Säuresturz im Süßwasseraquarium: Schreckgespenst oder reale Gefahr?

Unter dem Begriff Säuresturz versteht man in der Süßwasseraquaristik das Absinken des pH-Wertes in unphysiologische Bereiche deutlich unter pH 5 innerhalb eines (nicht näher definierten) kurzen Zeitraums. Aus dem Begriff „Säuresturz“ geht bereits hervor, dass es sich um eine plötzliche Absenkung des pH-Wertes in größerem Maßstab handelt. Doch ab welcher Größenordnung spricht man von einem Säuresturz und wie kommt es dazu?

Was passiert beim Säuresturz?

Bei der Nitrifikation, dem oxidativen Abbau von Ammoniak/Ammonium über Nitrit zu Nitrat durch Bakterien, entsteht salpetrige Säure (HNO2, in dissoziierter Form als H+ und NO2).
Die Säure reagiert mit Carbonat- und Hydrogencarbonat-Ionen („Karbonathärte“, KH) zu Wasser (H2O) und Kohlenstoffdioxid (CO2). Durch diesen Zwischenschritt der Nitrifikation wird die „KH“ im Wasser allmählich aufgebraucht, sofern sie nicht, beispielsweise durch Lösung aus Kalkstein, wieder aufgefrischt wird.

    2 NH3 + 3 O2 —Ammonia oxidierende Bakterien→ 2 NO2 + 2 H+ + 2 H2O
    2 H+ + 2 HCO3 → 2 H2O + 2 CO2

Entstehen durch die Nitrifikation ≈ 23 mg/l Nitrat (NO3) im Aquarium, wird die KH um etwa 1° KH reduziert. 1° KH entspricht 0,38 mmol HCO3/l , 0,38 mmol NO3 entsprechen 22,68 mg. Pro Mol Nitrat wird ein Mol Protonen (H+) frei. Gleichzeitig werden ≈ 17 mg CO2 gebildet.
Wird der verbrauchte Carbonat-Puffer nicht beispielsweise durch Frischwasser beim Teilwasserwechsel wieder aufgefüllt, so sinkt die „KH“ allmählich ab. Der pH-Wert sinkt durch die Pufferwirkung der „KH“ nur gering und allmählich ab. Ist der Carbonat-Hydrogencarbonat-Puffer verbraucht, treten, sofern vorhanden, andere Puffersysteme an seine Stelle und der pH-Wert bleibt weiter stabil, wenn auch auf niedrigerem (sprich saurerem) Niveau. Alternative Puffersysteme im Aquarium sind beispielsweise der Phosphat-Puffer, Fulvosäure-Fulvat-Puffer oder der Huminsäure-Humat-Puffer.

Die KH wird nur durch Nitrat verbraucht, welches im Aquarium selbst (autochthon) durch biologische Prozesse entsteht. Nitrat, das bereits im Ausgangswasser (meist örtliches Trinkwasser) vorhanden ist, hat keine vermindernde Wirkung auf die KH.
Erst wenn das Wasser vollkommen ungepuffert ist, sinkt der pH-Wert plötzlich und schnell in den (im aquaristischen Sinn) stark sauren Bereich unter pH 5 ab.
Bei länger laufenden Aquarien, in denen sich bereits einiges an Sediment, Mulm und Schlamm gebildet haben, die zusätzliche Pufferkapizität bereitstellen, ist die Gefahr zusätzlich verringert.
Der Säuresturz im eigentlichen Sinn hat damit im Grunde zwei Ursachen: hohe Besatzdichte und damit einhergehend auch intensive Fütterung sowie mangelnde Wasserpflege, sprich Teilwasserwechsel.

Säuresturz und niedrige Karbonathärte

Besonders bei niedriger KH wird der Säuresturz im Aquarium als drohende Gefahr betrachtet. Ein Indiz dafür sind beispielsweise diverse Empfehlungen zu Mindesthöhe der KH im Aquarium, wie man sie beispielsweise bei KH-Tests oder in der Literatur findet.
Eine Grenze, ab welcher die KH als zu niedrig betrachtet wird und somit die Gefahr des Säuresturzes drohen soll, ist nicht allgemeingültig festgelegt. Zusammengfasst lässt sich somit etwa 5°d KH als im Aquarium kritisch betrachtete Untergrenze der KH definieren. Einen unmittelbaren Zusammenhang, einen Automatismus, der durch niedrige KH zum Säuresturz führt, gibt es aber nicht. Bei regelmäßiger Wasserpflege, sprich ausreichend häufigem und umfangreichen Teilwasserwechsel, wird die Pufferkapazität im Aquarium auch bei nicht mehr nachweisbarer KH immer wieder aufgefrischt.
Hinzu kommen noch verschiedene im Aquarium stattfindende biologische Prozesse, bei denen der Kohlensäure-Hydrogencarbonat-Carbonat-Puffer wieder aufgefüllt wird.
Auch das am anderen Ende der Skala liegende Extrem eines starken Anstiegs des pH-Wertes durch eine niedrige KH ist eine zwar mögliche, aber eher unwahrscheinliche Folge. Ein realistisches Szenario, bei dem ein starker Anstieg des pH-Wertes in Fogle einer neidrigen KH auftreten kann, ist der starke Verbrauch von CO2 durch die Aquarienpflanzen bei entsprechend starker Beleuchtung. Beispielsweise, wenn das Aquarium direkte Sonneneinstrahlung erhält.

Säuresturz durch CO2-Düngung

Mitunter werden Warnhinweise geäußert, wonach es durch Zugabe von CO2 zum Säuresturz kommen könne. Dabei wird davor gewarnt, dass die beim Lösen von CO2 in Wasser entstehende Kohlensäure die KH zerstöre.
Das ist jedoch grundsätzlich unmöglich, da sich eine Säure nicht selbst aus ihren eigenen Salzen verdrängen, sprich diese „zerstören“ kann. Da Carbonate und Hydrogencarbonate Salze der Kohlensäure sind, kann Kohlensäure keine Carbonate und Hydrogencarbonte, welche die KH ausmachen, zerstören. Es findet gemäß den Regeln des Massenwirkungsgesetzes lediglich eine Verschiebung der Gleichgewichtslage statt, was sich in der Verschiebung des pH-Wertes äußert.
Beim Lösen von CO2 in Wasser reagiert zwar ein kleiner Teil davon zu Kohlensäure H2CO3.
Diese dissoziiert zum Großteil zu einem Proton H+ und einem Hydrogencarbonat-Anion HCO3.

    H2O + CO2 ⇔ H2CO3 ⇔ H+ + HCO3

Kohlensäure selbst ist aber eine sehr schwache Säure, welche gar nicht stark genug dissoziieren und damit Protonen abgeben kann, um einen so niedrigen pH-Wert zu erzielen, dass man von einem Säuresturz sprechen könnte.
In einem vollkommen ungepufferten Wasser (vollentsalzes Wasser) ist durch Kohlensäure prinzipiell ein pH-Wert von etwa 3,9 zu erreichen, wenn sich eine reine Kohlenstoffdioxid Athmosphäre darüber befindet.
Im Aquarienwasser und den im Aquarium herrschenden Rahmenbedingungen muss dehalb ein Säuresturz durch CO2-Düngung zumindest als äußerst unwahrscheinlich bis praktisch unmöglich angesehen werden.

Säuresturz durch unsachgemäße Zugabe von Mineralsäuren

Einen Säuresturz kann der Auqarianer auch selbst durch unsachgemäße Anwendung von Mineralsäuren zur Entcarbonisierung und pH-Wert-Senkung herbeiführen. Wie bei der durch die Nitrifikation entstehende salpetrige Säure zerstören auch andere Mineralsäuren (wie Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure oder Salpetersäure) den Carbonat-Hydrocencarbonat-Puffer.

Säuresturz und biogene Entkalkung

Ein verbreiteter Irrglaube ist, dass es durch niedrige KH als Folge der biogenen Entkalkung zum Säuresturz kommen könne. Zwar sinkt durch die biogene Entkalkung die KH im Wasser, weil die Pflanzen Hydrogencarbonat als Kohlenstoffquelle nutzen, dabei in Carbonate umwandeln und diese als schwerlöslicher Calcit („Kalkstein“) ausfallen.

    H2O + CO2 ⇔ H2CO3 ⇔ H+ + HCO3 ⇔ 2 H+ + CO32- ⇔ M2+CO32-

In Folge der biogenen Entkalkung der dadurch verursachte niedrigen Pufferkapazität steigt der pH-Wert sogar stark, (bis um pH 10) an. Um jetzt einen Säuresturz auszulösen, muss das chemische Gleichgewicht also von ganz rechts wieder nach ganz links verschoben werden. Dabei erfolgt durch die Säure aber erst eine Rücklösung der ausgefällten Carbonate. Hier fungieren daher die ausgefällten Carbonate als Puffer.
Eine Säuresturz in Folge der biogenen Entkalkung ist daher ebenfalls ein Szenario, das in der aquaristischen Praxis nahezu ausgeschlossen werden kann.

Wiederauffrischung des Hydrogancarbonat-Puffers durch biologische Prozesse

Aquarienpflanzen nehmen unter anderem Nitrat als Stickstoffquelle auf.
Im Gegenzug geben sie wieder gleichermaßen Hydrogencarbonat-Ionen an das Wasser auf. Für 22,7 mg (= 0,36 mmol) aufgenommenes Nitrat wird somit wieder 1°dKH abgegeben. 1°dKH entspricht ja 0,36 mmol Hydrogencarbonat-Ionen. Auf diesem Weg wird die Pufferkapazität wieder aufgefrischt.
Auch bei der DeNitrifikation oder dissimilatorischen Nitratatmung durch Mikroorganismen, wie verschiedenen heteroroganotrophen Bakterien (z. B. Pseudomonas spp. oder Bacillus spp.), geben diese im Gegenzug zum aufgenommenen Nitrat wieder Hydrogencarbonat an das Wasser ab.
Neben der Pufferkapzität von Mulm, Schlamm und Sediment spielen diese Prozesse gerade in Altwasseraquarien eine wichtige Rolle.

Fazit und Folgerungen für die aquaristische Praxis

Der Säuresturz existiert zwar grundsätzlich als reales Problem, tritt jedoch nur unter bestimmten Voraussetzungen ein. Zusammengefasst lässt sich der Säuresturz im Süßwasserquarium als Resultat grober Pflegefehler wie

  • viel Fisch
  • viel Futter
  • zu wenig / zu selten Teilwasserwechsel

subsummieren. Die beste Gegenmaßnahme ist damit der für die Besatzdichte und Futtermenge zugeschnittene, regelmäßige und ausreichend bemessene Teilwasserwechsel. Selbst in Aquarien, welche mit reinem oder nur geringfügig verschnittenem Umkehrosmosepermeat („Osmosewasser“) befüllt werden, tritt der Säuresturz dann praktisch nicht auf.
Die verbreitete Befürchtung, eine niedrige KH im Aquarienwasser führe zum Säuresturz, ist somit in dieser Pauschalität unbegründet.

Belegstellen, weiterführende Literatur und externe Links

weiterführende Literatur:

  • Geisler, R.: Wasserkunde für die aquaristische Praxis. Alfred Kernen Verlag, Stuttgart.
  • Gonella, H. & Hieronimus, H. (2003). Perfektes Aquarienwasser. bede-Verlag, Ruhmannsfelden. ISBN: 3-89860-044-0
  • Hohl, D. (1994). Aquarienchemie. Urania Verlag, Leipzig. ISBN 3-332-00471-9
  • Hückstedt, G.: Aquarienchemie. Frank’sche Verlagshandlung, Stuttgart.
  • Kassebeer, G. (1986): Ein Analytikkurs für Aquarianer von Dr. Gerd Kassebeer. III. Die Karbonathärte des Aquariumwassers. Aquarium Heute (AH) IV. (3). 33-35
  • Horst, K. & Kipper, H. (1981): Das perfekte Aquarium. 4. Auflage, Tetra Verlag, Melle. ISBN 978-3-88244-177-2
  • Wachtel, H. (1963). Aquarienhygiene. Frank’sche Verlagshandlung, Stuttgart.
  • Kassebeer, G. (1986): Ein Analytikkurs für Aquarianer von Dr. Gerd Kassebeer. I. Die Härte des Aquarienwassers. Aquarium Heute IV. (1): 36-38
  • Kassebeer, G. (1986): Ein Analytikkurs für Aquarianer von Dr. Gerd Kassebeer. II. Der pH-Wert des Aquarienwassers. Aquarium Heute IV. (2): 36-39
  • Kassebeer, G. (1986): Ein Analytikkurs für Aquarianer von Dr. Gerd Kassebeer. III. Die KH des Aquariumwassers. Aquarium Heute (AH) IV. (3): 33-35

externe Verweise auf Diskussionsfäden in Foren und Newsgroups: