CO2 en O2 - koolzuur en zuurstof

CO2 en O2 - koolzuur en zuurstof

CO2 en zuurstof houden zich, in de wereld van aquaria, in evenwicht. Dit noemt men ookwel 'equilibrium' = de voorwaarden van systemen waarin alle concurrerende invloeden in evenwicht/ balans zijn. En de oppervlakte van het water is de plek waar deze uitwisseling van deze gassen plaatsvind om de juiste balans te behouden.

Als er meer CO2 in het water is dan in de atmosfeer, dan zal de CO2 ontsnappen uit het water. (daarom moeten we ook de gehele dag CO2 toevoegen. Niet omdat de plant alles verbruikt; de CO2 zal door de werking van equilibrium via de oppervlakte ontsnappen) Als je minder O2 (zuurstof) in je aquarium hebt dan er zich in de atmosfeer bevind, dan zal O2 uit de lucht in het water gaan doordringen. Via de oppervlaktespiegel van de aquarium vind deze uitwisseling plaats, en hoe meer oppervlakte beweging er is, hoe makkelijker deze uitwisseling.
In de video hiernaast word uitgelegd dat O2 en CO2 onafhankelijk van elkaar werken.

Als je een hoge concentratie CO2 in het water hebt verdringt dit niet de zuurstof uit je bak! Als je veel CO2 in je water heb zitten en je hebt ook teveel rimpeling op het water, dan ben je meestal ook veel CO2 aan het toevoegen. Het is de bedoeling dat je een rimpeling op het water brengt zonder de oppervlaktespanning te verbreken! Zo houd je zoveel mogelijk de CO2 in je bak en breng je ook automatisch zoveel mogelijk O2 in je bak. Een oppervlakte beweging of rimpeling is een soort van katalysator die de uitwisseling van gassen versnelt. Maar het is een fabeltje dat als veel CO2 in het water hebt met daarbij een sterke rimpeling je automatisch betere CO2 niveaus bereikt. In de lucht zit een bepaalde hoeveelheid CO2, net zoals in het water. Beide systemen houden een bepaald evenwicht, een bepaalde concentratie in stand (equilibrium state)

In dit evenwicht (onder normale druk en temperatuur) is de normale natuurlijke hoeveelheid CO2 in het water 0.6ppm En als je meer gaat toevoegen wil de CO2 ontsnappen naar de atmosfeer.
Als je minder dan 0.6 ppm CO2 in je water hebt zal de atmosfeer de CO2 in het water automatisch aanvullen. Net zolang totdat de verhoudingen weer normaal zijn. De oppervlakte beweging/ rimpeling is een manier om dit te versnellen.

Maar deze oppervlakte beweging/ rimpeling heeft nog een belangrijke rol in high-tech aquarium. Als je CO2 toevoegt aan je bak zal het CO2 niveau stijgen: van het equilibrium langzaam naar een voorgedefinieerde concentratie ppm.
Het CO2 aanbod heeft de eigenschap om met een steeds snellere curve de CO2 aan te bieden. En daarmee krijg je hoge CO2 waardes in het water. Deze CO2 kan niet direct ontsnappen en verdwijnt op een langzame natuurlijke manier via de oppervlakte.
Ik vergelijk het ook wel eens met het opblazen van een ballon waar een heel klein gaatje in zit. Als je niet zorgt voor een aanvullig van lucht loopt ie steeds verder leeg.

Omdat de mechanische aanvoer van CO2 hoger is dan de natuurlijke afvoer krijg je dus een opeenhoping van CO2 in het water. (met 1 bpm gaat dit natuurlijk langzamer als met 3 bpm, maar het zal continue blijven stijgen omdat er continue aanvoer is).
De natuurlijke equilibrium kan deze toevoer van CO2 niet goed verwerken; het heeft namelijk een bepaalde capaciteit. Daardoor zal er voor een bepaald tijdsbestek een redelijk stabiel CO2 niveau in de bak zijn. Tot op het moment dat de aanvoer van CO2 stopt, dan zal zich langzaam de staat van equilibrium zich gaan herstellen.

Het is juist die lichte oppervlakte rimpeling (de equilibrium state) die er voor zorgt dat de CO2 concentratie op een iets lager en daardoor op een veel stabieler niveau blijft. Het is dus de bedoeling dat je een zodanige rimpeling op het water dient te krijgen zonder de oppervlakte spanning te breken. Dàt is het ideale scenario.

Als je meer CO2 toevoegt dan de 'equilibrium' aan kan krijg je vanzelf hogere CO2 waardes. Dat is natuurlijk erg nadelig voor je vissen, maar erg positief voor je planten!
Daarom word er ook vaak voorgesteld om bij aquaria met vissen en CO2 toevoeging om in de nacht een skimmer te activeren of de lilypipe een stuk omhoog te trekken. Zo word door de equilibrium de CO2 uit de bak gestuwd en O2 terug in de bak genomen. Geen bruissteentje.
Dit heeft [ondanks de wijdverbreide mythe] vrijwel geen effect op de CO2 ontgassing.

Maar als je zorgt dat een uur voordat je licht uitgaat de CO2 toevoer stopt is er geen probleem. De natuurlijke equilibrium zorgt ervoor dat de juiste hoeveelheid zuurstof in je bak komt. Dus een bruissteentje in de nacht is niet nodig...

Als de oppervlaktespanning verbreekt betekent dit dat de opgenomen CO2 onder water direct wordt afgegeven aan de oppervlakte. Als de oppervlaktespanning in tact blijft gebeurt dit via de natuurlijke weg (equilibrium), maar in veel mindere mate.

En, wat we meestal niet weten is dat een te hoge concentratie CO2 in het water ook veroorzaakt kan worden door:
oppervlakte vervuiling (kaamlaag), de planten zelf, temperatuur, bacteriën en een slecht werkende outflow van het filter.
Dit zijn allemaal kleine factoren die mede-verantwoordelijk kunnen zijn voor een toename van het CO2 in het water èn een tekort van O2! En elke verandering in bovengenoemde voorbeelden kan het CO2 gehalte verhogen en daarmee de vissen vergiftigen.

Misschien interessant om te vertellen: vissen stikken niet, zoals zo velen beweren, aan het gebrek van zuurstof. Wat weinig mensen weten is dat teveel ppm CO2 in het water werkt als vergif voor vissen. Nòg minder mensen weten dat zelfs teveel zuurstof in het water ook als vergif kan werken!

Als we tijdens onze CO2 toevoegingen onze vissen naar adem zien happen gaan we direct de CO2 verminderen en O2 toevoegen, terwijl we niet naar de bovengenoemde oorzaken kijken. Als je 1 van deze bovenstaande variabelen wegneemt zakt daarmee ook het CO2 gehalte.
Als het CO2 gehalte verandert moeten planten zich hierop aanpassen. Hoe klein deze verandering ook is; de plant gaat deze direct opmerken! Maar de reactie van de plant gaat erg langzaam en resulteert in het stilvallen van de groei, wat weer alg in de hand kan werken.
Als je de CO2 constant veranderd blijft de plant zich constant aanpassen aan het niveau van CO2 in het aquarium. Gebeurt dit teveel en te vaak zie je een terugval van de kwaliteit van de plant; ze is zich immers alleen maar aan het aanpassen: je ziet slechte groei, kwaliteit en kleur van het blad word slecht, stengeltjes worden bruin en breken af.

Als je dan antwoorden zoekt krijg je al snel te horen dat je wellicht een CO2 probleem hebt. Dus wat ga je logischerwijs doen? Je gaat je CO2 opschroeven... Maar als de oorzaak een verkeerde gassen-aggitatie is dan ben je druk bezig met symptoombestrijding in plaats van de echte oorzaak aan te pakken.

Wat zijn de beluchtingsmethoden?
Het water wordt vooral belucht als het in aanraking komt met atmosferische lucht. Als we het water dus zoveel mogelijk willen beluchten, moeten we ervoor zorgen dat het zo veel mogelijk in contact komt met lucht. Dit kan vaak worden bereikt door de zogenaamde
1) pulsfiltratie (of nat-droog filter of druppelfilter),
2) het rimpelen van het wateroppervlak / oppervlakte-agitatie
3) een snellere watercirculatie. pompvolume of stromingspomp

Beluchting met een luchtsteen heeft [ondanks de wijdverbreide mythe] vrijwel geen effect op de CO2 ontgassing. Houd er rekening mee dat extreme beluchting van het water bijna alle toegevoegde kooldioxide kan ontgassen, dus moet de intensiteit en de methode van beluchting verstandig worden gekozen.

Zomerse temperaturen in je aquascape: zuurstoftekort?

Hogere temperaturen = een snellere assimilatie van planten (en alg) = meer verbruik van voedingsstoffen = snellere groei. Maar door een (te) hoge temperatuur wordt de aanmaak (carboxyleringssnelheid) van rubisco verlaagd. Dit geldt voor C3-planten. Maw de plant kan niet genoeg enzym aanmaken om de aanwezige CO2 op te nemen die uiteindelijk naar koolstof moet worden omgezet. Daarom krijg je met een vissenbestand wat hogere temperatuur nodig heeft (27>) erg lastig een mooi plantenbestand.

Als je een scape hebt die niet zo lekker loopt wat betreft plantengroei en/of alg dan veroorzaken deze hoge temperaturen meestal nog meer problemen. Als je een gezonde stabiele scape hebt maken die temperaturen van 30+ niet zoveel uit. Voor je vissen is dit meer schadelijk omdat ze koudbloedige zijn en die bij hogere temperaturen juist meer zuurstof nodig hebben.
Zolang je zorgt voor goede stroming en voldoende agitatie voor de gasuitwisseling van zuurstof aan de oppervlakte (equilibrium) zijn in de regel hoge temperaturen geen probleem. Zuurstof tekort komt in een aquascape nauwelijks voor.

Een aquascape heeft namelijk geen afgesloten lichtkap (tenminste; dat zou het niet moeten hebben), goede oppervlakte rimpeling (agitatie) voor een goede gassenuitwisseling (CO2 en O2) en weinig tot geen DOC (dissolved organic carbon) zodat bacteriën dit extra moeten afbreken en een gedeelte van de zuurstof hiervoor nodig hebben.
Een aquascape heeft in de regel veel planten en een open bodemstructuur wat de zuurstofgehalte alleen maar ten goede komt.

Zuurstoftekort is meer een probleem wat je ziet bij aquaria omdat deze hoofdzakelijk gebruik maken van afgesloten lichtbakken, slechte oppervlakte agitatie en in de regel gemiddeld genomen helaas toch een mindere kwaliteit plantengroei hebben.
En met een afgesloten lichtkap is er namelijk een veel slechtere gasuitwisseling waardoor het moeilijker word voor water om zuurstof op te nemen. Als er dan ook nog eens een kaamlaag aanwezig is dan is het meestal een bron van veel ellende voor zowel vis als plant.

Dan word er heel vaak een vergelijking gemaakt met de zomerse vissterfte in de natuur, maar dat is toch niet geheel hetzelfde. Tekorten van zuurstof, wat die massale vissterfte kan veroorzaken in de zomer, worden veroorzaakt door 5 aspecten:

- geen/ weinig stroming = slechte gasuitwisseling
- hoge/ oplopende temperaturen
- een te dikke laag bagger: hoge temp = hoge afbraaksnelheid van organische stoffen door bacteriën = hoog verbruik van zuurstof
- weinig tot geen waterplanten = die tijdens assimilatie zuurstof aan het water kunnen toevoegen
- overstort riolering na een zware regenbui = tijdelijke sterke afname zuurstofgehalte, veel organische afval en het ontstaan van ammoniak

Tot slot: door een (te) hoge temperatuur wordt de aanmaak (carboxyleringssnelheid) van rubisco verlaagd. Dit geldt voor C3-planten. Maw de plant kan niet genoeg enzym aanmaken om de aanwezige CO2 op te nemen die uiteindelijk naar koolstof moet worden omgezet. Daarom krijg je met een vissenbestand wat hogere temp nodig heeft (27>) erg lastig een mooi plantenbestand.

The Small Planted Tank