Der Zusammenhang zwischen Kohlendioxid, Karbonathärte und pH-Wert

Kohlendixoid wird aus der Luft in das Aquarienwasser aufgenommen. Mit dem Wasser verbindet sich Kohlendioxid zu Kohlensäure. Ein Teil der Kohlensäure zerfällt in Wasserstoff-Ionen und Hydrogenkarbonat-Ionen. Hydrogenkarbonat-Ionen dissoziieren teilweise in weitere Wasserstoff-Ionen und in Karbonat-Ionen.

Die folgenden Merksätze gelten für mittlere Härtebereiche und bei den in der Aquaristik üblichen pH-Werten. Bei Karbonathärten unter 3 und pH-Werten unter 5, liegen andere Bedingungen vor. Außerdem muss der hauptsächlich wirksame Puffer der Kalk-Kohlensäure-Puffer sein; z. B. spielt der Kalk-Kohlensäure-Puffer bei einer Karbonathärte unter 1 und Torffilterung keine Rolle. Der Kalk-Kohlensäure-Puffer wird dann durch einen gleichwirksamen Puffer durch Huminsäuren ersetzt.

Die Stabilität des pH-Werts ist abhängig von der Pufferkapazität der Karbonathärte. Bei geringer Karbonathärte wirkt sich ein Ungleichgewicht zwischen Pflanzen und Fischen schneller aus als bei hoher Karbonathärte. Bei einem ausgewogenen Verhältnis zwischen Pflanzen und Fischen existieren in einem stabilen Aquarium zahlreiche weitere Puffersysteme, wie Fulvosäuren, Filterschlamm usw. Diese verhindern auch bei niedriger Karbonathärte einen Säuresturz, wenn Besatz und Pflegemaßnahmen angemessen sind.

Chemisch betrachtet wird die Pufferkapazität durch die Menge an H+ und die Menge an seltenerem OH- bestimmt, die im Aquarium anfällt. Der pH-Wert wird durch das Verhältnis von KH/CO₂-Gehalt bestimmt. Die absolute Menge des Pufferpaares aus Karbonathärte und Kohlendioxid bestimmt, wie viel H+ und OH- aufgenommen werden kann. H+ entsteht vor allem bei der Mineralisation von Futter. Pflanzen produzieren HCO₃-, Fische verbrauchen HCO₃. Ein Ungleichgewicht zwischen Pflanzen und Tieren ist bei niedrigerer Karbonathärte also schwerwiegender.

Der optimale CO₂-Gehalt

Für die meisten Fische ist ein pH-Wert um 7 optimal. Aufgrund des Zusammenhangs zwischen pH-Wert, Karbonathärte und CO₂ muss bei höherer Karbonathärte mehr CO₂ zugeführt werden, um den pH-Wert im optimalen Bereich zu halten als bei niedriger Karbonathärte.

Die folgende Grafik zeigt den optimalen CO₂ -Gehalt in Abhängigkeit von pH-Wert und Karbonathärte bei 25° C. Dabei dürfen keine anderen Säuren, wie Huminsäuren, im Wasser sein.

Die Schädlichkeit hängt zusätzlich von der Fischart, dem Sauerstoffgehalt im Wasser und anderen Bedingungen ab. Amerikanische Zwergbuntbarsche und Regenbogenfische gelten z. B. als empfindlich gegen höhere CO₂-Werte.

Wenn die Karbonathärte niedriger ist als 2, können 15 mg CO₂/Liter Fische schädigen. Bei einer Karbonathärte von 15 können noch 40 mg CO₂/Liter ungefährlich sein.
Ein CO₂-Gehalt unter 5 mg/Liter ist für schnellwachsende Pflanzen zu wenig. Für die meisten Pflanzen sind 10 bis 20 mg/Liter vollkommen ausreichend.

Weil ein CO₂-Gehalt über 15 mg/Liter für Fische giftig sein kann, sind deshalb in einem bepflanzten Aquarium mit Fischbesatz 10 bis 15 mg CO₂/Liter optimal. Bei nicht zu niedriger Karbonathärte kann der CO₂-Gehalt im Bereich zwischen 10 und 20 mg CO₂/Liter liegen.

Berechnung des CO₂-Gehalts aus Karbonathärte und pH-Wert

Aufgrund der Beziehung zwischen Kohlendioxid, Karbonathärte und pH-Wert kann der Gehalt an Kohlendioxid im Wasser aus der Karbonathärte und dem pH-Wert errechnet werden. Bei dieser Methode ist jedoch Vorsicht geboten.

Um korrekte Ergebnisse zu errechnen, muss der pH-Wert auf mindestens 0,01 Stellen genau gemessen werden. Nur bei dieser Genauigkeit ist der errechnete CO₂-Gehalt auf 1 bis 2 mg/Liter korrekt. Die normalerweise im Aquarien- oder Elektronikhandel erhältlichen pH-Messgeräte bis ca. 100 Euro haben aber nur eine Genauigkeit von 0,1 bis 0,2 pH-Stufen.

Für die Bestimmung des pH-Werts im Aquarium reicht diese Genauigkeit, bei der Rechenformel für Kohlendioxid ergibt sich jedoch eine Ungenauigkeit von etwa 25 mg/Liter.

Voraussetzung für die Anwendung der Berechungsformel sind möglichst genaue Messungen. Geeignet dazu sind pH-Messgeräte mit einer Genauigkeit von 0,01, die es ab ca. 100 bis 150 Euro gibt, z. B. von Firmen wie Greisinger, Hanna und Bishof. Vor dem Kauf sollten die technischen Informationen gelesen werden, da die Anzeigegenauigkeit und die Messgenauigkeit oft voneinander abweichen. Fast alle Geräte zeigen 2 Digitalstellen hinter dem Komma an, aber nicht alle Geräte messen auch so genau. Vor einer Messung, die als Grundlage für die Berechnung dienen soll, müssen die Geräte mit frischer Kalibrierlösung eingestellt werden.

Tropfentests sind ebenfalls relativ genau, müssen aber entsprechend behandelt werden. Sie können zwar 2 Jahre und länger halten, dürfen aber nicht verunreinigt werden, z. B. durch Wegpusten von Staub oder längeres Öffnen.

Der pH-Wert

Der pH-Wert wird durch das Verhältnis von H+ zu H- Ionen bestimmt. Der pH-Wert von mineralarmem Osmosewasser kann deshalb durchaus höher sein als der pH-Wert von mineralreichem Leitungswasser. Osmosewasser reagiert aber empfindlicher und wird schon durch Hineinpusten sauer. Wird Osmosewasser mit alkalischem Wasser oder alkalischen Stoffen gemischt, ist auch die Mischung alkalisch. Es gibt z. B. auch Torf, der alkalisch ist.

Der pH-Wert sinkt daher nicht sofort, wenn Osmosewasser in ein Aquarium eingemischt wird, um über die Absenkung der Karbonathärte einen niedrigeren pH-Wert zu erreichen. Erst muss sich das Gesamtsystem Aquarium, d. h. gelöste Salze, organische Stoffe wie Kohlendioxid usw. auf die neuen Bedingungen einstellen.