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Themen - Natürliches Meerwasser
Was ist eigentlich Meerwasser?
Meersalze
CS Marine Salt
Pufferung, Alkalinität, pH-Werte usw.
Chlorinität - Salinität - Dichte

Als Einführung in diesen Artikel eine obligate Frage: Was ist Meerwasser? Lassen wir die im Wasser enthaltene feste Teile, Gase und kolloide Stoffe außer Acht, und konzentrieren uns nur auf die gelösten organischen Stoffe, ist das Ergebnis (gewichtsmäßig) für einige vielleicht überraschend:


Version 2012-III

Über Meerwasser

Als Einführung in diesen Artikel eine obligate Frage:

Was ist Meerwasser?

Lassen wir die im Wasser enthaltene feste Teile, Gase und kolloide Stoffe außer Acht, und konzentrieren uns nur auf die gelösten organischen Stoffe, ist das Ergebnis (gewichtsmäßig) für einige vielleicht überraschend:

NSW

Durch diese Grafik können wir solch eine ziemlich triste Folgerung ableiten, dass nur in 0,3 Gewichts-% sich das Meerwasser vom Spaghettiwasser unterscheidet.

Wissenschaftliche Forschung

Die Ergebnisse wissenschaftlicher Forschung, kommerzieller Tests und die alltägliche Praxis der Meeresaquaristik bestätigen eindeutig die Gültigkeit der zwei folgenden Gesetze (für beide gibt es mehrere wörtliche Formulierungen):

Liebigsches Minimumgesetz

Jeder Organismus ist fähig im festgeelgten Schnittbereich der Faktoren seines Lebensumfeldes zu überleben.

Liebigsches Minimumgesetz

Sind alle Faktoren des Organismusumfeldes im Bereich des Shelfordsches Gesetzes und einer nicht, dann wirkt gerade dieser Faktor als limitierend.

Im Fall des Meerwassers ist außerdem noch eine wichtige Tatsache zu beachten, die mit dem Verhältnis zwischen den Konzentrationen der im Meerwasser enthaltenen Stoffe zusammen hängt. Z.B.:

  • H - Wasserstoff - 1,07 . 102 mol/l
  • Ir - Iridium - 1,00 . 10-14 mol/l

Ein Unterschied von 16 Stellen ist wirklich markant und für die Meerwasseraquaristik folgt aus dieser Tatsache die Notwendigkeit des relativen Denkens – wieder ein kleines Beispiel:

Geben wir in ein 1.000 L – Aquarium 1 kg Kochsalz (NaCl), passiert mit höchster Wahrscheinlichkeit, fast sicher, überhaupt nichts – die Erhöhung der Gewichtskonzentration von NaCl um ca. 3% ist laut Shelfordschem Gesetzt absolut im Überlebensbereich der Meereslebewesen.

Dies gilt aber nur dann, wenn das NaCl absolut sauber ist, und nicht z.B. 0,001% Kadmium beinhaltet. Auch wenn die Verschmutzung von 0,001% als sehr niedrig erscheint, würde in diesem Falle die Gewichtskonzentration von Kadmium im Becken ungefähr 120fach ansteigen, was vernichtende Auswirkungen hätte – einer der Parameter des Lebensumfeldes der Meereslebewesen würde außerhalb der Grenzen des Shelfordschen Gesetzes geraten und so zu einem limitierenden Faktor laut Liebigschen Gesetz werden.

Aus dem oben genannten folgen zwei wichtige Schlüsse:

  1. Verwenden wir im Meerwasseraquarium Stoffe, die im Meerwasser in relativ hohen Konzentrationen vorkommen (Basis-, Haupt- und Nebenelemente), ist es notwendig, der Sauberkeit der verwendeten Stoffen extreme Aufmerksamkeit zu widmen.
  2. Verwenden wir im Meerwasseraquarium Stoffe, die im Meerwasser in relativ niedrigen Konzentrationen vorkommen (Spurenelemente und gelöste organische Stoffe), ist es notwendig, dem Typ und der Konzentration von einzelnen Bestandteilen der verwendeten Mitteln extreme Aufmerksamkeit zu widmen.

Die Zusammensetzung von Meerwasser

g / l

# Element / Form [g/l] [%] # Element / Form [g/l] [%]
1 O O2- 863,96760 85,967747% 11 B B(OH)3, B(OH)4 0,00450 0,000448%
2 H H+ 107,85279 10,731723% 12 Si Si(OH)4 0,00253 0,000252%
3 Cl Cl- 19,35734 1,926122% 13 F F-, MgF+, CaF+ 0,00129 0,000129%
4 Na Na+ 10,75921 1,070579% 14 N NO3-, N2 0,00032 0,000031%
5 Mg Mg2+ 1,29303 0,128661% 15 Li Li+ 0,00017 0,000017%
6 S SO42-, NaSO4-, MgSO4 0,90426 0,089977% 16 Rb Rb+ 0,00012 0,000012%
7 Ca Ca2+ 0,41280 0,041075% 17 I IO3- 0,00005 0,000005%
8 K K+ 0,39880 0,039682% 18 P HPO42-, MgHPO4 0,00005 0,000005%
9 C HCO3-, CO32- 0,02763 0,002749% 19 Ba Ba2+ 0,00001 0,000001%
10 Sr Sr2+ 0,00789 0,000785%   55 andere 0,00002 0,000002%

mol / l

# Element / Form [mol/l] [%] # Element / Form [mol/l] [%]
1 H H+ 107,0000000 66,000935% 11 Si Si(OH)4 0,0000900 0,000056%
2 O O2- 54,0000000 33,308883% 12 Sr Sr2+ 0,0000900 0,000056%
3 Cl Cl- 0,5460000 0,336790% 13 F F-, MgF+, CaF+ 0,0000680 0,000042%
4 Na Na+ 0,4680000 0,288677% 14 Li Li+ 0,0000250 0,000015%
5 Mg Mg2+ 0,0532000 0,032815% 15 N NO3-, N2 0,0000225 0,000014%
6 S SO42-, NaSO4-, MgSO4 0,0282000 0,017395% 16 P HPO42-, MgHPO4 0,0000016 0,000001%
7 Ca Ca2+ 0,0103000 0,006353% 17 Rb Rb+ 0,0000014 0,000001%
8 K K+ 0,0102000 0,006292% 18 I IO3- 0,0000004 0,000000%
9 C HCO3-, CO32- 0,0023000 0,001419% 19 Mo MoO42- 0,0000001 0,000000%
10 B B(OH)3, B(OH)4 0,0004160 0,000257% 20 55 others 0,0000002 0,000000%

Regelwidrige Eigenschaften des wassers

Das Wasser an sich ist eine interessante Flüssigkeit mit vielen unerwarteten Eigenschaften, die sich den theoretischen chemischen und physikalischen Voraussetzungen entziehen. Sauerstoff ist das erste Element seiner Gruppe im Periodensystem und hat das niedrigste Atomgewicht:

O – S – Se – Te – Po (Sauerstoff, Schwefel, Selen, Tellur, Polonium)

Falls wir den Siedepunkt der Hydride dieser Elemente (Verbindungen mit Wasserstoff) messen, sinkt die Temperatur mit dem sinkenden Atomgewicht der Elemente und sollte daher beim Wasser am niedrigsten sein. Dies ist aber nicht der Fall, ganz im Gegensatz – sie ist extrem hoch, sogar die höchste in der gemessenen Reihe. Solche Regelwidrigkeiten gibt es beim Wasser eine ganze Reihe:

HOHE TEMPERATURKAPAZITÄT
Verhindert extreme Temperaturschwankungen, verursacht eine außergewöhnlich schnelle Wärmeübertragung durch die Bewegung der Wassermasse und ermöglicht bei den Lebensorganismen eine gleichmäßige Temperatur im ganzen Körper.
HOHE SPEZIFISCHE SCHMELZ- UND SIEDEWÄRME
Diese erreicht die höchsten Werte unter allen bekannten Feststoffen und Flüssigkeiten, ausgenommen Flüssigammoniak. Eine extrem hohe Wärme ist nötig, um das Wasser aus dem festen in den flüssigen und aus dem flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand umzuwandeln. Es handelt sich um eine Schlüsseleigenschaft bei dem Wärme- und Wassertransport in der Atmosphäre.
WÄRMEAUSDEHNUNG
Sowohl das Süß- als auch das Meerwasser erreichen ihre maximale Dichte über dem Gefrierpunkt. Diese Eigenschaft ist zum Beispiel für die vertikale Wasserzirkulation sehr wichtig. Mit der sinkenden Wassertemperatur steigt ihre Dichte, aber noch vor dem Erreichen des Gefrierpunkts fängt sie wieder an zu sinken – deshalb hält sich das Eis auf der Wasseroberfläche.
OBERFLÄCHENSPANNUNG
Erreicht die höchsten Werte von allen bekannten Flüssigkeiten. Diese Eigenschaft ist von Schlüsselbedeutung für die Zellenprozesse.
HOHE DIELEKTRIZITÄTSKONSTANTE
Diese Eigenschaft ermöglicht Salzdissoziation mit Elektrolytenbildung – Lösungsvermögen. Das Wasser löst allgemein mehr Stoffe und in größerem Umfang als jede andere Flüssigkeit. Diese Eigenschaft ist für eine ganze Reihe von physikalischen und biologischen Prozessen von höchster Bedeutung.
DURCHSICHTIGKEIT
Relativ hoch. Strahlenergie im IR- und UV-Spektrumbereich wird vom Wasser gut absorbiert. Im Bereich des sichtbaren Spektrums absorbiert es jedoch relativ wenig und unterschiedlich für verschiedene Wellenlängen – deshalb ist es durchsichtig. Diese Eigenschaft ist ebenfalls für eine ganze Reihe von physikalischen und biologischen Prozessen sehr wichtig.
TEMPERATURLEITFÄHIGKEIT
Ist beim Wasser die höchste unter allen bekannten Flüssigkeiten. Das Aufwärmen des Wassers an einer Stelle verursacht keine länger andauernde lokale Temperaturerhöhung, die Wärmeenergie wird sehr schnell in das gesamte Wasservolumen geleitet. Eine sehr wichtige Eigenschaft für Zellenprozesse.

Das Wasser verfügt aber noch über viel mehr außergewöhnliche Eigenschaften, in der o.g. Auflistung wurden nur die Eigenschaften gewählt, bei denen die praktischen Auswirkungen einfach zu erklären sind. Es ist offensichtlich, dass erst das Vorhandensein jeder einzelnen dieser Eigenschaften das Leben auf unserem Planeten möglich macht.

Zusammensetzung des Meerwassers

Außer H2O enthält das Meerwasser:

FESTSTOFFE (Material, dessen Partikel
größer sind als 0,45 µm)
organische (Körperreste von Lebensorganismen)
anorganische (Mineralpartikel)
Gase
inerte (reaktionslose, Stickstoff, Argon a Xenon)
andere (Sauerstoff und Kohlendioxid)
KOLLOIDE (Partikel, die kleiner
sind als 0,45 µm, das Material
ist in ungelöster Form)
organische
anorganische
GELÖSTE STOFFE
von Schlüsselwichtigkeit
für die Meerwasseraquaristik)
anorganische
(Grund-, Haupt-, Neben-, und Spurenelemente)
organische (DOM)

Dissoziation, Gleichgewicht usw.

Falls Sie glauben, die Wissenschaftler die genaue Zusammensetzung des Meerwassers kennen, irren Sie sich. Der Grund dafür sind die schon erwähnte hohe Dielektrizitätskonstante des Wassers, die eine gute Salzdissoziation mit Elektrolytenbildung ermöglicht, und die Tatsache, dass das Wasser an sich als H2O über eine sehr komplizierte Molekülstruktur verfügt, mit der sich bereits viele Doktorarbeiten beschäftigt haben.

Für den Zweck dieses Artikels reicht jedoch die Feststellung, dass Wasser dank seinem hohen Lösungsvermögen die Moleküle verschiedener Salze in Kationen und Anionen löst (zum Beispiel NaCl in Na+ und Cl-). Diese reagieren zum einen weiter mit Wasser und zum anderen mit den Kationen und Anionen anderer gelöster Salze. Dieser Prozess der Ioneninteraktion verläuft dynamisch – die konkrete Zusammensetzung des Meerwassers verändert sich also fortwährend in Abhängigkeit einer ganzen Reihe an Bedingungen, eine wesentliche Rolle spielen dabei vor allem die Temperatur, die Salinität, der pH-Wert und weitere Faktoren.

Das alles kann in dem folgenden sehr vereinfachten Beispiel veranschaulicht werden. Wir geben Kochsalz (NaCl) und Bittersalz (MgSO4) ins Wasser, wobei wir sicherstellen, dass keine der genannten Chemikalien zuvor im Wasser enthalten war. Nach dem Auflösen und der anschließenden genauen Analyse könnte man also von den Ergebnissen die Lösungszusammensetzung erwarten:

  • H2O - NaCl - MgSO4

Das wird jedoch ganz sicher nicht der Fall sein – die Analyse bestätigt ebenfalls die Anwesenheit von:

  • H2O - NaCl - MgSO4 - MgCl2 - Na2SO4 - Na+ - Mg2+ - H3O+ - Cl- - SO42- - OH-

Die Ergebnisse sind also weitaus komplizierter, als wir wahrscheinlich erwartet hätten, und dabei war dies nur ein Beispiel mit Wasser und zwei gelösten Salzen –Salze und Ionen gelangen aber aus Hunderten verschiedener chemischer Quellen ins Meerwasser und hier können im Grunde alle Elemente des Periodensystems identifiziert werden!

Aus dem o.g. ergibt sich auch eine recht unangenehme Folge für die Meerwasserhersteller –Meerwasser kann man nicht so herstellen, indem man entsprechend den Analysenergebnissen verschiedene Chemikalien synthetisiert. Unter anderem auch, weil viele Moleküle sehr unbeständig sind oder diese als isolierte Stoffe gar nicht zubereitet werden können.

Und zum Schluss noch ein kurzes Beispiel:

Kupfer (Cu) findet man im Meerwasser in folgenden Formen:
CuCO3
Cu(CO3)22-
Cu2+
Cu(OH)2
CuSO4
CuOH+

CS Reefkeeping Concept

Feste Phase

Vollkommene
Homogenität

Salt 1
Macht 91 % des Produktgewichts aus.
Reinheit
  • Basiselemente (NaCl)
  • Hauptelemente
  • ausgewählte Nebenelemente
Flüssige Phase
Salt 2
Macht 9 % des Produktgewichts aus.  
  • 3 Nebenelemente
  • 24 Spurenelemente
  • 6 Edelmetalle in Spurenkonzentrationen
  • 3 Vitamine
  • 8 Kohlenhydrate
  • 21 Aminosäuren und ihre Derivate
  • 2 Gemische von Komplexsäuren
Verwendung
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