Die Beziehung zwischen Ca und Mg im Meerwasseraquarium

Das Vorkommen von Magnesium und Kalzium

Magnesium (Mg) und Calcium (Ca) gehören zu den weit verbreiteten Elementen in der Erdkruste (Mg 2,09%, Ca 3,63%). In der Natur spielt Magnesium eine wichtige Rolle als Bestandteil des Chlorophylls, des grünen Farbstoffs, der hauptsächlich in Blättern und Stängeln von Pflanzen vorkommt. 

Calcium hingegen nimmt den fünften Platz in Bezug auf die Verbreitung in der Erdkruste ein und kommt in Form zahlreicher Silikate und Aluminiumsilikate vor.

Diese beiden Elemente, Magnesium und Calcium, spielen eine entscheidende Rolle im Meerwasseraquarium. Sie sind wichtig und gehören zu den Makroelementen in der Meerwasseraquaristik, wobei Magnesium den zweiten und Calcium den vierten Platz in Bezug auf die Menge einnimmt.

Die Eigenschaften von Magnesium und Calcium

Aus chemischer Sicht sind Calcium (Ca) und Magnesium (Mg) in der zweiten Gruppe des Periodensystems der Elemente (Mendelejew-Tabelle), bekannt als die Gruppe der Erdalkalimetalle, positioniert*. 

Ihre Position im Periodensystem ist nicht zufällig. Elemente derselben Gruppe weisen zahlreiche Ähnlichkeiten sowohl in chemischen als auch in physikalischen Eigenschaften auf. Genau diese Ähnlichkeiten bestimmen ihre Rolle in aquatischen Ökosystemen. Interessanterweise gehören zu derselben Gruppe im Periodensystem auch andere Makroelemente, die im Meerwasser vorkommen, wie Strontium (Sr) sowie Spurenelemente wie Barium (Ba). 

Zurück zu Magnesium und Calcium: die ähnlichen Eigenschaften von Calcium und Magnesium haben einen wesentlichen Einfluss auf das chemische Gleichgewicht im Aquarium. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Stabilität der Umgebung für Meeresorganismen. Deshalb sind ihre Anwesenheit und die richtigen Proportionen notwendig, um die Gesundheit und das ordnungsgemäße Funktionieren des gesamten Aquarium-Ökosystems zu gewährleisten.

Die Synergie zwischen Magnesium und Calcium

Calcium ist einer der wichtigsten, wenn nicht der wichtigste Mineralstoff im Meerwasser. Es spielt eine wichtige Rolle beim Aufbau vieler Meeresorganismen, einschließlich Korallen, Muscheln, Makroalgen und bakteriellen Biofilmen. In Verbindung mit Carbonaten bildet es das Skelett der Korallen. 

Magnesium ist andererseits wichtig für das Wachstum verschiedener Meeresorganismen, einschließlich Kalkalgen. Magnesium ist auch an der Bildung von Korallenskeletten beteiligt, aber eine der wichtigsten Aufgaben von Magnesium ist es, Tieren und Algen bei der Aufnahme von Calcium zu helfen. Einige Lebewesen, wie Kalkalgen, Muscheln oder Seeigel, absorbieren größere Mengen an Magnesium.

Die Synergie zwischen diesen Elementen beeinflusst zahlreiche Aspekte der Wasserchemie. Ein Schlüsseleffekt ihrer Interaktion ist die Unterstützung beim Aufbau von Korallenskeletten, die Aufrechterhaltung eines stabilen pH-Wertes und die Bewahrung des ionischen Gleichgewichts des Meerwassers. Die oben genannten Parameter spielen eine grundlegende Rolle im Kontext der Meerwasseraquaristik, worüber im weiteren Teil des Artikels mehr berichtet wird.

Der Prozess des Aufbaus von Korallenskeletten – Synergie zwischen Magnesium und Calcium

Der Aufbau von Korallenskeletten ist ein komplexer Prozess, der hauptsächlich auf dem Mineralisierungsprozess basiert (das Einfangen von Ionen aus der Umgebung und deren Einbindung in kristalline Strukturen). Wenn die Bildung kristalliner Strukturen biologisch kontrolliert wird, spricht man von Biomineralisation. Sowohl die Mineralisierung als auch die Biomineralisation sind von der Kristallbildung an genau kontrolliert. Calcium ist an den Biomineralisationsprozessen beteiligt. Dies erfordert nicht nur die Verfügbarkeit von Calcium, sondern auch ein ionisches Gleichgewicht mit anderen Mineralien wie Magnesium, die diese Prozesse unterstützen und regulieren. Die strenge Kontrolle dieses Prozesses ermöglicht die Erstellung von Mineralstrukturen mit den gewünschten Eigenschaften, die an die Funktionen des erzeugten harten Gewebes angepasst sind. Obwohl die chemische Zusammensetzung dieser Gewebe ähnlich ist, unterscheiden sich die Struktur und die mechanischen Eigenschaften erheblich. Dies kann auf die Anpassung der Gewebe an ihre Funktionen zurückzuführen sein. Die präzise Kontrolle der Bildung dieser Strukturen ist wichtig, beginnend mit der frühen Embryogenese (Beginn des Prozesses) und hat direkte Auswirkungen auf die Gestaltung der endgültigen Gewebe. 

Mehr über Methoden zur Beschleunigung des Korallenwachstums finden Sie in einem separaten Artikel.

Der Prozess des stabilen pH-Wertes – Synergie zwischen Magnesium und Calcium

Magnesium und Calcium sind auch verantwortlich für die Aufrechterhaltung eines angemessenen pH-Wertes und haben die Fähigkeit, Meerwasser zu puffern. Dieser Prozess ist mit der Karbonathärte (dKH) verbunden, und die Stabilisierung des pH-Wertes basiert in diesem Fall auf der Reaktion von Calciumionen (Ca²⁺) mit Carbonat (CO₃^2-) und Hydrogencarbonat-Ionen (HCO₃^–).

Ionisches Gleichgewicht – Synergie zwischen Magnesium und Calcium

Magnesium, das in Form von Magnesiumionen (Mg ²⁺) vorliegt, hilft, das ionische Gleichgewicht sowie den Calciumhaushalt aufrechtzuerhalten, was auch die pH-Stabilität beeinflusst. Jedoch hat das ionische Gleichgewicht auch einen signifikanten Einfluss auf die Löslichkeit anderer Elemente. Eine Veränderung der Magnesiumkonzentration im Wasser kann das gesamte ionische Gleichgewicht des Meerwassers beeinflussen. Dies kann wiederum die Art und Weise ändern, wie Ionen adsorbiert (aufgenommen) und desorbiert (freigesetzt) von verschiedenen Oberflächen, einschließlich Meeresablagerungen, werden.

Ein Beispiel dafür ist der Einfluss von Magnesium auf die Löslichkeit von Jod. Das Magnesiumion (Mg²⁺) kann komplexe Verbindungen bilden, wenn es mit Jodidionen (I^–) kombiniert wird. Das Ergebnis einer solchen Verbindung kann sowohl eine Erhöhung als auch eine Verringerung der Löslichkeit von Jod sein. Die Richtung dieser Wirkung hängt von vielen Faktoren ab, wie dem pH-Wert des Wassers, der Anwesenheit anderer Ionen und der Temperatur.

⬆️ Höhere Magnesiumwerte fördern eine bessere Auflösung von Jodidionen, was deren Adsorption (Aufnahme) durch Meeresorganismen erleichtert.

Andererseits ist Calcium in der Lage, die Bioverfügbarkeit anderer wichtiger Bestandteile für Meereslebewesen zu beeinflussen, beispielsweise durch die Bildung chemischer Komplexe. Calcium neigt dazu, stabile Komplexe mit Anionen zu bilden, was die Löslichkeit von Schwermetallen im Wasser beeinflusst. Metalle wie Blei, Cadmium oder Kupfer können unlösliche Carbonate oder Carbonatkomplexe bilden, wodurch ihre Mobilität und Toxizität (Sedimente im Aquarium) eingeschränkt werden.

Calciumionen können auch mit Phosphationen reagieren, um unlösliche Calciumsalze (Ca₃(PO₄)₂) zu bilden, die sich absetzen und meist am Boden des Aquariums ansammeln. Infolgedessen verringert sich die Verfügbarkeit von Phosphaten für Meeresorganismen als Nährstoff.

Die angemessenen Verhältnisse von Magnesium und Calcium im Meerwasser.

Es ist bekannt, dass die Bildung von Skelettstrukturen vom Verhältnis der Calciumionen Ca²⁺ zu den Carbonationen CO₃^2- abhängt. Die Fachliteratur deutet darauf hin, dass ein sehr bedeutender Effekt der Wechselwirkung zwischen der Konzentration der Magnesiumionen und dem Verhältnis Ca beobachtet wurde.

Ihr Niveau und das Verhältnis zueinander beeinflussen signifikant das Wachstum und die Gesundheit der Tiere im Meerwasseraquarium. Die Aufrechterhaltung des empfohlenen Magnesiumspiegels ermöglicht es Tieren und Algen, Calcium optimal aufzunehmen, was den effizienten Aufbau von Skeletten erleichtert.

 Wir empfehlen, den Magnesiumwert zwischen 1250-1450 ppm zu halten, wobei der optimale Wert bei 1350 ppm liegt. 

Der Calciumwert sollte zwischen 380 – 460 ppm liegen, wobei der optimale Wert 440 ppm beträgt. 

Wir empfehlen, den KH-Wert zwischen 7 – 9 °dKH zu halten, wobei der optimale Wert je nach Besatz von Korallen in Ihrem Aquarium abhängig ist: 

• Riffaquarium mit SPS-Korallen: 6,5 – 7,5 °dKH 
• Riffaquarium mit gemischten Korallen: 7,0 – 9,0 °dKH

Zusammenfassung

Die Synergie zwischen Calcium und Magnesium beeinflusst zahlreiche Aspekte der Wasserchemie. Magnesium und Calcium unterstützen nicht nur den Aufbau von Korallenskeletten, sondern spielen auch eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung einer stabilen und gesunden Wasserumgebung durch die Stabilisierung des pH-Wertes und die Aufrechterhaltung des ionischen Gleichgewichts im Meerwasser.

* Der Name ‚Erdalkalimetalle‘ stammt von dem Namen des ersten Elements, das an der Spitze der zweiten Spalte des Periodensystems steht (Be – Beryllium).