Kreislauf von Stickstoff und CO2 im Aquarium

Ein Aquarium ist ein kleines Biotop in dem wir die natürlichen Bedingungen freier Gewässer nachstellen wollen. In der Natur liegt ein großer Kreislauf vor, der uns das Wasser immer frisch erscheinen lässt. Das „stehende“ Wasser im Aquarium ist schnell nicht mehr frisch, wenn nicht der biologische Kreislauf im kleinen nachgestellt wird. Am Ende dieses Artikels kennt ihr die Zusammenhänge der Grundlegenden Aquarien-Chemie und versteht so, was mit Nitrit, Nitrat oder CO2 passiert, und wie ihr Einfluss auf das System nehmen könnt.

Die Kreisläufe des Stickstoff (orange) und des Sauerstoff / CO2 (grün) haben Pflanzen als gemeinsame Schnittstelle. Neben dem Wasserwechsel haben wir auch durch Wasserbewegung, Fütterung und Düngung (blau) Einfluss auf das System.
Die Kreisläufe des Stickstoff (orange) und des Sauerstoff / CO2 (grün) haben Pflanzen als gemeinsame Schnittstelle. Neben dem Wasserwechsel haben wir auch durch Wasserbewegung, Fütterung und Düngung (blau) Einfluss auf das System.

Der Kreislauf des Stickstoff im Aquarium

Die Ausscheidungen des Einen sind die Nährstoffe des Anderen. Und auch anders herum. Viele Lebewesen befinden sich in unserem Aquarium und halten den Kreislauf im Gleichgewicht. Am offensichtlichsten sind die von uns gewollten Bewohner, die Fische und Pflanzen. Aber auch eine Vielzahl Bakterien sind im Aquarium vorhanden und wandeln „Abfälle“ in Nährstoffe um.

Ammonium

Ammonium als 3D-Modell aus Wikipedia.
Ammonium als 3D-Modell aus Wikipedia.

Durch den Abbau von Futterresten, abgestorbenen Pflanzen und Kot entsteht Ammoniak. Auch durch die Kiemen der Fische wird Ammoniak an das Wasser abgegeben. Das für die Fische giftige Ammoniak stellt in der Regel keine Gefahr dar, da es direkt mit Aquariumwasser zu Ammonium reagiert. Diese Reaktion kann aber in beide Richtungen ablaufen. Man spricht von einem Dissoziationsgleichgewicht zwischen Ammoniak und Ammonium, wobei das Gleichgewicht bei hohen ph-Werten und hohen Temperaturen zum Ammoniak verschoben wird. Kurz über dem Gefrierpunkt beginnt die Rückreaktion bei einem ph-Wert von ungefähr 8, bei 30°C beginnt sie schon bei einem ph-Wert von ungefähr 7.

Nitrit

Sowohl im Wasser als auch im Kies und im Filter unseres Aquariums leben unzählige Bakterien. Welche das sind, hängt von dem Nährstoffangebot ab. In diesem Schritt sind es hauptsächlich Ammoniumoxidanten wie zum Beispiel Nitrosomonas. Diese Bakterien führen Reaktionschritte aus, die Ammonium bzw. auch Ammoniak in Nitrit umwandeln. Bei dieser Reaktion handelt es sich um eine Oxidation. Somit wird Sauerstoff benötigt. Nach einer Neueinrichtung eines Aquariums ist der Kreislauf noch nicht im Gleichgewicht. Daher steigt jetzt der Nitritwert stark an und der für Fische gefährliche Nitritpeak kann erwartet werden. Hier wird dieser Vorgang noch etwas detaillierter beschrieben.

Nitrat

Nitrat als 3D-Modell Wikipedia.
Nitrat als 3D-Modell Wikipedia.

Nitrit ist ein Nährstoff für andere Bakterien, den sogenannten Nitritoxidanten wie zum Beispiel Nitrobacter. Diese Bakterien finden nun ideale Bedingungen und vermehren sich. Mit steigender Anzahl dieser Nitritoxidanten wird das giftige Nitrit abgebaut und in Nitrat umgewandelt. Nitrat ist eine höhere Oxidationsstufe des Nitrit, weshalb auch hier wieder Sauerstoff benötigt wird. Da es sich bei Nitrat um einen wichtigen Pflanzennährstoff handelt wird der Kreislauf hiermit geschlossen. Pflanzen wachsen, sterben ab und der Kreislauf beginnt von neuem.

Nach der Neueinrichtung eines Aquarium dauert es ein paar Wochen und der Kreislauf befindet sich im Gleichgewicht. Die Anzahl der Bakterien ist dann konstant auf das Ammonium- und Nitritaufkommen abgestimmt. Peaks brauchen dann nicht mehr befürchtet werden.

Der Kreislauf des Sauerstoff im Aquarium

Wie bereits beschrieben wurde ist Sauerstoff ein wichtiger Baustein. Er wird nicht nur von unseren Fischen benötigt, sondern auch von Bakterien und für die Oxidation. Der einfachste Weg Sauerstoff in das Aquarium einzubringen ist ein Sprudelstein. Mit eine Membranpumpe wird Raumluft durch einen porösen Stein in das Aquarium geblasen. Die feinen Luftblasen steigen langsam zur Oberfläche auf, wobei der enthaltene Sauerstoff in das Wasser diffundiert. CO2 diffundiert allerdings in die entgegengesetzte Richtung aus dem Wasser in die Luftblase und wird so aus dem Aquarium ausgewaschen. Dies hat zwei deutliche Nachteile. Zum einen steigt der ph-Wert, zum anderen geht so ein wichtiger Pflanzennährstoff verloren.

Durch einen Sprudelstein wird Raumluft und somit auch Sauerstoff ins Aquarium eingebracht. CO2 hingegen wird ausgewaschen. Der Kreislauf gerät aus dem Gleichgewicht.
Durch einen Sprudelstein wird Raumluft und somit auch Sauerstoff ins Aquarium eingebracht. CO2 hingegen wird ausgewaschen. Der Kreislauf gerät aus dem Gleichgewicht.

Eine weitere, natürlichere Möglichkeit Sauerstoff in das Aquarium einzubringen geht aus der Zeichnung am Anfang der Seite hervor. Durch ausreichend Pflanzen wird vorhandenes CO2 mittels Photosynthese zu Zucker verarbeitet wobei als Nebenprodukt Sauerstoff anfällt. Diese Sauerstoffmenge ist für unsere Prozesse ausreichend, wenn den Pflanzen ausreichend gute Bedingungen geboten werden. Ein ausgewogenes Angebot an Licht und Nährstoffen muss vorhanden sein. Insbesondere CO2 muss zugegeben werden.

Pflanzen als Schnittmenge der Kreisläufe

Hygrophila carymbosa wird sehr buschig wenn sie mit "System" gedüngt wird.
Hygrophila carymbosa wird sehr buschig wenn sie mit „System“ gedüngt wird.

Pflanzen haben Einfluss auf den Stickstoffkreislauf und den Sauerstoffkreislauf. Um ein funktionierendes Biotop zu bekommen und zu erhalten ist es notwendig Pflanzen zu haben und zu pflegen. Auch sollten beide Kreisläufe hinsichtlich der Bedürfnisse der Pflanzen überwacht werden. Dazu gehört insbesondere zu wissen wie hoch die Konzentrationen von CO2 und Nitrat sind. Aber auch die Konzentration von Eisen ist wichtig. Gerät ein Kreislauf aus dem Gleichgewicht hat dies Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum und somit auch auf den anderen Kreislauf.

Eine Düngung mit „System“ bietet eine Möglichkeit die individuellen Bedingungen im Aquarium gezielt auf die Bedürfnisse der Pflanzen anzupassen.

Einflussmöglichkeiten

Neben der schon beschriebenen Düngung haben wir noch eine Hand voll weiterer Möglichkeiten auf den Kreislauf Einfluss zu nehmen.

  1. Durch Wasserwechsel werden Ammonium, Nitrit, Nitrat oder auch Phosphat aus dem Aquarium entfernt. Mit dem Nährstoffärmeren Wechselwasser werden die verbleibenden Konzentrationen verdünnt. Auch die Reduzierung dieser Stoffe durch Elektrolyse gewinnt immer mehr an Bedeutung.
  2. Im Handel finden sich viele Präparate wie „Flüssiges Filtermedium“ oder „Starterbakterien“. Diese Mittel können viele Wirkungen haben, von der Beeinflussung der Bakterienkulturen bis zur gezielten Auswaschung bestimmter Schwermetalle.
  3. Die selbstverständlichste Art ist die Reinigung des Aquariums. Dabei werden abgestorbene Pflanzen entfernt und Mulm abgesaugt. Wichtig hierbei ist es, dass diese Arbeiten regelmäßig durchgeführt werden.
  4. Wird der Filterauslauf so eingestellt, dass er eine Oberflächenbewegung zur Folge hat, wird dadurch der Gasaustausch gefördert. Neben dem wichtigen CO2 wandern dabei auch viele Schadstoffe aus dem Aquarium. Besonders stark ist dieser Effekt, wenn der Filterauslauf über der Wasseroberfläche liegt.
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3 Kommentare bisher. Was sagst du dazu?

  1. […] immer noch selber mit seinem „Problem“ auseinandersetzten was das Verständnis für die Aquariumchemie fördert. Als Zielgruppe des sera Online-Labor sehe ich Einsteiger in der Aquaristik, die hier […]

    7. September 2015
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