In den beiden ersten Teilen dieser Artikelserie ging es um die Wasserhärte. Es ließ sich dabei gar nicht vermeiden, dass auch von Säuren, genauer gesagt von der Kohlensäure, und dem damit verbundenen pH-Wert die Rede war. Höchste Zeit also, sich mit den Säuren und dem pH-Wert genauer auseinander zu setzen! Die beiden ersten Folgen der Serie können Sie übrigens hier (Teil 1 und Teil 2) nochmals nachlesen, wenn Sie wollen. Nun aber los!
Beginnen wir mit der Begriffsklärung:
Was ist eine Säure?
Man glaubt, diese Frage intuitiv beantworten zu können, etwa in der Richtung: Säuren sind ätzende Flüssigkeiten, die – daher der Name – sauer schmecken, z.B. Essig oder Zitronensäure. Nun, ganz so einfach ist es nicht. Einmal ganz davon abgesehen, dass der Geschmacks test unbedingt abzulehnen ist, da er schon bei banaler Batteriesäure zu schweren Verletzungen führen kann und bei so mancher Säure sogar zum Tode, sind auch andere Flüssigkeiten ätzend, z. B. Laugen. Was also macht die Säure zur Säure? Säuren sind chemische Verbindungen, die Wasserstoffionen (ein anderes Wort dafür lautet: Protonen), also H+, an einen Reaktionspartner abgeben können. In wässriger Lösung (also bei allen Säuren, die mit Aquarienwasser in Berührung kommen) sinkt dadurch der pH-Wert.
Was ist der pH-Wert?
Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der Wasserstoffionen-Aktivität. Klingt super, nicht? Ist aber gar nicht so kompliziert. Man muss nur wissen, dass die pH-Skala, die von Null bis 14 reicht, nicht linear, sondern in Zehnerpotenzen fortschreitet. pH 6 (=10-6,also 0,0000001) ist also zehn mal so sauer wie pH 7 (= 10-7, also 0,00000001) und 100 mal so sauer wie pH 8 (= 10-8, also 0,000000001).
Wenn man sich das vor Augen hält, wird schnell klar, warum empfindliche Fische auch auf vermeintlich geringe pH-Wert-Schwankungen schon heftig reagieren können. Die geringen Zahlendifferenzen zwischen pH 6 und pH 8 gaukeln geringe chemische Unterschiede vor, was so aber keineswegs stimmt. Das Kürzel „pH“ wird immer mit kleinem p und großem H geschrieben. Es bedeutet nicht „püstenHalter“, sondern das p ist ein willkürlich gewählter Buchstabe, der vom Erfinder des Begriffes (Søren Peter Lauritz Sørensen) ohne besondere Hintergedanken ausgesucht wurde und das H steht für das chemische Zeichen für Wasserstoff. Der pH-Wert kann, wie bereits gesagt, zwischen Null und 14 liegen. Der pH-Wert von chemisch reinem Wasser ist exakt 7, diesen Wert bezeichnet man als neutralen pH-Wert. Liegt der pH unter 7, so ist das Wasser sauer, liegt er über 7, so ist das Wasser alkalisch. Fische leben in der Natur üblicherweise in pH Bereichen zwischen 4,5 und 9,5. Es gibt ein paar Spezialisten unter den Fischen, die auch mal etwas höhere oder niedrigere pH-Werte vertragen, aber die kann man an dieser Stelle vernachlässigen. Das Trinkwasser in Deutschland darf als untersten pH-Wert 6,5 haben, als höchsten 9,5. Dabei ist die Untergrenze nicht aus Gesundheitsgründen gewählt, sondern weil Wasser mit einem niedrigeren pH-Wert metallische Wasserleitungen zerfrisst.
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Die Base, der Gegenspieler der Säure
Chemisch gesehen ist eine Säure also ein Protonen-Spender (Donator). Einen Protonen-Annehmer (Akzeptor) bezeichnet man hingegen als Base. Gibt man Säure in Wasser, sinkt der pH-Wert, gibt man eine Base ins Wasser, so steigt er. Gibt man eine chemisch gleiche Menge einer Säure und einer Base gleichzeitig ins Wasser, so bleibt der pH-Wert neutral und aus Säure und Base bildet sich ein Salz. Ein Beispiel: Salzsäure (chemisch HCl, also Wasserstoff- Chlorid) ist eine starke Säure, Natronlauge (NaOH, also Natriumhydroxyd) eine starke Base. Zusammen gegeben neutralisieren sie sich jedoch, es entsteht Wasser (H2O) und Kochsalz (NaCl).
Der pH-Wert im Aquarium
Das schlimmste, was man seinen Fischen antun kann, ist ein instabiler Wasserkörper mit schwankendem pH-Wert. Süßwasserfische sind sehr anpassungsfähig, was den pH-Wert angeht, aber diese Anpassung muss langsam erfolgen. Ganz grundsätzlich muss man wissen, dass alle Fische – entwicklungsgeschichtlich gesehen – aus dem Meer stammen. Das Meerwasser hat überall auf der Welt den konstanten pH-Wert von 8,2. Die Erfahrung zeigt, dass Fische, die in der Natur in alkalischem Wasser leben, sehr viel größere Schwierigkeiten haben, sich an einen sauren pH-Wert anzupassen, als umgekehrt. Ein Neonfisch etwa, der in der Natur in sehr saurem Wasser von pH 4-4,5 vorkommt, kann im Aquarium auch putzmunter jahrelang bei pH 8,2 leben. Ein Buntbarsch aus dem Malawisee oder ein Korallenfisch haben hingegen schon bei pH 6 echte Schwierigkeiten, lange halten diese Fische so niedrige pH-Werte nicht oder nur sehr schlecht aus. Am Schlimmsten aber sind ständige pH-Wert-Schwankungen! Und diese fallen um so heftiger aus, je schlechter gepuffert das Wasser ist.
Puffer
Als Puffer bezeichnet man chemische Verbindungen, die je nach Bedarf als Protonen-Donator oder als Protonen-Akzeptor fungieren und dadurch den pH-Wert stabil halten. Der bekannteste und hervorragend funktionierende Puffer ist die Karbonathärte (siehe Teil 1 und Teil 2). Das Calziumhydrogencarbonat, das die Karbonathärte verursacht, steht in einem Gleichgewicht mit der Kohlensäure, die im Aquarium durch die Atmungsprozesse von Fischen, Pflanzen, Bakterien etc. entsteht. Man bezeichnet das als das Calciumcarbonat-Kohlensäure-Kohlenstoffdioxid-Gleichgewicht. Das ist schwierig in einfachen Worten zu erklären, da es sehr komplex und zudem noch temperaturabhängig funktioniert. Ohne gute chemische Grundkenntnisse kann man das nicht verstehen. Es sei darum an dieser Stelle ausnahmsweise mal ganz profan gesagt: das Calciumcarbonat-Kohlensäure-Kohlenstoffdioxid-Gleichgewicht funktioniert. In einem Wasser mit einer Karbonathärte von 5-10° dH braucht man keine Angst vor plötzlichen pH-Wertsprüngen zu haben. Für die Pflege von Fischen aller Art ist ein Wasser mit dieser Härte auch ausgezeichnet geeignet, nur mit der Zucht hapert es bei allen Weichwasserfischen in solch hartem Wasser. Warum ist das so?
Weiches und saures Wasser erwünscht?!
Es wurde schon mehrfach gesagt: zur reinen Pflege, auch von Fischarten, die in der Natur in sehr weichem, praktisch destillierten Wasser bei einem stark sauren pH-Wert leben, eignet sich auch mittelhartes Wasser mit einem etwa neutralen bis leicht alkalischen pH-Wert. Doch Fische sind vielzellige Lebewesen, die über komplexe Organsysteme verfügen. Ei- und Spermazellen hingegen bestehen nur aus einer einzigen Zelle, es sind Einzeller. Und die sind den chemischen Einflüssen ihrer Umgebung
gegenüber sehr empfindlich. Spermazellen etwa haben einen Schwanz, der sie zum Schwimmen befähigt. Dieser Schwanz ist ein Eiweißgebilde und funktioniert nur bei (artabhängig unterschiedlichen) pH-Werten. So erklärt sich zum Teil das miserable Befruchtungsergebnis, das man hat, wenn das Zuchtwasser von Schwarzwasserfischen einen falschen pH-Wert aufweist. Aber auch die Eizellen reagieren empfindlich. Das Ei eines Fisches quillt nach der Ablage um ein Vielfaches seiner ursprünglichen Größe auf. Verantwortlich hierfür sind vor allem osmotische Vorgänge (deshalb muss das Wasser für die Zucht mancher Fische weich sein), aber auch Tunnelproteine (also bestimmte Eiweiße) in der Zellmembran, die aktiv als Ionenpumpen fungieren und wiederum pH-abhängig arbeiten.
Weiches Wasser kann man sich über eine Umkehrosmose-Anlage (andere Methoden sind heutzutage sehr aus der Mode gekommen, weil sie doch recht aufwendig sind) selbst herstellen oder, wenn nur kleinere Mengen benötigt werden, in Form von destilliertem Wasser kaufen. Die Säure der Wahl ist immer noch Huminsäure, die vor allem mittels sauren Schwarztorfs, aber auch Erlenzäpfchen, Totlaub etc. in das Wasser kommt. Man filtert z.B. über den Torf, bis der gewünschte pH-Wert erreicht ist. Auf der Packung des Torfes steht, welchen pH-Wert er hat. Wesentlich über pH 4 sollte er nicht liegen. Diese Huminsäuren des Torfes haben eine ausgezeichnete Pufferwirkung, der pH-Wert in torfgefilterten Aquarien ist darum gewöhnlich sehr stabil, auch wenn man mit reinem Osmosewasser arbeitet. Darum können ja auch spezialisierte Aquarianer bestimmte, sehr empfindliche Fische, wie die Prachtzwergguramis oder manche Killifische über Generation in winzigen Aquarien erfolgreich pflegen und züchten. Zudem haben manche speziell in Torf enthaltene Substanzen eine Hormonwirkung auf viele Fische und fördert die Fortpflanzungsbereitschaft.
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Ist die Verwendung von Torf zu verantworten?
Der massenhafte Torfabbau zerstört Moore; allerdings ist der aquaristische Bedarf vernachlässigbar gering, davon könnte keine Torfproduktionsfirma existieren. So lange Torf ohnehin industriell abgebaut wird, kann er darum auch aquaristisch eingesetzt werden – so meine ich jedenfalls. Wer jedoch anderer Ansicht ist, kann sich aus Erlenzäpfchen ein Schwarzwasser-Konzentrat brauen und z.B. 10-20 Erlenzäpfchen auf 1 Liter destilliertes Wasser ansetzen und nach einer Woche abfiltern; das Konzentrat sollte einen pH um 4 aufweisen (das kann man nur elektrisch messen, Tropftests funktionieren in dem fast schwarzen Konzentrat aus optischen Gründen nicht, da man den Farbumschlag nicht beurteilen kann) und kann nach Bedarf dem Aquarienwasser zugesetzt werden. Das hat ähnliche Wirkungen wie Torf, wenngleich es keine (mir bekannten) Untersuchungen zur Pufferwirkung gibt. Für mehr Infos über Erlenzäpfchen und weitere Alternativstoffe siehe https://www.aqualog.de/blog/medizinbaeume-die-schwarzerle/ und https://www.aqualog.de/blog/sekundaere-pflanzenstoffe-im-aquarium/
Weshalb weiches Wasser ohne Torf gefährlich ist
Mancher Aquarianer mag die Gelbfärbung des torfbehandelten Wassers nicht, möchte aber z.B. empfindliche Wasserpflanzen kultivieren, die entweder sehr weiches und/oder saures Wasser benötigen. Werden Fische in solchen Aquarien gepflegt und gefüttert, kann es gefährlich werden. Bei der Eiweißverdauung fällt Stickstoff als Abfallprodukt an, der letztendlich als im Prinzip relativ ungiftiges Nitrat im Wasser endet. Nitrat ist einerseits Pflanzendünger und kann andererseits durch spezielle anaerob (also unter Sauerstoffabschluss) laufende Filter entfernt werden (Nitrat entweicht dann als gasförmiger Sauerstoff und gasförmiger Stickstoff in die Luft). Reichert sich jedoch in schlecht gepufferten Weichwasseraquarien Nitrat an (z.B. weil man zu wenig Wasserwechsel macht), so kann es zu dem gefürchteten Phänomen des pH-Sturzes kommen, denn Nitrat ist das Salz der Salpetersäure, einer starken anorganischen Säure. Ein solcher pH-Sturz kann tödlich für die Fische sein! Es ist also beim Betrieb von Weichwasseraquarien unumgänglich, häufig den pH-Wert zu messen, anfangs am besten täglich mehrmals und zu unterschiedlichen Tageszeiten bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen, vor und nach der Fütterung, unbedingt auch nachts, bis man das System einigermaßen sicher einschätzen kann.
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Saures Wasser für empfindliche Fische?
Wie kommt es, dass immer wieder empfohlen wird, bestimmte Fische – Diskus, Schokoguramis, Prachtzwergguramis, manche Zwergbuntbarsche, Salmler und Bärblinge etc. – in weichem und sauren Wasser zu pflegen, wenn das doch mit Risiken verbunden ist? Zunächst einmal: weich muss das Wasser in diesen Fällen nur sein, weil sich sonst im Aquarium kein saurer pH-Wert einstellen lässt. Der Effekt eines sauren Milieus ist, dass dort einerseits weniger potentiell krankmachende Keime existieren können (die bevorzugen nämlich alkalische pH-Werte) und dass andererseits durch den sauren pH bei den Fischen die Schleimhaut dicker wird, was wiederum die Infektionsgefahr mit allen möglichen Krankheitskeimen deutlich verringert. Die Beobachtung, dass viele Fischarten aus Schwarzwasserregionen, die zu Krankheiten neigen (das macht die oben genannten Fische ja so empfindlich) in weichem und sauren Wasser gesünder sind und einfach besser stehen, hängt also größtenteils mit dem verringerten Infektionsdruck zusammen und kaum mit physiologischen Bedürfnissen. Wegen der geschilderten Gefahren beim Betrieb eines Weichwasser-Aquariums bleibt es allerdings wirklich erfahrenen und routinierten Aquarianern vorbehalten, solches Wasser zu verwenden. Ohne Torf sollte man das grundsätzlich unterlassen.
Supersauer für Pienzen
Dass wir heute nicht mehr in Felshöhlen um das Lagerfeuer hocken, durch Grunzlaute kommunizieren und unsere Lebenspartner mit der Keule jagen, hängt wesentlich damit zusammen, dass Homo sapiens ein experimentierfreudiges Wesen ist, das niemals lange im Status Quo verharrt. Auch von Aquarianern werden immer wieder neue Wege beschritten und die ausgetretenen Pfade verlassen und zwar immer dann, wenn die Pflege und Zucht irgendeines Aquariumbewohners ums verrecken nicht gelingen will. Aufgeben gilt nicht! Und so stellten Cryptocoryne-Verrückte (Cryptocorynen, auch Wasserkelche genannt, sind eine Gattung von südostasiatischen Sumpf- und Wasserpflanzen, von denen für viele Aquarianer eine besondere Faszination ausgeht) fest, dass ihre Pienzen (Synonyme dafür sind Heulsusen, Jammerlappen, Weicheier etc.), die sonst stets das zeitliche segneten, bei pH-Werten um 4 in praktisch destilliertem Wasser, auf halbverrottetem Buchenlaub gepflegt, plötzlich hervorragend gediehen. Und auch probeweise dazugesellte Fische aus der Schwarzwasser-Ecke entwickelten sich hier ausgezeichnet. In diesem Wasser ist nie Nitrit oder Nitrat nachweisbar. Der bei den Fischen bei der Eiweißverdauung anfallende Abfallstickstoff wird in Form von Ammoniak über die Kiemen entsorgt; im sauren pH-Bereich verwandelt es sich in fischungiftiges Ammonium und wird in dieser Form von dem Pflanzen direkt aufgenommen. Eine in „normalen“ Aquarien stattfindende Nitrifikation mittels der Bakteriengattungen Nitrosomas und Nitrobacter (Ammonium nach Nitrit und Nitrit nach Nitrat) findet in diesem Extremwässerchen nicht statt, weil diese Bakterien dort gar nicht leben können. An ihre Stelle treten andere Bakterien, Pilze und sonstige Mikroorganismen, deren Identität noch nicht entschlüsselt ist. Es ist keine Frage, dass derartige Aquarien nur etwas für Spezialisten mit speziellen Fragestellungen sind (sie sehen nicht schön aus und riechen manchmal etwas streng, also die Aquarien, nicht die Spezialisten. Obwohl…), aber sie zeigen doch Wege und Möglichkeiten auf, über die es sich nachzudenken lohnt. Und so werden in Aquarianerrunden seit den 1920er Jahren endlose Debatten um den pH-Wert geführt, seit man feststellte, dass hier der Schlüssel zur erfolgreichen Zucht mancher „Problemfische“ lag und es ist mehr als wahrscheinlich, dass die Aquarianer sich auch in 100 Jahren noch über den pH-Wert die Köpfe heißreden!
Frank Schäfer
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