Salzgehalt

Natürliches Meerwasser hat einen durchschnittlichen Salzgehalt von 34–35 Gramm pro Liter. Die meisten marinen Organismen besitzen Salztoleranzen in einem Bereich von 30–38 g/l, sofern plötzliche Veränderungen vermieden werden. Theoretisch könnte man also ein Meerwasseraquarium in diesem gesamten Bereich betreiben. Wir raten jedoch nur sehr erfahrenen Aquarianern, sich von den Idealwerten hier und da zu entfernen (z. B. um die Sauerstoffkonzentration zu steigern oder die Erkrankungsbereitschaft der Fische zu verringern). Jede Abweichung von den Idealwerten kann für die Tiere zusätzlichen körperlichen Stress darstellen. Man muss auch stets berücksichtigen, dass die Salzkonzentration neben dem Natriumchlorid (= Kochsalz) auch die Konzentration aller übrigen Substanzen wie Mengenelemente und Spurenelemente definiert. Optimal ist die Salzkonzentration bei einer Salinität von 35 ppt.

Zunächst sollten wir den Zusammenhang des Salzgehaltes und der elektrischen Leitfähigkeit betrachten. Beim Lösen von Salzen in Wasser werden elektrisch geladene Ionen frei, und dadurch erhöht sich die Leitfähigkeit des Wassers. Der genaue Zusammenhang ist recht komplex, da sich die Ionen gegenseitig beeinflussen und die Temperatur zudem eine Rolle spielt. Moderne Leitfähigkeitsmessgeräte errechnen aus dem Leitwert automatisch die entsprechende Salinität, und ihre Messgenauigkeit ist für unsere Zwecke absolut ausreichend. Im Labor messen wir den Salzgehalt mit einem Hochleistungs-Labormessgerät, das die Leitfähigkeit des Meerwassers bestimmt.

Wird mehr Salz im Wasser gelöst, steigt damit auch die Dichte des Wassers. Dadurch wird es auch schwerer, und je schwerer das Salzwasser ist, umso geringer ist das relative Gewicht eines darin schwimmenden Körpers. Mit zunehmender Salzkonzentration wird dieser Körper also höher schwimmen, und über die Schwimmhöhe lässt sich die Salzdichte ermitteln. Dazu verwendet man ein Aräometer, eine Glasspindel mit definiertem Gewicht und einer Messskala. Im Wasser lässt sich in Höhe der Wasseroberfläche an der Skala der zugehörige Dichtewert ablesen. Bei den von uns angestrebten 35 Gramm Salz pro Liter lesen wir auf der Skala einen Wert von 1,024 g bei 25 °C.

Die Angabe „25 °C“ auf dem Aräometer sagt, dass das zu messende Wasser eine Temperatur von 25 °C haben muss, um einen präzisen Wert zu erhalten. Das liegt daran, dass Wassermoleküle sich bei höherer Temperatur ausdehnen und bei Abkühlung zusammenziehen, so dass ein Liter Wasser entsprechend weniger oder mehr Moleküle besitzt. Alle Aräometer sind auf bestimmte Temperaturen geeicht, meist auf 25 °C. Der Eichwert ist auf dem Aräometer vermerkt.

Ermitteln wir z. B. eine Salzdichte von 1,024 g/l, so ist dieser Wert temperaturabhängig. Messen wir hingegen den korrespondierenden Wert über die Leitfähigkeit in Mikrosiemens (53,2 ms/cm) oder die Salzkonzentration mit 35 ppt, so sind diese Werte temperaturunabhängig. Aber Achtung: Unsere amerikanischen Freunde haben hier wieder einmal ihr eigenes System, denn sie messen das spezifische Gewicht des Wassers, das bei dieser Salzkonzentration 1,026 spec. grav. ausmacht. Also achtet drauf, wenn Ihr amerikanische oder chinesische Produkte nutzt und deren Anleitungen lest.

Bei Hobbyaquarianern wird die Salinität üblicherweise mit Refraktometern gemessen. Wir sind darüber allerdings sehr unglücklich, denn die Fehlmessungen, die mit diesen Geräten zustande kommen, sind eine wesentliche Ursache für falsch eingestellte Aquariensysteme. Warum ist das so?

Das Refraktometer ist ein optisches Gerät, das den Brechungsindex einer Flüssigkeit nutzt. Man tropft die Flüssigkeit auf das Messfeld, blickt hindurch und liest auf einer Skala die Konzentration einer bestimmten gelösten Substanz ab, z. B. Zucker oder Salz. An sich ist das auch einfach und verlässlich – sofern in der Flüssigkeit auch nur diese eine Substanz gelöst ist. Meersalz besteht jedoch nicht nur aus Kochsalz (Natriumchlorid), sondern enthält zahlreiche andere Salze und ist oft angereichert mit Vitaminen, Aminosäuren oder anderen Substanzen, die durchaus den Brechungsindex beeinflussen können. Wir messen mit dem Refraktometer also nicht den Natriumchlorid-Gehalt, sondern die Gesamtheit aller gelösten Substanzen, interpretieren diesen Wert jedoch als Messwert für das Natriumchlorid.

Es gibt zwar mittlerweile meerwassergeeichte Geräte, doch auch diese müssen vorschriftsmäßig angewendet werden, um auch genaue und reproduzierbare Messergebnisse zu bekommen. Das wichtigste: Refraktometer müssen nicht nur kalibriert werden, sondern unbedingt mit einer Meerwasser-Referenzlösung, die alle Inhaltsstoffe enthält wie das Aquarienwasser. Kalibriert man diese Geräte hingegen mit destillierten Wasser, mit Osmosewasser oder einer Kochsalzlösung, wird man keinen präzisen Messwert erhalten, und die Fehler können bis zu zehn Prozent betragen. Mit unserer Multireferenz lassen sich Refraktometer genau kalibrieren.

Wie verwendet man ein Refraktometer richtig?

• Das Messfeld und die Abdeckklappe mit destilliertem Wasser reinigen und trocknen
• Mit einer sauberen Pipette zwei Tropfen Multireferenz auf das Messfeld geben und die Abdeckklappe schließen. Die transparente Abdeckklappe muss nach dem Schließen vollflächig benetzt sein.
• Stellen Sie sich aufrecht an ein taghelles Fenster oder eine kräftige Kunstlichtquelle, halten das Refraktometer waagerecht vor Ihr Auge und blicken hindurch ins Licht
• Viele Refraktometer ermöglichen ein Verstellen der Sehschärfe; fokussieren Sie das Gerät so, dass Sie die Messskala scharf erkennen können
• Drehen Sie nun mit einem kleinen Schraubenzieher die Kalibrierschraube so, dass die Oberkante der Blaufläche sich auf dem korrekten Wert befindet (siehe „Salzgehalt Referenz“)
• Reinigen Sie das Gerät anschließend wieder mit destilliertem Wasser (Schritt 1) und geben Sie zwei Tropfen der Aquarienwasser auf das Messfeld
• Achten Sie immer darauf, dass nach dem Schließen der Abdeckklappe das komplette Messfeld benetzt ist. Notieren Sie sich den Messwert.

Wiederholen Sie nun die Schritte 1 bis 3, um die Kalibrierung nochmals zu überprüfen.

Sind alle drei Messwerte identisch, war Ihre Kalibrierung korrekt. Vor jeder Messung sollten Sie diese Schritte ausführen.

Messung mit digitalen Refraktometer

Hier ist die Messung dem eines Photometers ähnlich. Digitale Refraktometer bieten mehrere Vorteile: Sie arbeiten schneller, sauberer und genauer als manuelle Instrumente. Die zeitaufwändige Probenvorbereitung und die Säuberungsprozesse eines Handrefraktometers entfallen hier, denn die flüssige Probe wird zur Analyse einfach auf dem Messkörper platziert.

Einer der größten Einflussfaktoren auf den Brechungsindex ist die Temperatur, da jede Substanz ein spezifisches Temperaturverhalten hat. Digitale Refraktometer sind dazu in der Lage, die Messprobe über ein Peltierelement auf die erforderliche Temperatur zu bringen. Dadurch arbeiten sie nicht nur zeitsparend, sondern ermöglichen saubere, zuverlässige Messungen. Digitale Geräte bieten zudem eine wesentlich höhere Genauigkeit als manuelle Geräte.

Messung mit dem Aräometer
(umgangssprachlich auch Spindel oder Messspindel)

Wenn Sie sich für die Dichtemessung mit einem Aräometer entschieden haben, ist keine Kalibrierung nötig. Wir empfehlen Ihnen jedoch die Verwendung eines Messzylinders, weil sich damit eine präzisere Messung erreichen lässt als direkt im Aquarium, wo vor allem Wasserbewegungen stören können. Zudem besteht dort immer die Gefahr, dass der Glaskörper des Aräometers an die Aquarienscheibe stößt und zerbricht.

Bei der Messung mit einem Aräometer ist es wichtig, korrekt abzulesen. Dazu dient die Linie der Wasseroberfläche, denn sie markiert auf der Skala den Messwert. Die Oberflächenspannung des Wassers führt dazu, dass an der Kontaktfläche Wasser/Glas das Wasser leicht hochsteigt, doch das ist für den Ablesevorgang irrelevant.

Die meisten Aräometer tragen auf ihrer Skala für den Idealbereich eine grüne Markierung. Solange die Wasseroberfläche sich bei der Messung innerhalb dieser grünen Zone befindet und die Salzdichte stabil auf dem selben Wert gehalten wird, ist sie im tolerablen Bereich.

Möchten Sie Ihre Messwerte dokumentieren, um einen Überblick über die Entwicklung zu erhalten, können Sie unter der URL www.aquacalculator.com Hilfsmittel zum Erstellen von Grafiken und Tabellen erhalten.

Messung mit einem Leitwert-Messgerät (umgangssprachlich
Leitfähigkeitsmessung, Leitwert)

Die heute verwendete Practical Salinity Scale (PSS) beruht auf der Proportionalität von Salzgehalt und elektrolytischer Leitfähigkeit und ist dimensionslos. Häufig findet man jedoch bei der Angabe der Salinität das Kürzel PSU, das für Practical Salinity Unit steht. Dies ist keine physikalische Einheit.

Zur Errechnung des Salzgehalts aus der Leitfähigkeit wird folgende Formel benutzt:

S=0,0080−0,1692⋅K1215+25,3851⋅K15+14,0941⋅K3215−7,0261⋅K215+2,7081⋅K5215

Dabei gibt K15 das Verhältnis von der gemessenen Leitfähigkeit zur Leitfähigkeit einer Kalium-Chlorid-Lösung von 32.4356 g/kg bei 15 °C und einer Atmosphäre Druck an. Ist das Verhältnis K15 gleich eins, ist S = 35.

Besitzer eines Aquariencomputers kennen diese Messweise recht gut. Sie wird mit einer Leitfähigkeit/Temperatur-Messsonde direkt im Aquarienwasser durchgeführt und hat den Vorteil, dass auch eine dauerhafte Erfassung der Messwerte möglich ist. Doch obgleich die Sonden heute robust sind, sollten Sie die Pflege und regelmäßige Kalibrierung nicht vergessen, denn durch Ablagerungen und Biofilme verändern sich die Messwerte.

Mit der Ermittlung des Leitwerts kann nun die Salinität errechnet werden. Diese ist je nach verwendeter Rechentabelle unterschiedlich und weicht meist auch vom Messwert des Refraktometers ab, doch diese Differenz ist vernachlässigbar. Solange die Messgeräte einen Wert zwischen 34 und 35 psu oder ppt anzeigen, ist alles in Ordnung, und sie müssen diesen Wert nur möglichst stabil halten.

Auch die Sonden von Leitfähigkeitsmessgeräten müssen regelmäßig gereinigt und kalibriert werden, doch trotzdem ist diese Messvariante sehr sichere und einfach, sofern man ein dafür geeignetes Gerät und die dazu passende Messsonde erworben hat. Im Meerwasser liegen die Messwerte um 50 mS/cm. Achtung: Leitfähigkeitsmessgeräte für Osmosewasser (TDS) sind dafür nicht geeignet.

Salzdichtemessung im Labor

Labore bestimmen den Salzgehalt von Flüssigkeiten auf unterschiedliche Weise. Besonders gern wird für die Ermittlung der Salinität ein Berechnungsverfahren genutzt, das den Wert über die Berechnung der Chlorinität ermittelt. Hierbei wird anhand des gemessen Chloridgehalts auf den Rest der Salze im Wasser geschlossen. Als Basis stehen hier Daten zur Verfügung, die man in natürlichem Meerwasser ermittelt hat. Grundlage ist, dass die Mengenverhältnisse in natürlichem Meerwasser weltweit gleich sind.

Das Marcet-Prinzip von 1819 beschreibt, dass das Verhältnis der mengenmäßig überwiegenden Ionen („Mengenelemente“) des Meerwassers – Natrium-, Chlorid- und Magnesium-Ionen – in allen Ozeanen identisch ist. Dieses Prinzip der konstanten Proportionen gilt unabhängig vom Gesamtsalzgehalt des jeweiligen Meeres.

Hier handelt es sich aber um eine theoretische Berechnung, die leider nur bedingt auf unsere Aquariensysteme übertragbar ist. Das Wasser im Aquarium entspricht durch spezifische Zugaben, die ein Korallenriffaquarium erfordert, nicht unbedingt natürlichem Meerwasser. Die wichtigsten Ionen aber sollten auch in einem Aquarium möglichst nahe an natürlichen Werten liegen.

Nutzer von käuflichem natürlichen Meerwasser werden ebenfalls nicht genau auf die natürlichen Verhältnisse kommen, da es sich bei vielen Produkten um Küstenwasser (geringere Salinität und erhöhte Mineralienkonzentration durch Flusswassereintrag) handelt. Zudem können sich durch Lagerung und Transport in Kanistern die Relationen verschieben. Achten Sie hier darauf nur originales Wasser aus dem Atlantik mit voller Salinität ( 35 ppt ) zu nutzen.

Salzdichtemessungen in Laboren finden auch mithilfe von Leitfähigkeitsmessgeräten statt, die sich dann mit entsprechenden Tabellen zur Salinität umrechnen lassen. Auf der Seite www.aquacalculator.com finden sich einige Tabellen, die das Umrechnen erleichtern. Es existieren unterschiedliche Umrechnungstabellen, und je nach Hersteller und Messgerät können bei der Umrechnung von Leitwert auf Salinität leicht unterschiedliche Ergebnisse vorliegen. Diese Differenzen sind jedoch vernachlässigbar.

Salzdichte einstellen nach Gewicht?

Bisweilen wird geraten, auf Salzdichtemessungen im Wasser ganz zu verzichten und einfach die Salzmenge abzuwiegen, um Aquarienwasser mit der korrekten Salzdichte herzustellen. Schließlich geben die Hersteller von Meersalzmischungen an, wieviel Liter Meerwasser mit dem Packungsinhalt jeweils hergestellt werden können. Um es gleich vorwegzunehmen: Das ist blanker Unsinn und wäre in Bezug auf die Sicherheit der Aquarienpfleglinge grob fahrlässig. Aber schauen wir uns das einmal im Detail an.

Wie erwähnt streben wir einen Salzgehalt von 34 bis 35 Gramm pro Liter Wasser an. Laut Herstellerangabe eines Beispielsalzes können aus 20 kg Meersalz ca. 600 Liter Meerwasser hergestellt werden.  Das bedeutet, wir lösen dabei 0,03333333 kg Salz pro Liter Wasser, oder anders ausgedrückt 33,33 Gramm pro Liter. Wir müssen aber berücksichtigen, dass eine Meersalzmischung stets eine gewisse Restfeuchte besitzt. Ein kleiner Teil unserer Meersalzmischung ist also nicht Salz, sondern Wasser. Nach dem Lösen des Salzes in 600 Litern Wasser haben wir dann also bei hoher Restfeuchte nicht die angestrebten 34 bis 35 ppt, sondern möglicherweise nur 29 oder 30 ppt. Vereinfacht ausgedrückt, wir haben 10 % weniger Salz als gedacht. Darum macht es keinen Sinn, sich auf das Gewicht des Salzes zu verlassen.

Auch im laufenden Betrieb des Aquariums würde uns die präzise Salzdichtemessung fehlen, denn über Abschäumer, nasse Filterwatte oder das Hineingreifen ins Aquarium wird jeweils eine gewisse Salzmenge ausgetragen, während durch Futter, Zusatzstoffe und Grundversorgungsysteme Salz eingebracht werden kann. Eine regelmäßige und präzise Messung der Salzkonzentration im Aquarium ist also unerlässlich.

Für die Einsteiger unter uns: Mit dem verdunstenden Wasser verschwindet aus unserem Aquarium kein Salz. Einfaches Auffüllen mit Salzwasser ist darum keine Lösung, denn dadurch würde sich der Salzgehalt im Aquarium bis auf lebensfeindliche Werte erhöhen.

Mehr zu Salzen, der Salzqualität und der Frage, warum wir so spezielle Systeme entwickelt haben, finden Sie in unseren weiteren HTU auf unserer Downloadseite oder unserem YT-Kanal.