Considerazioni su CO2 e pH

[nicolatc]

@Gery complimenti! Davvero molto bello!

La gestione della CO₂ avviene tramite temporizzatore con nelle ore di buio acceso 15 minuti ogni mezz’ora e durante le ore di luce acceso a intervalli di 15 minuti.

Cioè di notte è acceso per 15 minuti e spento per altri 15, di giorno invece acceso 30 minuti e spento per 15, corretto?
Interessante esperimento!
In effetti se ho capito bene hai emulato (attraverso il risultato dei test pH sul tuo acquario) il funzionamento di un controller pH. Solo che nel tuo caso il pH resta sempre costante tra giorno e notte, ma il valore può diminuire se acidifichi o aumentare se ad esempio aumenti il KH.

se riduco il flusso non fornisco lo stesso quantitativo di CO₂ e non mantengo il valore corretto di pH.

La butto lì, non potrebbe essere perché forse la pressione di erogazione scende troppo e diventa praticamente insufficiente ad erogare?
Altrimenti non riesco a capire perché non si riesca a trovare una determinata quantità di CO₂ erogata continuativamente che corrisponda esattamente ad una CO₂ erogata a "corrente alternata"

In questo modo do il tempo alle piante di utilizzare la CO₂ prodotta e poi ne somministro altra

Come fai a capire quando le piante hanno finito di utilizzare quella CO₂?

il sistema oscilla di 0,06 pH durante la notte e di 0.02 durante il giorno

Cioè ad esempio di giorno, dal minuto 1 al minuto 30 di erogazione, il pH scende di 0,06 mentre nei successivi 15 minuti (valvola chiusa) il pH risale al valore di partenza?
E di notte il pH scende di 0,02 nei 15 minuti con valvola aperta, e risale al valore iniziale nei 15 minuti successivi quando è chiusa?

Ma quindi non usi un flusso dimezzato e continuo perché altrimenti avresti uno spreco di CO₂ lo stesso a quanto ho capito...

avrei uno spreco rispetto a quello che usano le piante e avrei un pH più alto perché acidifico meno

Se sprechi CO₂ rispetto al fabbisogno delle piante, in teoria dovresti avere un pH più basso perché acidifichi di più

[Gery]

@nicolatc ho spostato di qui per poterti rispondere, senza nascondere queste informazioni in un topic di informazioni della mia vasca.

Come fai a capire quando le piante hanno finito di utilizzare quella CO₂?

Partiamo da qui con un po' di considerazioni legate alla CO₂.
Ogni pianta utilizza la CO₂ per fotosintesi, quindi nCO2+nH2O+hv -> (CH2O)n + NO₂^-

Facendo riferimento al glucosio e quindi considerando n=6 avremo:
6CO2 + 6H2O + hv -> C6H12O6 + 6O2 dove h è la costante di plank e v è la frequenza di oscillazione (energia luminosa).

Quindi la quantità di CO₂ utilizzata è legata alla luce disponibile (lumen), ed a ogni singolo nutriente che interviene nel ciclo di Krebs, nella glicolisi e nella catena di trasporto degli elettroni.

Inoltre ogni pianta risponde in maniera diversa ai vari fattori ed ai vari nutrienti.

Per cui ipotizzando di somministrare 35 mg/l di CO₂, contemporaneamente ci saranno piante che ne assorbiranno di più e altre che ne assorbiranno di meno.

Immagina di avere tante macchine in pista che girano e ogni macchina ha un consumo differente dall'altra e di avere un serbatoio unico a cui ognuna di loro attinge il carburante.
Per evitare che ogni singola macchina rimanga a secco, e che al contrario a delle macchine finisca del carburante fuori dal serbatoio perché troppo pieno, la scelta migliore è fare dei rabbocchi frequenti di poco carburante, in maniera da tenere tutte le macchine a circa metà serbatoio, ma mai a secco.

[nicolatc]

@nicolatc ho spostato di qui per poterti rispondere, senza nascondere qu

Hai fatto bene, scusa!

Ogni pianta utilizza la CO₂ per fotosintesi, quindi nCO2+nH2O+hv -> (CH2O)n + NO₂^-

e quindi considerando n=6 avremo:
6CO2 + 6H2O + hv -> C6H12O6 + 6O2

Ah ok!

Per evitare che ogni singola macchina rimanga a secco, e che al contrario a delle macchine finisca del carburante fuori dal serbatoio perché troppo pieno, la scelta migliore è fare dei rabbocchi frequenti di poco carburante, in maniera da tenere tutte le macchine a circa metà serbatoio, ma mai a secco.

E' qui che non capisco.
Restando al tuo esempio: se a delle macchine il carburante finisce fuori dal serbatoio per eccesso di disponibilità, questo non finisce sprecato a terra bensì resta nel serbatoio unico, a disposizione delle altre macchine che quindi non andranno a secco.
Basterebbe quindi (si fa per dire perché non è affatto facile) riempire continuativamente il serbatoio unico con una portata pari alla somma delle diverse portate di assorbimento benzina da parte delle singole macchine, mantenendo così ad un livello prestabilito costante il serbatoio unico (cerchiamo di mantenerlo al minimo se possibile, ma visto che non è affatto facile e rischiamo che scenda a zero lasciando a secco alcune macchine, meglio tenerlo un po' più alto!).
Caricando il serbatoio unico ogni tanto, rischiamo comunque ugualmente che qualche macchina più prestante dopo un poco resti a secco se per caso il serbatoio unico scende a zero!

[Gery]

Restando al tuo esempio: se a delle macchine il carburante finisce fuori dal serbatoio per eccesso di disponibilità, questo non finisce sprecato a terra bensì resta nel serbatoio unico, a disposizione delle altre macchine che quindi non andranno a secco.

Una parte della CO₂ non utilizzata evapora. Quindi l'esempio del carburante che si spreca a terra è pertinente.

Basterebbe quindi (si fa per dire perché non è affatto facile) riempire continuativamente il serbatoio unico con una portata pari alla somma delle diverse portate di assorbimento benzina da parte delle singole macchine, mantenendo così ad un livello prestabilito costante il serbatoio unico

Non hai capito l'esempio...
dal serbatoio unico il carburante tramite dei tubi va direttamente al serbatoio delle macchine che però e grande pochi litri, ma il rubinetto che apre i tubi è uno unico, per cui o mandi carburante a tutti, o lo togli a tutti, ecco del perché sei costretto a fare dei rabbocchi frequenti, ma di poco carburante, per non sprecarlo.

[nicolatc]

Allora, proviamo a ragionare insieme sull'esempio.

Il rubinetto sul quale possiamo agire non è posizionato né sulle auto né sui tubi (di differente diametro) che scendono dal fondo del grosso serbatoio unico verso i motori delle auto apportando carburante.
Il nostro rubinetto è posizionato sul bocchettone principale del grosso serbatoio unico, molto in alto.

Adesso dobbiamo capire se durante la corsa delle auto sia meglio riempire questo grosso serbatoio con flusso costante o a "corrente alternata"

Il grosso serbatoio ha delle perdite in alto, non c'è dubbio.
Più è pieno di carburante, maggiori sono le perdite. Infatti, avevo anche scritto che se desideriamo limitare le perdite dobbiamo mantenere (nonostante non sia affatto semplice) il serbatoio ad un livello costante quanto più basso possibile. Questo vale qualunque sia il metodo che scegliamo per riempire il grosso serbatoio.

Ma le perdite del serbatoio ci sono sia quando è riempito a portata costante che quando è riempito a portata variabile. Basta che sia pieno!
Per limitare le perdite possiamo quindi concentrarci a capire quale tra le due metodologie di riempimento ci permetta di avere un livello basso di riempimento (in media), senza però farlo arrivare a zero per non fermare le auto in corsa: perché quando si svuota tutto il serbatoio, le auto si fermano tutte insieme, non solo alcune (sempre che escludiamo eventuali escamotage di alcune auto per trovare altrove il carburante!)

Le auto, come hai giustamente scritto, son collegate con tubi di differente diametro al fondo del serbatoio unico con i quali riempono "per gravità" i propri piccoli serbatoi, che potremmo ai nostri fini anche escludere del tutto per semplicità. Potremmo dire cioè che quando le auto corrono (fotosintesi), hanno una necessità praticamente costante di carburante da prelevare direttamente dal grosso serbatoio verso il motore: necessità costante nel tempo della corsa, ma di portata differente da auto ad auto.
Magari una Ferrari avrà un tubo largo come un condotto petrolifero perché assorbe di più, una Topolino avrà una cannuccia perché assorbe di meno (per unità di tempo).

Il punto sul primo metodo è questo:
se riempiamo il serbatoio grande (dal bocchettone principale posto in alto, l'unico sul quale possiamo agire), con una portata costante pari alla somma delle diverse portate che dal fondo scendono per gravità nei vari tubi (larghi e sottili che siano) verso le auto, più la parte necessaria a compensare le perdite, il livello nel serbatoio grande resterà sempre costante.
E questo livello può anche restare costantemente quasi nullo se siamo bravi a determinare la giusta portata: limiteremo così anche le perdite da tale serbatoio (e non dalle auto, le perdite non sono nelle auto, né nei loro tubi di collegamento al serbatoio). E limitare le perdite implica risparmiare il carburante.

Veniamo adesso al secondo metodo.
Le stesse problematiche si presentano se riempiamo il serbatoio grande a corrente alternata (ad esempio, riempiendo per 15 minuti e per altri 15 minuti no)
Nel periodo in cui riempiamo infatti (un po' più forte rispetto all'esempio precedente, ipotizziamo il doppio più forte), il livello del serbatoio si riempe necessariamente un po', e ci sarà quindi qualche perdita in alto. Questo nonostante i tubi sul fondo portino il carburante alle auto in corsa, lentamente a quelle il cui tubo è una cannuccia, velocemente a quelle il cui tubo è un condotto petrolifero.
Dopo 15 minuti di erogazione chiudiamo il bocchettone, ma i tubi sol fondo continuano a drenare carburante. Quindi il livello scende rapidamente, ma grazie al leggero eccesso che abbiamo creato prima con un'erogazione un po' più forte, che ha riempito un po' di più il serbatoio, non andiamo subito a secco dopo la chiusura del bocchettone.
Quando alla fine stiamo davvero per raschiare il fondo (e quindi corriamo il rischio di fermare tutte le auto in corsa), SE siamo stati particolarmente bravi a calibrare con la giusta portata il riempimento iniziale nei primi 15 minuti, alla fine del quarto d'ora senza erogazione saremo arrivati proprio sul fondo, ma senza arrivare a fermare le auto. Proprio in quel momento si apre di nuovo il bocchettone e il serbatoio torna a riempirsi rapidamente.
Se non siamo bravi, come nel primo metodo anche qui rischiamo di fermare le auto in corsa, perché il livello di riempimento fatto nei primi 15 minuti è stato insufficiente. Oppure di avere un serbatoio troppo pieno con molte perdite, se abbiamo erogato con troppa veemenza nei primi 15 minuti!

Conclusione:

a parità di bravura nel settare la giusta portata durante il periodo di riempimento del serbatoio, con il primo metodo (erogazione continua a portata continua) il livello del serbatoio resterà sempre costante (ad esempio al 10%), mentre con il secondo metodo (erogazione a singhiozzo) il livello oscillerà un po' (ad esempio dal 20% allo 0%) ogni mezzora.

Per quale motivo il secondo metodo sarebbe da preferire al primo?

Io vedo stesse perdite in media (anzi in teoria un po' più di perdita nel secondo metodo perché costringe a stoccare carburante in vista del periodo di chiusura) e vedo un'elettrovalvola i cui contatti si usureranno prima, perché attacca e stacca numerose volte al giorno!

[Gery]

Le auto, come hai giustamente scritto, son collegate con tubi di differente diametro al fondo del serbatoio unico con i quali riempono "per gravità" i propri piccoli serbatoi, che potremmo ai nostri fini anche escludere del tutto per semplicità.

L'hai dedotto, ma non l'ho detto, i tubi sono tutti uguali.

se riempiamo il serbatoio grande

Il serbatoio grande è pieno ed ha il carburante necessario per tutta la gara, non deve essere riempito, ma grazie a lui possiamo riempire i serbatoi delle varie macchine.

Anche i serbatoi delle varie macchine sono tutti uguali, quello che cambia è quanto carburante consuma ogni macchina, per cui la velocità con cui ogni serbatoio piccolo si svuota.

Potremmo dire cioè che quando le auto corrono (fotosintesi), hanno una necessità praticamente costante di carburante da prelevare direttamente dal grosso serbatoio verso il motore: necessità costante nel tempo della corsa, ma di portata differente da auto ad auto.

Il serbatoio piccolo è la foglia, e il consumo del carburante è la fotosintesi.
La fotosintesi non è costante, ma cambia da foglia a foglia in funzione della disponibilità di sostanze accessorie, (nelle foglie in ombra ad esempio venendo a mancare "hv" la fotosintesi avviene più lentamente).

[nicolatc]

Cambiamo esempio, rispetto al tuo delle auto!

Prendiamo una bottiglia d'acqua vuota e facciamo due fori sul fondo, di diametro diverso.

Ora iniziamo a riempirla lentamente dal rubinetto, scaricherà ovviamente l'acqua nel lavello attraverso i due fori di differente diametro (ne scende di più dal foro più grande).

Prima modalità:
Senza più toccare il rubinetto, quindi con flusso costante, se siamo bravi a regolarlo possiamo far sì che il livello dell'acqua in bottiglia si mantenga costantemente a solo mezzo centimetro, pur con i due differenti fori che fanno scendere acqua a pieno ritmo nel lavello (trascuriamo i fenomeni di turbolenza!).

Seconda modalità:
Possiamo riempire con forza ad 1 cm, poi chiudere il rubinetto e attendere (se siamo bravi) che quasi che si svuoti; infine riapriamo quindi il rubinetto con forza riportando il livello ad 1 cm, e ripetiamo continuamente questo ciclo continuamente.
Anche in questo secondo caso, il flusso esce sempre a pieno ritmo dai fori nel lavello, quindi li "sfruttiamo" al massimo.

Cosa cambia tra i due metodi?

[Gery]

Cambiamo esempio, rispetto al tuo delle auto!

Prendiamo una bottiglia d'acqua vuota e facciamo due fori sul fondo, di diametro diverso.

Il tuo esempio non va bene, perché le cellule di Guardia che fanno entrare la CO₂ nella foglia rapportati ai tuoi fori sono tutti uguali, e non diversi come nel tuo esempio.
Ripeto, quello che cambia è la velocità di fotosintesi, quindi il consumo di CO₂.

[nicolatc]

Il serbatoio grande è pieno ed ha il carburante necessario per tutta la gara, non deve essere riempito

Ma noi stiamo discutendo proprio su come e quanto riempirlo con la bombola (il riempimento del serbatoio è rapportato infatti alla CO₂ disciolta in vasca), se farlo attraverso un'erogazione costante o attraverso una ad onda quadra. Purtroppo solo su questo possiamo agire, e ne stiamo discutendo!

i tubi sono tutti uguali.

Ok, ipotizziamo pure questo, cioè che la velocità di assorbimento CO₂ dalla vasca sia uguale per ogni pianta! (le larghezze dei tubi infatti servono solo ad ipotizzare una velocità di assorbimento diversa).

Anche i serbatoi delle varie macchine sono tutti uguali,

Ok, ipotizziamo anche questo.

quello che cambia è quanto carburante consuma ogni macchina, per cui la velocità con cui ogni serbatoio piccolo si svuota.

Ok! Giusto una nota a questo punto: ipotizzo che una pianta che prelevi CO₂ esclusivamente dal suo piccolo serbatoio, e che sappia svuotare velocemente il suo piccolo serbatoio, abbia anche delle caratteristiche che le permettano di assorbire CO₂ dalla vasca più velocemente. Altrimenti resterà spesso a secco! Da cui l'ipotesi dei tubi di differente larghezza.
Ma consideriamo pure quanto ipotizzi, questo comunque non c'entra nulla con quanto e come riempiamo di CO₂ la vasca.

La fotosintesi non è costante, ma cambia da foglia a foglia in funzione della disponibilità di sostanze accessorie, (nelle foglie in ombra ad esempio venendo a mancare "hv" la fotosintesi avviene più lentamente).

Ok, il consumo può anche variare nel tempo, mettiamo che vadano in ombra per le nuvole e la fotosintesi diminuisce. Il consumo di carburante quindi diminuisce. Cosa comporterà in termini della nostra erogazione in vasca che invece non andiamo a modificare? Una CO₂ disciolta in vasca leggermente maggiore! Ma questo avviene sia nel caso di erogazione costante (ben tarata) che a onda quadra (ben tarata).
Ancora una volta, nei termini della migliore modalità di erogazione per disciogliere CO₂ in vasca (tra le due alternative), non cambia nulla.
Stai elencando delle variabili presenti allo stesso modo in entrambi i casi.

Aggiunto dopo 17 minuti 25 secondi:
Ripeto, vedo nella seconda alternativa di somministrazione solo un maggior numero di attacca e stacca dei contatti dell'elettrovalvola, e una piccola continua oscillazione della CO₂ (e quindi del pH) attorno ad un valore medio nell'arco di tempo di un ciclo di apertura-chiusura.
Come del resto credo abbia indicato tu stesso.

Tutto ciò anche se non mutano le condizioni esterne (ombra a coprire le foglie ecc) e quindi di assorbimento da parte delle piante.

Se invece le condizioni variano "durante la corsa", entrambe le modalità di erogazione si allontanano dal livello di regolazione ottimale, allo stesso modo.

[Gery]

OK, facciamo un passo indietro.

5_fogl_1.jpg

Tramite l'epidermide i fotoni luminosi vengono portati all'interno della cellula, tramite le cellule di guardia entra l'acqua e la CO₂ e tramite la nervature arrivano i vari minerali necessari ai vari processi e i minerali necessari per il funzionamento degli organi accessori (le cellule di guardia ad esempio per funzionare hanno bisogno di potassio).

L'ingresso e l'accumulo di queste sostanze viene regolato da degli enzimi, (se ad esempio abbiamo pochi fotoni, gli enzimi in automatico bloccano l'ingresso della CO₂ e dell'acqua, se al contrario abbiamo poca CO₂, le foglie cercano di schermare l'energia luminosa).

Queste sostanze entrate all'interno della foglia vengono veicolate nei cloroplasti, (la CO₂ e gli zuccheri a livello dello stroma, mentre la luce, l'acqua a livello dei tilacoidi).

Reazioni_luce-dipendenti.png

Completata la fase luminosa della fotosintesi avviene la fase oscura della fotosintesi e finalmente entra in gioco la CO₂ (ciclo di Calvin).

La CO₂ è l'ingrediente finale di tutto il processo e quindi quello che per più tempo rimane all'interno dei cloroplasti.
Un'accumulo eccessivo di CO₂ ne blocca l'assorbimento, un blocco o un ralllentamento di qualunque reazione antecedente al ciclo di Calvin ne blocca l'assorbimento.

Per cui malgrado la CO₂ sia l'ingrediente principale della fase oscura, è anche quello che maggiormente risente di tutto il resto. (es. manca il ferro, non viene assorbita la luce anche se presente in abbondanza, manca il fosforo, si blocca il ciclo di Calvin, manca magnesio, si blocca la ribulosio-bifosfato carbossilasi/ossigenasi, ecc.).

Possiamo quindi dire che l'assorbimento della CO₂, oltre a non essere uguale per ogni foglia, non è costante all'interno della foglia stessa, ma subisce delle oscillazioni durante tutto l'arco del periodo luminoso.

La somministrazione costante di CO₂ in un sistema variabile, sicuramente crea la sufficienza, ma allo stesso tempo crea degli sprechi nei momenti di minor utilizzo.

Una somministrazione oscillante al contrario va in parte a seguire le richieste, inoltre c'è da dire che in caso di un bisogno di CO₂ e una minore presenza della stessa, la pianta innesca dei meccanismi di maggior assorbimento che viceversa non attuerebbe.

E più le foglie ne assorbono e meno la CO₂ va sprecata.