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Ionenzusammensetzung des Wassers in zirkulierenden Meeresökosystemen

Die Berücksichtigung der wasserchemischen Anforderungen eines zirkulierenden Meeresökosystems, wie es in Aquakultur, Aquaponik, zoologischen Ausstellungen oder Forschungsanwendungen etabliert und gepflegt werden kann, beginnt nicht überraschend mit der Zusammensetzung des Meerwassers selbst. Es folgt eine kurze Diskussion der chemischen Eigenschaften von Meerwasser, wie es in ozeanischen Gewässern existiert (definiert als Wasser jenseits der Kontinentalränder).

Zusammensetzung und Salzgehalt.

Meerwasser besteht hauptsächlich aus Wasser, anorganischen ionischen gelösten Stoffen, organischen gelösten Stoffen (Kolloiden) und Partikeln (Feststoffen) und mitgerissenen Gasen. Es sind in erster Linie die anorganischen ionischen gelösten Stoffe und die organischen gelösten Stoffe, die in einem zirkulierenden marinen Ökosystem von Bedeutung sind, da sie innerhalb von Bereichen (spezifisch für jedes Ion oder innerhalb dessen, was wir als ausgeglichenes Nährstoffbudget bezeichnen) vorhanden sein müssen, die für jedes spezifische geeignet sind System, um als Verwalter dieses Systems langfristig erfolgreich zu sein. Konzentrationswerte und Konzentrationsbereiche dieser Stoffe ändern sich oft, wenn das System eine Entwicklung der Kohortenatmungsrate und Abfallproduktion und -extraktion durchmacht, die selbst (direkt und/oder indirekt) durch Veränderungen in der Bevölkerungsbildung der Kohorte beeinflusst wird, sowie die Effizienz der Filterung, Beleuchtungseigenschaften und Strömungsmuster innerhalb des Systems. Beispielsweise kann eine Phosphatkonzentration von 0,05 mg/l vom System im Allgemeinen über einen Zeitraum von Monaten toleriert werden; dann kann eine Änderung der Beleuchtung das Wachstum von Phototrophen wie Cyanobakterien beeinflussen, was erfordert, dass die Phosphatkonzentration auf einen Wert verringert wird, bei dem die Cyanobakterien aufhören zu vermehren und schließlich auf eine erträgliche Präsenz zurückgehen.

Auf Wasser wird im Rahmen dieses Abschnitts nicht näher eingegangen; es wird mit dem Thema synthetische Meerwasserzubereitungen neu aufgegriffen.

Anorganische ionische gelöste Stoffe sind kollektiv die Haupt-, Neben- und Spurenionen sowie deren Verbindungen. Die Summe dieser Ionen in Gramm in 1 kg Meerwasser ist der Salzgehalt. Es wird in Promille (‰) ausgedrückt, was durch die Einheit g / kg ersichtlich ist, oder manchmal einfach durch den Buchstaben 'S', der 'Salinität' bezeichnet, in diesem Fall ohne „‰“. Der Salzgehalt in ozeanischen Gewässern reicht von 33 bis 37. Der durchschnittliche Salzgehalt, der in der Literatur am häufigsten genannt wird, beträgt 35; Im weiteren Verlauf dieses Artikels bezieht sich der Begriff „Standardsalzgehalt“ auf diesen Wert von 35. Der Salzgehalt in Küstennähe kann aufgrund des Süßwassereintrags aus dem Abfluss erheblich niedriger sein. Umgekehrt weisen Gewässer mit relativ hohen Verdunstungsraten und geringen Süßwassereintragsraten höhere Salzgehalte auf als in offenen Gewässern. Das Rote Meer und das Mittelmeer sind Paradebeispiele für solche halbgeschlossenen Gewässer, erstere mit Salzgehalten bis 42.

Dichte und relative Dichte.

Die Dichte des Meerwassers wird durch Einbeziehung von Salzgehalt, Temperatur und Druckwerten einer Probe an der Teststelle (mit anderen Worten in situ) bestimmt. Eine gängige Einheit zur Dichtemessung, die von Ozeanographen verwendet wird, ist sigma-t (st), die den Salzgehalt und die Temperatur der Probe bei Atmosphärendruck einbezieht. Dichte ist eine physikalische Eigenschaft eines Stoffes, die sich vom spezifischen Gewicht (SG) unterscheidet, ein Maß für die relative Dichte (in diesem Zusammenhang das Verhältnis von Meerwasserdichte zu Süßwasserdichte bei gleicher Temperatur) technisch ohne Maßeinheiten ( sie heben sich gegenseitig auf). Obwohl die Dichte von reinem Wasser oft mit 1.000 g/cm3 angegeben wird, ist dies ein temperatur- und druckspezifischer Wert. Die Dichte von reinem Wasser ist temperatur- und druckabhängig und kann daher einen Wert ungleich 1,0 g/cm3 haben; bei 25 °C und atmosphärischem Druck beträgt die Dichte von reinem Wasser beispielsweise 1,00287 g/cm3. Es ist daher möglich, dass der Wert der spezifischen Dichte einer Meerwasserprobe nicht das Sigma-t widerspiegelt. Um es in einer knappen Aussage zu wiederholen: Das spezifische Gewicht ist ein Dichteverhältnis, während Sigma-t ein Dichtewert ist, der auf physikalischen und Umwelteigenschaften einer Wasserprobe basiert. Aus praktischer, angewandter Sicht für den Verwalter eines rezirkulierenden Meeresökosystems macht der leichte Unterschied in der Dichte von reinem Wasser bei den Temperaturen, bei denen die meisten rezirkulierenden Meeresökosysteme arbeiten, den Einsatz von SG als Mittel zur langfristigen Überwachung der Wasserdichte ausreichend genau Erfolg. Es ist jedoch nützlich, die Beziehung und Unterscheidung zwischen diesen beiden Maßeinheiten zu verstehen. Selten (wenn überhaupt) geben Ozeanographen die Eigenschaften von Meerwasser in Einheiten des spezifischen Gewichts an.

Wie bereits erwähnt, beeinflussen Temperatur- und Druckänderungen die Dichte eines Fluids. Daher erfolgt eine lineare Umrechnung zwischen Salinität und Sigma-t und folglich zwischen Salinität und SG-Werten nur bei einem Standardtemperaturwert. Ein einfaches Beispiel:

Meerwasser mit einem Salzgehalt von 35 entspricht einem Sigma-t-Wert von 1,02336 g/cm3 bei einer Temperatur von 25°C.

Meerwasser mit einem Salzgehalt von 35 entspricht einem Sigma-t-Wert von 1,02478 g/cm3 bei einer Temperatur von 20°C.

Diese Werte werden unter Verwendung einer Sigma-T-Tabelle berechnet und bei Bedarf weiter extrapoliert, wenn spezifische Werte für Wasserproben mit Salzgehalt oder Temperaturwerten erforderlich sind, die zwischen den normalerweise veröffentlichten ganzen Zahlen liegen.

Anorganische ionische gelöste Stoffe.

Der Kürze halber werden „anorganische ionische gelöste Stoffe“ in diesem Abschnitt einfach als „Ionen“ bezeichnet. Wie bereits erwähnt, gibt es im Meerwasser drei Klassifikationen von Ionen in Bezug auf ihre beobachtete Konzentration: Major (≥1 mg/L); Geringfügig (<1 mg/l, ≥1 mg/kl); und Spuren (<1 mg/kl). Die Einheiten „mg/L“ und „mg/kl“ werden austauschbar mit „ppm“ bzw. „ppb“ verwendet.

Die Hauptionen im Meerwasser machen über 98% der gesamten gelösten Stoffe nach Masseneinheit aus.

Unabhängig vom Salzgehalt bleibt das Verhältnis der Hauptionen im Ozeanwasser unverändert. Dies ist ein Prinzip, das als die Regel der Konstanz der Proportionen bekannt ist, auch als Marcet-Prinzip bezeichnet. Im offenen Ozean kann diese Situation hauptsächlich aufgrund der riesigen Ressource oder des Pools der Hauptionen aus solchen Quellen bestehen wie: Sediment; Mineralien, die aus dem Meeresboden sickern; Remineralisierung von latentem Material in die Komponenten, die größtenteils durch mikrobielle Prozesse durchgeführt wird; Abfluss aus terrestrischen Lebensräumen. In diesem Artikel wird darauf hingewiesen, dass dieses sehr wichtige Prinzip der Meerwasserchemie diskutiert wird, da die Verwalter von zirkulierenden Meeresökosystemen Folgendes verstehen müssen:

Das Verhältnis der Elemente bleibt unabhängig vom Salzgehalt gleich.
Die Konzentrationen der Elemente ändern sich in Bezug auf den sich ändernden Salzgehalt.

Einigen Hausmeistern mag es erscheinen, als ob der letzte Punkt in diesem Artikel unnötig erwähnt wird, aber wir sind auf Personen gestoßen, die zum Beispiel nicht verstanden haben, warum die Kalziumkonzentration in neu gemischtem Meerwasser mit einer technisch hergestellten Meerwassersalzmischung nicht 412 measure betrug mg/l trotz der Tatsache, dass sie das spezifische Gewicht auf 1,021 (S≈32 bei 77 °F) eingestellt hatten. Bei S=32 würde die Calciumkonzentration ≈377 mg/L betragen.

In Ozeanwasser werden die Konzentrationen der Hauptionen durch die biologische Aufnahme oder den Einbau in unlösliches Material nicht signifikant verringert. Es wird davon ausgegangen, dass Hauptionen konservative Konzentrationsprofile aufweisen, ein Begriff, der den unveränderlichen Anteil der Ionenzusammensetzung von Meerwasser für diese Ionen unabhängig vom Salzgehalt widerspiegelt. Es gibt jedoch Ausnahmen von diesem Prinzip in natürlichen Systemen, wie beispielsweise in Gewässern, in denen Wechselwirkungen (Verbrauch/Verarmung) zwischen Hauptionen und bestimmten Aspekten des Systems auftreten, die den verfügbaren Pool dieser Ionen überschreiten. Der biologische Bedarf kann die Zufuhrrate eines oder mehrerer Hauptionen übersteigen; Ebenso kann die Chelatbildung mit komplexen organischen Materialien, wie sie in Sedimenten vorkommen, als Senke für bestimmte Ionen (insbesondere Kationen) wirken. Wenn die Konzentration eines Ions infolge dieser Wechselwirkungen abnimmt, wird davon ausgegangen, dass es ein nicht-konservatives Verhalten zeigt. Die Bestimmung erfolgt in erster Linie durch Testen von Wasserproben in verschiedenen Tiefen innerhalb der Wasserzone, in die Sonnenlicht ausreichend eindringen kann, um die Photosynthese zu unterstützen; dies wird als photische Zone bezeichnet. Wenn die Konzentration eines Ions über dieser Zone ein gemeinsames Muster oder eine gemeinsame Kurve (ein „Nährstoffprofil“) aufweist, ist dies ein Indikator dafür, dass das Ion von Organismen aufgenommen oder in Material innerhalb der Zone eingebaut wird und ist daher wird sie entweder aus der Zone entfernt (im letzteren Fall, wenn das Material dann unter die photische Zone sinkt) oder wird Teil des latenten Materialpools, der in wässriger Form nicht verfügbar ist. In jedem Fall hört das Ion in der wässrigen Form auf zu existieren, so dass die Konzentration einer Verarmung unterliegt.

Ein Gezeitenbecken ist ein einfaches und effektives Beispiel für ein solches System. Bei Ebbe vom größeren Wasserkörper isoliert, kann es je nach biologischem Profil und Sedimentzusammensetzung des Beckens zu einer Erschöpfung bestimmter Hauptionen kommen, bis die Flut ausreichend ansteigt, um die Verbindung mit dem größeren Wasserkörper wiederherzustellen, und die Konzentrationen aller Hauptionen kehren schnell zu Durchschnittswerten (für dieses Gewässer) zurück. Ein rezirkulierendes Meeresökosystem kann als permanentes Gezeitenbecken betrachtet werden. Ohne Zufuhr von einer externen Quelle nehmen die Konzentrationen verschiedener Ionen über die oben genannten Mechanismen ab.

Die Bedeutung der Diskussion über konservatives und nicht-konservatives Verhalten ist für die Verwalter eines zirkulierenden Meeresökosystems sehr relevant, insbesondere bei der Beurteilung, welche Ionen geeignet sind, um Systeme unter ihrer Obhut hinzuzufügen. Dies ist insbesondere bei Minor- und Spurenionen der Fall. Wenn im offenen Ozean festgestellt wurde, dass ein Minor- oder Spurenion ein konservatives Verhalten zeigt (auch hier ändert sich die Konzentration relativ zum Salzgehalt nicht), kann eines von zwei Szenarien als Ursache angenommen werden:

Die Aufnahmerate spiegelt die Eingangsrate des Systems wider (dies ist höchst unwahrscheinlich).
Das Ion wird in keinem nennenswerten Ausmaß in lebende Biomasse, organisches Material oder andere innerhalb dieses Systems vorhandene Substanzen eingebaut. Die Konzentration solcher Ionen bleibt unverändert, bis die Zugabe erfolgt.

Die Erörterung dieser Punkte ist von Bedeutung, weil auf der Liste der Inhaltsstoffe von synthetischem Meersalz und ergänzenden Mischungen routinemäßig Neben- und Spurenionen mit konservativem Verhalten erscheinen. Im Prinzip erscheint diese Praxis angesichts der vorstehenden Anmerkungen unnötig. Um ein prägnantes Beispiel zu geben: Wenn Nesseltiere, die in einem natürlichen Riff-Ökosystem leben, das Vorhandensein von Lithium ignorieren, werden sie es in einem zirkulierenden Meeresökosystem ignorieren, wenn die Durchschnittswerte aller kritischen Elemente beibehalten werden.

Es gibt leichte Abweichungen in der beobachteten Ionenzusammensetzung von Ozeanwasser bei Standardsalzgehalt, daher stimmen die von verschiedenen Forschern veröffentlichten Ionenwerte oft nicht überein.

Verschiedene Meerwasserquellen, die üblicherweise in rezirkulierenden Meeresökosystemen verwendet werden.

Salz von Entsalzungsverfahren
Der Prozess der Entfernung gelöster Stoffe aus Meerwasser wird in Regionen (insbesondere Trockengebieten) angewendet, in denen Wasser, das für die Bevölkerung zum Trinken geeignet ist, nur sehr gering vorhanden ist. Dieses Verfahren stellt eine Entsalzung dar, die bei kommerziellen Anwendungen durch verschiedene Mittel erreicht wird, die eines oder mehrere der folgenden einschließen: Membranfiltration; Ionenfiltration; Destillation; Einfrieren; Verdunstungsprozess (Befeuchtung und Entfeuchtung).

Länder mit Küstenlinie am Roten Meer nutzen dieses Verfahren zur Trinkwasserversorgung der Bürger sowie für industrielle und landwirtschaftliche Anwendungen. Der Hauptzweck des Prozesses ist die Gewinnung des gereinigten Wassers mit Sammlung von gelösten Stoffen (sofern sie für die Anlagenbetreiber von Interesse sind), um die Betriebskosten durch Verkauf an interessierte Parteien zu senken, ein Punkt, auf den wir in Kürze zurückkommen werden. Für den Fall, dass der gelöste Stoff unerwünscht und/oder für die Anlagenbetreiber unerwünscht ist, wird zusätzliches Meerwasser aus dem Roten Meer gezogen, um die Salzrückstände wegzuspülen, und die resultierende Sole wird selbst in das Rote Meer zurückgepumpt. Chemikalien, die verwendet werden, um die Ansammlung von Mineralien (insbesondere Calcit, Dolomit und Gips) zu verringern, die sich in den Sammel- und Behandlungsbehältern ansammeln, werden zusammen mit der Sole in das Rote Meer gepumpt. Darüber hinaus werden biozide Chemikalien, insbesondere Chlorverbindungen, verwendet, um das Wasser zu sterilisieren, wobei der Abfall mit dem anderen Abfluss in das Rote Meer gepumpt wird. Erwartungsgemäß variieren die Auswirkungen auf die marinen Biota in Bezug auf ihre Nähe zur Einleitungsstelle und die Toleranz, die eine Art gegenüber dem Bestandteil hypersalinem Wasser und den oben genannten Chemikalien hat. Unter Berücksichtigung all dessen ist es nicht schwer, die von vielen in der weltweiten wissenschaftlichen Gemeinschaft vertretene Ansicht zu würdigen, dass diese Prozesse nicht nur im Roten Meer, sondern in jeder Umgebung, die diese kommerziellen Entsalzungsmaßnahmen nutzt, umweltzerstörerisch sind. In Bezug auf den Energieverbrauch wird davon ausgegangen, dass kommerzielle Entsalzungsanlagen, wie sie am Roten Meer in Betrieb sind, so viel Energie benötigen, wie für den Transport von Süßwasser von anderen Orten verbraucht würde, obwohl die tatsächlichen Kosten offensichtlich gebietsspezifisch sind .

Wie bereits erwähnt, ist der gelöste Stoff, oder einfacher „Salz“, ein Nebenprodukt des Entsalzungsprozesses und kann in ganzer Form verkauft oder weiter raffiniert werden, um Bestandteile zu isolieren, die an verschiedene Spezialindustrien verkauft werden, sollte der Anlagenbetreiber dazu geneigt sein (im Gegensatz zum Pumpen des Salzes zurück ins Meer). Salz aus dem Roten Meer wird seit vielen Jahren unter verschiedenen Markennamen verkauft. Die Konsistenz einer geeigneten Ionenzusammensetzung und das Fehlen von Nährstoffen und Toxinen sollten die Hauptkriterien sein, anhand derer ein Salz beurteilt wird, das Meerwasser für die Anwendung in einem zirkulierenden Meeresökosystem produzieren soll. Der Ionengehalt und das Vorhandensein von organischem Material in Salz, das durch Entsalzung gewonnen wird, variieren. Im Fall von Salz, das für die Verwendung in einem zirkulierenden Meeresökosystem bestimmt ist, erfordert die oben erwähnte Ausfällung von Mineralien, die Calcium-, Magnesium- und/oder Carbonationen enthalten, eine Chargenprüfung des Salzes auf Ionenzusammensetzung, angereichert mit ausreichend Mineralien, um die geeignete Ionengehalt, und dann gemischt, um diese Mineralien zu enthalten, so dass ein homogenes Salz entsteht, das konsistente Ionenwerte erzeugt, wenn es mit Wasser auf einen Standardsalzgehalt gemischt wird. Die Unternehmen, die Meersalzmischungen vermarkten, die hauptsächlich aus Entsalzungsnebenprodukten bestehen, und die gerne die Herkunft des Salzes als aus einem natürlichen Gewässer (wie dem Roten Meer) hervorheben, können kontaktiert und nach dem Umfang der Verarbeitung gefragt werden, die das Salz in Vorbereitung auf die Verwendung in einem zirkulierenden Meeresökosystem durchläuft, wobei der Verwender sein eigenes Urteilsvermögen verwendet, um die Eignung eines solchen Produkts in Systemen unter seiner Aufsicht zu bestimmen. Die oben erwähnten Umweltauswirkungen, die die Entsalzung auf das natürliche Gewässer, aus dem das Salz gewonnen wird, mit sich bringt, kann an und für sich eine ausreichende Abschreckung für viele Benutzer sein, die sich um das Wohlergehen empfindlicher Meeresökosysteme kümmern.

Vorverpacktes natürliches Meerwasser
Mehrere Unternehmen bieten gefiltertes natürliches Meerwasser zum Verkauf an. Konzeptionell die Verwendung von natürlichem Meerwasser, das: durch einen mechanischen Filter mit einer Porengröße von nicht mehr als 0,1 Mikron geleitet wurde; einer Filtrationsmethode zur vollständigen Eliminierung von organischem Material (einschließlich Bakterioplankton und stabiler chemischer Komplexverbindungen (zB Arzneimittelrückstände, Hormone usw.)) unterzogen wurden; einer Filtrationsmethode zur vollständigen Eliminierung von Nährstoffen wie Phosphat und Silikat unterzogen wurde, erscheint plausibel. Unter der Annahme, dass die oben genannten Maßnahmen getroffen wurden, um „sauberes“ Meerwasser zu erhalten, ist in der Anwendung grundsätzlich nichts dagegen einzuwenden, dieses Wasser in einem zirkulierenden Meeresökosystem zu verwenden. Wenn das Meerwasser jedoch von der Sammelstelle zu einem Endverbraucher transportiert werden muss, führt dies zu einer erheblichen Umweltbelastung. Wasser macht fast 98 % des Gesamtgewichts des Meerwassers aus. Der CO2-Fußabdruck, der mit dem Transport von Meerwasser von einem Ort wie der Karibik oder der Westküste der Vereinigten Staaten zu Zielen im Landesinneren verbunden ist, ist enorm. Bei einem Salzgehalt von 35 beträgt das Gewicht von 1 Gallone (US) Meerwasser 8,54 lbs. Davon 8,33 Pfund. ist Wasser. Wenn ein Lieferant eine Palette mit 2.500 Pfund (als Beispiel) dieses vorverpackten Meerwassers versendet, dann macht Wasser 2.438 Pfund aus. Bedenken Sie die Umweltauswirkungen der CO2-Emissionen der Lieferfahrzeuge, die mit dem Transport dieser Palette oder der einzelnen Pakete von einem Ursprungsort entlang der Küste Floridas zu Endverbrauchern im Mittleren Westen der Vereinigten Staaten oder schlimmer noch im PNW beauftragt sind.

Wasser aus einem Wasserhahn, das vom Benutzer so gefiltert wurde, dass die chemischen Eigenschaften seinen Anforderungen entsprechen, erfordert keinen Versand von echtem Wasser. Es erfordert natürlich, dass der Benutzer über eine zuverlässige Filterausrüstung verfügt, jedoch sind die Kosten für solche Ausrüstungen in den letzten zehn Jahren aufgrund des verbesserten Angebots von Herstellern und Händlern, die in der Branche der Wasseraufbereitung für Trinkwasseranwendungen tätig sind, dramatisch gesunken. Ebenso verbessern technologische Fortschritte weiterhin die Filtrationseffizienz moderner Systeme. Ein Point-of-Use-System, das 100 Gallonen Quellwasser täglich reinigen kann, kostet zum Zeitpunkt der Veröffentlichung dieses Artikels (Juni 2020) weniger als 100 US-Dollar, und Ersatz-Umkehrosmosemembranen sind für 20 US-Dollar erhältlich.

Von zusätzlicher Bedeutung ist die Menge des Verpackungsmaterials, insbesondere die Masse des erforderlichen Kunststoffs, die vorverpacktes Meerwasser enthält. Die Herstellung dieses Kunststoffs erfordert natürliche Ressourcen, die wiederum einen erheblichen CO2-Fußabdruck mit sich bringen.

Wirtschaftliche und erweiterte synthetische Meersalzmischungen
Zwei der möglichen Klassifizierungen, unter die ein synthetisches Meersalz fallen kann, sind: Ökonomie (Gehalt spezifischer Ionen unter den NSW-Werten bei Standardsalzgehalt); Augmented (Gehalt spezifischer Ionen über den NSW-Werten bei Standardsalzgehalt).

Economy-Blends wurden ursprünglich für die Anwendung in Aquakultur-Umlaufsystemen formuliert, wobei die Werte bestimmter Ionen bei einem Standardsalzgehalt als weniger wichtig angesehen wurden als die damit verbundenen reduzierten Herstellungs- und Beschaffungskosten. Kohorten, die vollständig aus Krustentieren bestehen, wie kommerzielle Garnelenfarmen und von Restaurants und Lebensmittelhändlern unterhaltene Hummertanks, werden seit Jahrzehnten mit solchen wirtschaftlichen Meersalzmischungen betrieben. Aufgrund ihrer geringen Kosten im Vergleich zu vielen konkurrierenden Mischungen wurden beträchtliche Ressourcen in die Vermarktung dieser Economy-Mischungen investiert, jedoch sind die anfänglichen Anschaffungskosten eine schlechte Grundlage für die Auswahl einer synthetischen Meersalzmischung, und in Wirklichkeit sind die Kosten für die Verwendung einer solchen Mischung Produkt in einem zirkulierenden Meeresökosystem kann höher sein als die Verwendung einer Mischung, die das richtige Ionenverhältnis und den korrekten Gehalt bei Standardsalzgehalt enthält. Dies ist insbesondere bei rezirkulierenden marinen Ökosystemen der Fall, in denen Kohorten von riffbildenden Wirbellosen leben. Um zu verstehen, warum dies der Fall ist, müssen die spezifischen Ionen, die in der Economy-Mischung reduziert werden, um ein kostengünstiges Produkt herzustellen, sowie die Art und Weise, in der die Mischung für den Verkauf gekennzeichnet ist, angegangen werden.
Was den Ionengehalt von Meerwasser angeht, ist der Gehalt an Magnesium, Kalzium, Kalium, Strontium und der Alkalinitätswert, wenn das Meerwasser auf Standardsalzgehalt gemischt wird, von größter Bedeutung für den Verwalter von riffbildenden Organismen. Die kostengünstigste Komponente einer synthetischen Meersalzmischung in Bezug auf die Kosten pro Masseneinheit ist Natriumchlorid. Gegenwärtig sind Salze von Kalium, Strontium, Magnesium, Bicarbonat, Carbonat und Calcium (in genau dieser Reihenfolge) erheblich teurer als Natriumchlorid. Betrachtet man den Ionengehalt von natürlichem Meerwasser, so ist offensichtlich, dass Magnesium das zweithäufigste vorhandene Kation ist (nur Natrium hat eine größere Menge). Die Bereitstellung von Magnesium in der geeigneten Menge (und in jeder wasserfreien Form), unabhängig davon, ob das Salz auf Chlorid- oder Sulfatbasis basiert, ist der größte Einzelaufwand bei den Komponentenkosten einer Meersalzmischungsformulierung. Als nächstes sind die mit Natriumchlorid verbundenen Kosten zu nennen. Darauf folgen die Kosten für Kaliumsalze und dann für Calciumsalze. Wenn das Magnesium aus einem hydratisierten Salz stammt, können die Kosten für Natriumchlorid die Kosten der Magnesiumsalze in der Mischung übersteigen, jedoch erhöht die Masse, die der fertigen Mischung durch das in das hydratisierte Magnesiumsalz eingearbeitete Wasser zugesetzt wird, die Transportkosten (und neigt auch dazu, Verunreinigungen in die Mischung einzubringen, die der Gesundheit der Kohorte schaden). Daraus folgt, dass ein Hersteller, der eine kostengünstige Meersalzmischung auf den Markt bringen möchte, die vorhandene Magnesiummenge so weit reduzieren wird, wie es seinen Kostenanforderungen entspricht. Wenn sie dem Kaliumgehalt überhaupt Aufmerksamkeit geschenkt haben, wäre dies das nächste logische Ion, das relativ zum NSW-Gehalt reduziert werden muss. Schließlich würde die Calciummenge reduziert, um die Komponentenkosten weiter zu senken.

Benutzer solcher Meersalzmischungen der Sparsamkeit sind mit der Realität konfrontiert, dass die Konzentrationen einiger kritischer ionischer Komponenten des neu gemischten Meerwassers unter den NSW-Werten bei Standardsalzgehalt liegen. Inwieweit die Werte niedriger sind, hängt ganz von der Formulierung ab, aber das Ergebnis ist, dass der Verwalter des zirkulierenden marinen Ökosystems nun eine Analyse des Wassers für jedes interessierende Ion durchführen und das Wasser dann mit geeigneten Verbindungen ergänzen muss, damit der Ionengehalt entspricht die Anforderungen der Kohorte. Die Kohorte muss nicht ganz oder auch nur teilweise aus riffbildenden Organismen bestehen. Organisationen, die mit der Zucht von Meeresfischarten in Gefangenschaft arbeiten und/oder diese von sehr frühen Lebensstadien bis zur Reife aufziehen, bescheinigen, dass es einen offensichtlich positiven Einfluss auf die Gesundheit der Individuen der Kohorte gibt, wenn die anorganische Wasserchemie die ionischen Verhältnis von natürlichem Meerwasser. Diese Umgebung kann nicht einfach durch die Verwendung einer Meersalzmischung erzeugt werden, die zu Beginn unausgeglichen ist oder eine zusätzliche Zufuhr kritischer Ionen erfordert, bevor sie zur Verwendung geeignet ist. Ironischerweise sind die Anschaffungskosten einzelner Komponenten immer höher als die Kosten, die der Hersteller zahlen würde, um sie zu Beginn in die Salzmischung einzuarbeiten. Die mit der Erweiterung einer solchen Salzmischung verbundenen Kosten können die anfänglichen Einsparungen leicht zunichte machen.

Wie bereits erwähnt, kann die Kennzeichnung einer sparsamen synthetischen Meersalzmischung als Behandlung von x-Gallonen Wasser für den Verbraucher irreführend sein, insbesondere dadurch, dass die auf der Verpackung angegebene Menge dem Verbraucher nicht anzeigt, dass der Salzgehalt tatsächlich von diesen x-Gallonen Wasser werden weniger als 35 sein. Betrachten Sie zum Beispiel eine Packung irgendeines synthetischen Meersalzes, das angeblich ausreicht, um 150 Gallonen Meerwasser zu produzieren. Wenn der Verbraucher 150 Gallonen Wasser mit dem gesamten Inhalt der Verpackung mischt, stellt er möglicherweise fest, dass der Salzgehalt beispielsweise nur 31 (1.020 bei 25 ° C / 77 ° F) beträgt. Wenn der Zielsalzgehalt im rezirkulierenden Meeresökosystem 35 beträgt, müssen sie ihrem Mischbehälter mehr von dieser synthetischen Meersalzmischung hinzufügen (das produzierte Meerwasservolumen wird jetzt aufgrund des zusätzlichen Salzes 150 Gallonen durch Verdrängung überschreiten Masse hinzugefügt). In diesem Beispiel werden ~13% mehr Salz benötigt, um S=35 zu erreichen. Eine andere Betrachtungsweise dieses Beispiels ist, dass das Paket S=35 in ~133 Gallonen Wasser ergibt.

Unter Berücksichtigung all dieser Punkte folgt daraus, dass die Verwendung einer sparsamen Meersalzmischung in jedem rezirkulierenden Meeresökosystem Folgendes mit sich bringt:

Ein Salzgehalt <35 für die angegebene Menge des behandelten Wassers, je nach Hersteller und/oder Außenverpackung;
Hausmeisteranalyse der gemischten Meerwasserlösung beim Zielsalzgehalt, um den notwendigen Ergänzungsverlauf zu bestimmen, bevor das Wasser in ein funktionierendes Kreislaufsystem des Meeres eingeleitet werden kann;
Die Zugabe von Salzen (Magnesium; Calcium; Kalium; Strontium; Bikarbonat; und/oder Karbonat), um eine Meerwasserlösung mit den gewünschten Ionenwerten herzustellen;
Die Gesamtzuweisung von monetären und zeitlichen Ressourcen für die Anpassung der Meerwasserlösung, die mit einer kostengünstigen Meersalzmischung hergestellt wird, übersteigt die Ressourcen, die mit dem Kauf einer ausgewogenen synthetischen Meersalzmischung von Anfang an verbunden sind.

Verbesserte (oder „verbesserte“) Meersalzmischungen
Im Gegensatz zu Economy-Meersalzmischungen sind angereicherte Meersalzmischungen so formuliert, dass sie bei Standardsalzgehalt erhöhte Konzentrationen einiger Ionen liefern.

Es scheint einen pragmatischen Vorteil zu geben, eine verstärkte Meersalzmischung in rezirkulierenden Meeresökosystemen zu verwenden, die riffbildende Organismen beherbergen, vorausgesetzt, dass die erweiterte Formulierung die NSW-Verhältnisse von Kationen beibehält, die sich nicht konservativ verhalten. Die Verwendung einer Meersalzmischung, die so formuliert ist, dass sie die tatsächlich im Meerwasser vorhandenen Ionenkonzentrationen liefert, wurde von einigen kommerziellen Korallenaquakulturunternehmen beobachtet, um äquivalente oder bessere Ergebnisse zu einigen verbesserten Formulierungen zu erzielen. Es ist wahrscheinlich, dass die Kohorte, bestehend aus Organismen, die sich in einer bis vor kurzem äußerst stabilen chemischen Umgebung entwickelt haben und diese besetzten, einfach besser auf den Aufenthalt im Wasser mit „vertrauten“ chemischen Eigenschaften reagiert als auf persistente Exposition gegenüber einem erhöhten Gehalt der oben genannten Kationen, trotz der Tatsache, dass viele dieser Ionen in das Skelettmaterial eingebaut sind, das kollektiv von der Kohorte sezerniert wird.

Additive.

Zusatzstoffe, die in der anorganischen Chemie von natürlichem Meerwasser nicht vorkommen, werden Berichten zufolge (laut begleitender Werbeliteratur) in viele Meersalzmischungen eingearbeitet, um Vorteile gegenüber der Verwendung von Konkurrenzprodukten zu bieten. Ein häufig verwendeter Begriff von Unternehmen, die ein solches Produkt verkaufen, ist „innovativ“.

Immer wenn der Begriff „innovativ“ auf ein einfaches Konzept angewendet wird, kommt zuerst der Gedanke „Marketing-Trick“. Die folgende, nicht abschließende, aber durchaus illustrative Liste enthält Zusatzstoffe, die traditionell und teilweise in jüngerer Zeit in synthetische Meersalzmischungen eingearbeitet wurden, die an Betreiber von Meeresökosystemen vermarktet werden:

EDTA und andere organische, chelatbildende Verbindungen, die angeblich dem Salz zugesetzt werden, um toxische mehrwertige Kationen (z. B. Blei, Arsen) zu binden, die aber auch Kationen wie Calcium binden und dem Salzwasser außerdem eine organische Komponente zufügen, die dann berücksichtigt werden muss für durch die biologische Filtration;
Organische Formen von Kalzium, die angeblich die Aufnahme des Elements durch riffbildende Mitglieder einer Kohorte des zirkulierenden marinen Ökosystems beschleunigen sollen, die aber (wiederum) zum organischen Gehalt des zirkulierenden marinen Ökosystems beitragen und durch biologische Filterung behandelt werden müssen;
Vitamine, die angeblich zugesetzt wurden, um der Kohorte durch das Vorhandensein dieser kritischen Verbindungen zu helfen, die jedoch die raue chemische Umgebung in einem Salzwasser-Mischbehälter wahrscheinlich nicht intakt überstehen werden, wodurch sie zu wenig mehr als gelöstem organischem Material werden, das durch biologische Filtration in der zirkulierendes Meeresökosystem;
Aminosäuren, mit dem gleichen Kommentar zu Vitaminen;
Bakterien, die angeblich hinzugefügt wurden, um die biologische Stabilität des zirkulierenden Meeresökosystems zu verbessern, dem es nicht bereits an biologischer Stabilität mangelt.

Die bakterielle Zugabe ist die neueste Entwicklung bei Meersalzzusätzen. Dass Bakterien in einem Meermischsalz gefördert werden, ist angesichts der Aufmerksamkeit, die der Vermarktung biologischer Zusatzstoffe (sowohl der Mikroorganismen selbst als auch der verschiedenen Nährstoffquellen) in den letzten zehn Jahren geschenkt wurde, nicht verwunderlich. Aus unserer Sicht ist es jedoch nicht notwendig, dass eine Meersalzmischung nitrifizierende und/oder denitrifizierende Bakterien enthält. Jedes funktionierende rezirkulierende marine Ökosystem wird durch die Zugabe von wenig mehr als einer geeigneten mikrobiellen Suspension oder durch die Zugabe von Substrat aus einem etablierten rezirkulierenden marinen Ökosystem, das mit geeigneten Nährstoffen gefüttert wird, schnell ein florierendes biologisches Konsortium der geeigneten Nitrifizierer und Denitrifizierer aufbauen. Im Hinblick auf die Etablierung eines kontrolliert zirkulierenden marinen Ökosystems für kommerzielle und/oder Forschungszwecke ist die Zugabe von Bakterien zu einer Meersalzmischung ebenso wenig angebracht wie die absichtliche Zugabe von EDTA, Vitaminen, Aminosäuren oder anderen organischen Verbindungen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es sein Vorrecht sein sollte, dies absichtlich und kontrolliert zu tun, wenn ein Verwalter eines rezirkulierenden Meeresökosystems einen dieser Zusatzstoffe in Systeme unter seiner Aufsicht einbauen möchte.

Diskussion.

Nach der Überprüfung der vorherigen Konzepte kommt dieser Artikel nun zum Thema im Allgemeinen, nämlich zur Interaktion von Meerwasser innerhalb eingeschlossener mariner aquatischer Ökosysteme.

Drei Jahrzehnte zirkulierende Betriebserfahrung mariner Ökosysteme in Forschung und Wirtschaft, in der Interaktion mit Kunden weltweit sowie in der Einrichtung und Pflege von Systemen für die Forschung und den Machbarkeitsnachweis haben für uns und viele unserer Kunden die funktionale Anforderung fest verankert von synthetischem Meersalz: Festlegen eines angemessenen Ionengehalts im Wasser, der dem Ionengehalt entspricht, den das Meeresleben, das üblicherweise in rezirkulierenden Meeresökosystemen aufrechterhalten wird, innerhalb der letzten hundert Millionen Jahre entwickelt hat, ohne unnötige Komponenten. Die Aufnahme von Zusatzstoffen und/oder die Verschiebung von Ionenwerten auf einen Standardsalzgehaltswert führt zu einer Umgebung, die nicht den ozeanischen Standardwerten entspricht und zu zusätzlichen Beschaffungs- oder Anwendungskosten und (oft) schlechteren Ergebnissen führt. In ähnlicher Weise ist die Einbeziehung von Neben- und Spurenionen, die ein konservatives Verhalten in Ozeanwasser zeigen, in zirkulierenden Meeresökosystemen im Allgemeinen nicht erforderlich, es sei denn, bestimmte Ionen sind Gegenstand einer Studie.

Wie bereits erwähnt, variieren die berichteten NSW-Werte von Haupt-, Neben- und Spurenelementen je nach Quelle. Daher muss bei der Herstellung einer technisch hergestellten Meersalzformulierung keine "exakte" ionische Vorlage befolgt werden. Unser Ansatz besteht darin, ein technisches Meersalz gemäß den Anforderungen und/oder Spezifikationen des Kunden zu formulieren. Effektiv bietet diese Praxis einem Kunden die Möglichkeit, ein Salz formuliert zu lassen, das die Ionenwerte eines natürlichen Meerwasser-Assays genau widerspiegelt, oder eines, das spezifische Elemente in Konzentrationen außerhalb der NSW-Werte bereitstellt. Zum Beispiel kann ein Kunde, der Makroalgen anbaut, ein Salz mit erhöhtem Eisen-, Mangan-, Nickel-, Vanadium-, Kobaltgehalt usw. anfordern. Ein anderer Kunde kann ein Salz mit erhöhtem Kalium-, Magnesium-, Kalzium-, Strontiumgehalt usw. anfordern. der Kunde gibt den gewünschten Ionengehalt vor. Unser Produktionsprozess stellt sicher, dass das Endprodukt innerhalb von 1 % der formulierten Ionenwerte liegt. Kunden sollten beachten, dass wir, sofern nicht anders angegeben, einen höheren Karbonatalkalitätsgehalt verwenden, um der Tendenz der zirkulierenden Meeresökosysteme zur fortschreitenden Versauerung entgegenzuwirken. Sofern vom Kunden nicht anders angegeben, werden Elemente, die sich bei Konzentrationen über 150 % ihrer durchschnittlichen NSW-Werte auf Pflanzen und Algen negativ auswirken, nicht in unser allgemeines Formulierungsverfahren einbezogen. Da wir jede Mischung nach den Wünschen des Kunden formulieren, können wir diese Elemente auf Wunsch problemlos in den gesamten Formulierungsprozess einfügen. Alle Komponenten werden auf Nährstoffgehalt analysiert, wobei Proben, die positiv auf Nährstoffe (stickstoff- und phosphorhaltig) getestet wurden, verworfen werden.

Historisch gesehen wurde eine Mischung, die wir so hergestellt haben, dass sie den von Culkin und Cox veröffentlichten Ionenwerten entspricht, einer ICP/AES-Analyse von mindestens vier (uns bekannt) unabhängigen Labors unterzogen, von denen jedes dem jeweiligen Kunden einen sehr positiven Bericht zurückgibt, in dem Ionengehalt entsprach tatsächlich den formulierten Zielwerten. Diese Ergebnisse haben neuen Kunden, die eine unserer Mischungen in ihren kommerziellen Systemen verwenden, ein Gefühl des Vertrauens gegeben, jedoch ist die Verbesserung der Färbung, Wachstumsrate und der allgemeinen Gesundheit von Meeresorganismen, die von kommerziellen Aquakulturern in einem einige Wochen nach dem Beginn, das vorhandene Meerwasser des Systems durch dasjenige zu ersetzen, das mit der betreffenden Mischung erzeugt wird. „Meerwasser bestehender Systeme“ umfasst in diesen Fällen Meerwasser, das mit einer kommerziellen Meersalzmischung (verschiedene Marken) hergestellt wurde, sowie natürliches Meerwasser, das in Offshore-Meeresumgebungen gesammelt wurde. Solche Verbesserungen haben offensichtlich positive Auswirkungen auf den Gesamtbetrieb eines zirkulierenden Meeresökosystems.

Weitere Informationen zu den allgemeinen Eigenschaften unseres technischen Meersalzes finden Sie auf dieser Seite .