Alain Guillemin
Op onze planeet kunnen we twee verschillende waterleefgebieden onderscheiden, namelijk de wereldzeeën en de zoete binnenwateren. In beide gevallen gaat het om een leefgebied met een totaal verschillende leefgemeenschap. Dit is te wijten aan een sterk verschillend zoutgehalte. Hoe komt het nu dat het in zeewater opgeloste zout zo een sterke invloed heeft op de leefgemeenschap?
Voor we deze vraag beantwoorden moeten we eerst weten hoe deze zoutgehaltes ontstaan. Door de zon verdampt het water en ontstaan er wulken. Het zout blijft daarbij achter in zee. Wulken vervoeren dit verdampte water naar het vaste land, waar het als neerslag terug naar beneden komt. Dit neerslagwater verzamelt zich onder de aardoppervlakte in beken en stromen, die tenslotte als grote rivieren terugstromen naar zee. Tijdens dit proces worden kleine, nauwelijks meetbare, hoeveelheden zouten uit het land opgelost en mee naar zee getransporteerd. Als gevolg daarvan komt er onafgebroken zout in zee, dat zeer langzaam en in miljoenen jaren tot een enorme hoeveelheid is aangegroeid.
Daar waar de rivieren in zee stromen en het zoete water zich met het zoute vermengd noemen we de “brakwaterzone”. Het zoutgehalte verschilt er sterk en varieert van zeer gering tot uiterst hoog. Dit is sterk bepalend voor de aanwezigheid van bepaalde dieren en planten. Zulke gebieden kunnen zich soms enorm ver strekken. Het beste voorbeeld daarvan is de “Oostzee”.
Waterdoorlatende huid
De reden dat zoetwatervissen niet in zee, en ook omgekeerd, kunnen overleven is een gevolg van de huidconstructie. De huid van waterbewoners (vissen) is in tegenstelling tot die van landbewoners min of meer waterdoorlatend. Dit is meteen de reden waarom vissen op het vaste land uitdrogen.
Om nu te begrijpen wat het zoutgehalte met deze hele zaak te maken heeft moeten we enkele wetten van de fysica raadplegen. U weet allemaal dat zout in water oplost en het voor ons onzichtbaar is geworden. We noemen dit water een zoutoplossing. Zeewater is zo een oplossing van ongeveer 3,5%. Omdat vanaf het land gewoonlijk grote hoeveelheden zoet water in zee stromen is dit zoutgehalte bij de kust vaak lager. In de tropen daarentegen bevat het oppervlaktewater meer zout door de hoge verdamping (zout verdampt niet). Dat de zeeën toch gemiddeld hetzelfde zoutgehalte bezitten is het gevolg van de diffusie-wet uit de natuurkunde. Deze diffusie is mogelijk doordat bijna alle zeeën met elkaar in verbinding staan. Afgezonderde wateren bevatten meestal weinig leven. Denk maar eens aan de “Dode zee”, waar het zoutgehalte extreme waarden aanneemt. Planten en dieren zijn dan ook niet in staat om deze wateren te bevulken.
Om de functie van de poreuze huid bij zeedieren en vissen te begrijpen is het noodzakelijk het begrip “osmose” te verduidelijken.
Osmose, wat is dat ?
Het is niet gemakkelijk het woord osmose in een bepaalde definitie te gieten die meteen alles verklaart. Woordenboeken proberen het als volgt: “het treden van een vloeistof door een wand (membraam) in één richting, als die wand twee vloeistoffen scheidt waarvoor hij in verschillende mate doorlaatbaar is”. Iemand die niet op de hoogte is van osmose zal met behulp van deze uitdrukking niet veel meer weten dan voorheen.
Misschien is de volgende “definitie” al iets duidelijker: “osmose is het streven naar evenwicht in opgeloste zouten tussen twee verschillende vloeistoffen die van elkaar gescheiden zijn door een waterdoorlatend membraan”.
Aan de hand van een kleine proef is osmose gemakkelijk te verduidelijken.
We voorzien ons van een klein aquarium en delen dit in twee gelijke delen door een scheidingsruit. In deze ruit boren we een niet al te groot gat. Let op, het boren van glas is niet gemakkelijk en vereist een speciale techniek die verder in dit boek uitvoerig besproken wordt. Probeer dit niet zelf indien je niet over de nodige materialen beschikt.
Sluit vervolgens dit gat af met een membraan (=gering waterdoorlatende materie). We kunnen hiervoor een “eivlies” gebruiken of een speciaal vervaardigd membraan. De ene kant van het aquarium vullen we met zoetwater, de andere kant met zoutwater. We zorgen ervoor dat de waterlijn links en rechts even hoog is.
Wat is er gebeurd ?
Er ontstaat een streven om de zoutconcentratie in zoet en zout water gelijk te maken (wet van de diffusie). Het gevolg is dat het zoetwater door het membraan naar het zoutwater trekt en dit verdunt. Er vindt dus een vermenging plaats in één richting, waardoor het zoute water stijgt en wel zoveel tot het gewicht van het hoger staande water even groot is als de osmotische druk (= P). Deze kracht P is afhankelijk van de zoutoplossing en wordt door de diffusie van de vloeistoffen steeds kleiner. Het proces duurt zulang tot het systeem in evenwicht is. Hadden we het vat langs de kant met zoutwater hermetisch afgesloten. Dan zou het water niet kunnen stijgen en zou door de toenemende druk het geheel uit elkaar spatten. Het membraan zou scheuren!
Volgende praktische toepassing moet nog meer verduidelijken.
Dat het meestal voor de kweek is dat men het heeft over osmose komt omdat de eieren van onze vissen hier nogal gevoelig voor zijn. Gaan we nu het verschijnsel osmose eens bekijken aan de hand van een gewoon ei (zie foto osmose effect op een ei)
We verwijderen de schaal van het ei door ze op te lossen in zoutzuur. We houden dus een bul over met een dun vlies er omheen. Brengen we dit ei in een bak met gedestilleerd water (1) dan wordt het ei groter. Hoe komt dit?
Het vlies rond het ei fungeert als half-doorlaatbaar of semi-permeabel membraan. Water kan er doorheen, zouten niet. Volgens het principe van de diffusie, zal er water het ei binnendringen door de semi-permeabele wand heen, terwijl de zouten er niet uit kunnen. Het ei wordt groter doordat het systeem streeft naar evenwicht. Dit kan in ons geval alleen bereikt worden als de concentratie in het ei lager wordt. Met andere woorden wanneer de zouten worden verdund.
In een oplossing met 1% zout (2) behoudt het ei zijn natuurlijke grootte. Dit wijst erop dat er een evenwicht is in de concentratie binnen en buiten het ei. In een oplossing met veel zout (3) zien we dat het ei krimpt, doordat er water uit het ei stroomt om de zouten in de bak te verdunnen.
Viseieren beschikken ook over zo een wand. Dit verklaart meteen waarom de watersamenstelling zo belangrijk is bij de kweek van bepaalde soorten. Eieren van vissen die in zacht water leven gaan verschrompelen in hard water. De hoeveelheid zout in een vis bedraagt ongeveer 0,9%.
Zeedieren drinken voortdurend
De huid van alle in zee levende dieren en planten kunnen we vergelijken met de poreuze wand. Lichaamsvochten, zoals bloed en lymfevocht, bezitten een lagere zoutconcentratie dan het omringende zeewater. Er zal dus osmotisch drukverschil ontstaan. Is het zoutgehalte in het lichaam lager, zoals dat meestal het geval is, verliest het dier dus zijn vocht en gaat het uitdrogen. Hoe kunnen zeedieren zich uiteindelijk beschermen tegen uitdroging? Heel eenvoudig, ze doen dit precies zoals de mens: door water te drinken! Het teveel aan zouten wordt verwijderd via de kieuwen.
In het zoete water daarentegen waar het zoutgehalte van het lichaam altijd hoger is, dringt het water door de huid naar binnen. Het dier zou uiteindelijk ontploffen indien het geen goed functionerend niersysteem had om het vocht weer naar buiten te werken. Met andere woorden zoetwatervissen urineren!
Als we nu een zeevis in een zoetwateraquarium zetten, dan blijft hij water drinken en komt door osmose ook nog eens water zijn lichaam binnen. Tegen zo een massa water kunnen de nieren van zeedieren, die weinig urine produceren, niet op. De vis zal, door het verminderd zoutgehalte van het lichaamsvocht, snel sterven. Minder stevige zeedieren, zoals kwallen, ploffen zelfs uit elkaar. Een zoetwatervis zou in zoutwater uitdrogen omdat hij zich niet kan wennen aan het drinken van water.
Osmoregulatie vraagt veel energie van de dieren en daardoor hebben ze enige bescherming ontwikkeld om de wateruitwisseling over het hele lichaam te voorkomen. Zo bieden de schubben samen met de dikke slijmlaag een uitstekende vorm van bescherming.
Het is ook onze taak om deze slijmlaag mee te helpen beschermen en zodoende onze vissen met uiterste zorg te behandelen tijdens het transporteren. Deze laag biedt trouwens bescherming tegen ziekteverwekkers.
Slechts enkele dieren kunnen een paar keer in hun leven van zee naar zoet te trekken en omgekeerd. De bekendste zijn de forel, de paling, de spiering, de zalm en het stekelbaarsje. Deze dieren kunnen zich langzaam aanpassen aan de verschillende zoutconcentraties.
Het is hiermee dus duidelijk geworden dat veranderingen in onze waterwaarden, wat meteen leidt tot wijzigingen in de zoutconcentratie, zéér nadelige gevolgen kunnen hebben voor onze vissen.
Omgekeerde osmose
Nu we zo ongeveer weten wat met osmose wordt bedoeld zullen we in de aquaristiek vooral horen spreken over “omgekeerde osmose”. Wat is dit nu weer? Wel, het is nogal simpel. Het is duidelijk dat er in een vat waarbij water is gescheiden door een membraan osmotische druk ontstaat indien de zoutconcentratie verschillend is. In dit geval zal het water met het kleinste zoutgehalte door het membraan dringen. Bij omgekeerde osmose proberen we deze techniek precies andersom toe te passen. Dit is uiteraard slechts mogelijk als we druk uitoefenen op het water met het hoogste gehalte aan zout. Op die manier ontdoen we dus het water van bijna alle opgeloste zouten, want slechts het water passeert het membraan.
Deze techniek wordt toegepast bij osmosetoestellen (zie figuur) die in de aquariumhandel te verkrijgen zijn. Deze toestellen bezitten een speciaal geconstrueerd membraan dat voor bepaalde stoffen ondoordringbaar is. Op deze manier is het mogelijk water te zuiveren, afhankelijk van de kwaliteit van het membraan. De druk die nodig is om omgekeerde osmose uit te oefenen wordt ons geleverd door de watermaatschappij. Er is dus geen afzonderlijk elektrisch toestel nodig om deze druk te vervaardigen. Een osmosetoestel bevat in principe twee uitlaten, één voor zuiver water en één voor het “afvalwater”. Bij een nieuw goed werkend membraan kan men rekenen op 60% afvalwater. Dit is natuurlijk niet niks, maar het is ook niet nodig om dit water in het riool te doen verdwijnen. Men kan dit gerust nog voor andere doeleinden gebruiken of zelfs een tweede maal door ons toestel sturen.
Osmosetoestellen worden vooral gebruikt door kwekers die op deze manier hun beschikbare water proberen te zuiveren en/of te ontharden. Ook vele zeewateraquarianen bereiden een gedeelte van hun water met deze methode.
