Zur

Hydrologie
des Süßwasser-Aquariums

                                                    


Aquaristik:  Die Grundlagen verstehen

1. ANORGANISCHE ASPEKTE

d. Spuren-Ionen

Struktur
Pourbaix-Bereiche
Eisen und Mangan
Relationen



In natürlichem Wasser schwirren noch weit mehr Ionen vieler Elemente herum - allerdings in ganz geringen Mengen, weshalb sie als Spuren-Ionen bezeichnet seien.Obwohl nur in äußerst geringen Konzentrationen vorhanden, sind sie für alle Lebewesen von großer spezifischer Bedeutung. Bei Mangel müssen sie zwingend gesondert zugeführt werden. Da eine Unterkonzentration gerade bei Pflanzen ins Auge sticht, bezeichnet man die Zugabe auch als "düngen", aber ihre Verfügbarkeit ist für alle anderen Lebewesen im Wasser von ebensolcher Bedeutung. Deshalb sind diese Stoffe mehr als nur Dünger, sie gehören wie die bisher besprochenen Ionen zur
Struktur gesunden, naturnahen Wassers.

Wikipedia nennt  "für das Wachstum von Grünpflanzen ... 17 chemische Elemente erforderlich". Neben den schon genannten
 "... Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H), Sauerstoff (O), Stickstoff (N),
Phosphor (P), Kalium (K), Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Schwefel (S)..."

auch noch
 "... Mangan (Mn), Zink (Zn), Eisen (Fe), Kupfer (Cu),
Bor (B), Chlor (Cl), Molybdän (Mo) und Nickel (Ni)."


Die meisten Dünger-Hersteller beschränken sich auf wenige Zusätze, weit vollständiger und sehr naturnah ist diese Vervollständigung des Gessner-Wassers:

Spuren-Struktur

https://hw-wiegandt.de/Kategorie/suesswasser-produkte/

Auch diese Struktur unterliegt der Gesetzmäßigkeit des "Minimum-Gesetzes" (s.u.), wonach die - möglichst abgestimmte - Vollständigkeit erforderlich ist. Diese Abstimmung ist in praxi kaum erreichbar, denn es sind
- die Relationen wenig bekannt,
- die Konzentrationen nur schwer messbar.
Es bleibt dann nur,
- Effektivität vor Effizienz zu setzen,
- die Vollständigkeit in ausreichender Konzentration zu erreichen,
wodurch teilweise Übersättigungen unvermeidbar, in diesen Mengen aber auch unschädlich ist.


Das fundamentale Gesetz, das auch alle anderen bisher behandelten Strukturen regiert, ist das
Minimum-Gesetz
für das hier Wikipedia zitiert sei:


Das Minimumgesetz (... von Carl Sprengel 1828 veröffentlicht, von Justus von Liebig ... popularisiert) besagt, dass das Wachstum von Pflanzen durch die im Verhältnis knappste Ressource (Nährstoffe wie Kohlenstoffdioxid, Wasser, Licht etc.) eingeschränkt wird. Diese Ressource wird auch als Minimumfaktor bezeichnet. Bei Vorliegen eines solchen Mangelfaktors gibt es keinen Einfluss auf das Wachstum, wenn eine Ressource hinzugegeben wird, die bereits im benötigten Umfang vorhanden ist. Das Minimumgesetz von Carl Sprengel ist unter anderem eine wichtige Grundlage bei der Düngung...
Carl Sprengel ... begründete das Minimumgesetz in der Mineraltheorie „...denn es ist nicht zu bestreiten, wenn eine Pflanze 12 Stoffe zu ihrer Ausbildung bedarf, so wird sie nimmer aufkommen, wenn nur ein einziger an dieser Zahl fehlt, und stets kümmerlich wird sie wachsen, wenn einer derselben nicht in derjenigen Menge vorhanden ist, als es die Natur der Pflanze erheischt“...Als Modell des Gesetzes fungiert die Faßregel, illustriert als „Minimum-Tonne“: Eine Tonne mit unterschiedlich langen Dauben lässt sich nur bis zur Höhe der kürzesten Daube füllen. Genauso kann ein Organismus sich nur so weit entwickeln, wie es die knappste Ressource erlaubt.


"Minimum-Tonne"   https://de.wikipedia.org/wiki/Minimumgesetz   das Analogon

              sLücken nicht durch andere Stoffe schließbar, Übersättigung wirkungslos      

Da die Konzentrationen so verschwindend niedrig sind und so schwankend, bleibt in der Aquaristik kaum etwas Anderes möglich, als eine größtmögliche Vielfalt, wie oben abgestimmt, großzügig einzusetzen, zumal ein Überschuss an Spuren-Ionen bei weitem nicht so kritisch ist wie bei den Neben-Ionen - ausgenommen die unten beschriebenen Fe- und Mn-Ionen!
Bei den Analysen zu diesem Beitrag wurden ganze drei Produkte gefunden, die den Anforderungen genügen könnten:
Eines wurde inzwischen aufgegeben., die übriggebliebenen werden bei der Düngung der Wasserpflanzen vorgestellt.
Wenngleich die Spuren-Ionen zumeist mit den Neben-Ionen als Pflanzendünger geführt werden,
sind sie - wie eingangs betont -

auch für alle Tiere lebensnotwendig!



Die Stabilität gerade der Spuren-Ionen, die für das Wohlergehen von Wasser-Flora und -Fauna unerlässlich sind, hängt ab von
Protonen- und Sauerstoff-Konzentration, i.e.
Säuregrad und Redox-Potential

Diese Zusammenhänge wurden von dem belgischen Chemiker Marcel Pourbaix entdeckt, seine Diagramme, "Pourbaix-Diagramme" genannt, zeigen die Umwandlungen vieler Elemente im pH-Redox-Feld, so dass deutlich wird, in welchen Bereichen die bestimmten Verbindungen erhalten bleiben, ohne sich umzuwandeln und damit wertlos zu werden oder gar einfach auszufallen.
Als Beispiel sei das Element "Eisen Fe" gezeigt, wo das Fe--_Feld im üblichen Süßwasser schon nicht mehr erscheint, sondern die Oxidaton zu Fe2O3 erfolgt.     


Pourbaix-Diagramm: Eisen

Näheres im Kapitel "Gase" unter "Sauerstoff",
hier soll verwiesen werden auf die besondere Bedeutung für die Spuren-Ionen.

Eisen und Mangan


Die zwei-wertigen Eisen- und Mangan-Kationen, Fe++ und Mn++, sind für alle Lebewesen im Wasser, besonders deutlich für die Wasserpflanzen, von großer Bedeutung, da ein Mangel zu erheblichen Schäden führt. Es kommt hinzu, dass beide in Konkurrenz stehen, sich gegenseitig verdrängen und ersetzen, wenn ihre Konzentrionen nicht im natürlichen Massen-Verhältnis stehen:

Fe++ :  Mn++  =  2 : 1
                                                                                                                                                     
Ein Eisen-Dünger ohne entsprechenden Mangan-Zusatz ist weitestgehend wirkungslos.


Pourbaix-Diagramm: Eisen         Pourbaix: Mangan

Beide Ionen sind im Pourbaix-Feld (s.o) recht instabil, besonders das zwei-wertige Fe++ gibt schnell ein drittes Elektron ab und wandelt sich damit um zum unbrauchbaren drei-wertigen Fe+++, oder es oxidiert zu wasserunlöslichen Verbindungen, die dann ausfallen - und das auch in dem für Süßwasser-Aquarien üblichen Bereich. Das Mangan-Ion Mn++ ist nicht ganz so instabil, muss aber - entgegen anderer Auffassungen - ebenso zwingend durch Chelatieren geschützt werden.
Leider werden Mn-Chelate seltener erzeugt.


Relationen

Die Ionen, die Pflanzengewässern in gut messbaren Konzentrationen vorkommen,
stehen - wie schon dargelegt - in folgenden Relationen:


NO3 : Fe    =  200 : 1
NO3 : Mn  =  400 : 1
    Fe : Mn  =      2 : 1
                                                                                                                                                                   



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Neumünster, 10.12.2022      *      Egbert W Gerlich     *     egbert@ew-gerlich.de