Het belang van gasuitwisseling

Het belang van gasuitwisseling bij het gebruik en afstellen van CO2.

Gasuitwisseling van zuurstof en CO2 vindt plaats op de grens tussen het water in het aquarium en de atmosfeer, waar de opgeloste gassen uit het water in het aquarium proberen evenwichtsniveaus te bereiken met de atmosfeer, en/of andersom. Dit noemen we 'equilibrium'.

Gasuitwisseling wordt beïnvloed door de hoeveelheid oppervlakte per volume.
Ondiepe bakken, zoals shallow bakken, hebben over het algemeen een betere gasuitwisseling dan hoge cubes. Hoe groter het wateroppervlak des te beter de gasuitwisseling is.
In grote bakken met veel bewoners kunnen diepere gebieden zuurstofarm zijn, terwijl de bovenste lagen beter van zuurstof worden voorzien. We kunnen dit veranderen door de uitstroming van het filter aan te passen, of zelfs kleine circulatiepompen te installeren die de oppervlaktelaag van het water mengen met de diepere lagen.
Zelfs bakken met normale afmetingen profiteren van een stromingspatroon dat oppervlaktewater uitwisselt met diepere lagen.

Laten we dit gegeven gaan combineren met de CO2 afstelling.
Stel je hebt een bak waarbij bijvoorbeeld de oppervlakte is afgesloten door een dikke kaamlaag. In dit scenario lost CO2 volledig op wanneer we het gaan injecteren, maar en kan er niets ontsnappen door de natuurlijke 'uitgassing'.
De CO2-niveaus zullen lineair toenemen, net zolang als we CO2 toevoegen, ongeacht of we een hoge of lage injectiesnelheid gebruiken. CO2 niveaus zullen dus altijd een bepaalde grens/ drempelwaarde bereiken die we nastreven. Hoe snel dit gebeurt, is slechts een kwestie van de injectiesnelheid van de CO2 toevoer.
Maar omdat de CO2 niet kan ontsnappen uit het water is de kans erg groot dat de CO2 gaan oplopen tot gevaarlijke waarden. Dat is niet alleen van toepassing op de bewoners van je bak zoals de vissen; ook planten gaan hinder ondervinden in hun fotosynthese als de grens van ongeveer 40ppm is bereikt.

Normaal gesproken worden al onze bakken blootgesteld aan de atmosferische druk en er vindt daarmee gasuitwisseling plaats. Dit betekend dat de hoeveel CO2 steeds minder snel zal gaan stijgen naarmate het water steeds meer verzadigd raakt met de toegevoegde CO2. Stopt de CO2 toevoer dan verdwijnt de CO2 via de oppervlakte naar de atmosfeer. Als er tenminste een schoon oppervlakte aanwezig is in je bak.

Als we continue CO2 blijven injecteren, zal het CO2-niveau een bepaald piekevenwicht bereiken waarbij de hoeveelheid CO2-injectie gelijk is aan de hoeveelheid die uit het water ontsnapt. Het nadeel als we CO2 met een hoge snelheid injecteren, is dat het gevaar voor CO2 vergiftiging voor de vissen snel word bereikt. Want naarmate het water steeds verzadigder raakt met CO2 des te langzamer deze uit het water diffundeert.
Dus we stellen de CO2-innamesnelheid naar beneden bij en we blijven de CO2 toevoegen totdat het evenwichtsniveau onder de gevarenzone ligt,maar hoog genoeg is om impact te hebben op de plantengroei.

Het probleem voor veel bakken is echter dat het bereiken van een hoog evenwichtsniveau lang kan duren, afhankelijk van de grootte van je bak. Sommige bakken kan dit wel eens oplopen tot 4 uur en meer. Veel hobbyisten beweren dan ook vaak dat hun dropchecker alleen groen of geel wordt in het midden of aan het einde van de dag. Dat betekend dus in de praktijk dat de injectiesnelheid te laag is geweest en de planten niet de hoeveelheid CO2 hadden tijdens de aanvang van hun assimilatieproces. Dus willen we eigenlijk sneller op dat evenwichtsniveau komen en de enige manier is om de injectiesnelheid te verhogen. Maar hoe doen we dat zonder onze bewoners te vergassen?

De oplossing is om de gasuitwisseling te verhogen, wat daarmee de snelheid verhoogt waarmee CO2 wordt uitgegast.
Dit resulteert in een CO2-accumulatiecurve die steil afneemt naarmate de CO2-verzadiging hogere niveaus bereikt.

Hoe meer gasuitwisseling, hoe sneller de CO2 verdwijnt uit je bak naar de atmosfeer. Gelukkig hebben we te maken, door onze hoge injectiesnelheid, met een bepaalde verzadiging van CO2 in het water. Naarmate de hoeveelheid CO2 die in het water is opgelost toeneemt, stelt dit een plafond aan de maximale hoeveelheid CO2 die in het water kan oplossen om het optimale CO2-niveau in een bak te bereiken.
Dus we hebben een werkwijze waarmee we een hogere injectiesnelheid en hogere gasuitwisseling hebben, wat leidt tot een snellere verzadigingssnelheid. Het neemt echter af vanwege de verhoogde gasuitwisseling. Een groot nadeel is de verspilling van veel CO2.
Een groot voordeel is de erg stabiele CO2 gedurende de gehele dag.

De voordelen van een goede gasuitwisseling/ oppervlakterrimpeling kort samengevat:

Hoe sneller de injectie van de CO2 hoe sneller de bak verzadigd gaat worden met CO2.
Hoe meer het water is verrijkt met CO2 hoe minder snel de CO2 uit het water ontsnapt
De aanvoer van CO2 moet gelijk zijn aan de hoeveelheid CO2 die uit het water ontsnapt.
Een verhoogde gasuitwisseling zorgt voor relatief veel verspilling van CO2, maar zorgt voor zeer stabiele CO2
CO2 afstellen is een complex gebeuren en gaan wellicht een paar dagen overheen voordat het optimaal is afgesteld.

The Small Planted Tank