エアストーンが酸素を溶かす仕組み
アクアリウムでおなじみの「エアストーン」。水槽から立ちのぼる泡を見ていると、それだけで癒されるような気分になりますよね。でも、この泡、ただきれいなだけではありません。
「泡が出ているから、魚も安心」――そう思っていませんか？
もちろん間違いではありませんが、実はこの泡、水中の酸素量を上げるうえで意外な働きをしているのです。今回は、そんなエアストーンの本当のしくみを、ストーリーとともに紹介してみたいと思います。
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（これは20年前の物語）
エアポンプが少し大きすぎた。
ネオンテトラたちが驚いて隅に集まってしまう姿を見て、わたしは三又分岐を使い、空気の量を調整するようにしていた。
泡の向こうに見えたもの
光る泡と、静かな不安
休日のある夕方。水換えのあと、わたしは何気なくその分岐のレバーに触れた。途端にエアの量が絞られ、泡の動きも変化し、控えめな気泡が立ち上る。細く、小さな泡はライトの光を受けてキラキラと輝きながら、空をめざして昇っていった。
――美しい。
まるでこの水槽にぴったりの演出のように思えた。
けれど、ふと心のどこかがざわつく。このエアの量で本当にいいのだろうか。
ネオンテトラたちにとって、快適な環境と言えるのだろうか。
どうしても確かめたくて、わたしは「お師匠様」こと、熱帯魚に詳しい学友に連絡を取ることにした。
泡の意味
次の休み。電車を二本乗り継いで、1時間ほど揺られる。降り立ったのは、日本でも名の知れた歓楽街だった。だが、わたしたちの目的地はその街の端。賑やかな通りを抜け、大きな病院を横目に、街路樹の緑豊かな歩いていく。
「はーい、こちらでーす」
お師匠様が茶化すような口調で先を歩くのだが、どこをどう取っても学生にはやや不釣り合いな町並み。オープンカフェでくつろぐ淑女の白目を横目に、導かれるままにたどり着いた店は、エレガントなオフィスビル。
（ここで本当にいいのだろうか？）
不安に思ったが、一歩足を踏み入れると、広がるのは水槽の香りと水の音。
外とはまるで別世界――いや、思っていた以上に見慣れた風景で、むしろ胸をなでおろした。
「ほら、ここ、見てごらん」
お師匠様が指さした水槽では、細かい泡が絶え間なく立ちのぼっていた。
その姿を一言で表すなら「バブ」という言葉がぴったりだったが、この街でそんなガサツな表現をするのもはばかられる。
言葉を吟味していると、彼が先に口を開いた。
「すっっごく細かいでしょう？ でも、大切なのは泡の細かさじゃないんだ」
予想以上に素直な表現で、思わず吹き出しそうになる。
しかし、そのおかげで緊張が解け、冷静さを取り戻したような気がした。
拡散の力
「どうしてですか？」
わたしが間髪入れずに質問すると、思いもよらぬ答えが返ってきた。
「実はね、エアレーションの本当の役割は、水面を揺らして、水をかき回すことに”こそ”あるんだ」
お師匠様は話を続ける。酸素が水に取り込まれるのは「拡散」という力によるもので、濃度の高いほうから低いほうへと自然に移っていくのだという。
「僕たちにもこの仕組みを使って酸素を取り込んでいる場所があるけど、キミも生物系の人間ならわかるでしょ？」
「酸素とくれば…肺ですね？」
「その通り。肺胞では、血液と空気が拡散の力で酸素と二酸化炭素をやり取りしているんだ」
血液と大気を比較すると、血液の方が二酸化炭素が多いため大気に二酸化炭素が出ていき、大気の方が酸素が多いため血液に入ってくる。「拡散」という仕組みなのだそうだ。
結果として、空気から酸素を取り込み、不要な二酸化炭素を排出する。中学生でも知っている話となる。
だが、それでは飽き足らないといった様子で、お師匠様は話を続けた。
「だからこそ、酸素の薄い空気を吸っただけで、血中の酸素が奪われて意識を失ってしまうことだってある。そんな芸当がができるのも、拡散という力のおかげなのさ」
わたしが想像しているよりも、ドラスティックなことを起こせる力があるらしい。
しかし、水槽と人体。そんなつながりを考えたこともなかった。
目を見開いたわたしを見て、彼はふっと笑った。
「ほら、中学校で肺胞って習っただろう？」
「えっと、“仕事が～好き～っ♪”な肺の中にある…ブドウの房みたいなやつですよね？」
「そう、それそれ。肺胞は小さな房がたくさんあるから、効率的に酸素の交換ができる。それはエアレーションの気泡も同じで、小さいほど水と空気の接触面積が広がる。だから気泡が細かいほうがいいって言われるんだ」
思わずうんうんと頷いたのだが、お師匠様はきっぱりと否定した。
「でも、それは半分ハズレ、かな。あはは！」
泡の細かさよりも大事なこと
お師匠様の言葉は、徐々に熱を帯びていった。声の調子もどこか鋭くなってきて、わたしは姿勢を正し、静かに耳を傾けた。
「思い出してみて。水槽でいちばん空気と接しているのは、水面だよね？ だったら、そこを波立たせて表面積を増やせば、もっと効率よく酸素を取り込めると思わない？」
その言葉に、わたしはハッとした。
エアストーンが出す泡ばかりに目が向いていたが、よく考えればたしかにそうだ。
河川や海にはエアストーンがない。しかし、そこには魚たちが住み着いている。
やはり水面は酸素の入り口だと考えるべきかもしれない。
これを揺らして、表面積を増やせば、たしかにガスが拡散する効率が上がる……ような気がする。
「っていうのが、最近の主流な考え方。でもね、泡の大きさにこだわる人も、まだまだ多いんだよ」
と、苦笑いして見せた。
「じゃあ、泡も水面も、両方が大事ということなんですね？」
「あはは、そう思うでしょ？ でも、それだけじゃないんだ～」
彼は指を立て、もうひとつの視点を示した。
泡が上昇することで、水槽の中に自然な流れが生まれる。これが「対流」だ。
水槽の隅々まで酸素を行き渡らせるためには、この対流が重要になる。
「泡、水面、そして対流」
それが、いまのエアレーションの“トレンド”なのだという。
そう、科学的な根拠があっても“トレンド”なのだ。
「水槽はあくまでも趣味の世界だからね」
そう言いつつ天井を見上げたその姿は、どこか印象的だった。
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| ・瀑布でも拡散で酸素が取り込まれる |
再び、水槽の前へ
帰ってきた。
急いで、自室のネオンテトラの水槽の前に座る。
泡は細かく、美しく、音も立てないほど静かだ。
だが、水面はあまり動いていないように見える。
底の水は、ちゃんと循環しているのだろうか？
わたしはしばらく水槽を見つめたあと、水面に天井の模様が映っていることに気がついた。
（これはダメなのかもしれない……）
と、独り言をつぶやきつつ、静かに三又分岐のレバーを広げる。
すると、水面が波立ち、光がゆらりと揺れた。
ネオンテトラたちが、そっと頷いたような気がした。
見た目だけじゃない、泡の本当の役割とは
泡が酸素を溶かす？ それは正解でもある
泡が出ていれば、それだけで酸素が増えると思われがちですが、実はそこには少々の誤解があります。たしかに泡の中には空気が詰まっているので、その表面から酸素が水に溶け込んでいくのは事実です。
しかし、泡が水中にとどまっている時間はごくわずか。全体の表面積も少なく、すぐに水面へと昇り破裂してしまうため、最近では泡そのものが溶かす酸素の量は限定的だと考えられています。
では、どうしてエアストーンで酸素が増えるのでしょうか？
酸素供給のカギは「水面の撹拌」
その答えは、泡がつくる水面の動きにあります。
水中の酸素は、主に「空気と接している水面」から取り込まれています。これは「拡散」と呼ばれる自然な現象によるもので、水面と空気が触れ合っていればいるほど、酸素が水中へ二酸化炭素が空気へと移りやすくなります。
ところが、水面が静かで平らなままだと、水面と空気が接している面積は小さいまま。これでは、盛んなガス交換は期待できません。
そこで活躍するのが、エアストーンから立ちのぼるブクブクとした泡たち。これが水面に届くたびに水が持ち上げられ、連続した細かい波が生まれます。
この一見なんでもない水面の波ですが、それだけ表面積が増えることになり、水と空気のガス交換が進みやすくなるのに一役買っているのです。
この水面を「撹拌（かくはん）」し波立たせることこそが、酸素供給の最大のポイント。水面が揺れ続けることで、酸素が入りやすい状態が常に保たれ、水に効率よく溶け込んでいくのです。
泡の演出性と機能性、どちらも大切に
泡が細かければ細かいほど、酸素もよく溶け、見た目も美しく、そして音も静か。高性能なエアストーンの中には、まるでミストのように細かい泡を出すものもあります。
こうしたタイプは観賞価値も高く人気ですが、泡が細かいぶんストーンの目が細かく、たくさんのエアの流量も必要になります。しかし、「細かい泡だから……、酸素をよく溶かすから……空気は少なめで大丈夫！」と思ってしまうと、肝心の酸素供給力が不足してしまう場合もあります。
少し大き目のエアポンプを用意し、泡の細かさとエアの量、それぞれが持つバランスを意識して使うと、見た目も機能も損なわずにすむでしょう。
泡が生み出すもうひとつの力――水槽全体を動かす
気が付かれにくいエアストーンの役割として、水面だけでなく水槽の中全体にも流れを生み出すところにあります。
気泡が上昇していくとき、その周囲の水も一緒に引き上げられていきます。これが「上昇流」となり、水槽の下層の水が少しずつ持ち上げられ、やがてまた底に戻ってくる、そんな自然な循環＝対流が生まれるのです。
この動きによって、水面から取り込まれた酸素が、水槽の隅々にまで届けられるようになります。底にいる魚たちや、バクテリアが集まるろ材などにも、新鮮な酸素が行き渡るというわけです。
エアストーンは“酸素を巡らせる仕組み”
見た目にはただ泡を出しているだけのように見えるエアストーン。しかしその実態は、「水面を動かし、流れを作り、水槽全体に酸素を巡らせる」という、とてもよくできた装置なのです。
特に夏場のように水温が高い時期は、水中に酸素が溶けにくくなるため、エアレーションの重要性はさらに増します。魚の数が多い水槽や、酸素供給が期待できないろ過装置を利用した環境では、エアストーンのありがたみを一層感じることに間違いありません。
水槽に泡を出す――それだけのことに思えるかもしれませんが、その背後には緻密な自然のしくみと、魚たちの命を支える循環があります。
エアストーンは、ただの泡発生装置ではありません。泡の先にある「動き」や「流れ」を意識してみると、水槽の見え方もきっと変わってくるはずです。
というわけで、今回はここまで。
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