Het water in een aquarium

Water speelt uiteraard een hoofdrol in aquatische natuur. Water bestaat voor 99% uit H₂O moleculen. De overige 1% bestaat uit opgelost stof, opgelost gas, zwevend stof en humus stof. Dit artikel gaat over water en soms specifiek over het water in het aquarium. Over hoe je zuiver water bijvoorbeeld geschikt kunt maken voor vissen of voor planten. Misschien dat je na het lezen van dit artikel anders naar je glazen bak met aquatische natuur gaat kijken.

Zuiver water

Zuiver water bestaat uitsluitend uit H₂O moleculen. Een H₂O molecuul bestaat uit twee waterstofatomen gebonden aan één zuurstofatoom. Dit maakt water een polair molecuul, met een positief geladen kant, de waterstofatomen, en een negatief geladen kant, het zuurstofatoom.

Een zeer klein deel van watermoleculen valt uiteen in hun ionen, namelijk in H⁺ en OH⁻ (hydroxide-ion). Deze dissociatie van water staat bekend als autoprotolyse of zelfionisatie van water.

Het H⁺-ion hecht zich aan een ander watermolecuul, waardoor een H₃O⁺ (hydronium-ion) ontstaat. In de praktijk wordt vaak alleen gesproken van vrije H+. Hoewel deze dissociatie voortdurend plaatsvindt, is het effect klein. In zuiver water is de concentratie van zowel H₃O⁺ als OH⁻ ionen zeer laag.

pH

De concentratie vrije H⁺ of H₃O⁺ wordt uitgedrukt als pH. Als er evenveel vrije H+ ionen als OH⁻ ionen in een oplossing aanwezig zijn, is de zuurgraad neutraal. De pH is 7. Althans, bij een bepaalde zoutgehalte en water temperatuur is de pH 7.

Waarom laat een pH meter een lagere pH zien voor zuiver water? Omdat atmosferische CO₂ diffundeert in water. Het grootste deel van de CO₂ in water blijft bestaan in gasvorm. Een zeer klein deel van CO₂ in water reageert met waterstofmoleculen, waarbij koolzuur ontstaat en waarbij vrije H⁺ vrijkomt. Hierdoor ontstaan er dus meer H⁺ ionen dan OH^- ionen, waardoor de pH waarde daalt.

Opgelost stof

Oplosbaarheid

Niet alleen water zelf dissocieert. Andere stoffen doen dit in water ook. Omdat een watermolecuul zowel een licht positieve als een negatieve kant heeft, kan het reageren met andere polaire of geladen stoffen. Dit betekent dat veel stoffen, zoals zouten en suikers, zich goed in water laten oplossen.

Wanneer een stof, zoals keukenzout (NaCl), in water wordt opgelost, trekken de positieve (Na⁺) en negatieve (Cl⁻) ionen van het zout de positieve en negatieve uiteinden van de watermoleculen aan. Dit zorgt ervoor dat de ionen omringd worden door watermoleculen en uiteindelijk uit elkaar worden getrokken, waardoor ze in oplossing komen.

Het vermogen van water om zoveel verschillende stoffen op te lossen, is essentieel voor veel biologische en chemische processen.

Totale Opgeloste Vaste Stoffen (TDS)

De opgeloste stoffen in water worden vaak aangeduid als Totaal Opgeloste Vaste Stoffen (TDS). TDS verwijst naar alle iondeeltjes in oplossing die kleiner zijn dan 2 micron (0,0002 cm).

Dit omvat zowel gedissocieerde ionen die het zoutgehalte vormen, als andere verbindingen, zoals opgeloste organische stoffen. In "schoon" water is TDS meestal gelijk aan het zoutgehalte. In afvalwater of vervuilde gebieden kan TDS naast de zoutionen ook organische stoffen (zoals koolwaterstoffen en ureum) bevatten.

In beken en rivieren wordt de concentratie ionen bepaald door de omringende geologie. Kleigronden en kalksteen dragen bij aan de hoeveelheid opgeloste stoffen, terwijl granieten ondergronden dat niet doen. De mineralen in klei ioniseren wanneer ze oplossen, terwijl graniet inert blijft. Evenzo zullen grondwaterinlopen bijdragen aan de ionenconcentraties van beken of rivieren, afhankelijk van de geologie waar het grondwater doorheen stroomt.

Er zijn verschillende opgeloste zouten die bijdragen aan het zoutgehalte van water. De belangrijkste ionen in zeewater zijn:

• natrium
• chloride
• magnesium
• sulfaat
• calcium
• kalium
• bicarbonaat
• broom

Waarbij natrium (Na⁺) en chloride (Cl⁻) de grootste bijdragen leveren. Deze twee ionen vormen samen natriumchloride (NaCl), het gewone keukenzout, en zijn verantwoordelijk voor de zoute smaak van zeewater.

Veel van deze ionen zijn ook aanwezig in zoetwaterbronnen, maar in veel kleinere hoeveelheden. De ionische samenstelling is ook anders. De meeste meren en rivieren bevatten alkalische en aardalkalimetaalzouten:

• calcium
• magnesium
• carbonaten
• natrium
• chloriden

Conductiviteit

Wanneer zouten oplossen in water splitsen ze zich dus in ionen. Ionen kunnen elektrische stroom geleiden omdat ze vrije, geladen deeltjes zijn die zich door de oplossing kunnen bewegen. Dit noemen we conductiviteit.

Het ene deel van een zout is positief geladen (kation) en het andere deel is negatief geladen (anion). De concentraties van positieve en negatieve ladingen blijven gelijk, wat betekent dat het water elektrisch neutraal blijft, ondanks een stijging in conductiviteit door de aanwezigheid van deze ionen.

Niet-ionische stoffen, zoals suiker, lossen wel op in water, maar splitsen niet in ionen. De oplosbaarheid is dan wel hoog, maar de geleiding is erg laag of zelfs nul, omdat er geen vrije ionen aanwezig zijn om elektriciteit te geleiden.

Gedestilleerd of gedeïoniseerd water heeft een zeer lage (of verwaarloosbare) conductiviteit. Zoetwater heeft een lage conductiviteit. Zeewater heeft een zeer hoge conductiviteit.

Eenheden van TDS

Conductiviteit wordt meestal gemeten in micro- of millisiemens per centimeter (µS/cm of mS/cm). Het kan ook uitgedrukt worden in micromhos of millimhos per centimeter (µmhos/cm of mmhos/cm), hoewel deze eenheden minder vaak voorkomen. Eén siemen is gelijk aan één mho. Voor zoetwatermetingen wordt doorgaans microsiemens per centimeter gebruikt, terwijl rapporten over zeewater ook micro-, milli- of zelfs siemen/mho per centimeter kunnen gebruiken.

Totale opgeloste vaste stoffen (TDS) worden beschreven in mg/liter of ppm (parts per million). TDS kan worden gemeten door gravimetrie of worden berekend door een conductiviteitswaarde met een empirische factor (constante) te vermenigvuldigen.

De TDS-constante hangt af van het type stoffen dat in water is opgelost. Zelfs als twee wateroplossingen dezelfde geleidbaarheid (conductiviteit) hebben, kunnen ze een andere hoeveelheid opgeloste stoffen bevatten, afhankelijk van de soorten ionen en hun gewicht.

• Zout of gemengd water: Bij water met een hoge geleidbaarheid (meer dan 5000 µS/cm), zoals zeewater, is de TDS-constante hoger, meestal tussen 0,735 en 0,8.
• Zoet of bijna puur water: Bij water met een lage geleidbaarheid, zoals drinkwater, is de TDS-constante lager, rond 0,47 tot 0,50.

Het verschil komt doordat zwaardere ionen een andere verhouding tussen geleidbaarheid en opgeloste vaste stoffen geven dan lichtere ionen. Kortom, de TDS-constante past zich aan de samenstelling en de geleidbaarheid van het water aan.

TDS meter

Voor twintig euro koop je een TDS meter. Deze heeft waarschijnlijk een algemene, benaderde constante van ongeveer 0,65. Het is de enige meting die ik voor mijn aquaria uitvoer om een idee te krijgen van de mineralen concentratie en hardheid.

• Voor mijn zwartwaterbak richt ik op lager dan 40 (zeer zacht water)
• Voor mijn beplante aquaria richt ik op 75 - 250 (zacht water)

Organismen en zoutgehalte

De meeste aquatische organismen kunnen slechts een specifiek zoutgehalte verdragen. De fysiologische aanpassing van een soort wordt sterk beïnvloed door de zoutconcentratie in de omgeving waarin ze zijn geëvolueerd. De meeste vissoorten zijn stenohalien, wat betekent dat ze uitsluitend in zoetwater of uitsluitend in zoutwater leven. Er zijn echter enkele soorten die zich kunnen aanpassen aan een breder scala van zoutgehaltes. Deze euryhaliene organismen kunnen anadroom, katadroom of volledig euryhalien zijn.

Anadrome organismen leven in zoutwater, maar paaien in zoetwater. Katadrome soorten doen het tegenovergestelde: ze leven in zoetwater en migreren naar zoutwater om te paaien. Echte euryhaliene soorten kunnen op verschillende momenten in hun levenscyclus zowel in zoutwater als in zoetwater voorkomen. Estuariene organismen zijn voorbeelden van echte euryhalienen. In een estuarium kunnen de zoutgehaltes snel variëren van zoetwater tot volledig zeewater. Euryhaliene soorten kunnen zich probleemloos door deze zones bewegen.

Zoetwater

De kieuwcellen van vissen hebben een TDS van 9.000 ppm, wat betekent dat een verandering van 50 naar 300 ppm nauwelijks effect heeft. Bovendien hebben de celwanden van alle dieren een zogenaamde “bi-lipide laag,” die zeer effectief is in het buitenhouden van ionische stoffen zoals zouten.

Desondanks zien we met name bij de reproductie / kweek van vissoorten uit hard water in zacht water, en vissoorten uit zacht water in hard water, ergens iets mis gaan of suboptimaal verlopen. Bij volwassen dieren zien we wel eens problemen met vissen uit hard water in zacht water.

Naast de totale ionen concentratie, lijkt ook de specifieke ionische samenstelling een rol te kunnen spelen. De instroom van een bepaald type ion, zoals bijvoorbeeld natrium, in plaats van bijvoorbeeld kalium, kan invloed hebben, zelfs als het totale zoutgehalte binnen een aanvaardbaar bereik blijft.

GH, KH, pH

In de hobby zien we vaak de afkortingen GH, KH en pH terug. GH staat voor de totale concentratie calcium en magnesium ionen. KH staat voor het gemak voor de totale concentratie bicarbonaten (waterstofcarbonaten) of carbonaten, waarmee zuren geneutraliseerd worden en daarmee verlaging van pH wordt tegengegaan. GH en KH gaan in de natuur aardig op omdat calciumcarbonaat het meest voorkomende zout is in zoetwater.

• Lees meer over GH
• Lees meer over KH
• Lees meer over pH

Water voor het aquarium I

Vissenaquarium

Laat ik ter illustratie en voor het gemak de bekende indeling voor Amazone wateren gebruiken:

• Liefhebbers van "blackwater" aquaria / biotopen, zoals de Rio Negro, gebruiken demi-/RO-water zonder enige toevoeging van mineralen. Schoon regenwater (TDS lager dan 10) is een duurzaam alternatief. TDS van blackwater is lager dan 40.
• Liefhebbers van zacht “clearwater” aquaria / biotopen, zoals de Rio Xingu, gebruiken sterk verdund kraanwater, bijvoorbeeld 25% kraanwater met 75% demi-/RO-water of regenwater, waarmee je uitkomt op zo'n 80 TDS. TDS van clearwater ligt tussen 50 en 200. 
• Liefhebbers van neutraal “whitewater” aquaria / biotopen, zoals de Rio Madeira of de Amazone zelf, gebruiken verdund kraanwater, bijvoorbeeld 50% kraanwater met 50% demi-/RO-water of regenwater, waarmee je uitkomt op zo'n 150 TDS. TDS van whitewater ligt tussen de 100 en 300.

Vind je de kwaliteit van kraanwater onvoldoende en stel je water liever zelf samen, dan kun je zouten toevoegen aan demi-/RO-water of regenwater:

• gips (calciumsulfaat)
• epsom zout (magnesiumsulfaat)
• zuiveringszout (natriumbicarbonaat)

In de verhouding 9 calciumsulfaat : 3 magnesiumsulfaat : 1 natriumbicarbonaat.

Afhankelijk van de vissoorten die je houd, richt je op 50 - 150 ppm (zacht water), 150 - 300 (neutraal water), of 500 - 1000- ppm (hard water). Let wel dat de afvalstoffen van vissen ook bijdragen aan de TDS en deze over tijd doen laten oplopen.

Voor een hard water bak zoals een Malawi cichliden aquarium, zul je de hierboven genoemde zouten bovenop het kraanwater willen toevoegen. Naar verhouding wat meer natriumbicarbonaat en aangevuld met potas (kaliumcarbonaat).

Zoutwater

Zoutwater is een veelvoud van deze aantallen, waarbij keukenzout (natriumchloride) een hoofdrol opeist. De verhouding is dan 700 natriumchloride : 70 magnesiumsulfaat : 20 calciumsulfaat : 16 kaliumchloride : 10 natriumbicarbonaat. En dan in hoeveelheden waarbij het water op 35000 - 40000 ppm zout komt.

Beplant aquarium

Voor een aquarium met planten, pas je de volgende zouten toe:

• kaliumnitraat
• epsom zout
• gips
• kaliumfosfaat
• een miniscule hoeveelheid sporenelementen, waaronder ijzer

In de verhouding 40 kaliumnitraat : 15 epsom : 15 gips : 3 kaliumfosfaat : 1 sporenelementen

Planten doen het goed in zacht tot zeer zacht water. Een TDS van 100 is prima. Voorts zijn (bi)carbonaten (KH) niet nodig; niet ten behoeve van de stikstofkringloop en niet om een "pH crash" te voorkomen. De relevantie van de pH waarde is sowieso nihil bij verwaarloosbare KH.

Heb je liever wel bicarbonaat in je water, dan gebruik je niet natriumbicarbonaat, maar kaliumcarbonaat, magnesiumcarbonaat en / of calciumcarbonaat.

Een beplant aquarium en de zouten die voor planten worden gebruikt, lijkt ook prima geschikt te zijn voor vissoorten uit sowieso zacht tot neutraal water, waartoe de meeste soorten in de hobby horen.

Opgelost gas

Zuurstof en koolstofdioxide komen in water terecht op verschillende manieren:

• Diffusie: Dit is het proces waarbij gasmoleculen van de atmosfeer naar water diffunderen totdat een evenwicht is bereikt. De snelheid van diffusie hangt af van factoren zoals temperatuur, druk en gasconcentratie in de atmosfeer.
• Fotosynthese (voor O₂): In water wordt zuurstof ook geproduceerd door fotosynthetische organismen zoals algen en planten.
• Ademhaling en verbranding van organisch materiaal (voor CO₂): In water wordt CO₂ vooral geproduceerd door ademhaling van waterorganismen en de afbraak van organisch materiaal.

De concentraties van zuurstof en koolstofdioxide in water worden beïnvloed door omgevingsfactoren zoals temperatuur, druk en het biologische leven in het water.

Koolstofdioxide

Koolstofdioxide heeft een veel hogere oplosbaarheid dan zuurstof. De concentratie CO₂ in de atmosfeer is ruim 400 ppm terwijl de concentratie van O₂ ruim 200.000 ppm is. Maar in zoetwater vinden we over het algemeen 7 - 10 ppm O₂ terug, terwijl de waarde CO₂ meer varieert maar ook ergens rond de waarde van O₂ ligt.

Als CO₂ in water oplost bij standaardomstandigheden (atmosferische druk en normale temperaturen), wordt het merendeel van het CO₂ eenvoudig opgelost als gas in het water. Slechts een klein deel (ongeveer 0,2%) reageert met watermoleculen en vormt koolzuur (H₂CO₃).

• Koolzuur (H₂CO₃): Dit is de vorm die ontstaat wanneer CO₂ reageert met water. Het is zwak zuur en dissocieert snel in bicarbonaat (HCO₃⁻) en waterstofionen (H⁺).
• Bicarbonaat (HCO₃⁻): Bij een pH van rond de 6,3 tot 10 is bicarbonaat de dominante vorm van CO₂ in water.
• Carbonaat (CO₃²⁻): Bij een pH van boven de 10 is carbonaat de dominante vorm.

Let wel: het betreft dus het kleine deel dat reageert met water. Veruit de meeste CO₂ in water blijft ook boven 10 pH bestaan als CO₂ gas.

Zuurstof

Zuurstof heeft niet alleen een lage oplosbaarheid in water, de snelheid waarmee zuurstof diffundeert is bovendien traag vergeleken met koolstofdioxide, wat betekent dat zuurstof snel uitgeput kan raken in slecht gemengde of afgesloten wateren.

In water komt zuurstof voornamelijk voor als opgelost gas. De opgeloste zuurstof wordt weergegeven als "DO" (Dissolved Oxygen), en het is in deze vorm dat het beschikbaar is voor aquatische organismen zoals vissen en invertebraten voor ademhaling. Zuurstofmoleculen zijn relatief inert in water en gaan geen sterke chemische bindingen aan zoals CO₂.

Temperatuur

Temperatuur verwijst naar de kinetische energie of beweging van een stof. Een hogere temperatuur verwijst naar meer beweging of kinetische energie kinetische Meer temperatuur is meer beweging.

Wanneer de temperatuur stijgt, bewegen moleculen sneller. Hierdoor worden zuurstof en koolstofdioxide minder goed "gevangen" in het water, en ontsnappen ze gemakkelijker uit het water. Bij lagere temperaturen kunnen watermoleculen nauwer tegen elkaar aan zitten, wat meer ruimte biedt om gasmoleculen vast te houden. De concentraties zuurstof en koolstofdioxide, bijvoorbeeld, nemen af naarmate de temperatuur toeneemt. Koud water bevat dus hogere concentraties gassen dan warm water.

Het hoogste dichtheid van water, waar watermoleculen het dichts op elkaar zijn gepakt, waar ze het minste bewegen ligt bij 4°C. Daaronder neemt de dichtheid af, maar dit komt door de manier waarop watermoleculen zich gaan ordenen.

Organismen

Watertemperatuur beïnvloed de metabolische snelheden en biologische activiteit van aquatische organismen. Dit gebeurt omdat veel enzymen actiever zijn bij hogere temperaturen. Voor de meeste vissen zal een stijging van 10 °C in watertemperatuur de fysiologische functie ongeveer verdubbelen. Deze toename in metabolische snelheid kan door sommige soorten beter worden verwerkt dan door andere. Verhoogde metabolische functie kan worden opgemerkt in ademhalingssnelheden en spijsverteringsreacties bij de meeste soorten. Verhoogde ademhalingssnelheden bij hogere temperaturen leiden tot verhoogde zuurstofconsumptie, wat nadelig kan zijn als deze snelheden gedurende een langere periode verhoogd blijven.

Althans, dit geldt niet voor iedere soort natuurlijk. Sommige vissoorten uit equatoriale contreien hebben manieren ontwikkeld om met lage zuurstofconcentraties in water om te gaan.

Temperatuur beinvloedt ook fotosynthese bij planten en algen. Over het algemeen zal de fotosynthese toenemen met de temperatuur, hoewel verschillende soorten verschillende piektemperaturen hebben voor optimale fotosynthetische activiteit.

Oplosbaarheid

Chemische bindingen breken gemakkelijker bij hogere temperaturen. Watermoleculen moeten bindingsenergie overwinnen om te splitsen in H⁺ en OH⁻. Wanneer de temperatuur stijgt, krijgen de watermoleculen meer kinetische energie, waardoor deze bindingen gemakkelijker breken en meer ionen worden gevormd.

Door de hogere beweging, zullen meer H+ en OH- vrijkomen. pH is de concentratie H+ en die neemt dus toe. Een hogere temperatuur resulteert dus in een hogere pH. Bij 0 graden ligt de pH van zuiver water bij 7.47. Bij 25 graden Celsius is de pH 7. En bij 100 graden 6,14.

Omdat bij hogere temperaturen de watermoleculen meer bewegen, worden ionenroosters in zouten makkelijker verbroken. Warmer water verhoogd dus de oplosbaarheid van zouten en vertoont hogere concentraties mineralen. Een zelfbenoemd unique selling point voor thermale baden.

Watertemperatuur kan niet alleen de oplosbaarheid van giftige verbindingen verhogen, maar het kan ook de tolerantiegrens van een organisme beïnvloeden. Sterftecijfers voor zink zijn aanzienlijk hoger bij temperaturen boven de 25 °C dan bij temperaturen onder de 20 °C. Dit gebeurt omdat de weefselpermeabiliteit, metabolische snelheid en zuurstofconsumptie allemaal toenemen met de verhoogde watertemperatuur.

Ammoniak staat bekend om zijn toxiciteit bij hoge pH-niveaus, maar temperatuur kan ook invloed hebben op acute en chronische criteriumconcentraties. Bij lage temperaturen en een neutrale pH blijft de volgende vergelijking verschoven naar links, waardoor het niet-giftige ammoniumion wordt geproduceerd:

NH₃ + H₂O <=> NH₄⁺ + OH^-

Water voor het aquarium II

De temperatuur is niet goed of slecht. Niet warm of koud. Een onverwarmd aquarium is geen "koudwater" bak, maar eentje die de kamertemperatuur volgt, maar met iets minder amplitude. Als de kamer wordt bewoond, dan zal de temperatuur wat weg hebben van een subtropisch klimaat. Een winternacht zal men een woonkamer op 17°C of 18°C houden, terwijl de temperatuur op een zomermiddag rond de 30°C kan liggen.

Voor zwemwater geven mensen de voorkeur aan tropische temperaturen. Het zal geen toeval zijn dat we de aquarium thermostaat vaak op 25°C zien. Een tropisch / equatoriaal klimaat is het meest stabiel in temperatuur. Aquarium verwarming is dus geschikt voor vissoorten die afkomstig zijn van laaglanden rond de evenaar, zoals Discusvissen (Symphysodo). Maar een honinggourami (Trichogaster chuna) het hele jaar door op tropische temperaturen houden, kan gevolgen voor de gezondheid hebben. Bovendien mag je continu kweekgedrag aanschouwen als er individuen van beide geslachten aanwezig zijn.

Heel veel vissoorten en ongewervelden in de hobby zijn beter af met onverwarmd, subtropisch water. En voor planten geldt hetzelfde; over het algemeen werkt onverwarmd water beter dan stabiel, verwarmd water. Misschien omdat de vraag naar CO₂ minder is, terwijl de concentratie CO₂ in water juist hoger ligt.

Zwevend stof

Totale zwevende stoffen (TSS) zijn sediment, slib, plankton, algen en andere organische en anorganische materialen groter dan 2 micron (0,0002 centimeter) die in de waterkolom aanwezig zijn. Deeltjes kleiner dan 2 micron worden beschouwd als opgeloste stoffen.

Zwevende stoffen omvatten alle deeltjes die in het water drijven of zweven, zoals sediment, slib, zand, plankton en algen. Ook organische deeltjes van afbrekende materialen dragen bij aan de TSS-concentratie. Terwijl algen, planten en dieren vergaan, komen kleine organische deeltjes vrij en dringen de waterkolom binnen als zwevende stoffen.

Chemische neerslag wordt eveneens als een vorm van zwevende stoffen beschouwd. De concentratie TSS is een belangrijke factor bij het bepalen van de waterhelderheid: hoe meer stoffen in het water aanwezig zijn, hoe minder helder het water.

Sedimenten neerslaan vaak op de bodem van een waterlichaam, terwijl andere deeltjes in suspensie blijven. Zwaardere deeltjes zoals grind en zand slaan neer wanneer ze een gebied met weinig of geen stroming bereiken. Dit kan de waterhelderheid verbeteren, maar verhoogd slib kan benthische organismen en eieren verstikken. Deeltjes die niet neerslaan, worden colloïdaal genoemd, omdat ze te klein of te licht zijn om naar de bodem te zinken.

Neerslagbare stoffen, ook wel bedded sediments of bedload genoemd, omvatten variërende deeltjesgrootten, van zand en grind tot fijne slib en klei, afhankelijk van de stroomsnelheid. Soms kunnen deze sedimenten stroomafwaarts bewegen zonder zich weer bij de concentratie zwevende stoffen te voegen. Wanneer neerslagbare stoffen door een sterke stroom over de bodem van een waterlichaam worden verplaatst, wordt dit bedload transport genoemd.

Troebelheid

Troebelheid is een optische bepaling van de helderheid van water. Troebelheid wordt bepaald door de hoeveelheid licht die van deze deeltjes wordt verstrooid.

Troebel water lijkt bewolkt, modderig of op een andere manier gekleurd, wat de fysieke uitstraling van het water beïnvloedt. Zwevende stoffen verminderen de helderheid van water door een ondoorzichtige, wazige of modderige uitstraling te creëren. Metingen van troebelheid worden vaak gebruikt als een indicator van de waterkwaliteit op basis van helderheid en geschatte totale zwevende stoffen in water.

De troebelheid van water is gebaseerd op de hoeveelheid licht die door de deeltjes in de waterkolom wordt verstrooid. Hoe meer deeltjes er aanwezig zijn, hoe meer licht er wordt verstrooid.

De troebelheid van water wordt ook bepaald door het zoutgehalte. Dit komt door het effect van zout op de aggregatie en de neerslagsnelheid van zwevende deeltjes. Met andere woorden, zoutionen verzamelen zwevende deeltjes en binden ze samen, waardoor hun gewicht toeneemt en daarmee de kans dat ze naar de bodem zinken.

Hierdoor hebben oceanen en estuaria de neiging een hogere helderheid (en een lagere gemiddelde troebelheid) te hebben dan meren en rivieren. Deze mariene omgevingen hebben ook een hogere sedimentatiesnelheid, omdat vaste stoffen uit de waterkolom naar de zeebodem worden getrokken.

Hard zoetwater is ook helder. Calcium en magnesium zijn de belangrijkste ionen die de hardheid van water bepalen. Hard water kan de neiging hebben om minder troebel te zijn omdat het vaak gepaard gaat met een hogere concentratie aan minerale deeltjes die samen kunnen klonteren.

Calcium- en magnesiumionen kunnen helpen bij het samenklonteren van zwevende deeltjes in het water. Dit komt doordat deze ionen een rol spelen bij de vorming van verbindingen met andere stoffen, waardoor grotere deeltjes ontstaan die gemakkelijker kunnen neerslaan.

Bacteriële bloei

Het water in een aquarium wil wel eens zeer troebel ogen. Meestal wordt er gesproken over een bacteriele bloei, maar in feite zijn het opgeloste organische verbindingen (DOC) die in het water zweven. En uiteraard zal dit organisch stof snel bewoont worden door bacteriën, wat weer minuscule organismen aantrekt en van een reproductiebron voorziet.

Humus stof

Water kan heel helder zijn, maar wel een donkere tint vertonen.

Deze verkleuring komt vaak voor in moerassen, wetlands of andere waterlichamen met hoge hoeveelheden afbrekende vegetatie in het water. CDOM kan ervoor zorgen dat water rood of bruin lijkt, afhankelijk van het type planten of bladeren dat aanwezig is. Deze opgeloste stoffen kunnen te klein zijn om te worden geteld in een concentratie van zwevende stoffen, maar ze maken nog steeds deel uit van een troebelheidsmeting, omdat ze de helderheid van het water beïnvloeden.

Tannines uit afbrekende vegetatie hebben deze rivier rood gekleurd. Tannines uit afbrekende vegetatie hebben deze rivier rood gekleurd. Troebelheid kan voortkomen uit zwevend sediment zoals slib of klei, anorganische materialen of organisch materiaal zoals algen, plankton en afbrekend materiaal. Naast deze zwevende stoffen kan troebelheid ook gekleurde opgeloste organische stoffen (CDOM), fluorescerende opgeloste organische stoffen (FDOM) en andere kleurstoffen omvatten. CDOM staat ook bekend als humusvlek. Humusvlek verwijst naar de theekleur die wordt geproduceerd door afbrekende planten en bladeren onder water door de afgifte van tannines en andere moleculen.

Opgelost organisch materiaal, of DOM, is het grootste reservoir van organische koolstof in het aquatische milieu. Het kan sterk worden beïnvloed door landgebruik, dat de hoeveelheid organisch materiaal in waterwegen kan verhogen of verlagen. Beboste gebieden kunnen bijvoorbeeld meer DOM bijdragen dan agrarische gebieden, maar de voedingsstoffen die in het materiaal gebonden zijn, kunnen minder biologisch beschikbaar zijn dan die van landbouwgronden.

Ook de resten van levende en dode organismen die in een waterlichaam zijn afgebroken, dragen bij aan opgelost organisch materiaal. Het organisch materiaal in waterwegen kan worden gezien als een mengsel van levende en dode dingen, inclusief producten van planten, microben en dieren in verschillende stadia van ontbinding. Ook in de mix bevinden zich verbindingen die biologisch en chemisch worden gesynthetiseerd uit de producten van afbrekende organismen en ontbinding in het algemeen. Deze resten kunnen worden opgesplitst in humus- of niet-humusstoffen.

Niet-humusstoffen zijn een klasse van verbindingen, waaronder koolhydraten, eiwitten, aminozuren, vetten en andere organische stoffen met een laag molecuulgewicht. Al deze stoffen zijn normaal gesproken gemakkelijk te gebruiken en af te breken door hydrolytische (hydrolyse-katalyserende) enzymen die micro-organismen produceren. Omdat niet-humusstoffen snel worden opgebruikt, zijn hun concentraties in waterwegen doorgaans laag.

Humusstoffen vormen het grootste deel van het organisch materiaal in zowel bodem als water. Ze komen van nature voor, worden geproduceerd door levende organismen en zijn over het algemeen geel tot zwart van kleur. Humusstoffen hebben een hoog molecuulgewicht en worden grotendeels gevormd door microbiële activiteit op plantaardige materialen. De resulterende moleculen zijn vrij resistent tegen verdere microbiële afbraak en hebben doorgaans lage omloopsnelheden in aquatische systemen.

Humusstoffen worden meestal in drie groepen onderverdeeld: humuszuren, fulvozuren en humine. Humuszuren slaan neer, of worden vast, uit een oplossing in water bij verzuring rond een pH van 2. Boven die pH-waarde zijn ze oplosbaar. Fulvozuren zijn oplosbaar bij elke pH-waarde. Humine is niet oplosbaar in water of in verdunde oplossingen bij enige pH-waarde.

De eigenschappen van humusstoffen hebben grote invloed op hoe hun moleculen samenbinden. Ze vertonen verschillende structuren die grotendeels colloïdaal zijn. Deze colloïdale materialen bieden een zeer groot oppervlak dat geschikt is voor de adsorptie (hechting van moleculen van gas, vloeistof of opgeloste vaste stoffen aan een oppervlak) van zowel anorganische als organische materialen. Hierdoor kunnen humusmaterialen de beschikbaarheid van essentiële of zelfs toxische metalen en organische stoffen voor aquatische dieren- en plantensoorten veranderen.

Opgeloste organische verbindingen kunnen zich aggregeren door een aantal processen. Flocculatie is een term die alle soorten aggregatieprocessen dekt. Het verwijst naar de vorming van deeltjes groter dan 1 micrometer, waarop zwaartekracht meer overheerst dan colloïdale interacties. Flocculatie treedt op wanneer deeltjes botsen en zich kunnen hechten.

De afbraak geeft organische stoffen vrij, ook wel tannines genoemd, die het water verkleuren en effecten kunnen hebben op lichtabsorptie en andere aspecten van de waterkwaliteit. Deze afbrekende organische stof is in wezen opgelost organisch koolstof (DOC), aangezien alle levende wezens uit koolstof bestaan.

Het laden van organisch materiaal kan de zuurstofbehoefte in meren en rivieren verhogen. Bijvoorbeeld, tijdens periodes van verhoogde bladval in dichtbeboste beken, kan verhoogde uitloging van opgelost organisch materiaal uit de bladeren de chemische en microbiële consumptie van opgeloste zuurstof vergroten. Opgelost organisch materiaal dat uit de bodem lekt na neerslag, of op een vergelijkbare manier uit moeras- of draslanden, evenals organische rioleringsbronnen, kan ook leiden tot een verhoogde microbiële consumptie van opgeloste zuurstof. In zeer productieve wetlands kunnen dergelijke hoge afbraakpercentages van organisch materiaal leiden tot een hoge bacteriële productie van methaan. Deze productie kan leiden tot een afname of zelfs uitputting van opgeloste zuurstof in achterwatergebieden.

Waterkwaliteit

Troebelheid en totale zwevende stoffen (TSS) zijn de meest zichtbare indicatoren van waterkwaliteit. Deze zwevende deeltjes kunnen afkomstig zijn van bodemerosie, afvloeiing, lozingen, verstoorde bodemsedimenten of algenbloei. Hoewel het mogelijk is dat sommige beken van nature hoge niveaus van zwevende stoffen hebben, wordt helder water meestal beschouwd als een indicator van gezond water.

Hoge niveaus van totale zwevende stoffen verhogen de watertemperaturen en verlagen de niveaus van opgeloste zuurstof (DO). Dit komt omdat zwevende deeltjes meer warmte absorberen van zonnestraling dan watermoleculen. Deze warmte wordt vervolgens door geleiding aan het omringende water overgedragen. Warmer water kan niet zoveel opgeloste zuurstof vasthouden als kouder water, dus de DO-niveaus zullen dalen.

Wanneer de concentratie van zwevende stoffen het gevolg is van organische materialen, met name rioolwater en afbrekend organisch materiaal, is de aanwezigheid van bacteriën, protozoa en virussen waarschijnlijker. Deze organische zwevende stoffen zullen ook waarschijnlijker de niveaus van opgeloste zuurstof verlagen naarmate ze worden afgebroken.

Let wel, het is prima mogelijk om zeer organisch rijke bodem te hebben, zoals een dikke laag dode boombladeren, terwijl het water zeer helder is met een zeer lage TDS. De zwartwaterbakken die sommige hobbyisten, waaronder ondergetekende, houden, zijn hier getuige van.

Blijf scapen,
Ruud

Heb je vragen of opmerkingen? Stuur me een bericht: