Le magnesium

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Le magnésium est un ion majeur et ses interactions avec les autres éléments est parfois délicate à appréhender. Cet article sur le magnésium est le premier de plusieurs qui se penchent sur une variété de points impliquant le magnésium, les calcium et l’alkatinité (KH). Le strontium pourrait aussi venir plus tard. Le calcium, le magnésium et le strontium sont très semblables chimiquement. Si semblables, en fait, qu’ils se gênent mutuellement dans de nombreuses situations, et c’est en partie la raison pour laquelle ces ions méritent l’intérêt des aquariophiles dans le suivi des paramètres. Cet article détaille la nature du magnésium dans l’eau de mer, comment il est ajouté, mesuré et retiré des aquariums marins, et comment il affecte le maintien du calcium et de l’alcalinité. Cet article contient un grand nombre de termes scientifiques je les ai ajouté au glossaire mais si il en manque faites moi signe.

Si vous ne vous sentez pas de tout lire vous avez ici accès à un résumé.

Introduction au magnésium

Les amateurs de récifs et particulièrement de coraux durs ont tendance à partager leur vision de la chimie avec le calcium et l’alcalinité (KH) d’un coté et le magnésium de l’autre. c’est compréhensible voir logique, car les squelettes de coraux sont principalement constitués de carbonate de calcium. Il faut s’assurer que ces ions soient Biodisponible parce que les coraux absorbent les ions calcium et les ions carbonates.

D’un autre côté, c’est une vision incomplète de ce qui se passe dans notre eau et garder ces niveaux peut être difficile malgré nos meilleurs efforts. J’avoue que j’ai moi aussi fait cette séparation et ce n’est que récemment a force de recherche que j’ai fait certains rapprochements avec ce que je constatais dans mon bac.

Alors, quel est le gros problème ou l’intérêt du magnésium ? Tout d’abord, c’est le troisième ion le plus abondant dans l’eau salée. Les deux ions les plus abondants pour ceux qui sont curieux sont le sodium et le chlorure, ce qui ne devrait vraiment pas surprendre.

Magnésium dans l’eau de mer

Une échelle un peu trompeuse de nos tests

Le magnésium est généralement mesurée en parties par million. Les parties par million sont cependant une unité de mesure légèrement trompeuse. C’est un rapport de masse plutôt qu’un comptage d’ions en solution. Par exemple, le magnésium représente 1300ppm tandis que le calcium est d’environ 420ppm.

Dans l’eau de mer à pleine concentration (Salinité = 35), le magnésium est présent à environ 53 mM  Seuls du sodium (469 mM) et du chlorure (546 mM) sont présents à des concentrations plus élevées, suivis de sulfate (28 mM). Le magnésium est environ cinq fois plus abondant que le calcium (10 mM). Le magnésium est significativement plus léger que le calcium, donc lorsqu’il est comparé sur une base de poids, il est seulement environ 3 fois plus concentré (1285 ppm contre 420 ppm).

Histoire et magnésium

La teneur en magnésium de l’eau de mer n’a pas été constante depuis la formation des océans. Plus précisément, la teneur en magnésium a souvent été inférieure, comme à la fin du crétacé. Comme on le verra plus loin, la quantité de magnésium entrant dans les squelettes de carbonate de calcium dépend de la quantité de magnésium dans l’eau. Par conséquent, la teneur en magnésium des sédiments anciens peut être significativement plus faible que celle des organismes modernes.

Impact de l’histoire sur la complémentation en magnésium

En plus d’être un fait intéressant, ce résultat peut également jouer un rôle dans l’aptitude de certains dépôts calcaire à maintenir le magnésium dans les aquariums. Par exemple, ce calcaire est parfois utilisé dans les réacteurs CaCO 3 / CO 2 ou comme matière première pour la fabrication de l’hydroxyde de calcium (chaux). Si elle est faible en magnésium, on peut avoir a trouver des suppléments en plus pour maintenir les concentrations de magnésium dans l’eau de mer.

La charge du magnésium et ses composés

Le magnésium est présent dans l’eau de mer comme l’ion Mg 2+ , ce qui signifie qu’il porte deux charges positives, tout comme le calcium. La plus grande partie du magnésium est présente sous forme d’ion libre, avec seulement des molécules d’eau qui y sont attachées. On estime que chaque ion de magnésium a environ huit molécules d’eau étroitement liées à lui. C’est-à-dire que les molécules d’eau sont si étroitement liées qu’elles se déplacent avec elles lorsque l’ion magnésium se déplace dans la masse de l’eau. A titre de comparaison, les ions chargés seuls comme le sodium n’ont que 3-4 molécules d’eau étroitement liées. Une petite partie (environ 10%) du magnésium est présente sous forme de paire d’ions solubles avec du sulfate (MgSO 4 ), et des portions beaucoup plus petites sont appariées avec du bicarbonate (MgHCO 3 + ), du carbonate (MgCO 3 ), du fluorure (MgF + ) , borate (MgB (OH) 4 + ) et hydroxyde (MgOH + ).

Bien que ces paires d’ions ne représentent qu’une petite partie de la concentration totale en magnésium, elles peuvent dominer la chimie de ces autres ions. Une discussion prolongée de ces faits est au-delà de la portée de cet article (Je ne suis pas chimiste), mais il faut noter que ces paires d’ions peuvent avoir des impacts énormes sur la chimie de l’eau de mer. Dans le cas du carbonate, par exemple, l’appariement des ions au magnésium stabilise le carbonate qui est présent à des concentrations beaucoup plus élevées qu’il ne le serait en l’absence de magnésium. Cet effet, à son tour, fait de l’eau de mer un tampon indispensable pour maintenir le pH de 8,0-8,5 que ce qu’il serait autrement. Sans cet appariement d’ions, le pH de l’eau de mer pourrait être significativement plus élevé et plus sensible aux fluctuations diurnes (quotidiennes).

Le magnésium est un élément peu réactif

Le temps de séjour moyen d’un ion de magnésium dans l’eau de mer est de l’ordre de dizaines de millions d’années. Ce temps est nettement plus long que celui du calcium (quelques millions d’années) et de l’aluminium (100 ans), mais inférieur à celui du sodium (environ 250 millions d’années). Dans un certain sens, c’est une indication de la réactivité du magnésium: il reste longtemps dans l’eau de mer parce qu’il n’est pas très réactif, mais il est éliminé de la solution par divers processus biologiques et chimiques plus facilement que le sodium.

Ou passe le magnésium et qui l’utilise

Pour ce qui est de la quantité de magnésium consommée, l’utilisation principale dans les aquariums récifaux est la calcification. Lorsque des squelettes de carbonate de calcium sont déposés, le magnésium pénètre souvent dans le squelette à la place du calcium. Il n’est pas tout à fait clair si c’est quelque chose que les organismes «essaient» de contrôler ou non. Néanmoins, la quantité de magnésium entrant dans les squelettes des différents organismes varie considérablement. Le tableau 1 montre la quantité relative de calcium et de magnésium dans les squelettes de carbonate de calcium de divers organismes.

Magnésium dans les squelettes de coraux
Organismes Teneur en magnésium du squelette (% en poids) Référence
Coraux
Sous-ordre Asterocoeniina et Faviina 0,07 – 0,36% 2
Sous-ordre Fungina 0,095-1,22% 2
– Fungia actiniformis var. palawensis 0,091% 6
Sous-ordre Caryophylliina 0,18-0,21% 2
Sous-ordre Milleporina 0,12-0,53% 2
– Millepora sp. 0,12-0,53% 2
Sous-ordre Stolonifera 2,98-3,52% 2
– Famille Tubiporidae 2,98-3,52% 2
– – Tubipora rubrum 2,98-3,52% 2
– Famille Dendrophylliidae 0,05% 2
– Porites familiales 0,095-1,22% 2
– – Porites lobata 0,40-1,22% 2
– Famille Pocillopora 0,34% 2
– Famille Dendrophyllia 0,05% 2
Gorgonia
Eunicella papillosa, E. alba, E. tricoronata et Lophogorgia flamea 2,2-2,7% 5
Autres organismes
Algues corallines en général > 1% 1
Algues corallines: Lithophyllum et Lithotamnium 2,0-2,8% 7
Algue calcaire Corallina pilulifera 4,4% 4
Ostracodes marins benthiques (crustacés) 0,5-1,3% 3

Il est à noter que les algues corallines qui contiennent normalement une grande quantité de magnésium dans leurs dépôts de carbonate de calcium (> 4 moles% de carbonate de magnésium, ou> 1% de magnésium) incorporent moins de magnésium lorsque la teneur en magnésium de l’eau est réduite. La quantité incorporée est directement proportionnelle à la concentration en magnésium. Par conséquent, la quantité de magnésium qu’ils consomment dans les aquariums dépend de la teneur en magnésium de l’eau. Cet effet est également susceptible de s’étendre à d’autres organismes calcifiants.

En plus de celle utilisée pour la calcification, de nombreux organismes (pour ne pas dire tous) absorbent le magnésium de l’eau de mer. Les organismes allant des bactéries au poisson absorbent le magnésium. Dans de nombreux cas, il y a tellement de magnésium dans l’eau de mer que les organismes doivent dépenser plus d’efforts pour extraire l’excès de magnésium que pour essayer de l’absorber.

Toxicité du magnésium en quantité trop abondante

Il y a eu très peu d’études sur la toxicité du magnésium a des doses élevées sur les organismes marins. La plupart des études de toxicité impliquant du magnésium utilisent des espèces d’eau douce (ce qui ne nous arrange pas). C’est en grande partie parce que le magnésium est déjà assez a des concentrations élevés dans l’eau de mer normale, ainsi pour l’élever significativement encore cela exige des conditions qui seraient rarement rencontrées dans les océans ou même les lagunes. Le magnésium a des effets biologiques potentiellement négatifs à des concentrations significativement élevées. Mais Impossible a atteindre en aquarium.

Il semble que les excès de magnésium viennent influencer sur la croissance du vivant (coraux, algues, …) Mais les je ne trouve aucune étude pour qualifier ou quantifier cet impact.

Toxicité du manque de magnésium

Comme le magnésium an abondance excessive, il n’y a pas beaucoup d’études sur les effets du manque de magnésium sur les animaux susceptibles d’être présentes dans les aquariums. On sait que de nombreuses bactéries marines ont besoin de magnésium, mais dans certains cas, un peu de magnésium suffit. Selon les premiers principes, tous les organismes autotrophes doivent obtenir leur magnésium requis dans la colonne d’eau. Cependant, la concentration de magnésium nécessaire n’est pas connue.

Magnésium dans les aquariums marins

Le magnésium a une grande importance biologique et chimique pour les aquariums récifaux. Heureusement pour les récifalistes, il est présent en abondance dans l’eau de mer. La principale raison pour laquelle le magnésium n’est pas une préoccupation principale pour les aquariophiles est que la quantité disponible de magnésium dans l’eau de mer est très grande. Par conséquent, le maintien des niveaux de magnésium n’est généralement pas un problème qui se développe rapidement. Si vous utilisez un mélange de sel approprié, cela ne deviendra jamais un problème pour de nombreux aquariophiles. Néanmoins, à long terme, les niveaux peuvent changer de manière significative si les apports et les consommations ne correspondent pas à peu près.

Sources de magnésium dans les aquariums marins

La principale source évidente de magnésium dans les aquariums est l’eau de mer artificielle ou naturelle utilisée pour l’installation de l’aquarium et les changements d’eau. L’autre source majeure est les suppléments de calcium. Beaucoup de ces compléments contiennent du magnésium, soit par “accident” (comme dans le cas du carbonate de calcium avec des impuretés de carbonate de magnésium qui est utilisé dans les réacteurs CaCO 3 / CO 2 ) soit parce que le magnésium est intentionnellement ajouté par les fabricants comme dans la solution 3 des méthodes balling.

Le fait que différents organismes utilisent des quantités différentes de magnésium par rapport au calcium complique encore plus la vie des aquariophiles. Par conséquent, la quantité optimale de magnésium à fournir à un aquarium, par rapport à l’apport en calcium, dépendra exactement de ce que les organismes consomment dans l’aquarium. Pour cette raison, on peut trouver que la simple utilisation de tout schéma de supplémentation en calcium et en alcalinité peut entraîner une diminution (ou une augmentation) du magnésium au fil du temps.

Une autre source potentielle de magnésium est la nourriture pour poissons. Le magnésium est présent dans de nombreux aliments à des concentrations assez élevées, mais pas assez pour avoir un impact significatif sur les niveaux habituels de magnésium (~ 1285 ppm). L’effet sur le magnésium de 1-14 ppm suppose que tout le magnésium se met en solution. Que cela se produise réellement ou non est discutable car la contribution totale au magnésium est faible.

Supplémentation en magnésium

Quel que soit le supplément que vous choisissez, il est préférable de cibler la concentration en eau de mer naturelle: 1285 ppm. Pour des raisons pratiques, 1250-1350 ppm est bien. Je ne suggère pas d’augmenter le magnésium de plus de 100 ppm par jour. Si vous avez besoin de l’augmenter de plusieurs centaines de ppm, diviser l’addition sur plusieurs jours vous permettra de mieux vous concentrer sur la concentration cible, et pourrait éventuellement permettre à l’aquarium de traiter les impuretés qui peuvent venir avec le supplément.

Il a été suggéré que l’ajout de dolomite aux réacteurs CaCO 3 / CO 2 peut aider à résoudre les problèmes de magnésium. La dolomite est un matériau qui contient à la fois du magnésium et du carbonate de calcium. Si de la dolomite est ajoutée au réacteur pour maintenir les niveaux de magnésium appropriés contre l’épuisement continu via la calcification (par exemple, si le carbonate de calcium utilisé est trop faible en magnésium pour maintenir le magnésium adéquat), ceci est une bonne approche. Cependant, cette méthode est inadéquate si l’objectif est d’augmenter les niveaux de magnésium. Le problème est que pour chaque ion de magnésium libéré par la dolomite, 2 unités d’alcalinité sont également libérées:

MgCO 3 → Mg 2+ + CO 3 2-

Par conséquent, si l’on veut augmenter le magnésium de 100 ppm, l’alcalinité augmentera nécessairement de 8,2 meq / L (23 dKH). La seule façon de contourner ce problème est d’ajouter un acide minéral (pas de vinaigre) à l’aquarium pour réduire l’alcalinité, et cela peut être plus problématique que de simplement ajouter du magnésium en premier lieu.

Effet du magnésium sur l’équilibre calcium / alcalinité

Comment le magnésium influe-t-il sur l’ équilibre du calcium et de l’alcalinité dans les aquariums récifaux?

Pour répondre à cette question, il faut avoir une compréhension de base des systèmes de calcium et de carbonate dans l’eau de mer. En bref, le carbonate de calcium (CaCO 3 ) est sursaturé dans l’eau de mer, ce qui signifie que, si les ions calcium sont suffisamment longs, ils interagissent avec les ions carbonate et précipitent sous forme de carbonate de calcium. Si vous poussez la concentration trop élevée, le CaCO 3 commencera à précipiter. Le magnésium interfère avec ce processus, permettant à la fois au calcium et au carbonate d’être élevés là où ils seraient bas l’absence de magnésium.

Vous êtes perdus ? vous n’êtes pas les seuls …

Si cela semble confus, complexe, incompréhensible ne vous sentez pas seul. Dans le livre : Captive Seawater Fishes de Stephen Spotte, Spotte ecrit (traduit pas moi): «L’étude des minéraux carbonatés implique des nuances de solubilité qui posent certains des problèmes les plus difficiles en océanographie chimique et géochimie.»

Ce qui pour moi veut dire : les scientifiques ont du mal avec certaines notions alors en tant qu’aquariophile il est simple de se sentir perdu.

Essayons de faire plus simple

Comment le magnésium interfère-t-il avec la précipitation de CaCO 3 ?

La voie primaire implique l’empoisonnement (je n’ai pas trouvé d’autre mot) au magnésium de la surface des cristaux de CaCO3 en croissance, ce qui ralentit la précipitation. Il peut en effet être ralenti au point où cela n’arrive tout simplement pas à des taux problématiques pour un aquariophile. Il est important de se rappeler que, toutes choses égales par ailleurs, l’alcalinité est un bon indicateur de la concentration de carbonate. Donc, une alcalinité plus élevée équivaut à un carbonate supérieur.

En résumé, alors que le carbonate de magnésium n’est pas sursaturé en eau de mer (ou dans les aquariums récifaux) et ne précipite pas spontanément, le magnésium est attiré par les surfaces de carbonate de calcium où les ions carbonate sont déjà maintenus en place par les ions calcium. Avec les ions carbonate maintenus en place, le magnésium trouve un endroit attrayant pour se lier.

Mais qu’est-ce que cela a à voir avec un aquarium récifal?

Une situation dans laquelle le carbonate de calcium peut précipiter implique l’ajout de cristaux de carbonate de calcium d’un certain type à l’aquarium. Par exemple, en ajoutant du sable de carbonate de calcium ou l’un des suppléments de carbonate de calcium.

Une deuxième situation se produit lorsque le CaCO3 se forme lorsque la précipitation abiotique s’amorce dans l’aquarium. Cette précipitation se produit lorsque la sursaturation est poussée à des niveaux anormalement élevés (soit dans l’aquarium dans son ensemble, soit dans des régions localisées comme la décante a l’endroit des injections). Cette élévation de la sursaturation peut être provoquée par une augmentation du pH (qui augmente la quantité de carbonate présente en transformant le bicarbonate en carbonate), une élévation de la température (comme sur un thermoplongeur ou un rotor de pompe, la température diminue la solubilité du carbonate de calcium et convertit aussi le bicarbonate en carbonate), ou plus directement par une augmentation du calcium ou du carbonate. c’est pour quoi on trouve parfois des pompes recouvertes de calcium.

Après que le carbonate de calcium solide est apparu dans le système par quelque moyen que ce soit, la précipitation de CaC03 commencera immédiatement.

Quels processus inhibent la précipitation continue de CaCO3 sur le corail en croissance ?

La principale chose qui se produit dans l’eau de mer normale est probablement l’impact du magnésium (bien que les phosphates et les matières organiques puissent jouer un rôle important dans certains aquariums). Le magnésium pénètre dans la surface croissante du corail, venant interférer avec de carbonate de calcium. Puisque le magnésium peut réduire la probabilité ou l’étendue de la précipitation de carbonate de calcium de cette manière, il agit ainsi pour faciliter le maintien de niveaux élevés de calcium et d’alcalinité.

Tester le magnésium

Le test de notre eau donne une valeur que l’on nome titrage. Un bon titrage montrera un changement immédiat une fois la capacité tampon est dépassée. Nous voulons voir à quel point l’échantillon change de couleur (rose à bleu, jaune a vert, ….). on note alors la valeur et un tableau ou un calcul nous donne la valeur. De nombreuses marques existent, a vous de trouver celle qui vous convient.

En résumé

Le magnésium est important car comme le calcium, les ions de magnésium portent deux charges positives en solution. En tant que tels, les deux ions se comportent de la même manière et sont utilisés par nos habitants de manière similaire. Quand les coraux durs forment leurs squelettes, le magnésium est régulièrement substitué au calcium.

Le magnésium fournit une capacité tampon en se liant aux ions carbonate. Parce que le magnésium stabilise le carbonate, il permet plus de carbonate dans l’eau que si le magnésium n’était pas là. Lorsque les niveaux de magnésium sont suffisamment élevés, cela permet l’ajout de calcium sans la baisse d’alcalinité associée.

Sa consommation de magnésium est aléatoire en fonction de votre population. Des manques ou excès peuvent poser des soucis de stabilités ou inhiber la pousse des organismes vivants.

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