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Ramsch, B. & Sellner, B.R. 2000: Die Calciumversorgung im Meerwasseraquarium. Koralle 1 (4): 62-65.

Die Calciumversorgung im Meerwasseraquarium

von Burkhard Ramsch und Beate R. Sellner, Diplom-Biologen der Firma AquaCare


gesintertes Calciumcarbonat-Granulat



Wo wird Calcium gebraucht
Wieviel Calcium wird benötigt?
Methoden zur Calciumversorgung

- Kalkwassermethode
- Hydrogencarbonat-Calcium-Methode
- Kalkreaktor-Methode
Literaturverzeichnis


Wo wird Calcium gebraucht?

Jeder Organismus benötigt Calcium für unterschiedliche Aufgaben. Calcium ist neben Kalium, Natrium, Magnesium und Chlorid eines der universellen Reaktionsionen in tierischen Lebewesen.

Diese Aufzählung (Eckert 1986) macht deutlich, dass Calcium ein unverzichtbares Ion im tierischen Metabolismus ist. Aber auch in Pflanzen ist Calcium unverzichtbar bei der Aktivierung einiger Enzyme (Kindl 1975). Die Rolle des Calciums ist im Pflanzenreich jedoch wesentlich weniger erforscht, als im Tierreich.

Eine wichtige Aufgabe des Calciums, die der Meerwasseraquarianer sehr genau kennt, ist die Funktion als Grundbaustoff für die Kalkskelette vieler mariner Tiere. Nicht nur Steinkorallen benötigen für ihr Skelett Calcium, sondern auch Weich- und Lederkorallen, Muschel, Röhrenwürmer und viele andere. 

In Korallen wird Calcium als Calciumcarbonat in das Skelett eingebaut, und zwar in der schwerer löslichen Aragonitform (eine faserige, kristalline Form). Das leichter lösliche Calcit wird nicht in Korallen eingebaut. In vielen Algen wird ebenfalls das Aragonit gebildet oder eine leichter lösliche Form des Kalkspats mit hohem Magnesiumanteil. (Goreau et al. 1991)

Das Kalkskelett wird außerhalb der Korallenpolypenzelle gebildet und lässt sich zurückführen auf die Kalkfällung: Wenn in einer Lösung Calciumionen und Hydrogencarbonationen („Karbonathärte“) vorliegen und der pH-Wert sich ins Alkalische verschiebt, wird ein Teil des Hydrogencarbonats in Carbonat umgewandelt. Carbonat ist aber nicht besonders gut löslich und bei Überschreiten des Löslichkeitsproduktes muss ein Teil des Carbonats aus der Lösung verschwinden und setzt sich zusammen mit Calcium als Kalk ab. Der Korallenpolyp kann diesen Vorgang beschleunigen, indem er schnell Hydrogencarbonat durch das Enzym Carboanhydrase bildet und andererseits den pH-Wert an der Kalkbildungsstelle hoch hält. Wie schnell nun das Kalkskelett wächst, hängt von einer Reihe von Faktoren ab: sind symbiontische Algen (Zooxanthellen) vorhanden oder nicht, Lichtstärke und -dauer, Lichtspektrum, Temperatur, Calcium- und Hydrogencarbonatkonzentration (Kohlendioxidkonzentration), pH-Wert, Nitrat, Phosphat, Strömungsverhältnisse, Spurenelement- und Strontiumversorgung, allgemeine Konstitution und Stresszustand des Tieres und natürlich spielt die Korallenart eine wichtige Rolle.


Wie viel Calcium wird im Meeresaquarium benötigt?

Bei den ersten Versuchen, Meerestiere in Gefangenschaft zu halten, spielte die Calciumversorgung keine Rolle. Zumeist wurden nur Fische gepflegt und evtl. einige wenige robuste Wirbellose, die nur sehr wenig Calcium brauchten. Die zumeist sporadischen Wasserwechsel reichten vollkommen aus, um den geringen Calciumverbrauch zu kompensieren. 

Mit dem Einsatz von geeigneter Filtertechnik und vor allem Beleuchtungs- und Wasserströmungstechnik änderte sich der Calciumverbrauch drastisch. Nun war es möglich Weichkorallen und einige robuste Steinkorallen im Aquarium zu halten und zu vermehren. Weichkorallen und langsamwachsende Steinkorallen brauchen schon erheblich mehr Calcium als die erste Generation Niederer Tiere. Es musste ein Weg gefunden werden, Calcium zusätzlich in das Aquarium zu bringen, denn ein Wasserwechsel reichte selbst bei hartem Trinkwasser nicht mehr aus.

Heute stehen wir in reinen Steinkorallenaquarium mit enormer Lichtleistung und damit hoher Produktivität vor großen Problemen. So ist es möglich, dass der Calciumwert von ca. 400 mg/l innerhalb eines Tages auf 300 mg/l und darunter fallen kann, wenn die zusätzliche Calciumversorgung ausfällt. Gleichzeitig wird auch Hydrogencarbonat („Karbonathärte“) gebraucht, so dass auch dieser Parameter reguliert werden muss. Um die Calciumkonzentration gleichmäßig auf ca. 400 mg/l zu halten, kommt der Aquarianer nicht umhin, eine oder mehrere der unten aufgeführten Methoden anzuwenden.

Der Einbau von Calcium (und Karbonatpuffer) kann von fast null bis zur in natürlichen Ökosystemen gemessenen Größenordnungen von 30 kg CaCO3/m² und Jahr (Kastler 1999) reichen. Die von uns bis jetzt abgeschätzte maximale Calciumverbrauchsrate in Aquarien liegt bei ca. 19 kg CaCO3/m² • a (Ramsch & Sellner 2000). 

Faktoren, die den Calciumverbrauch ansteigen lassen:


Methoden zur Calciumversorgung für das Meerwasseraquarium

Die Kalkwassermethode



Die älteste Methode, Calcium in das Aquariumwasser zu bringen, ist die Kalkwassermethode oder Calciumhydroxidmethode. Dazu wird in einem Gefäß (z.B. Kanister) 1 Esslöffel Calciumhydroxid mit ca. 10 Litern weichem Wasser (am besten Umkehrosmosewasser) aufgefüllt und gut geschüttelt. Nach ca. einer Stunde haben sich die nicht aufgelösten Reste auf dem Boden abgesetzt und der klare Überstand kann für das Meerwasseraquarium verwendet werden. 

Da der pH-Wert von frisch angesetztem Kalkwasser bei ca. 12,5 liegt, also stark ätzend ist, muss bei dem Umgang mit dieser Chemikalie aufgepasst werden. Sollte Kalkwasser auf die Haut gelangen, sollte mit viel klarem Wasser gespült werden. Bei Kontakt mit den Augen muss unbedingt mit klarem Wasser gründlich gespült und anschließend ein Arzt aufgesucht werden. Wegen des hohen pH-Wertes muss ebenfalls bei der Zugabe des frischen Kalkwassers in das Aquarium aufgepasst werden: am besten nur tropfenweise das Calciumhydroxidwasser in das Filterbecken oder Aquarium geben. Bei zu schneller Zugabe steigt ansonsten der pH-Wert des Aquariumwassers zu stark an. 

Es kann bei fast allen Aquarien das gesamte verdunstete Wasser mit Kalkwasser wieder aufgefüllt werden. Nur bei den sehr wenigen Aquarien, die von sich aus schon einen hohen pH-Wert (über 8,4-8,5) haben, sollte mit der Kalkwassermethode sparsam umgegangen werden. Besonders einfach ist die Kalkwassermethode anzuwenden, wenn das verdunstete Wasser mit einer Niveaukontrolle nachgefüllt wird, so dass das Nachfüllwasser durch einen Kalkwassermischer geleitet werden kann. Die Kalkwassermethode ist sowohl bei sehr kleinen als auch bei riesigen Aquariensystemen sehr gut anzuwenden.

Ein zusätzlicher Nutzen des Kalkwassers ist die Phosphatfällung. An der Eintropfstelle des Kalkwassers kann sich ein Teil des Calciums aufgrund des hohen pH-Wertes spontan mit Phosphat verbinden. Die gebildete Verbindung ist unter normalen Aquarienbedingungen nicht mehr löslich und landet letztendlich als Sediment im Sedimentfilter oder in einer Schnellfilterpatrone. 

Die Karbonathärte wird durch die Kalkwassermethode fast nicht beeinflusst. Nur ein leicht erhöhter Kohlendioxideintrag aus der Luft durch die Wasseroberfläche bzw. durch einen Abschäumer findet aufgrund des leicht erhöhten pH-Wertes statt. Für extrem produktive Steinkorallenaquarien sollte zusätzlich zur Kalkwassermethode eine weitere der folgenden Methoden angewendet werden.


Hydrogencarbonat-Calcium-Methode



Bei dieser Methode werden Calcium und Karbonatpuffer als Salze dem Meerwasser zugegeben. Das wohl meist eingesetzte Calciumsalz ist das Calciumchlorid - ob nun einzeln oder in Kombinationen mit anderen Salzen („Aufhärtsalze“, „Mineralsalze"). Meist wird das Calciumchlorid parallel mit Natriumhydrogencarbonat eingesetzt, so dass beide Komponenten für das Kalkskelett der Tiere zur Verfügung stehen. Zu beachten ist bei dieser Methode, dass beide Salze getrennt in das Becken zugegeben werden und das bei Kombinationspräparaten auf eine sehr gute Durchmischung geachtet wird. Andernfalls bildet sich aus den beiden Salzen das wasserunlösliche Calciumcarbonat (Kalk). 

Da bei dieser Methode auch andere Salze mit in das Aquariumwasser eingebracht werden, muss darauf geachtet werden, dass ein regelmäßiger guter Wasserwechsel durchgeführt wird. Ansonsten können sich bestimmte Salze anreichern und die Zusammensetzung des Meerwassers gefährlich ändern. Bei den meisten Aquarianern hat sich jedoch ein regelmäßiger Teilwasserwechsel durchgesetzt, so dass dieses Problem nicht besteht.

Aufgrund der hohen Kosten für die Salze bzw. Lösungen, kann die Methode nur für kleine Aquarien mit niedrigem Bedarf empfohlen werden. Es ist darauf zu achten, dass die eingesetzten Salze von guter Qualität sind, d.h. einen Aufdruck „reinst“, „nahrungsmittelrein“, „pro analysis“ oder „nach DAB“ aufweisen. Die erhebliche billigerer Qualität „technisch“ ist abzulehnen; diese Salze sehen meist auch nicht schneeweiß aus. Flüssige Präparate sollten zumindest eine Angabe über die Konzentration aufweisen, wie z.B. „Härteliter“, „Gramm Calcium pro Liter“. Der Aufdruck „Reicht für X Liter“ gibt keine Auskunft über die eigentliche Menge in der Lösung. 

In einigen Aquarien wird entweder mehr Calcium oder mehr Karbonathärte als normal verbraucht. Bei einer solchen Konstellation ist die getrennte Zugabe von Calciumsalz (oder -lösung) und Karbonathärtesalz (oder -lösung) vorteilhaft, da dem unterschiedlichen Verbrauch Rechnung getragen werden kann. Ein Kalkreaktor (siehe unten) kann beide Komponenten nur in einem 1:1-Verhältnis produzieren.

Als Anmerkung müssen wir unbedingt darauf hinweisen, dass den Calciumtests nur bedingt getraut werden kann. Sollten Sie einmal zu geringe Calciumwerte messen, die Tiere sich jedoch in einem optisch guten Zustand befinden (gutes Wachstum, stark gefärbte Wachstumsspitzen, geöffnete Polypen), überprüfen Sie erst einmal mit einem anderen Test, ehe Sie schlagartig versuchen, den Calciumwert zu erhöhen. 

Kalkreaktor-Methode



Ein Kalkreaktor besteht grundsätzlich aus einem geschlossenen Gefäß mit kalkhaltigem Material. Um das Kalkmaterial aufzulösen, wird Kohlensäure in das System gebracht. Langsam löst sich der Kalk zu Calcium und Hydrogencarbonat - genau in dem Verhältnis, wie es die kalkbedürftigen Tiere benötigen. Der Nachteil der Methode liegt in dem sauren Wasser, das zwangsläufig durch die Kohlendioxidzugabe produziert wird. Wird der Reaktor mit zu viel Wasserzulauf betrieben, kann der pH-Wert im Aquarium abfallen. Die Folge sind in den meisten Aquarien Grünalgenplagen und zum Teil auch ein vermehrtes Schmieralgenaufkommen. Weiterentwickelte Modelle reduzieren den Kohlendioxideintrag / Säureeintrag ins Aquarium mit Neutralisierungsstufen, bei den entweder das Wasser durch große mit sehr gut löslichem Kalk gefüllte Säulen fließt oder bei denen Luft das zu viele CO2 aus dem Wasser strippt. Bei allen Modellen muss sehr gut auf das Verhältnis der produzierten Calcium- und Karbonathärtekonzentration zum auslaufenden pH-Wert geachtet werden. Wird zu stark der pH-Wert wieder angehoben, fällt der frisch produzierte Gelöstkalk (Calcium und Karbonat) wieder als Kalk aus. Nachträglich eingebaute Neutralisierungsstufen müssen deshalb sorgfältig angepasst werden. 

Ebenfalls muss auf das eingesetzte Kalkmaterial acht gegeben werden. Korallenbruch, der von vielen Aquarianern eingesetzt wird, kann - je nach Herkunft - hohe Mengen an Phosphat freisetzen. Aber selbst der beste Korallenbruch enthält immer Phosphat, weil während des Aufbaus des Korallenskelettes immer ein Teil organisches Gewebe im Skelett eingeschlossen und während des Löseprozesses im Kalkreaktor und anschließender Bakterienzersetzung Phosphat freigesetzt wird. Auch können nur wenige Spurenelemente, die zweifelsohne im Korallenbruch enthalten sind, wieder im Kalkreaktor freigesetzt werden. Die Freisetzung ist jedoch nicht kontrollierbar und verläuft nicht parallel zur Gelöstkalkproduktion. Die bessere Alternative sind hochreine Kalke und eine regelmäßige Dosierung von Spurenelementen. Die Löslichkeit der verschiedenen Materialien variiert stark, so dass verschiedene Materialien ausprobiert werden sollten.

Die Leistung des Reaktors sollte von Zeit zu Zeit überprüft werden. Denn einige Modell bzw. Kalkmaterialien neigen dazu, im Anfang eine hohe Leistung zu haben, dann jedoch enorm abzufallen. Um den Reaktor zu überprüfen sollte immer die gleiche Zulaufmenge eingestellt sein. Auch der pH-Wert im Reaktor bzw. die CO2-Blasenzahl sollte konstant sein. Nehmen Sie eine Probe des Ablaufwasser und messen Calcium oder besser die Karbonathärte. Sollte die Probe trüb sein, lassen Sie sie für ca. eine Stunde stehen. Messen Sie dann die Werte vom klaren Überstand. Die gemessene Härtezahl bzw. Calciumkonzentration muss anschließend mit der Wasserzulaufmenge multipliziert werden, um einen mit anderen Reaktoren bzw. Materialien vergleichbaren Wert in Härteliter pro Stunde oder Tag (°dH • l/h, bzw. °dH • l/d) zu bekommen. Die reine Härtezahl oder Calciumkonzentration hat keine Aussagekraft. 

Der Aquarianer sollte sich immer bewusst sein, dass ein falsch betriebener Kalkreaktor große Schäden bis zum Totalverlust der Tiere verursachen kann. Eine Absicherung mit einem pH-Steuergerät, dessen Messkette sich im Aquarium befinden sollte, ist deshalb anzuraten. Der pH-Controller sollte auf z.B. 7,9 eingestellt sein. Sobald der pH-Wert im Aquarium unter diesen eingestellten Wert fällt, muss die CO2-Versorgung des Kalkreaktors abgeschaltete werden. Auch eine regelmäßige Kontrolle von Calcium um Karbonathärte ist unabdingbar. Es gibt Kalkreaktormodelle, die so leistungsstark sind, dass sie nur wenige Stunden am Tage laufen dürfen. Calciumwerte über 500 mg/l und Karbonathärten von über 15°dKH im Meerwasseraquarium sollten unbedingt vermieden werden.

 

Literatur

Eckert, R. 1986: Tierphysiologie. Stuttgart, New York: Thieme.

Goreau, T.F., Goreau, N.I. & Goreau, T.J 1991 : Korallen und Korallenriffe. In Biologie der Meere. Heidelberg: Spektrum Akad. Verl.

Kastler, T. 1999: Seegrasökosysteme – Bedeutung und Bedrohung eines vielfältigen marinen Lebensraumtyps. 5. Int. Meerwassersymposium, Bochum.

Kindl, H. 1975: Biochemie der Pflanzen - ein Lehrbuch. 2. Aufl. Berlin, Heidelberg, New York, London, Paris, Tokyo: Springer.

Mehlhorn, H. & Ruthmann, A. 1992: Allgemeine Protozoologie. Jena, Stuttgart: Gustav Fischer.

Ramsch, B. & Sellner, B.R. 2000: Calcium- und Karbonathärteversorgung in einem großen Hobby-Meerwasseraquarium. DAS AQUARIUM 1: 39-43; 2: 39-45.

Kategorie: Chemie/Physik