Die interessantesten Wasserwerte
im Aquarium sind:
Mit Hilfe dieser Werte kann man vielen
Problemen im Aquarium auf den Grund gehen. Wie das geht
wird hier beschrieben:
I. Der
Säuregrad (pH-Wert)
Der pH - Wert im Aquarium hat eine
außerordentlich große Bedeutung. Er spielt
für das wohlbefinden der Fische im Aquarium, für
die Flockung und Filtration, für das Korrosionsverhalten
des Wasser und nicht zuletzt für ein gutes Pflanzenwachstum
eine entscheidende Rolle. Die Bezeichnung "pH"
= potentia Hydrogenij (lat. Wirkungsvermögen des
Wasserstoffs) wurde von dem dänischen Chemiker
S.P. Sörensen im Jahre 1909 als Abkürzung
in den chemisch-technischen Sprachschatz eingeführt.
Der pH- Wert dient als Maß für die Menge
an wirksamen Wasserstoffionen (Wasserstoff-Ionen-Aktivität)
in einer wässrigen Lösung. Er drückt
aus, in welchem Maße eine wässrige Lösung
sauer, neutral oder alkalisch (basisch) reagiert. Die
Ursache für diese Reaktionen sind Wasserstoff-Ionen
(H+) und Hydroxil-Ionen (OH-). Diese liegen im Wasser
in sehr geringer Konzentration vor und entstehen durch
den Zerfall (Dissoziation) von Wassermolekülen.
Säuren zerfallen (dissoziieren) in wässriger
Lösung in H+ -Ionen und dem sogenannten Säurerest.
Laugen (oder Basen) zerfallen in OH-Ionen und Metall-Ionen.
Die entstandenen, elektrisch positiv geladenen H+ -Ionen
haben saure Wirkung, die elektrisch negativ geladenen
OH- -Ionen haben alkalische (basische) Wirkung. Eine
Lösung, in der die H+ -Ionen überwiegen, bezeichnet
man als "sauer". Sind in einer Lösung
dagegen mehr OH- als H+ vorhanden, so ist sie "alkalisch".
Mit "neutral" bezeichnet man eine Lösung,
in der genau so viel H+ wie OH- vorhanden sind (z.B:
destilliertes Wasser).
Die pH-Skala reicht von 0 bis 14:
0
bis 4 |
4
bis 7 |
7
bis 10 |
10-14 |
stark
sauer |
schwach
sauer |
schwach
alkalisch |
stark
alkalisch |
Die pH-Wert Skala reicht von 0 (stark
sauer) über 7,0 (neutral) bis 14 (stark alkalisch).
Saures Wasser und Säuren haben einen pH-Wert, der
kleiner ist als 7. Zwischen pH 0 und pH 4 spricht man
von stark sauren Lösungen, bei pH 4 bis pH 7 von
schwach sauren Lösungen. Je niedriger der pH-Wert
zahlenmäßig ist, desto höher ist die
Wasserstoffionen-Konzentration, d.h. desto stärker
sind die sauren Eigenschaften einer Lösung. Zwischen
pH 7 bis pH 10 spricht man von schwach alkalischen Lösungen,
zwischen pH 10 bis pH 14 von stark alkalischen Lösungen.
Eine Lösung ist um so alkalischer, je größer
ihr pH-Wert zahlenmäßig ist. Sind die wirksamen
Konzentrationen an Wasserstoff-Ionen (H+)
gleich groß, dann reagiert ein Wasser oder eine
Lösung neutral und hat den pH-Wert 7.
Der Konzentrationsbereich an Wasserstoffionen,
der bei Wasser Säuren, Laugen und Salzlösungen
in Betracht kommt, liegt zwischen 1 (100)
und 10-14 mol/Liter
. 1 mol/Liter entspricht 1 g/Liter Wasserstoffionen.
Die Konzentrationsangabe 10-5
mol/Liter würde z. B. bedeuten, daß in einer
Lösung 0,00001 g/Liter Wasserstoffionen enthalten
sind. Bei einer Konzentration von 10-3
mol/Liter wären dies 0,001g/Liter. Die Konzentrationsangabe
1 bis 10-14
mol/Liter umfasst somit 14 Zehnerpotenzen. Da
die Zahlenwerte 1 bis 10-14
für den allgemeinen Gebrauch recht unbequem sind,
wurde der negative Zehner-Logarithmus dieser Konzentrationsangabe
als Messzahl eingeführt. Man erhielt dadurch reale
und einfache Zahlen von 0 bis 14. Aufgrund dessen definiert
man den pH-Wert als ,,negativen Zehner-Logarithmus der
Wasserstoffionen-Konzentration" (Wasserstoffionen
Aktivität). Diese Definition erscheint zunächst
kompliziert, kann aber anhand eines Beispieles verständlich
gemacht werden:
Angenommen, die Wasserstoffionen-Konzentration
beträgt 10- 5
mol/Liter , so ist der Logarithmus -5. Die Lösung
hat also den pH-Wert 5. Der logarithmische Charakter
des pH-Wertes hat aber auch zur Folge, daß sich
die Wasserstoffionen-Konzentration beim Übergang
von einer pH-Wert Stufe zur nächsthöheren
um den zehnfachen Betrag ändert. Eine Lösung
mit dem pH-Wert 1 (10-1
mol/Liter = 0,1 g/Liter ) ist dementsprechend zehnmal
so sauer wie eine Lösung mit dem pH-Wert 2 (10-2 mol/Liter = 0,01 g/Liter).
Der pH eines Aquarienwassers hängt
im wesentlichen vom CO2-Gehalt und von der KH ab, doch
dazu später mehr.
II.
Die Karbonathärte
Die Karbonathärte steht in engem
Zusammenhang mit dem CO2-Gehalt des Aquarienwessers.
Die Löslichkeit des Kohlendioxids im Wasser liegt
etwa 50 mal höher als für Sauerstoff. Dagegen
ist die Diffusionsgeschwindigkeit des Kohlendioxids
im Wasser 10000 mal geringer als in Luft. Im Wasser
gehen ungefähr 0,2 % des gelösten Kohlendioxids
in Kohlensäure (H2C03) über.
Bei Zufuhr von CO2 steigt also auch die Kohlensäuremenge,
der pH-Wert sinkt; entsprechend steigt der pH-Wert bei
Entzug von CO2. Die Kohlensäure dissoziiert
(zerfällt) in geringem Ausmaß in zwei Stufen:
1. Stufe: H+ + HCO3
2. Stufe: H+ + CO
Bei den für das Aquarium wichtigen
Salzen der Kohlensäure kann man sich auf das Kalziumhydrogenkarbonat
[Ca(HCO3)2] und das KaIziumcarbonat
(CaCO3) beschränken. Das Kalziumhydrogenkarbonat
ist gut in Wasser löslich und bedingt die zeitweise
vorhandene Härte des Wassers (Karbonathärte).
Diese Härte verschwindet beim Kochen des Wassers.
Demgegenüber ist das Kalziumkarbonat praktisch
wasserunlöslich und fällt größtenteils
aus (z. B. als Kesselstein). Das Kalzium- hydrogenkarbonat
bleibt im Aquariumwasser aber nur beständig, wenn
eine bestimmte, mit der Konzentration stark anwachsende
Menge an Kohlendioxid in Lösung ist. Diese CO2-Menge
wird daher als Gleichgewichts-CO2 bezeichnet.
Wird sie unterschritten, zerfällt ein Teil des
Kalziumhydrogenkarbonats zum kaum löslichen Karbonat.
Formelmäßig kann man folgendes Gleichgewicht
ausdrücken:
CO2-Defizit Ca (HCO3)2
<------------> CaCO3 + C02
+ H2 C02-Uberschuss
Unter Gleichgewichtsbedingungen besteht
eine Beziehung zwischen dem Gehalt an Kohlendioxid,
dem pH-Wert und dem Gehalt an Hydrogenkarbonate. Es
kommt zum Ausdruck, daß die verschiedenen Bindungsformen
des Kohlendioxids (CO2+H2CO3,
HCO3-, C022-)
eine charakteristische, vom pH-Wert abhängige Verteilung
zeigen.
1. In saurem Wasser (pH unter 6)
liegt praktisch alles C02 gelöst vor,
die Karbonate sind bedeutungslos (Beispiel: Kalkarmut
von torfhaltigem Aquanumwasser). 2. Im neutralen und
schwach alkalischen Bereich (pH 7-8) ist fast alles
C02 als Hydrogenkarbonat gebunden (Beispiel:
normales Aquariumwasser). 3. Im stark alkalischen Bereich
(pH über 10) ist der überwiegende Teil des
C02 als Karbonat vorhanden. Gelöstes C02
kommt oberhalb von pH 9 praktisch nicht mehr vor (Beispiel:
Natronwasser, in dem einige Cichliden leben können).
Das Karbonatsystem im Wasser ist,
als das Gemisch einer schwachen Säure (Kohlensäure)
mit ihren Salzen, ein typischer Puffer im chemischen
Sinne. Puffer haben die Eigenschaft, mäßige
Zugaben von Säuren oder Basen (Laugen) so aufzufangen,
daß sich der pH-Wert kaum ändert. Gibt man
eine Säure zu einem Puffer, so werden zunächst
die H+-Ionen vom Hydrogenkarbonat gebunden. Es entsteht
Kohlensäure, die aber zum größten Teil
in Kohlendioxid und Wasser zerfällt. Der verbleibende
Rest der Kohlensäure dissoziiert sehr schwach,
so daß sich die H+-Ionen-Konzentration nur geringfügig
erhöht. Der pH-Wert bleibt annähernd konstant.
Gibt man eine Base zu einem Puffer, so werden die OH--Ionen
sofort vom C02 gebunden. Es bildet sich Hydrogenkarbonat.
Der Verlust an Kohlendioxid wirkt sich nur geringfügig
auf den Gehalt an Kohlensäure (= H+-Ionen-Konzentration)
aus. Der pH-Wert steigt nur schwach an.
Die Pufferung des Aquariumwassers
ist um den Neutralpunkt (pH 7) herum optimal. Sie versagt
bei der Zugabe von Säuren im sauren Bereich, da
unter pH 6 kein Hydrogenkarbonat mehr vorhanden ist.
Sie versagt ebenso bei der Zugabe von Laugen im stark
alkalischen Bereich, da oberhalb von pH 10 kein Kohlendioxid
mehr im Wasser vorkommt. Die Güte der Pufferung
hängt also vom Kalkgehalt des Wassers ab: Hartes
Wasser ist viel besser gepuffert als weiches, torfhaltiges
Wasser. Je mehr Hydrogenkarbonat im Aquariumwasser enthalten
ist, desto mehr freie H+-Ionen können abgefangen
werden. Diese Eigenschaft des Hydrogenkarbonats wird
als Säure-Bindungsvermögen (SBV) bezeichnet.
Wie weiter oben schon angedeutet,
besteht zwischen dem Karbonatsystem bzw. zwischen der
Karbonathärte und dem pH-Wert ein enges Wechselspiel.
Je höher die Karbonathärte ist, desto höher
ist der pH-Wert, doch gleichzeitig wird der pH-Wert
auch besser gepuffert (stabilisiert). Für die meisten
Aquarien ist eine Karbonathärte zwischen 2o
und 8o empfehlenswert.
III.
Die Gesamthärte
Fast jedes Quell- oder Flußwasser
enthält mehr oder weniger große Mengen an
Kalzium- und Magnesiumsalzen. Die wichtigsten dieser
Salze sind Kalziumhydrogenkarbonat [Ca(HCO3)2] und Kalziumsulfat
(CaSO4). Ein an Kalziumsalzen reiches Wasser wird als
"hart", ein kalziumsalzfreies oder -armes
Wasser als "weich" bezeichnet. Gemessen wird
die Härte in "Härtegraden". Ein
Härtegrad entspricht 10 mg Kalzium- oder Magnesiumoxid
pro Liter Wasser.
Die durch das Kalziumhydrogenkarbonat
hervorgerufene Härte wird, da sie beim Kochen des
Wassers verschwindet, auch als temporäre oder vorübergehende
Härte bezeichnet. Ein anderer Ausdruck dafür
ist Karbonathärte. Diese Art der Härte wird
im übernächsten Abschnitt zusammen mit dem
Karbonatsystem behandelt. Die zurückbleibende,
auf den Gehalt an Kalziumsulfat zurückführende
Härte heißt bleibende oder permanente Härte.
Temporäre und permanente Härte ergeben zusammen
die Gesamthärte. Wir können das in folgender
Formel verdeutlichen:
dGH = dKH + PH (Sulfat)
GH = Gesamthärte oder (dGH) = deutsche Gesamthärte
KH = Karbonathärte oder (dKH) = deutsche
Karbonathärte
PH = permanente Härte
Für die im Handel angebotenen
Wasserhärtetester ist diese Gleichung allerdings
nicht zu gebrauchen, da bei der Gesamthärte-Bestimmung
die Kationen Ca2+ und Mg2+ gemessen
werden, bei der Karbonathärte-Messung dagegen das
Anion HCO3- bestimmt wird. Es
gibt den Fall, daß die Karbonathärte größer
ist als die Gesamthärte. Das hängt damit zusammen,
dass neben Kalzium- und Magnesium-Kationen auch noch
Natrium-, Kalium- und andere Kationen im Wasser enthalten
sind. Diese sind zwar keine Härtebildner, können
aber zusammen mit dem Hydrogenkarbonat-Anion vorkommen
und so die Menge des Hydrogenkarbonats im Wasser erhöhen.
Abschließend kann gesagt werden,
daß die Gesamthärte einen direkten Einfluß
auf die Zellfunktionen von Fischen, Pflanzen und Mikroorganismen
ausübt. Die günstigsten Werte für die
Gesamthärte liegen zwischen 3° und 10°,
wobei allerdings für viele Cichliden aus dem Tanganjika-
und Malawisee diese Werte zu niedrig sind.
Härtestufen:
0- 4°
dGH |
= sehr weich |
4- 8°
dGH |
= weich |
8- 12°
dGH |
= mittelhart |
12- 18°
dGH |
= ziemlich hart |
18- 30°
dGH |
= hart |
über
30° dGH |
= sehr hart |
IV.
Nitrit
siehe auch -> Nitrifikation
Nitrit ist eine der ersten Stufen
der Nitrifikation. Das Abbauprodukt ist hochgiftig und
bereits in kleinen Konzentrationen (0.2 mg/L) giftig
für die Aquarienbewohner. Es lässt sich durch
Teilwasserwechsel verdünnen.
V. Nitrat
siehe auch -> Nitrifikation
Nitrat ist die Abbaustufe nach dem
Nitrat und für die Fische ungiftig. Es fördert
das Algenwachstum. Man kann es entweder durch star wachsende
Pflanzen und/oder regelmäßigen Teilwasserwechsel
aus dem Aquarienwasser entfernen (verdünnen).
VI.
Phosphat
Phosphat ist ebenfalls ungiftig,
aber es fördert in hohem Maße das Algenwachstum
im Aquarium. Man kann es entweder durch star wachsende
Pflanzen und/oder regelmäßigen Teilwasserwechsel
aus dem Aquarienwasser entfernen (verdünnen). Phosphate
gelangen mit dem Futter und den Ausscheidungen der Fische,
sowie durch verrottendes Pflanzenmaterial in das Aquarium.
VII.
Nitrifikation
(Nitrifizierung)
Darunter versteht man die Oxidation
des als Ausscheidungsprodukt oder durch Eiweißzersetzung
bei Fäulnis entstehenden Ammoniaks durch Bakterien.
Die zuständigen Bakterien nennt man Nitrifikanten.
Im Aquarium sind dies Nitrosomas und Nitrobakter.Durch
die Nitrifikation erhält der Boden das für
die Pflanzen zum Eiweißaufbau wichtige Nitrat
zurück. Es ist also ein extrem wichtiger und wünschenswerter
Vorgang in natürlichen Gewässern. Im Aquarium
hat die Nitrifikation zwei unschöne Nebeneffekte:
Zum einen ist das entstehende Nitrit äußerst
gifig, und zum anderen ist Nitrat auch noch ein starker
Algenwuchsförderer, sobald Konzentrationen von
über 20 mg/L Aquarienwasser entstehen. Allerdings
ist das Ammoniak ebenfalls giftig für Fische (jedenfalls
bei pH-Werten über 7), und von daher kann man froh
sein, wenn die Nitrosomas und Nitrobacter im Aquarium
ganze Arbeit leisten. In neu eingerichteten Aquarien
herrschen meist zu geringe Populationen von nitrosomas
und Nitrobacter, so dass es schnell zu Vergiftungen
der Fische und Überbelastungen des Wassers kommt.
Daher ist eine mehrwöchige Einfahrzeit des Aquariums
sehr wichtig, denn auch mit den teuersten Mittelchen
hat man nicht sofort die Bakterienmengen in Wasser,
Filter und Bodengrund die man benötigt, damit das
Aquarium einigermaßen stabil läuft. Aussagen
wie "Mit diesem Mittel brauen Sie keine Einfahrtzeit
des Aquariums mehr" sind absoluter schwachsinn.
Zudem enthalten alle Mittel außer das der Firma
DUPLA keine Bakterienkulturen sondern lediglich Enzyme!
Es existieren grob gesagt zwei Bakteriengruppen,
die für die Nitrifikation zuständig sind:
1. Ammoniumoxidierer oder
Nitrobakterien (Nitrosomas)
Diese Bilden aus Ammonium in mehreren
Schritten das Nitrit.
2. Niritoxidierer oder Nitratbakterien
(Nitrobakter)
Diese bauen das Nitrit weiter zu
Nitrat ab.
Es ist nicht möglich, diese
Beiden Bakteriengruppen gleichzeitig in einem Aquarium,
in genau der richtigen Menge anzusiedeln. Dies wäre
der Traum jedes Aquaristik-Zaubermittel-Herstellers,
denn dann bräuchte man wirklich keine Einfahrtzeit
mehr. Da ein Aquariumein sehr dynamisches, sich ständig
veränderndes System ist, und jedes Aquarium andere
Eigenschaften aufweist ist ein Einfahren des Aquariums
unbedingt notwenidig! In dieser Zeit siedeln sich Nitrosomas
und Nitrobakter im Genau richtigen Verhältnis,
und in genau der entsprechenden Menge im Aquarium an.
Beim Einfahren des Aquarium bilden sich zunächst
zu wenig Nitritoxidierer, da die Ammoniumoxidierer sich
schneller ansiedeln. Dadurch entsteht mit der Zeit eine
immer höhere Nitritkonzentration im Aquarium. Irgendwann
gewinnen die Nitritoxidierer wieder die Vorherrschaft,
und der Nitritgehalt sinkt. Misst man täglich die
Nitritkonzentration im Aquarium, so kann man dieses
stetige Ansteiegn auch dokumentieren. Das hat den Vorteil,
dass man das Maximum (den Nitrit-Peak) erkennt, und
nach dem Nitritpeak mit dem normalen (aber dennoch vorsichtigen!)
Besetzten des Aquariums beginnen kann. Nach jedem zusätzlichen
Besatz müssen sich erst wieder neue Bakterien bilden,
um das anfallende, vermehrte Ammonium abbauen zu können.
Aus diesem Grund sollte man auch nie auf einen Schlag
sehr viele Fische in ein Aquarium setzen, sondern sich
behutsam an den Wunschbesatz herantasten. Als Faustregel
kann man sagen, dass unter günstigsten Bedingungen
(!) ein Besatz von 1cm Fisch pro L Wasser einen noch
zu bewältigende Belastung des Aquariums darstellt.
Persönlich besetze ich jedoch niemals mehr als
0.7 cm Fisch pro Liter Aquarienwasser.
Die beiden Hauptmessmethoden für
Aquarianer sind Teststreifen und Tropftests. Die Teststreifen,
die einfach kurz ins Aquarium getaucht werden, liefern
leider sehr ungenaue Messergebnisse, aber wenn man schnell
überprüfen möchte ob Probleme im Aquarium
durch schlechte Wasserwerte herrühren, dann ist
das schon ganz akzeptabel. Wesentlich besser sind die
Tropftestst, wenn man beachtet, dass man sie unbedingt
lichtgeschützt und kühl (also am besten im
Kühlschrank) aufbewahren sollte. Am besten
wäre es eigentlich, wenn man jede Messung mehrmals
durchführt, um möglichst genaue Ergebnisse
zu erhalten, da die Tropfen aus den Reagenzfläschchen
unterschiedlich groß sind.
Bestandteil |
Grenzwert |
Ammonium |
0.1
- 0.5 mg/L |
Ammoniak |
0.02
- 0.20 mg/L |
Nitrit |
0.0
- 0.2 mg/L |
Nitrat |
id.
> 20 mg/L (möglich bis ~150 mg/L) |
Chlor |
0
mg/L |
Eisen |
0.03
- 0.10 mg/L (Pflanzen) |
Kupfer |
0.2
- 0.5 mg/L |
Phosphat |
0.02
- 0.50 mg/L |
pH-Wert |
von
den individuellen Ansprüchen der Fische
abhängig (allgem. 6.8 - 7.2) |
KH |
von
den individuellen Ansprüchen der Fische
abhängig (allgem. 3 - 12 °d) |
GH |
von
den individuellen Ansprüchen der Fische
abhängig (allgem. 4 - 14 °d) |
Kohlendioxid |
10
- 60 mg/L (Pflanzen) |
Sauerstoff |
~
8.5 mg/L bei 25°C |
Temperatur |
von
den individuellen Ansprüchen der Fische
abhängig |
|