkie wzrasta, a prędkość przepływu stale spada. Drobna mikrowarstwa wody, która styka się z powierzchnią, ma zerową prędkość, nie porusza się i nie ślizga się. Obszar nad powierzchnią, w którym charakterystyka przepływu wody zmienia się pod względem rodzaju i prędkości, nazywany jest warstwą graniczną.



 

Warstwy graniczne

Warstwa graniczna opisuje rzeczywisty region interakcji między powierzchnią a płynem. Gdy warstwa graniczna jest określona przez rodzaj lub prędkość przepływu, nazywana jest warstwą graniczną pędu . Warstwa graniczna pędu określona przez rodzaj przepływu to obszar między powierzchnią a punktem, w którym przepływ zmienia się z laminarnego na turbulentny. Pędową warstwę graniczną można również zdefiniować za pomocą prędkości przepływu wody jako obszaru nad powierzchnią, który waha się od 0% do 99% przepływu głównego. Mówiąc po prostu, jest to region, w którym przepływ zwalnia. W niektórych przypadkach warstwa graniczna może być bardziej burzliwa niż laminarna, dlatego preferowane jest definiowanie warstwy granicznej w kategoriach prędkości. Istnieje jeszcze jedna oddzielna warstwa graniczna, którą można opisać pod względem stężenia określonej substancji, zwanej adyfuzyjna warstwa graniczna. Dyfuzyjna warstwa graniczna jest (arbitralnie) definiowana jako obszar nad powierzchnią, w którym występuje zmiana stężenia określonej substancji. Organizmy nieustannie wchłaniają i uwalniają substancje ze swoich powierzchni do słupa wody, więc stężenie substancji może się zwiększać lub zmniejszać w miarę oddalania się od powierzchni.

Niezależnie od zastosowanej definicji grubość warstwy granicznej pędu i dyfuzji zależy od prędkości przepływu wody. W szybkim, turbulentnym przepływie będzie więcej mieszania, a warstwy graniczne będą cieńsze. W wolnym, laminarnym przepływie mieszanie będzie mniejsze. W zależności od badanych kryteriów rozmiar warstwy granicznej może wynosić od milimetrów do metrów. W przypadku organizmów bentosowych, takich jak koralowce, warstwa graniczna jest najbardziej krytycznym obszarem ruchu wody, ponieważ określa, w jaki sposób koralowiec się odżywia, jakie siły musi wytrzymać oraz szybkości dyfuzji, które napędzają oddychanie i fotosyntezę.

image3.JPG

Ilustracja 3: W całym swoim cyklu życia koralowce muszą radzić sobie z różnymi warstwami granicznymi w swoim środowisku.

Konsekwencje warstwy granicznej są oczywiste dla każdego, kto kiedykolwiek wyhodował fragment kamienistego korala . Małe fragmenty korala przy pierwszym przyczepieniu mają tendencję do wzrostu w umiarkowanym tempie, ale gdy osiągną wysokość powyżej podłoża, tempo wzrostu ma tendencję do zwiększania. Wszyscy mieliśmy ten jeden fragment, który rósł w pełzającym tempie, ale gdy osiągnął określony rozmiar, wyskoczył z warstwy granicznej, a następnie rósł z zawrotną prędkością. Kiedy koralowiec osiągnie pewneprofilu, doświadczy bardziej burzliwego przepływu, zwiększając szybkość dyfuzji i maksymalizując oddychanie koralowców i fotosyntezę. Zjawisko to jest dobrze znane hodowcom koralowców, którzy mocują fragmenty koralowców do wystających podstaw lub zawieszają je w słupie wody za pomocą sznurka. Chociaż mogą nie być świadomi warstwy granicznej, te techniki mocowania skutecznie minimalizują efekty warstwy granicznej i maksymalizują wzrost, wystawiając fragmenty koralowców na optymalny przepływ.

 

 

Liczba Reynolda (Re)

Liczba Reynolda (Re) jest używana do określenia zależności sił lepkości i bezwładności w celu przewidzenia zachowania płynów. Staram się wykluczyć jak najwięcej matematyki, ale znajomość prostego obliczenia liczby Reynolda przy użyciu wartości względnych może znacznie pomóc w zrozumieniu, co dzieje się z przepływem wody wokół koralowców, ponieważ różnią się one rozszerzeniem polipów i ekspansją kolonii. Liczba Reynolda (Re) to stosunek sił bezwładności do sił lepkości taki, że Re = bezwładność / lepkość. Bezwładność jest równa iloczynowi prędkości, pola powierzchni oraz gęstości i lepkości mierzy się bezpośrednio.

(Równanie 1) Re = bezwładność / lepkość

(Równanie 2) Bezwładność = prędkość * powierzchnia



 

Powierzchnia obiektu * Gęstość

(Równanie 3) Re = prędkość * powierzchnia * gęstość / lepkość

W tym samym płynie gęstość i lepkość są stałe, więc zmiany prędkości i pola powierzchni mają największy wpływ na liczbę Reynolda. W sytuacji, gdy lepkość dominuje nad bezwładnością, występuje przepływ laminarny, ponieważ lepkość powoduje, że prądy sklejają się ze sobą. Ten scenariusz jest przykładem przepływu z niskim Re. Gdyby zwiększyć prędkość tego samego płynu, bezwładność przewyższyłaby lepkość, co doprowadziłoby do przepływu turbulentnego z wysokim Re. Korale i inne organizmy bentosowe nie mogą zmieniać prędkości wody, ale mogą zmieniać sposób, w jaki wchodzą w interakcje z przepływem wody. To, że koralowce są nieruchliwe, nie oznacza, że są bezradne. W krótkim czasie koralowce mogą rozszerzać polipy i kolonietkanki w celu zwiększenia powierzchni. Kiedy powierzchnia jest zwiększona, wartość Re jest większa, a przepływ staje się bardziej burzliwy. Zwiększona turbulencja zmniejsza lokalną warstwę graniczną i zwiększa szybkości dyfuzji. Podobnie korale mogą rozciągać i cofać swoje polipy do części warstwy granicznej, która najlepiej pasuje do kolonii. Jeśli prędkość przepływu wody jest zbyt duża, cofanie polipów do dolnych części warstwy granicznej zmniejsza prędkość, zmniejszając wartość Re i zmniejszając ilość turbulencji, na które narażony jest koralowiec. Chociaż koralowce polegają głównie na biernej egzystencji, mogą aktywnie zmieniać swój kształt i teksturę, aby precyzyjnie dostroić swoje interakcje z przepływającą wokół nich wodą.

imagefour.JPG

Ilustracja 4: Kształt obiektu może mieć duży wpływ na jego interakcję z przepływem wody.

 

Przeciąganie, podnoszenie i zasada Bernoulliego

Przeciąganie i podnoszenie to siły, które wynikają z interakcji między płynnym ruchem a powierzchnią obiektów. Opór to opór wynikający z sumy tarcia lepkiego i różnic ciśnień. Tak jak istnieje tarcie lepkie między liniami prądu przepływu, tak lepkość przenosi tarcie między płynem a obiektem, które poruszają się względem siebie. Siła oporu, która jest wytwarzana przez ciśnienie, zależy w dużej mierze od kształtu przedmiotu, który ma kontakt z przepływającą wodą. Jeśli płyn zetknie się z powierzchnią, która zwiększa turbulencje, za obiektem pojawią się mniejsze komórki turbulentnego przepływu zwane wirami. Kiedy tworzą się wiry, wytwarzają siłę ciągnącą z podciśnienia za obiektem. Jeśli płyn zetknie się z powierzchnią, która minimalizuje turbulencje, ograniczy lub wyeliminuje tworzenie się wirów w dolnym biegu rzeki. Mówi się, że ten typ kształtu jest aerodynamiczny lub hydrodynamiczny i zmniejsza efekt oporu, skutecznie przekierowując i ponownie łącząc opływowy przepływ. Idealny kształt hydrodynamiczny przypomina łzę; gładki i zaokrąglony w górę strumienia z gładkim zwężającym się końcem w dolnym biegu. To pospolity kształt szybkich i aktywnych ryb, takich jak tuńczyk. Niektóre typy kształtów hydrodynamicznych będą generować siły działające prostopadle do kierunku przepływu na obiekt. Ta prostopadła siła nazywa się podnoszeniem i występuje, gdy ciało stałe zmienia kierunek poruszającego się płynu. Jeśli kierunek przepływu zostanie obrócony w jednym kierunku, siła podnoszenia jest generowana w kierunku przeciwnym. Przekrój skrzydła samolotu to kształt, który został zaprojektowany w celu maksymalizacji siły nośnej. Siła podnoszenia może być również spowodowana różnicą ciśnień spowodowaną zasadą Bernoulliego. Jeśli strumień prądu przepływa przez otwór w powierzchni, w kryzie pojawi się podciśnienie, co spowoduje wysysanie płynu. Forma wielu zwierząt wykorzystuje zasadę Bernoulliego poprzez rosnące kształty, które optymalizują bierny ruch wody przez niemechanizmy zasilające filtry .

 

streszczenie

Lepkość i bezwładność to najważniejsze właściwości ruchu płynu. Lepkość to odporność cieczy na przepływ, a bezwładność to opór ciała na zmianę ruchu. Stosunek sił bezwładności do sił lepkości nazywany jest liczbą Reynolda (Re). W małych skalach (Re <1) dominuje wpływ lepkości, aw dużych (Re> 1) efekt bezwładności jest ważniejszy. Ruch poruszającego się płynu można opisać jako burzliwy lub laminarny. Przepływ turbulentny charakteryzuje się nierównomierną prędkością i kierunkiem, podczas gdy przepływ laminarny można zdefiniować jako nie turbulentny. Przepływ laminarny charakteryzuje się równymi, równoległymi liniami ruchu. Przy niższych prędkościach przepływ wody jest zwykle laminarny, a przy wyższych prędkościach przepływ wody staje się burzliwy. Ponieważ prędkość płynu jest uwzględniana w obliczaniu liczby Reynolda, wartość Re może przewidywać przejście od przepływu laminarnego do turbulentnego. Ruch płynu może rozpadać się na mniejsze komórki turbulentnego przepływu zwane wirami. Jeśli tworzenie się wirów następuje w wyniku kontaktu ruchu płynu z obiektem, będą one wytwarzać siłę ciągnącą zwaną oporem. Jeśli przepływ laminarny jest przekierowywany przez powierzchnię, na powierzchnię działa prostopadła siła zwana podnoszeniem.



 

Bibliografia

  1. Vogel, S. 1994. Life in Moving Fluids. Princeton University Press, Princeton, NJ
  2. Wpisy Wikipedii dotyczące hydrodynamiki , liczby Reynolda i warstw granicznych .
  3. Zingmark, Richard. „Życie w płynnym środowisku (hydrodynamika)”. Marine Ecology 575. University of South Carolina, Columbia. Październik 2005.

 

 

 

 

 

W ostatnich latach pojawiło się wiele różnych i oryginalnych danych dotyczących oświetlenia i korali w akwarium rafowym. W przeciwieństwie do tego, było znacznie mniej artykułów na temat skutków i znaczenia przepływu wody w akwarium rafowym. Większość akwarystów nie zdaje sobie sprawy z związku między przepływem laminarnym a turbulentnym i praktycznie nikt nigdy nie omawia ruchu wody w akwarium rafowym w kategoriach, które faktycznie odnoszą się do dynamiki płynów. Nadszedł czas, aby akwarystyka rafowa nadrobiła zaległości w dziale przepływu. Podobnie jak oświetlenie akwarium zostało poddane gruntownej ponownej ocenie, tak samo musimy zacząć zastanawiać się, jak ruch wody w naszych akwariach przekłada się na ruch wody, który jest istotny i odpowiedni dla zdrowia koralowców.

 

Opis idealnego przepływu

Z braku lepszej wartości akwaryści opisują ilość ruchu wody w swoich akwariach rafowych w kategoriach obrotów. Jeśli identyczne głowice są umieszczone na przeciwległych końcach akwarium, ale jedna głowica jest skierowana w stronę środka akwarium, a druga skierowana jest w stronę szyby akwarium, głowica skierowana w stronę środka akwarium niewątpliwie będzie wytwarzać większe prędkości przepływu i więcej cyrkulacja w całym akwarium. Chociaż obie głowice napędowe mają tę samą prędkość obrotową, ich orientacja względem głównej masy wody ma ogromny wpływ na prędkości przepływu, które będą wytwarzać. Ponieważ prędkość przepływu jest krytyczną miarą określającą szybkość wymiany gazowej, obroty niewiele wpływają na to, jak szybko koralowiec oddycha i fotosyntetyzuje.

W środowisku naturalnym powierzchnia rafy i żyjące na niej koralowce doświadczają przeważnie przypadkowego, chaotycznego przepływu w postaci fali oscylacyjnej.W większości przypadków akwaryści interpretują „przypadkowy, chaotyczny przepływ”, aby wykluczyć przepływ laminarny lub jednokierunkowy. Ta interpretacja zwykle przekłada się na zbiór głowic i wlotów rozmieszczonych na wzór tego, co nazywam plutonem egzekucyjnym. Chociaż akwaria rafowe są próbą odtworzenia naturalnego środowiska, próba odtworzenia gwałtownego wzrostu wraz ze skalą i energią środowiska naturalnego wymagałaby ogromnego wysiłku i zasobów. O ile oscylacyjny przypływ środowiska naturalnego pociąga za sobą ruch całej masy wody, o tyle typowe akwarium charakteryzuje się małymi smugami ruchu wody, które tracą prędkość i oddalają się od źródła przepływu wody (Harker 1998). Przepływ wody, który opuszcza głowicę lub inne wyjście zaczyna się jako szybki, jednokierunkowy przepływ. Jednak wraz ze wzrostem odległości od źródła przepływu opór od innych przepływów i lepkie tarcie powodują, że uporządkowany przepływ szybko traci pęd. W tym momencie przepływ traci prędkość i staje się coraz bardziej wielokierunkowy, turbulentny. Riddle zilustrował to zjawisko za pomocą cyfrowej elektronikiprzepływomierz (Riddle 1996). Przepływ pochodzący bezpośrednio z głowicy napędowej Hagen 802 wykazywał prędkości powyżej 70 cm / s, podczas gdy zmierzona prędkość wynosiła 0 cm / s tylko w odległości 60 cm. Nie oznacza to, że nie było przepływu w tej odległości, ale raczej oznacza, że albo przepływ nie był prawidłowo wyrównany z przepływomierzem, albo suma przepływów wielokierunkowych miała prędkość netto 0 cm / s. Prawdą jest, że turbulencja prowadzi do zwiększonego tempa mieszania, ale szybki przepływ laminarny stanie się turbulentnygdy tylko napotka nieregularną powierzchnię, taką jak koralowiec. Im większa prędkość przepływu, tym większa ilość turbulencji powstających, gdy przepływ napotyka powierzchnię. Chociaż turbulencja jest pożądanym produktem końcowym ruchu wody, akwaryści powinni bardziej skupić się na wytwarzaniu szybszego jednokierunkowego przepływu

 

 

Środowisko przepływu

Środowisko, w którym występuje ruch płynu, ma ogromny wpływ na zachowanie płynu. Trzy rzeczy, które będą miały wpływ na ruch wody w akwarium, to wymiary akwarium, ukształtowanie struktury żywej rafy skalnej , w tym koralowców, oraz siła i czas trwania ruchu wody.

Rozważając akwarium do wykorzystania jako zbiornik rafowy, należy pamiętać, że wymiary zbiornika rafowego będą miały duży wpływ na rodzaj rafy. Rozmiar i kształt zbiornika determinuje rodzaj oświetlenia, jaki będzie używany, sposób konserwacji, rodzaj ryb i koralowców, które może pomieścić oraz przepływ wody.będzie się zachowywać w szkle. Jako zwolennik ruchu wody zazwyczaj najpierw rozważam ostatnie kryteria. W małym akwarium woda będzie łatwo przepływać przez całe akwarium, masowy ruch wody będzie następował bardzo szybko, ale nie będzie dużej niejednorodności prędkości przepływu. W mniejszym akwarium siły lepkości powodują, że większość ruchu wody porusza się z podobną prędkością i może być trudno zapewnić odpowiednio wolne i szybkie prędkości przepływu wody dla koralowców, które preferują jedną lub drugą. W większym akwarium poruszenie całej masy wody wymaga większej siły, a cyrkulacja całej objętości zajmie więcej czasu. Jednak gdy cała masa wody w większym akwarium się poruszy, będzie miała większą bezwładność i będzie mniej utrudniona przez strukturę rafy lub korale, które wystają do głównego nurtu. W większych zbiornikach łatwiej jest uzyskać różnorodne reżimy przepływu. Ponieważ większy zbiornik będzie podlegał bardziej siłom kinetycznym niż lepkim, bardziej prawdopodobne jest, że będzie miał wąskie pasmo szybszego przepływu na powierzchni i szersze pasmo wolniejszego przepływu na dnie.

figure1.JPG

Rysunek 1 To akwarium jest dobrym przykładem zbiornika rafowego, który wykorzystuje niewielką ilość żywej skały. Chociaż jest to nowatorski kształt, wymiary tego akwarium utrudniały wytwarzanie masowego ruchu wody.

Jak można się spodziewać, im więcej rocka na żywomasz w akwarium, tym trudniej będzie zapewnić odpowiedni ruch wody do objętości całego zbiornika. Ponieważ wolę patrzeć na korale z góry, generalnie używam jak najmniej skał. Wszyscy słyszeliśmy sugestię, że akwarium rafowe wymaga 1-2 funtów żywej skały na galon, ale ponieważ gęstość żywej skały jest bardzo zróżnicowana, nie jest to zbyt przydatna wskazówka. Jak widać na rysunku 1, osobiście preferuję zbudowanie struktury rafowej, która zajmuje nie więcej niż około 25% rzeczywistej objętości akwarium. To ograniczenie jest równoznaczne z aranżacją żywej skały, która może zajmować większość długości akwarium, ale nie powinna być dużo większa niż połowa wysokości i połowa szerokości niż wymiary akwarium. Chociaż nowi akwaryści mogą być skłonni nazywać tego rodzaju konfigurację „pustą,korale i wzrost .

W oceanie prądy powierzchniowe wody są napędzane głównie przez wiatr wiejący po powierzchni morza. Ilość wody poruszającej się w tych prądach jest proporcjonalna do siły wiatru i czasu, przez jaki wieje, co nazywa się aportem. Ponieważ akwaryści nie używają wiatru do przemieszczania wody, w naszych akwariach możemy myśleć o pobieraniu jako o czasie, w którym masa wody jest popychana w określonym kierunku. Dostępne w handlu „wytwórcy fal” nie są zaprojektowane ani zbudowane na niczym innym niż na status quo koralowego hobby, jakim jest koralowce i akwaria rafowe.potrzebują „losowego, burzliwego przepływu”. Oprócz wysokiej ceny, moim największym zarzutem dotyczącym tych urządzeń sterujących pompami jest to, że ich wyloty są włączane i wyłączane w tak krótkich odstępach czasu, że nie pozwalają na optymalny pobór przepływu wody. Wyłączając pompę, zanim miała szansę osiągnąć pełny potencjał ruchu wody, pompa wodna w tym scenariuszu zasadniczo wysyła smugę ruchu wody, która napotyka duży opór wynikający z bezwładności objętości wody. Wydłużając czas, w którym pompa wody jest włączona, poruszająca się działka wody nabierze wielkości i pędu, tak że po wyłączeniu pompy objętość wody powinna przez krótki czas nadal przepływać przez akwarium.

Ostatnią kwestią dla środowiska przepływu jest umieszczenie bezkręgowców w obszarach akwarium, które łączą odpowiednie natężenie oświetlenia i prędkość przepływu wody. Ponieważ górna część akwarium jest często preferowaną lokalizacją dla silnie oświetlonych koralowców, podwójnie korzystne jest skoncentrowanie szybkiego ruchu wody w górnych warstwach akwarium. Należy pamiętać, że kiedy woda opływa kształt, zwykle występuje więcej turbulencji, a zatem większa wymiana gazowa na dolnej powierzchni kształtu. Jeśli patrzysz na górną powierzchnię koralowca w poszukiwaniu wskazówek dotyczących reakcji behawioralnej koralowca na przepływ wody, możesz przegapić bardziej znaczącą reakcję na dolnej ścianie koralowca. Najważniejsze jest to, że powinieneś przeprowadzić inspekcję koralowców w całej kolonii pod kątem wskazań, czy przepływ, na który koral jest narażony, jest odpowiedni.



 

Masowy ruch wody

Poruszająca się masa wody będzie miała tendencję do powrotu do stanu równowagi o niskiej energii za pośrednictwem kilku mechanizmów sprzężenia zwrotnego. Grawitacja, ciśnienie i tarcie to siły, które zapewniają, że woda na odległych krańcach statku ma wspólny wpływ na ruch masy wody jako całości. Jako akwaryści próbujący odtworzyć warunki przepływu środowiska, w którym koralowce występują naturalnie, powinniśmy mieć na uwadze te siły i powinniśmy wykorzystać je na naszą korzyść, aby zachęcić do masowego ruchu wody w całym akwarium.

Aby zmaksymalizować wydajność sprzętu do przepływu wody, akwarysta powinien zaprojektować systemy ruchu wody tak, aby wszystkie komponenty współpracowały ze sobą, aby zminimalizować opór i przesunąć całą masę wody w akwarium. Najlepszym sposobem na połączenie energii poruszającej się wody w celu uzyskania maksymalnego ruchu wody w akwarium jest zachęcenie do tworzenia kolistego ruchu wody zwanego wiatrem. Podobnie jak koło, wirnik wykorzystuje mechanizmy sprzężenia zwrotnego, które zachowują pęd poprzez zminimalizowanie oporu. Wir akwariowy przypomina nieco taśmociąg ruchu wody i charakteryzuje się głównie przepływem laminarnym, jednokierunkowym. Poprzez naprzemienne obracanie się wiru z jednej strony na drugą, możliwe jest równomierne rozprowadzenie turbulencji po wszystkich stronach koralowców, a tym samym zwiększenie fotosyntezy i oddychania.

rysunek2.jpg

Rysunek 2 Ten poziomy zbiornik wirowy wytwarzał prędkości przepływu w zakresie 15-22 cm / s.

 

Gyre Tanks

Zbiornik z wirami zachęca do maksymalnego pędu ruchu wody, ponieważ zawiera rozdzielacz, który zasadniczo zmienia zbiornik w obwód. To wyspecjalizowane akwarium ogranicza przekrój poprzeczny ścieżki wody, dzięki czemu cała woda płynie równomiernie w tym samym kierunku. Taka konfiguracja w większości rezygnuje z kamienia lub innych ozdób na jednej stronie rozdzielacza, dzięki czemu zmniejsza tarcie ze zwykłą strukturą rafy akwariowej co najmniej po jednej stronie przepływu. Przegroda rozciąga się na prawie całej długości akwarium i można ją ustawić poziomo lub pionowo. W ustawieniu pionowym przegroda spoczywa na środku dna akwarium i wystaje poza powierzchnię wody. W układzie poziomym przegroda jest zlicowana ze środkiem przedniej i tylnej szyby akwarium.miękkie koralei wysokie korale rogacze. Ten typ akwarium może być bardziej estetyczny, ponieważ łatwo jest ukryć pompy i wyloty wody za ścianką działową akwarium i zachowuje pole widzenia zbiornika. Jednakże, ponieważ masa wody wirnika pionowego jest zawsze w kontakcie z dnem akwarium i powierzchnią wody, ma większy potencjał do wywoływania ścinania prędkości z szybszym przepływem u góry i wolniejszym u dołu. W poziomym zbiorniku z wirnikiem głowice lub wyloty przepływu są umieszczone pod rozdzielaczem i są ustawione w płaszczyźnie poziomej. Ta konfiguracja zachowuje oryginalną rzeczywistą powierzchnię akwarium, ale robi to kosztem wysokości akwarium. Większa powierzchnia i bliższa bliskość źródła światła sprawiają, że poziomy zbiornik z wirnikami jest idealny do skoncentrowanych wysiłków w hodowli koralowców.

rysunek3.jpg

Rysunek 3 Zbiornik z wirami pionowymi (inaczej zbiornik z przepływem laminarnym) zaprojektowany dla wysokich gatunków koralowców. Zdjęcie: Michael Janes.

Rysunek 2 jest przykładem poziomego zbiornika z wirami, który zbudowałem dla hodowli koralowców kamienistych. Akwarium ma 33 galony, 4 stopy długości, 14 cali szerokości i 12 cali wysokości. Przegroda została wykonana z dwóch kawałków ciemnego pleksi, które zostały nałożone na środku. Obydwa elementy rozdzielacza nie były zamocowane i stwierdziłem, że mogę zmieniać prędkość przepływu wody, dostosowując odległość szczeliny między rozdzielaczem a czołami szyby akwarium. Ruch wody zapewniała jedna pompa Seio 820 z jednej strony i dwie Maxi-jet 1200 z drugiej strony. Do przełączania zasilania między pompami przez 5 do 15 minut z każdej strony zastosowano wyłącznik czasowy Chauvet. Ponieważ przepływ wody był tak jednokierunkowy w tym długim akwarium, bardzo łatwo było zmierzyć prędkość przepływu. Prędkość wody obliczono, dodając do wody cząstki o neutralnym wyporze i określając czas, w jakim przebyły one w akwarium. Dzięki tej technice mogłem zmierzyć prędkość przepływu wody w zakresie 15-22 cm / s w całym akwarium. Prędkości te mieszczą się w zakresie idealnych prędkości przepływu dla optymalnego wychwytywania cząstek, oddychania i fotosyntezy wielu koralowców. Rysunek 3 jest obrazem pionowego zbiornika z wirnikiem zbudowanym i zaprojektowanym przez mojego Michaela Janesa zAquatouch . Pan Janes jest specjalistą od oktokoralnych i określa swój projekt jako zbiornik z przepływem laminarnym. Zaprojektował akwarium tak, aby zapewnić idealne warunki przepływu, zachowując jednocześnie wystarczającą przestrzeń w pionie, aby pomieścić wysokie gatunki miękkich koralowców, takie jak gorgonie. Chociaż to akwarium zostało zaprojektowane przede wszystkim jako dowód słuszności koncepcji, pan Janes nadal pracuje z tego typu zbiornikiem wirującym do badania gatunków ośmiornic.

figure4.JPG

Rysunek 4 Ponieważ te 180 galonów krążyło za pomocą technik masowego ruchu wody, do wytworzenia odpowiedniego ruchu wody potrzebny był tylko skromny sprzęt.

 

 

Gyres w akwariach rafowych

Akwarium niekoniecznie potrzebuje rozdzielacza do wytwarzania wirów masy wodnej. Chociaż ruch wody nie będzie tak kompletny i jednolity, jak w przypadku zbiornika wirowego, nadal korzystne jest zachęcanie do ruchu wody po okrężnej ścieżce. W akwarium rafowym z żywymi skałami i koralowcami na dnie powierzchnia wody akwarium zapewnia najmniejszy opór poruszającej się wodzie. Ze względu na brak tarcia, poruszająca się woda, która jest kierowana w tym rejonie, będzie wytwarzać największy pęd masy wody. Jeśli istnieje równomierny transport wody powierzchniowej z jednej strony akwarium na drugą, cała masa wody powinna zacząć nabierać rozpędu, gdy jest przemieszczana na obu końcach. Na jednym końcu akwarium woda zacznie się „gromadzić”, a następnie opadać. Na drugim końcu, woda podniesie się i zastąpi objętość wypieraną przez ruch wody. Chociaż najłatwiej jest tworzyć wiry, które podążają za górną i dolną powierzchnią akwarium, nie jest to jedyny sposób tworzenia wirów. Rysunek 4 to zdjęcie akwarium o pojemności 180 galonów z odpływem przelewowym na środku zbiornika. Akwarium to zawierało niewielką ilość żywych skał i było rozprowadzane poprzez zachęcanie do masowego ruchu wody wokół przelewu w środku. Po raz kolejny zastosowano wyłącznik czasowy Chauvet do zmiany przepływu między dwoma obwodami głowic. Każdy obwód zawierał pompy ustawione ukośnie względem siebie iw ten sposób siły obu pomp pracowały razem, aby poruszać całą masą wody.

rysunek 5.jpg

Rysunek 5 Przykład dojrzałego akwarium rafowego, które wykazuje bardzo gęsty, kamienisty wzrost koralowców .

Techniki masowego ruchu wody mogą nie tylko pomóc akwarystom w wytwarzaniu większych prędkości przepływu wody w akwarium, ale mogą również zachęcić do większego ruchu wody przez szczeliny żywej skały i korali z otwartym wzrostemformularze. Zwykle akwarysta może celować w jeden lub więcej pióropuszy ruchu wody na koralowce, które wymagają dużych prędkości przepływu wody. W tym scenariuszu burzliwy pióropusz przepływu wody napotyka duże tarcie na swojej drodze do pożądanego miejsca akwarium rafowego: napotka opór ze strony stojącej wody wokół niego, doświadczy oporu z powodu kształtu korali, które napotka i burzliwy charakter smugi przepływu wody w niewielkim stopniu przyczyni się do zachowania pędu ruchu wody. W scenariuszu z wykorzystaniem masowego ruchu wody zachowanie płynu będzie znacznie inne. Strumień wody z tego samego źródła napotka mniejszy opór ze strony wody wokół niego, ponieważ obie działki wody poruszają się w tym samym kierunku. Zmniejszony opór wyprostuje przepływ i zachowa większy pęd. Woda nie tylko będzie poruszać się szybciej, gdy dotrze do korala, ponieważ woda oddala się od korala w dolnym końcu, woda będzie przepychana przez normalnie stojącą wodę, która jest obecna we wnętrzu korali z otwartymi formami wzrostu. Rysunek 5 przedstawia akwarium, w którym gęsty wzrost koralowców stanowi znaczną część przekroju akwarium. Podczas stosowania technik masowego ruchu wody w przypadku gęstego wzrostu koralowców, prędkość przepływu wody może w rzeczywistości przyspieszyć, ponieważ więcej wody jest przepychane przez przestrzenie o mniejszej powierzchni. Akwaryści, którzy chcą zachęcić do dodatkowego ruchu wody we wnętrzu gęstych kolonii koralowców, zobaczą ogromne korzyści ze stosowania technik masowego ruchu wody. woda będzie przepychana przez normalnie stojącą wodę, która jest obecna we wnętrzu koralowców z otwartymi formami wzrostu. Rysunek 5 przedstawia akwarium, w którym gęsty wzrost koralowców stanowi znaczną część przekroju akwarium. Podczas stosowania technik masowego ruchu wody w przypadku gęstego wzrostu koralowców prędkość przepływu wody może w rzeczywistości przyspieszyć, ponieważ więcej wody jest przepychane przez przestrzenie o mniejszej powierzchni. Akwaryści, którzy chcą zachęcić do dodatkowego ruchu wody we wnętrzu gęstych kolonii koralowców, zobaczą ogromne korzyści ze stosowania technik masowego ruchu wody. woda będzie przepychana przez normalnie stojącą wodę, która jest obecna we wnętrzu koralowców z otwartymi formami wzrostu. Rysunek 5 przedstawia akwarium, w którym gęsty wzrost koralowców stanowi znaczną część przekroju akwarium. Podczas stosowania technik masowego ruchu wody w przypadku gęstego wzrostu koralowców prędkość przepływu wody może w rzeczywistości przyspieszyć, ponieważ więcej wody jest przepychane przez przestrzenie o mniejszej powierzchni. Akwaryści, którzy chcą zachęcić do dodatkowego ruchu wody we wnętrzu gęstych kolonii koralowców, zobaczą ogromne korzyści ze stosowania technik masowego ruchu wody. Podczas stosowania technik masowego ruchu wody w przypadku gęstego wzrostu koralowców, prędkość przepływu wody może w rzeczywistości przyspieszyć, ponieważ więcej wody jest przepychane przez przestrzenie o mniejszej powierzchni. Akwaryści, którzy chcą zachęcić do dodatkowego ruchu wody we wnętrzu gęstych kolonii koralowców, zobaczą ogromne korzyści ze stosowania technik masowego ruchu wody. Podczas stosowania technik masowego ruchu wody w przypadku gęstego wzrostu koralowców prędkość przepływu wody może w rzeczywistości przyspieszyć, ponieważ więcej wody jest przepychane przez przestrzenie o mniejszej powierzchni. Akwaryści, którzy chcą zachęcić do dodatkowego ruchu wody we wnętrzu gęstych kolonii koralowców, zobaczą ogromne korzyści ze stosowania technik masowego ruchu wody.

 

Wnioski

Akwarium rafowe ma długą drogę, zanim nasze zrozumienie przepływu wody dogoni to, co wiemy o oświetleniu akwarium rafowego. Podobnie jak w przypadku przydomka „Waty na galon”, które pojawiło się wcześniej, użycie „szybkości obrotu” do opisania ruchu wody nadal paraliżuje postęp bardziej zaawansowanych technik ruchu wody. Zachęcając do tworzenia jednego lub więcej wirów, akwaryści są w stanie wytworzyć większy ruch wody pod względem ogólnej prędkości przepływu wody. Ponieważ wyższe prędkości przepływu powodują większe ilości turbulencji, przekłada się to na zwiększoną wymianę gazową i wyższe szybkości fotosyntezy i oddychania.

 

Bibliografia

  1. Harker, R. 1998. Pomiar przepływu turbulentnego w zbiornikach rafowych. Aquarium Frontiers, wydanie sierpniowe.
  2. Janes, MP 2005. Nowa era dla fanów morza? Międzynarodowa Konferencja Akwarium Morskie. Chicago, Illinois.
  3. Riddle, D., 1996. Ruch wody w akwarium rafowym, część 1. Aquarium Frontiers, 3: 4, 32-39.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Jeśli chcesz dodać odpowiedź, zaloguj się lub zarejestruj nowe konto

Jedynie zarejestrowani użytkownicy mogą komentować zawartość tej strony.

Zarejestruj nowe konto

Załóż nowe konto. To bardzo proste!

Zarejestruj się

Zaloguj się

Posiadasz już konto? Zaloguj się poniżej.

Zaloguj się

×