Gassen in het water

Als aquariaan weten we wel dat er in water van alles oplost. Nitraat, fosfaat, calcium, enorme hoeveelheiden zouten in zeewater, enzovoorts. En water lost niet alleen vaste stoffen op. Nee ook gassen als zuurstof, stikstof en kooldioxide worden prima in het water opgenomen. Aan het oplossen van die gassen in het water wijden we deze pagina.

Allereerst kijken we naar de atmosfeer. In die atmosfeer zijn een groot aantal gassen aanwezig. De belangrijkste zijn:

• Stikstof (N2, 78%)
• Zuurstof (O2, 21%)
• Argon ( Ar, 0,93%)
• Kooldioxide (CO2, 0,035%)

Als nu die gassen oplossen in water dan zien we dat de verhoudingen toch anders komen te liggen.

• Stikstof (N2, 60%)
• Zuurstof (O2, 36%)
• Argon ( Ar, 2%)
• Kooldioxide (CO2, 2%)

We zien dat het aandeel van stikstof in het water terugloopt. Daaruit kunnen we opmaken dat stikstofgas nogal slecht in water oplost.

Van die slechte oplosbaarheid van stikstof maken zuurstof, argon en kooldioxide handig gebruik door hun aandeel te vergroten. Vooral het aandeel kooldioxide neemt hierbij toe van 0,035% naar 2%. Kooldioxide lost dan ook erg goed op in water, nog beter dan zuurstof. In het schema hieronder is dat grafisch weergegeven

Als we water supergoed beluchten dan komt het water in evenwicht met de atmosfeer en krijgen we de gassen opgelost in het water volgens het rechter figuur. Hebben we een atmosfeer die afwijkt van onze normale atmosfeer dan krijgen we ook afwijkende evenwichten in het water. Meer CO2 in de atmosfeer betekent ook meer CO2 in het water. Minder zuurstof in de atmosfeer geeft minder zuurstof in het water. De atmosfeer beinvloed dus de samenstelling van de gassen in het water.

Andersom werkt het ook. Hebben we veel CO2 in het water dan zal die vanuit het water naar de atmosfeer ontwijken. Is er door de assimilatie van de planten veel zuurstof in het water, ook dan zal het naar de atmosfeer ontwijken.

Als een gas in de atmosfeer in evenwicht is met het water dan noemen we de concentratie van het gas in het water verzadigd. Is er meer van dat gas in het water dan is het water oververzadigd. Is er minder aanwezig dan het gasevenwicht dan is het water onderverzadigd.

Hoeveel van een gas oplost in water is afhankelijk van de onderstaande faktoren:

• Gasdruk, hoe hoger de druk van de atmosfeer des te meer gas zal ook in het water oplossen
• Temperatuur, hoe hoger de temperatuur des te eerder zullen gassen ontwijken naar de atmosfeer. Dus hogere temperatuur geeft slechtere oplosbaarheid.
• Oplosbaarheid van een gas in het water. Goed voor bijv. kooldioxide. Slecht voor stikstof.

Met de onderstaande calculator kun je voor verschillende gassen bij verschillende temperaturen en drukken kijken hoeveel mg/ltr er bij gasevenwicht (verzadiging = 100%) in de atmosfeer aanwezig is. Ook het effect van oververzadiging en onderverzadiging is te zien.

O2 N2 Ar CO2 luchtdruk mbar       Temperatuur ‘C       Verzadiging %

Table of Contents

Toggle

Oververzadiging en onderverzadiging

Zuurstof

Te weinig zuurstof is voor onze vissen niet goed. minder dan 2 mg/ltr aan zuurstof wordt maar door weinig vissen continue verdragen. Een zuurstofgehalte van zo’n minimaal 5 mg/ltr is een nette waarde. 4 mg/ltr is al wel een kritische grens. Dan zitten we op verzadigingswaarden van ca. 50-60%.

Als lage verzadigingswaarden voor zuurstof niet goed zijn….dan zullen hogere waarden dan 100% wel erg goed zijn!

Niet dus!

Zuurstofoververzadiging van meer dan 140-150% kan al problemen voor vissen opleveren. De vissen krijgen namelijk zoveel zuurstof binnen dat ze daardoor langzamer gaan ademen. Door de lage ademhalingsfrequentie wordt echter de CO2 ook slechter afgevoerd en zal het CO2 gehalte in het bloed van de vis toenemen, en de pH lager worden. Da’s ook weer niet al te bevorderlijk voor het welzijn van de vissen. Sterke oververzadiging moet dan ook vermeden worden.

[blockquote class=”style2″]

Over CO2 en O2 en bloed

Diegenen die niet van scheikundige dingen houden, die kunnen dit stuk best overslaan. Je mist niks…..alhoewel.

In de cellen van onze vissen wordt voedsel (glucose bijv.) verbrand en daarbij is zuurstof (O2) nodig en komt kooldioxide (CO2) vrij. Het CO2 moet dan via het bloed naar het water afgevoerd worden. De zuurstof toegevoerd.

Van het door de cellen geproduceerde CO2 lost ca. 5% op in de bloedbaan en blijft dus CO2, de rest wordt in de rode bloedlichaampjes omgezet naar HCO3-. Da’s op het schema hieronder weergegeven. Het enzym carboanhydrase bevordert hierbij een snelle omzetting naar HCO3-. We zien dat er H+ bij die reactie vrijkomt. De pH daalt dus.

Nu zit in zo’n rood bloedlichaampje het eiwit Hemoglobine en dit heeft de eigenschap onder hoge pH en zuurstofrijke omstandigheden (zoals bij de kieuwen) zuurstof te binden en bij een lage pH en lage zuurstofdrukken die zuurstof weer af te geven. We hebben bij de organen en andere weefsels een lage zuurstofdruk en lage pH, dus wordt aan de Hemoglobine gekoppelde zuurstof (HbO2) afgegeven. Da’s handig want juist die weefsels hebben de zuurstof nodig om het voedsel te kunnen verbranden. Het hemoglobine neemt de H+ op en vormt HbH

Het rode bloedlichaampje stroomt verder naar de kieuwen en daar vinden de reacties plaats zoals onderin de ellips is weergegeven.

Hier is de pH relatief hoog en het bloed is er zuurstofrijk. Het hemoglobine heeft een hoge affiniteit met zuurstof. Het HbH stoot daardoor de H af en neemt zuurstof op. We krijgen dus HBO2 en er komt H+ vrij. Het HCO3- wordt dan omgezet naar water en CO2. Dit CO2 komt weer in het bloed terecht bij de kieuwen en diffundeerd via de zeer dunne kieuwwanden naar het aquariumwater.

In het bloed van een vis zit dus een bepaalde hoeveelheid CO2 opgelost. Om die CO2 aan het water kwijt te raken moet de gasdruk van het CO2 in het bloed bij de kieuwen hoger zijn dan de gasdruk van het CO2 in het water. Immers gas wil alleen van een hoge naar een lage druk, en niet andersom.

[/blockquote]

Kooldioxide

Voor zuurstof konden we lezen dat het zuurstofgehalte in het water niet te hoog en ook niet te laag moest zijn. Voor kooldioxide, CO2 kunnen we hetzelfde zeggen.

Waarom is een hoge CO2 waarde eigenlijk niet wenselijk voor onze vissen?

Nou daarvoor kun je misschien eerst eens het verhaal hiernaast over de opname van CO2 en O2 in het bloed doorlezen, te ingewikkeld die chemie-vergelijkingen? lees dan maar door. Zonder gaat het ook wel.

Het Bohr effect

Zuurstof wordt vanuit de kieuwen naar de diverse organen en spieren gebracht via de in het bloed aanwezige rode bloedlichaampjes. De zuurstof bindt zich bij de kieuwen aan de in de rode bloedlichaampjes aanwezige hemoglobine. Er zijn verschillende soorten hemoglobine, dat verschilt per dier. En veel vissen hebben zelfs meer dan één soort hemoglobine.

Bij de organen en spieren wordt de aan het hemoglobine gekoppelde zuurstof weer afgegeven. Nu is het zo dat hoe lager de pH van het bloed is des te meer zuurstof wordt er afgegeven. Dat effect van de pH op de zuurstofafgifte wordt ook wel het Bohr effect genoemd. In het schema hierboven is dat effect grafisch weergegeven.

In de kieuwen is het bloed erg zuurstofrijk en hebben we een hoge zuurstofdruk in het blauwe gebied (ca. 95 mm Hg, in het voorbeeld) De hemoglobine is dan ca. 98% verzadigd. Zoals in de grafiek goed is te zien maakt het daarbij niet veel uit of we nu een hoge of lage pH in het bloed hebben.

Als de vis in rust is dan komt er weinig CO2 vrij. De pH van het bloed is relatief hoog. Bij de organen en weefsels komt de zuurstof vrij, de zuurstofdruk is er wat lager (35 mm Hg in het voorbeeld). We zien dan dat bij een pH van 7,6 de verzadiging ca. 82% bedraagt. Het hemoglobine heeft dan 98-82= 16% van z’n gebonden zuurstof afgegeven.

Trekt een vis rustig z’n baantjes dan wordt er wat meer CO2 geproduceerd en de bloed-pH daalt naar bijvoorbeeld 7,4. We zien dan dat bij gelijke zuurstofdruk de verzadiging ter plekke daalt naar ca. 62%. Het hemoglobine heeft dan 98-62=36% van z’n gebonden zuurstof afgegeven.

Zwemt een vis echt snel dan wordt er veel CO2 geproduceerd en de bloed-pH daalt naar 7,2. Dat betekent een verzadiging van nog maar 35% en er wordt 63% van de aan hemoglobine gekoppelde zuurstof afgegeven.

Door het Bohr effect wordt dus automatisch de zuurstoflevering afgestemd op de vraag. Een vis gaat meer CO2 produceren bij grotere belasting. De pH daalt, en door het Bohr effect wordt meer zuurstof afgegeven. Bij lage belasting is eigenlijk de zuurstofdruk (pO2 op de horizontale as) ook nog wat hoger dan bij een hoge belasting, daarmee is in dit voorbeeld nog geen rekening gehouden. Dat doen we straks bij het Root effect wel. Nu is die zuurstofdruk even constant op 35 mm Hg gehouden.

In de kieuwen zitten zuurstofreceptoren. Daalt de hoeveelheid zuurstof in het bloed in het blauwe gebied dan wordt de ademhalings frequentie verhoogt en wordt dieper ademgehaald om toch voldoende zuurstof binnen te krijgen. Verder wordt de hartslag trager waardoor het bloed in de kieuwen meer tijd heeft om zuurstof op te nemen. Door de tragere hartslag zal de vis ook langzamer gaan bewegen. De vis krijgt een lager metabolisme om maar eens een mooi woord te gebruiken.

Wat gebeurd er nu als we extra CO2 in het aquariumwater stoppen. Dan wordt ook het CO2 gehalte in het bloed hoger. en de pH van het bloed daalt. Stel de pH van een rustig zwemmende vis was 7,4 en door de extra CO2 in het water zakt de pH naar 7,2. Dat zou betekenen dat de zuurstofafgifte eigenlijk zou toenemen van 16% naar 36%. Maar ja, de vis is rustig aan ’t zwemmen en wat moet ie met zoveel zuurstof? we zien dan ook de zuurstofdruk in het bloed bij de organen en weefsels oplopen tot zich weer een evenwicht heeft ingesteld tussen vraag en aanbod van zuurstof. In dit geval zal de zuurstofdruk dus oplopen van 35 mm Hg naar ca. 48 mm Hg. (Horizontale lijn van 62% doortrekken tot de pH=7,2 lijn, recht naar beneden vinden we dan 48 mm Hg).

Uit de gafiek zien we ook dat hoe steiler het middengebied van de verzadigingscurve in de rode zone verloopt des sneller wordt het hemoglobine ontladen, en des te meer zuurstof kan het bloed transporteren. Snel zwemmende vissen hebben dus meestal ook een steilere verzadigingscurve (lees, andere Hemoglobine varianten) dan trage en rustige vissen.

Root effect

Het Root effect is vergelijkbaar met het Bohr effect. Maar we zien dat de verzadigingscurve toch wat anders loopt. In het blauwe gebied zien we dat het nu wel degelijk uitmaakt of de zuurstof bij de kieuwen wordt opgenomen bij een lage of een hoge pH. Kwamen in het vorige voorbeeld de verzadigingscurves in het blauwe gebied bij elkaar. Nu lopen ze daar ver uit elkaar. Het CO2 gehalte van het aquariumwater speelt dus een grote rol bij het Root effect!

We gaan nu eens kijken wat er zich afspeelt. Eerst bij een lage belasting. pH=7,6 (de rode lijn)

We zien dat bij een zuurstofdruk van ca. 98 mm Hg de hemoglobine voor ca. 98% verzadigd is.

In de weefsels is relatief weinig afname van zuurstof en we hebben in het rode gebied een relatief hoge zuurstofdruk van 45 mm Hg. Dat betekent dat het hemoglobine zuurstof afgeeft tot het een verzadigingsgrens van 78% heeft bereikt. Het hemoglobine heeft dan 98-78 = 20% van z’n zuurstof afgegeven. Er is nog weinig verschil met de 16% afgifte van de vorige situatie.

Bij een hogere belasting (blauwe curve) daalt de pH naar bijv. 7,4. Door het Root effect zal de extra CO2 de opname van zuurstof beperken tot een verzadigingsgraad van ca. 84%. Door de hogere belasting daalt ook de zuurstofdruk in de bloedvaten bij de afnemers naar ca. 38 mm Hg. De verzadigingsgrens ligt daar op 52%. Het hemoglobine heeft dan 84-52=32% van z’n zuurstof afgegeven.

Bij hoge belasting bedraagt de verzadigingsgraad bij de kieuwen 72% en 22% bij de afnemers. Het hemoglobine heeft dan 50% van z’n zuurstof afgegeven. Da’s al een aardig stuk minder dan de 63% van het vorige voorbeeld. En we hebben ook nog eens een lagere verzadigingsgraad bij de organen en weefsels namelijk 22% in plaats van de 35% in het vorige voorbeeld.

We zien nu ook duidelijk dat meer CO2 in het aquarium duidelijk een verminderde opname van zuurstof geeft door het hemoglobine in de rode bloedlichaampjes. Je kunt het effect vergelijken met het continue leven op grote hoogte.

Hoe groter de verticale verschillen in de verzadigingscurves in het blauwe gebied, des te groter het Root effect. Sommige vissen hebben hemoglobines die een groot Root effect hebben. Die vissen zijn dan ook gevoeliger voor hoge CO2 waarden dan vissen die hemoglobine hebben met een klein Root effect.

Maar ja, weten wij welke vissen een groot Root effect hebben en welke niet? Helaas dus niet. Een reden om voor het welzijn van de vissen geen al te hoge CO2 waarden te hanteren.

Voorbeelden van vissen die gevoelig zijn voor hoge CO2 gehaltes zijn vooral forellen, maar ook bijvoorbeeld onze australische regenboogvissen. Een plantenbak met regenbogen en dikke CO2 erop is dus eigenlijk uit den boze en verdient eigenlijk strafpunten op een NBAT keuring. Gelukkig voor velen wordt hier (nog) geen rekening mee gehouden.

Haldane effect

Het zuurstofrijke hemoglobine (Oxyhemoglobine, HbO2) in de rode bloedlichaampjes wordt van de kieuwen naar de organen en spieren in de vis gebracht. Daar geeft het de zuurstof af en wordt Hb (Desoxyhemoglobine).

Hoe meer zuurstof door het hemoglobine wordt afgegeven des te beter wordt kooldioxide afkomstig van de organen en spieren opgenomen.Dat effect wordt het Haldane effect genoemd.

Het wordt veroorzaakt doordat HbO2 een beetje als een zuur werkt, Hb doet dat niet.

Is er veel HbO2 dan werkt dat als een zuur en is de pH laag. Relatief veel kooldioxide blijft als CO2 aanwezig. Is er veel Hb dan is de pH wat hoger en is er daardoor meer CO2in de vorm van H+ en HCO3- aanwezig. HCO3- wordt prima door de rode bloedlichaampjes opgenomen. CO2 minder en dus zal bij een hoge pH (lees weinig HbO2) de overtollige CO2 sneller afgevoerd worden.

Het Haldane effect heeft zo grote invloed op het transport van CO2.

Een karper heeft Hemoglobines met een groot Haldane effect en is mede daardoor beter bestand tegen hogere CO2 gehaltes dan Forel met een klein Haldane effect.

De grafiek hieronder geeft het verschil weer in Haldane effekt tussen karper (links) en forel (rechts). Het verticale verschil (Zh) tussen geladen en ongeladen Hemoglobine geeft het Haldane effect weer. Hoe groter het verschil, des te groter het Haldane effect.

 

De onderste lijn is dan de lijn van zuurstofrijk hemoglobine. Immers HbO2 kan minder goed H+ opnemen dan Hb.

We zien dat het verticale verschil bij een karper groter is dan bij een forel. Ook is bij beide vissen goed te zien dat het effect pH afhankelijk is. Bij een karper is het effect het grootste rond de pH=6,6 Dat is echter een pH waarde die bij een levende karper direct tot de dood zou leiden. Bij het onderzoek is echter het Haldane effect buiten de vis bepaalt door titratie met zuren (pos. waarden) en basen (neg. waarden) waardoor het effect over een grotere pH range wordt weergegeven dan dat deze bij een levende vis voorkomt.

Kortom, vissen met een groot Haldane effect kunnen beter tegen hoge CO2 gehalten. Maar ja….weten we welke vissen dat zijn?

Over temperatuur en hemoglobine

Bij het Root effect konden we al lezen dat hoe lager de pH van het bloed des te minder zuurstof er wordt opgenomen. De temperatuur heeft een vergelijkbaar effect op de zuurstofopname door hemoglobine.

Hoe hoger de temperatuur, hoe slechter zuurstof bij de kieuwen door het hemoglobine wordt opgenomen. Een te hoge watertemperatuur bemoeilijkt de zuurstofopname dan o.a. door:

• Slechtere zuurstofopname doordat hemoglobine bij hogere temperaturen minder zuurstof opneemt.
• Minder aanwezige zuurstof doordat zuurstof minder goed bij hoge temperaturen in water wil oplossen.
• Hoger intern zuurstofverbruik van de vis bij hogere watertemperaturen

Over CO2 en de nieren

(Nephrocalcinose, verkalking v/d nier)

Wanneer we extra CO2 aan het water toevoeren. Dan doen de planten het meestal beter. Mits we ze voldoende licht en overige voeding geven. Maar wat heeft dat extra CO2 voor effect op onze vissen?

We konden bij het Root effect al lezen dat door de extra kooldioxide de pH van het bloed zakt. Door de lagere pH zal bij vissen die hemoglobine hebben met een groot Root effect de zuurstofopname bij de kieuwen minder worden. De vissen krijgen bij hogere CO2 waarden dus een tekort aan zuurstof. Afhankelijk van de hemoglobine varianten kan bij 25 mg/ltr aan kooldioxide in het water de opname van zuurstof al met 50% zijn teruggelopen.

Dat tekort aan zuurstof en het teveel aan CO2 is al snel te merken doordat vissen sneller en dieper gaan ademhalen. De hartslag vertraagt en ze bewegen trager. Maar er is meer aan de hand.

Voordat we de effecten van teveel CO2 aan de buitenkant door hun gedrag kunnen zien is er inwendig al meer gebeurd. Wanneer de pH van het bloed te laag dreigt te worden dan heeft een vis wat mogelijkheden om te corrigeren.

Eén van de mogelijkheden is om de nieren meer bicarbonaat (HCO3-) in het bloed te laten pompen. Net als bij ons aquarium de pH stijgt als we de KH verhogen zo doet een vis dat ook om de pH van z’n bloed weer op orde proberen te krijgen.

Het probleem is dan wel dat dan calcium al snel de neiging heeft om zich in de nieren op te hopen. Dit effect staat ook wel bekend onder de naam nephrocalcinose. Kortom een vis krijgt last van nierstenen en op korte termijn merken we niks. Maar op langere termijn geven de nieren het op en is de vis ten dode opgeschreven.

Een hoge GH, hoge fosfaatwaarden en een dieet dat niet gebalanceerd is in de verhouding calcium/magnesium kan het optreden van nephrocalcinose versnellen.

Wat voor maximaal CO2 gehalte?

Dat is een lastige vraag!

En onder aquarianen een groot strijdpunt. Een aantal aquarianen kan al aardig aggressief worden als je het woord CO2 alleen al in de mond neemt. De echte plantenfreaks houden hoge waarden aan, 30-60 mg/ltr is normaal, onder het motto…ik zie niets aan m’n vissen.

De ergste voorbeelden zijn te vinden op Amerikaanse fora waar veel met de EI methode (Estimative Index) wordt gewerkt. De mantra voor algenbestrijding luidt….Genoeg voedingsstoffen en veel, erg veel CO2 en licht.

Wat die voedingsstoffen en licht betreft, dat klopt het werkt bij mij prima al doe ik het niet volgens de EI maar op een wat natuurlijker wijze zonder allerlei chemicaliën te doseren….

Wat CO2 aangaat heeft men beslist geen gelijk!!

Algen terugdringen door ze te vergiftigen met CO2 is mooi, maar vissen gaan voor de planten! Altijd! Dan maar ietsjes alg.

Als ik dan aanbevelingen lees van het CO2 gehalte opschroeven tot de vissen lucht gaan happen en dan het gehalte wat terug schroeven. Dan zit je goed qua CO2…Ahum!!

Na het lezen van deze pagina weet je dat de werkelijkheid anders is.

De duitsers benaderen de zaak gelukkig een stuk beter (zoals gewoonlijk op aqua gebied) dan de amerikanen en hanteren een plafond van 20-25 mg/ltr. Ook met als achtergrond het welzijn van de vissen.

De echte vissenmensen, die niets van slaplantbakken willen weten, houden het liefst zo laag mogelijke waarden aan. Het liefst een CO2 evenwicht met de atmosfeer, wat met wat onvermijdelijke bio-productie door vis en bacteriën gehalten rond de 1-5 mg/ltr geeft.

In een aquarium waarin we vissen houden vind ik dat de vissen als hoogste levende wezens voorrang hebben boven de planten. Is dan 1-5 mg/ltr de max?

Misschien wel. Zebravissen kunnen al bij CO2 gehalten hoger dan 12 mg/ltr verschijnselen van nephrocalcinose krijgen. Bij viskwekerijen wordt een maximum van 15-20 mg/ltr aangehouden. Waarom hoger zitten?

In de natuur komen ook niet vaak hoge CO2 waarden voor. De grafiek hiernaast laat het jaarlijkse verloop in CO2 gehalte zien voor een aantal zijtakken van de Amazone. Op de atmosferische waarde van 0,5 mg/ltr zit geen enkele rivier. Een gehalte van 4-10 mg/ltr moet zo te zien voor veel Amazone vissen geen probleem zijn, dat zijn natuurlijke waarden. Plaatselijk kunnen waarden nog hoger oplopen. Vooral als na het regenseizoen de bladermassa in het water begint te rotten. Dan daalt ook het zuurstofgehalte dramatisch en komt vissterfte door zuurstofgebrek massaal voor.

Ook de (on)nauwkeurigheid van de meting kan van invloed zijn op de maximaal toegestane CO2 waarde

Een CO2 bepaling uit de KH en pH met standaard druppeltestjes kan grote afwijkingen geven.

Daarom is in de CO2 calculator op deze site ook de mogelijke afwijking in het CO2 gehalte meegenomen. Dan is het beter veilig te zitten en voor een gezelschapsbak de relatief lage max. waarden aan te houden van 10-15 mg/ltr

Meten we met de veel nauwkeuriger pH elektroden en een goede KH testset (Salifert) dan zou 15-20 mg/ltr kunnen.

Mijn voorkeur is om voor een plantenbak een maximaal gehalte van 15-20 mg/ltr te hanteren, hooguit 25 mg/ltr als je zeker weet dat je vissen er tegen kunnen, en weet je dat? (De meting dan met nauwkeurige pH elektrode en goede KH testset).

Hebben we vissen in de bak die gevoelig zijn voor hoge CO2 waarden dan is het verstandig lager te gaan zitten en rond de 10-15 mg/ltr aan te houden als maximum. Dat zijn goede waarden voor een gemiddelde gezelschapsbak. 10-15 mg/ltr op zich is al genoeg om een goede plantengroei te krijgen zonder algen.

Nog lagere maximale waarden gelden dan in het bijzonder voor bakken met regenboogzalmen, zebravisjes e.d. Kortom vissen die houden van snelstromend zuurstofrijk water en in hun biotoop niet gewend zijn aan hoge CO2 gehaltes. Dan is 5 mg/ltr als plafond te zien. Ook Tanganjika en Malawi hebben een laag CO2 niveau. In hun oorspronkelijke biotopen is het CO2 gehalte ook erg laag en ligt tussen de 1-10 mg/ltr afhankelijk van de locatie. Beluchten is dan ook vaak noodzakelijk om CO2 uit te drijven en de pH in dergelijke bakken hoog te houden.

Wanneer we zo op een bewuste manier ons maximale CO2 gehalte kiezen en niet domweg allerlei goedbedoelde extremen volgen om bijv. van algen af te komen dan kunnen we EN de vissen EN de planten beide een goed tehuis verschaffen, onze eerste verplichting als aquariaan.

Zo kunnen we iets gefundeerder, de onderstaande maximumtabel opstellen, waarbij het discutabel is of we de lat voor de drie hoogste waarden niet nog iets lager moeten leggen, ZEKER niet hoger! Mocht iemand hier nog meer data over hebben dan ik op dit ogenblik verzamelt heb, graag!

 

De regeling van de ademhaling

Lange tijd dachten we dat de ademhaling van de vis wordt geregeld op het zuurstof (O2) gehalte in z’n bloed. Tegenwoordig is dat al weer achterhaald, een vis heeft ook CO2 receptoren waarmee hij het CO2 gehalte in het omringende water kan bepalen. Maar nog steeds wordt de ademhaling voor het grootste deel op het zuurstofgehalte in het bloed geregeld. De CO2 receptoren zijn hierbij meer te zien als een early warning systeem.

In de natuur is een hoog CO2 gehalte vaak een aankondiging van een aankomend zuurstof tekort. Zo kan een vis zich al vroeg instellen op lagere zuurstofgehaltes.

Bij ons mensen wordt de ademhaling geregeld op CO2, bij vissen dus voornamelijk op O2.

• Weinig zuurstof in het water, de vis ademt snel, de hartslag gaat omlaag, evenals het activiteitsniveau.
• Veel zuurstof in het water, de vis ademt langzaam.

Een grotere hoeveelheid CO2 in het bloed heeft een aantal gevolgen:

• Lagere pH van het bloed door de extra CO2
• Het CO2 bemoeilijkt de opname van zuurstof (Root effect)

Even wat toelichting aan de hand van wat extremen, dat werkt meestal het meest illustratief:

1. Heb je veel O2 en zeer lage CO2 dan ademt vis erg langzaam. CO2 diffundeerd dan erg gemakkelijk vanuit de vis (hoge concentratie) in het water (lage concentratie). Het CO2 gehalte in bloed daalt. Door de bufferwerking van het bloed en langzame ademen valt het effekten van het lage CO2 gehalte (hogere pH) nog een beetje mee. Maar een compensatie is niet helemaal mogelijk. Dus pH van bloed stijgt tot boven normale waarde.De combinatie erg veel zuurstof en erg weinig kooldioxide is dus niet zo goed als je zou denken. In onze aquaria kan deze situatie bijvoorbeeld voorkomen bij gevallen van biogene ontkalking waarbij de planten het laatste restje kooldioxide uit het water halen.Zuurstof oververzadigingswaarden van 200% kunnen door de zeer grote oxidatieve werking van zuurstof zelfs de kieuwen beschadigen binnen een tijdsbestek van 6 uur. Een beetje oververzadiging kan geen kwaad, overdrijven wel.
2. Er is nu erg veel O2 en erg veel CO2 ( bijvoorbeeld een plantenbak met dikke CO2 bemesting) Vis ademt langzaam. Door het hoge CO2 gehalte in het water zal het interne CO2 gehalte ook al relatief hoog zijn. De pH bij de kieuwen is daardoor lager dan je zou verwachten. En bij vissen met een sterk Root effect zal er door de lage pH zelfs minder zuurstof opgenomen kunnen worden ondanks het hoge zuurstofgehalte in het water.Door het langzame ademen veroorzaakt door het hoge zuurstofgehalte kan de vis het intern geproduceerde CO2 ook nog eens slechter kwijt aan het water Dus de pH van het bloed daalt nog verder en de vis komt nu in de problemen door een te lage pH van het bloed.Deze situatie wordt ook wel respiratoire acidose genoemd. De situatie van een grote pH verlaging in het bloed door hoge CO2 gehaltes staat ook wel bekend als Hypercapnia.De nieren proberen de lage bloed pH weer recht te trekken door HCO3- in het bloed in te brengen. Echter het duurt lang voordat de pH hierdoor op orde is, de productie is erg beperkt. Bij continue te lage pH waarden veroorzaakt door continue hoge CO2 niveaus kan er nierbeschadiging ontstaan.
3. Is er weinig O2 en veel CO2 in het water dan ademt de vis erg snel. Het CO2 gehalte in het bloed van de vis stijgt. Dit wordt deels gecompenseerd door snelle ademenen maar pH van het bloed zal dalen.
   De hartslag loopt terug om meer tijd te krijgen om zuurstof bij de kieuwen op te nemen. De vis schroeft z’n activiteit terug om energie, en daarmee zuurstof te besparen.
4. Weinig O2 en weinig CO2 Vis ademt snel. CO2 wordt erg snel afgevoerd uit het bloed. De pH zal sterk stijgen en de vis komt in de problemen.Juist bij lage zuurstofgehaltes en erg weinig CO2 kan de pH van het bloed zo tot erg hoge pH waardes stijgen waardoor de vis ernstig in de problemen komt. Deze situatie wordt ook wel respiratoire alkalose genoemd.

We zien dus aan de hand van de voorbeelden dat situaties 1. en 3. nog wel toelaatbaar zijn maar 2. en 4. niet. Wat komt nu in de natuur voor……..?
Overdag >> veel produktie zuurstof >> veel opname CO2 >> dus situatie 1.
Nacht >> veel produktie CO2 >> veel opname CO2 >> dus situatie 3.

Afijn, het moge duidelijk zijn…..veel O2 en veel CO2 is dus niet alles…..dit is dus meteen grote nadeel van gedwongen pH laag houden met CO2 want dan creëren we situatie 2.

Het beste is dus om de natuur zoveel mogelijk te volgen in z’n schommelingen.

Stikstof

Het ergste wat we kunnen krijgen is een oververzadiging van stikstof (N2) in het water. Vissen kunnen namelijk, net als mensen, de duikersziekte of caissonziekte krijgen. In het engels is de ziekte ook wel bekend als Gas Bubble Disease. Google er maar eens op.

Bij een bepaalde druk is er ook in het water een bepaalde hoeveelheid stikstof opgelost. Verlagen we nu die druk heel snel dan is er tijdelijk sprake van een oververzadiging aan stikstof in het water. Bijvoorbeeld bij een onweersbui zal door de lage atmosferische druk stikstof vanuit het water naar de atmosfeer stromen. Het water is dan oververzadigd met stikstof.

Naast de druk speelt ook de temperatuur een rol. Immers in koud water kan meer stikstof oplossen dan in warm water. In koud leidingwater kan dus door de hogere druk EN de lage temperatuur ten opzichte van ons aquariumwater veel meer stikstof.

De tolerantie van vissen voor een stikstof oververzadiging is heel beperkt. Al vanaf een oververzadiging van 102-103% kunnen er problemen optreden. Da’s verrassend laag! Bij een oververzadiging van 105-110% is er al een aardige kans op vissterfte. Vooral jongbroed is erg gevoelig voor een oververzadiging.

Bij een kleine oververzadiging is een vis nog in staat naar diepere waterlagen te zwemmen. Daar is de waterdruk groter. Voor elke 1% oververzadiging moet een vis 10 cm dieper zwemmen om de effecten van de oververzadiging te compenseren. Bij een oververzadiging van 5% moet een vis dus al op 50 cm diepte zwemmen. Dat wordt lastig in een bakkie van 40 cm hoog.

Stikstof oververzadiging, wanneer?

De grootste kans op een oververzadiging hebben we bij:

• Onweersbui
  Als de druk van 1015 naar 1005 mbar daalt dan gaat het N2 gehalte (volgens de calculator op deze pagina) van 14,1 mg/ltr naar 13,96 mg/ltr. Da’s 0,14 mg/ltr minder. Een oververzadiging van 0,14/14,1 x100 = 1% Dat effect valt nog mee. Groter wordt het verschil als we een onweersbui tijdens een mooi weer dag krijgen (hoge druk gebied).
• Waterverversen
  Dit is voor ons aquarianen het grootste probleem.
  De waterdruk in ons leidingnet is ca. 2-2,5 bar. (2000-2500 mbar)
  Als we ons aquarium vullen met leidingwater zien we allemaal kleine belletjes opstijgen.
  Da’s geen kooldioxide, meestal ook geen zuurstof. Maar stikstof.
  Ja, door verversen met leidingwater creëren we dus een oververzadigingVoorbeeld:
  Kraanwater 2500 mbar van 10 graden op 50% verzadiging (Leidingwater is zelden 100% verzadigd) geeft 22,8 mg/ltr
  Aquariumwater 1013 mbar van 25 graden op 100% verzadiging geeft 14,07 mg/ltr
  Als we 30% verversen dan hebben we 0,3×22,8 + 0,7×14,07 = 16,7 mg/ltr
  Da’s een oververzadiging van 100x(16,7/14,07)= 18,6%Da’s dus duidelijk teveel! Dus voordat je leidingwater zo in de bak kiepert. Eerst een paar uur goed doorluchten zodat het in evenwicht komt met de atmosfeer. Zee-aquarianen beluchten niet voor niets zo lang hun verversingswater!

Een paar interessante links over Gas Bubble Disease
http://praqua.com/pdf/NB/2002/Mar_Apr_02.pdf
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/
http://www.cbr.washington.edu/crisp/models/crisp1manual/theory/theory.mif22.html
http://www.biomar.dk/3-Viden-om/Fiskesundhed/3544-envir/3544-envir-gas.aspx?lang=en
Waarbij die laatste link nog eens duidelijk aangeeft dat hoge CO2 percentages ook uit de boze zijn. Max. 20 mg/ltr