Kohlendioxid (CO2)
Kohlendioxid ist ein geruch- und farbloses Gas, welches zu ca. 0,033 Vol.-% in der Luft vorkommt. Kohlendioxid selbst ist ungiftig, was die Tatsache beweist, dass wir ohne jegliche Beeinträchtigung CO2-haltige Getränke zu uns nehmen können. Enthält jedoch unsere Atemluft extrem viel Kohlendioxid, so wird der Sauerstoff in der Luft durch Kohlendioxid verdrängt, es ist nicht mehr genügend Sauerstoff zum Atmen vorhanden und wir ersticken. Kohledioxid ist ca. 1,5-mal schwerer als Luft, sammelt sich in Folge dessen am Boden und kann dort richtige Schichten bilden.
Jeder von uns kennt ein Bild, wo ein Winzer mit einer brennenden Kerze seinen Gärkeller betritt. Beim Gärprozess wird Kohlendioxid freigesetzt, welches sich dann im Keller am Boden sammelt. Ist der Keller nicht richtig gelüftet und es ist zuviel Kohlendioxid vorhanden, erlischt die Kerze in Folge von Sauerstoffmangel, obwohl in Kopfhöhe durchaus noch genügend Sauerstoff in der Luft vorhanden sein kann. Die Kerze ist also die Lebensversicherung des Winzers!
Der gleiche Effekt kann eintreten, wenn der Wasserspiegel im Aquarium um mehrere cm unterhalb des Beckenrandes liegt und sich auf der Wasseroberfläche eine kompakte Kohlendioxidschicht gebildet hat. Werden in einem solchen Aquarium luftatmende Fische, wie z. B. Labyrinthfische, gepflegt, so können diese ersticken, da in Folge der Kohlendioxidschicht auf der Wasseroberfläche kein Luftsauerstoff mehr aufgenommen werden kann.
Kohlendioxid löst sich sehr gut in Wasser. Wird Luft mit einem Anteil von 0,033 Vol.-% in Wasser eingeleitet, so stellt sich bei 20 °C und einem CO2-Gehalt von 0,5 mg/l ein Gleichgewicht zwischen aufgenommenem und wieder abgegebenem Kohlendioxid ein. Wird jedoch an Stelle von Luft reines Kohlendioxid in das Wasser eingeleitet, so kann das Wasser einen wesentlich größeren Anteil Kohlendioxid aufnhemen. Eine Tatsache, welche sich die gasförmige Kohlendioxiddüngung zu Nutze macht. Der weitaus größte Anteil des eingeleiteten Kohlendioxides bleibt als solches im Wasser gelöst. Nur ein kleiner Anteil von ca. 0,1% reagiert mit dem Wasser nach folgender Gleichung zu Kohlensäure: CO2 + H2O ==> H2CO3 [Gleichung 01]. Dieser Vorgang ist dafür verantwortlich, dass selbst reines destilliertes Wasser , welches man über längere Zeit offen an der Luft hat stehen gelassen hat einen leicht sauren Charakter von ca. pH 5,3 annimmt. Selbstverständlich hat diese so gebildete Kohlensäure den Charakter einer richtigen Säure und ist somit in der Lage gemäß nachfolgener Gleichung Kalk, also Calciumcarbonat CaCO3 unter Bildung von Calciumhydrogencarbonat Ca(HCO3)2 aufzulösen: H2CO3 + CaCO3 <==> Ca(HCO3)2 [Gleichung 02] Calciumhydrogencarbonat ist, neben Magnesiumhydrogencarbonat Mg(HCO3)2 der wichtigste Bildner der Carbonathärte. Der Doppelpfeil in Gleichung 02 besagt, dass dieser Vorgang reversiebel, also umkehrbar ist.
Ein Kohlensäure-, bzw. Kohlendioxidmangel sollte im Aquarium unbedingt vermieden werden. Licht(energie), Wasser und Kohlendioxid sind die „Treibstoffe“ welche die Wasserpflanzen in die Lage versetzen mittels der sogenannte Photosynthese Pflanzenmasse aufzubauen, also zu wachsen. Ist einer dieser „Treibstoffe“ nicht in ausreichenden Mengen vorhanden, stockt das Pflanzenwachstum und die Pflanzen verkümmern, bzw. sterben ab. Im Regelfall decken die Wasserpflanzen ihren Kohlendioxidbedarf aus dem im Wasser gelösten Kohlendioxid., da dies den kleinsten Energieaufwand erfordert. Ist jedoch nicht mehr genügend freies Kohlendioxid vorhanden, sind viele Wasserpflanzenarten in der Lage ihren CO2-Bedarf durch „Aufspaltung“ des im Wasser gelösten Calciumhydrogencarbonates zu decken. Durch diesen Vorgang verschiebt sich das Gleichgewicht wie in Gleichung 02 dargestellt auf die linke Seite zu Gunsten des Calciumcarbonates, welches dann als weiß-graue Kalkschicht auf den Pflanzenblättern zu bemerken ist. Außerdem kommt es zu einem Anstieg des pH-Wertes, da sich das Gleichgewicht Hydrogencarbonat und Carbonat zu Gunsten des Carbonates verschiebt. Dieser gesamte Vorgang ist allgemein auch unter dem Begriff der biogenen Entkalkung bekannt. Im Aquarium ist die biogene Entkalkung unbedingt zu vermeiden, da vordergründig die Wasserpflanzen zwar wieder genügend Kohlendioxid zur Verfügung haben, das Wachstum aber trotzdem stagniert, da, durch die auf den Blättern vorhandene Kalkschicht, nicht mehr genügend Licht(energie) für die Photosynthese zur Verfügung steht. Weiterhin ist es natürlich auch möglich, dass sich die chemischen Werte des Wasser dermaßen verschlechtern, dass auch die Fische Schaden nehmen können.
Bei fast allen Vorgängen im Aquarium die Sauerstoff verbrauchen wird Kohlendioxid frei gesetzt, wie z. B. bei den verschiedenen Reinigungsprozessen im Aquarium selbst und vor allen Dingen auch im Filter. Sogar im Bodengrund werden durch bakterielle Tätigkeit große Mengen an CO2 freigesetzt. Als die größten CO2-Verbraucher können die Wasserpflanzen im Aquarium genannt werden. Aber auch eine stark bewegte Wasseroberfläche, um die Fische mit Sauerstoff zu versorgen, bewirkt, dass sich nach relativ kurzer Zeit ein CO2-Gehalt des Wassers von ca. 0,5 mg/l einstellt, was dem bereits oben erwähnten Gasgleichgewicht entspricht. In jedem Fall kann gesagt werden, dass immer dann, wenn ein Aquarium mit üppigem Pflanzenwuchs gewünscht wird, man nicht ohne zusätzliche Kohlendioxiddüngung auskommen wird. In der Literatur werden ca. 10 mg/l CO2 als untere Grenze und 60 mg/l CO2 als obere Grenze genannt. Bei niedrigeren Werten als 10 mg/l kann sich kein guter Pflanzwenwuchs entwickeln, während höhere Werte als 60 mg/l im Interesse der Fische vermieden werden sollten.