Диффузия в пограничном слое Прандтля для водных растений.

Диффузия в пограничном слое Прандтля для водных растений.

На данный момент это выглядит (по нескольким источника) примерно так, а через год может быть несколько иначе, но не сильно, в целом уже достаточно информации, большинство из которой противоречит привычной аквариумистике и опыту аквариумистов - растениеводов, как минимум местных сторонников "стиральных машин".

Вокруг поверхности водных растений существует "Пограничный слой" (без названия).
В стоячей воде его толщина составляет примерно 3 микрона, с незначительными колебаниями в большую сторону, в зависимости от состава и температуры воды, а также вида и формы растения.
В стоячей воде наличие Пограничного слоя обуславливается молекулярными взаимодействиями воды и растений.

Процесс диффузии - поступления питания для растений, сквозь пограничный слой, тем быстрее, чем тоньше это слой.

С появлением движения воды (вокруг/вдоль/как угодно) растений, возникает "Пограничный слой Л. Прандтля" (по имени немецкого ученого гидромеханика). Толщина которого сразу возрастает до 300 микрон и от 500 до 1000 микрон, с дальнейшим увеличением скорости движения воды.

С нарастанием скорости течения воды, происходит срыв "Пограничного слоя Прандтля", растения испытывают максимальный стресс и за редким эволюционным исключением, утрачивают способность к потреблению питательных веществ, в дальнейшем погибают.

Данных о параметрах начала "срыва" в воде я не нашел (пока).

Приближенная теория пограничного слоя, предложенная Прандтлем, широко используется в наше время.

Существенного различия между влиянием ламинарных или турбулентных потоков на растения не наблюдается, в ряде экспериментов с турбулентными потоками, отмечается незначительно видоизменение стеблей некоторых видов растений.

Стресс у растений — это интегральный неспецифический ответ растения на повреждающее действие. Направленный на выживание организма за счет мобилизации и формирования защитных систем. В случае воздействия неблагоприятных факторов, реакция растения носит двухфазный характер:
- в первой фазе наблюдаются значительные отклонения физиолого-биохимических процессов,
- во второй фазе нарушенные процессы возвращаются к норме, либо наступает их стабилизации на новом уровне.
При этом, для растений характерны 3 этапа стресса:
- первичная стрессовая реакция,
- адаптация,
- истощение.
(ЧГУ. Анатомия и Физиология растений).

Механизмы остановки (либо не возможности остановки) стресса и переходу к адаптации (либо не возможности адаптации), у водных растений носят индивидуальный по видовой характер и не описаны в настоящее время. Растениеводам от аквариумистики доступно лишь самостоятельное проведение сравнений, с местами произрастания этих растений в естественной среде.
Что определенно накладывает ограничения по географическим, климатическим, сезонным и биохимическим факторам различий в местах произрастания в естественной среде.
Так же, следует учитывать многолетнее нахождение некоторых видов в аквакультуре.

Полученная мной информация, говорит мне, что аквариумные растения лучше содержать при самых низких скоростях течения, отличных от нулевых. Даже распылитель от аквариумного компрессора избыточен.

К сожалению, большинство современных статей находится в платном доступе, для профильных организаций и исследователей.

P.S.
В процесс стремления к пониманию описанных процессов, хотелось бы отметить следующее.
Встречается много исследований и экспериментов, в которых описывается наличие в пограничном слое микроорганизмов, присущих этому слою.
Что наводит на возможную связь, между водорослевыми обрастаниями водных растений и этими микроорганизмами.
Вряд ли на нашей Планете есть хоть один организм, который не находится в симбиозе с кем то еще.
Раньше симбиозом называли взаимовыгодные связи. Сейчас симбиоз это любые варианты связей между организмами, когда хотя бы один организм извлекает выгоду.

Ссылки не привожу, потому что лень и тяжело, к тому же, многие "PDF" файлы запаролены и копирование невозможно.

ЕвгенийН
А как тогда растут растения на быстринке (быстром течении)?

Думаю в теории, оптимально, это заимствовать из морских аквариумов маломощные: генераторы волн или волновые помпы с контроллером. Больше всего вписывается в прочитанное.
Можно и с обычными маломощными помпами/фильтрами, но обычный таймер не подойдет, нужно приобретать цикличный без привязки к реальному времени. На 3-5 секунд включение и 5-10 минут пауза.


Изменено 2.3.24 автор mocej

Совершенно очевидно, что наилучшими условиями диффузии СО2 в воде, сквозь Пограничный слой (первый), является неподвижная вода, в этом случае толщина Пограничного слоя минимальная. А перемешивание воды, необходимо лишь для поддержания постоянной концентрации СО2, на границе Вода - Пограничный слой. И чем интенсивнее перемешивание, тем толще Пограничный слой Прандтля (второй).

В случае возникновения Пограничного слоя Прандтля (второго), он накладывается на Пограничный слой молекулярного взаимодействия воды и растений (первый), с увеличением общей толщины.


Изменено 2.3.24 автор mocej

Научно-популярное.

Естественная диффузия в воде.

1 пикосекунда = 1E-12 (минус 12 степень) секунды [с].
Размер 1 молекулы воды составляет около 3 Å (ангстрем) или примерно 0,28 нм (нанометра) или примерно 0.00028 мкм (микрон).
За 2-3 пикосекунды молекула воды, несколько (?) раз поворачивается и смещается на расстояние, равное примерно 1-2 ее размерам.
Зная это, можно примерно рассчитать, за какое время в стоячей воде молекула воды преодолеет/пересечет Пограничный слой обусловленный молекулярными взаимодействиями, толщиной в 3-5 мкм (микрон), с учетом хаотического движения молекул воды (Кдх~0,6), при наличии естественной тепловой диффузии (T = +20C, Ктд~1,15; при h~600 мм).

1 + 2 = 3
3 / 2 = 1.5
0.00028 * 1.5 = 0.00042
3 + 5 = 8
8 / 2 = 4
2 + 3 = 5
5 / 2 = 2,5
4 / 0.00028 = 14285
14285 * 1.5 = 21428
21428 * 0.6 = 12857
12857 * 1.15 = 14785 пикосекунд = 1.4785 x 10-8 секунд = 1.4785 * 0.00000001 = 0.000000014785 секунд.

Вывод: молекула воды преодолеет/пересечет Пограничный слой обусловленный молекулярными взаимодействиями, приблизительно за 0.0000000148 секунды.

Соответственно, в случае интенсивного перемешивания воды, к Пограничному слою обусловленному молекулярными взаимодействиями, добавляется Пограничный слой Прандтля (до 1000 мкм) и время прохождения/пересечения молекулой воды этого слоя увеличивает приблизительно до 0.000013 секунд.

Соответственно, все околонаучные теории о необходимости перемешивания воды, для "доставки" питания водным растениям, не стоят бумаги, на которой это посчитано.
Что не отменяет, влияния минимальных течений, на поддержание стабильной концентрации элементов питания растений, вокруг Пограничных слоев. Но как показывают расчеты, для этого достаточно естественной диффузии в стоячей воде.

Если ли влияние перемешивания на растения?, безусловно какое то есть, это утверждают многие авторитетные аквариумисты и современные "исследования" ученых от маркетинга. Но оно не связано или не связано напрямую (косвенная многофакторная связь) с необходимостью перемешивания воды, для "доставки питания" водным растениям.

Не стоит забывать, что современные исследования информируют и о стрессе , который растения испытывают с возникновением течения (не все, не всегда и с большим диапазоном различных скоростей течений).

Справедливости ради, пример носит "линейный" характер, для полного соответствия необходимы "объемные" расчеты (Кдх~0,6 взят для 1 см.куб. воды. А Ктд~1,15 для аквариума 60х60х60 см в жилом помещении). Но этого достаточно для понимания порядка цифр и значений.

Желаю всем ...!

P.S.

Нервная реплика из зала:

Брехня! Без течения не будет доставки СО2 от моего диффузора к растениям!

Ответ с кафедры:

Во первых, вы не внимательно ознакомились с материалом, с первых строк, буквально с названия, речь идет о водных растения, а не о тех растениях, которые под водой в естественной среде не растут, а максимум подвергаются сезонным затоплениям. Вы засунули их под воду и добиваетесь их существования с помощью технических средств (помпы, баллоны и свет), а так же с помощью химического воздействия (УДО, химреактивы, аквапоника).
Во вторых, перемешивание подаваемого в аквариум СО2, как способствует увеличению концентрации СО2 в воде, так и увеличивает выпадение СО2 в атмосферу.


Изменено 3.3.24 автор mocej

Как быстрее вырастить кораллы, часть II: совместное влияние скорости течения и КН. 03.05.2017.

https://reefcentral....

Прислал "Дмитрий57".


По совету морских коллег, я купил автомобиль Москвич бы рассматривал воду в морских аквариумах, с точки зрения "колебательной системы" с различной амплитудой.
См.: Диффузия в пограничном слое Прандтля для водных растений.


Изменено 3.3.24 автор mocej

Проверьте свои тактильные ощущения, потрите пальцами в чистом, не пораженном водорослями аквариуме, водные и не водные (полуводные, болотные и тп.) растения.
Чувствуете разницу?
Возможно, она вам что нибудь подскажет... .


Изменено 3.3.24 автор mocej

Конец.

Изменено 3.3.24 автор mocej