アクアティップス

自分が興味を持った事をダラダラと書いています。ブログは気晴らしです。

pH GH KHって何?アクアリウムの水質の基礎知識+α

初めに

 

アクアリウムをする上で水質の知識はある程度必要になってきます。「アクアリウムをすること=水質管理をすること」と言っても過言ではないハズです。

私自身、知識の無さゆえに無駄にお金を掛けたり、もっと管理を楽にする事が出来たのにと思い当たる事が山ほどあります。皆さんは無駄な寄り道をせずに正しいアクアリウムの知識を学んで下さい。特に水質の知識はマストです。ボリュームある記事ですが、全て理解出来れば脱アクア初心者ですよ‼︎

 

 

アクアリウムで使われる指標

 

アクアリウムで使われる指標は色々あります。よく使われる物を6つだけ紹介しますが、結局重要なのはpHぐらいですから安心して下さい。読み飛ばしてもらっても構いません。

 

pH
  • 水に含まれる水素イオン[H+]の割合

いわゆる水素イオン濃度ってヤツです。[H+]が多いと酸性、[OH-]が多いとアルカリ性を示します。表し方はpH7を中心として低いと酸性、高いとアルカリ性を表します。魚や水草の種類によって好むpHが異なる場合があるため、それぞれに合った水作りをする上で必要になります。適正値は6〜7ph。

GH

この数値が高いと硬水、低いと軟水になります。水草水槽では軟水が好まれるため測定する人もいます。基本的に水槽にサンゴや石を入れるとGHが高くなります。適正値は1〜3dh。

KH
  • 炭酸水素イオン[HCO3.-]の量。アルカリ度とも呼ばれる

水質の急変を防ぐためにチェックしたりします。本来のKH[炭酸塩硬度]はアクアリウムで使われるKH[アルカリ度]と少しだけ異なるため区別されます。詳しくは後述。適正値は1〜3dh。

アンモニア濃度

エサやフンから発生するアンモニア[NH3]はとても有害な物質で検出されないのが理想的です。適正値は0.25mg/l以下。*水槽内のアンモニアは殆どの場合イオンの状態です。

亜硝酸塩濃度
  • 水に含まれる亜硝酸塩[NO2.-]の濃度

アンモニウムイオンがバクテリアに分解されることで発生します。アンモニウムイオンほどではないですが有害です。適正値は50mg/l以下。

硝酸塩濃度
  • 水に含まれる硝酸塩[NO3.-]の濃度

亜硝酸塩がバクテリアに分解されることで発生します。毒性は低いですが蓄積されると危険です。かといって硝酸は水草の栄養素〈窒素源〉になりますから水草水槽の場合0でも理想的とは言えません。適正値は0.8mg/l以下。

*KHとGHについては少し難しいため後で補足します。色々説明しましたが重要なのはpHぐらいですから安心して下さい。

 

 

pHについて

 

pHは水質を表す指標として中学校で習ったはずです。コレを使う事で水質を数値化して確認することが出来るためとても便利な指標です。アクアリウムで広く活用されているのも頷けます。

アクアリウムの飼育水はpH6〜7〈弱酸性〉が良いと言われていますが、グッピー汽水魚、一部のシクリッドはpH7〜8〈弱アルカリ性〉を好む種も居ます。水草水槽では基本的に弱酸性の水が好まれます。

ただ「pHが正常=安全」ではないという事は外さないで下さい。極端な例だと、牛乳[ph6.7]の中を魚達が元気に泳ぎ回る姿は想像できないはずです。

pHの変化には色々な要素が絡んでいるため、安定させる事だけに終着してしまうと疎かにしてしまうものが結構あったりします。pHを測ることで飼育環境を把握し易くなるのは確かですが、あくまで水質を知る手掛かりくらいの位置づけで考えて下さい。

たまに「pHは絶対測りなさい!」という人も居ますが、結局のところ生態系のサイクルが完成した水槽であれば自然に水質は安定しますからpH何てあまり気にしなくて良かったりします。水草によっては環境さえ安定していれば最適なpHでなくてもグングン成長する事はよくあります。

ちなみに私はpHの測定キットを持ってません。高いし....。

 

 

簡単にpHを安定させる方法

 

まず初めにpHを簡単に安定させる方法を紹介します。趣味なんだから難しく考え過ぎずやろーぜ!という人ならこの方法で実践して下さい。

弱酸性で安定させる〈pHを下げる〉方法

  • CO2を添加する
  • ソイルを使う

アルカリ性で安定させる〈pHを上げる〉方法

  • サンゴ砂や石を入れる
  • エアレーションをする

色々な方法がありますが、1番手っ取り早く安全なのは上記の方法です。

 

 

pHが変化する要因

 

方法は色々あります。さっき述べた通り、pHを下げたければCO2の添加やソイルや流木などを意図的に使ってレイアウトします。逆に上げたければサンゴ砂や石を使うのが一般的です。pHが安定しない場合はまずこれらが原因ではないかと疑って下さい。しかしそれ以外にもpHに変化を与えるものがあるため紹介しておきます。

 

pHが上がる他の要因
  • 水草肥料の添加〈カルシウム マグネシウム カリウムetc...〉
  • 硝酸やリン酸吸着材の使用〈酸性物質の吸着によるもの〉
  • 活性炭の使用〈炭にカリウムが含まれるため〉
  • 脱窒作用による硝酸の減少〈低酸素状態で起きやすい〉
  • アンモニアの蓄積〈立ち上げ初期で起きやすい〉
  • 魚病薬の添加〈pHを上げるものが多い〉
  • 溶存酸素量が多い
pHが下がる他の要因
  • 過密飼育によるCO2量の増加
  • 硝酸やリン酸の蓄積〈立ち上げ後しばらくして起きやすい〉
  • ゼオライトの使用〈軟水化効果によるもの〉
  • ピートモスなどの使用

 

アクアリウムでありがちなケースを並べておきました。

特に酸素量によってpHが変化する事に気をつけて下さい。検査器で測る際に水が泡立っていれば数値も高くなってしまいます。

 

 

水質に影響を与えるイオン

 

今のことを踏まえてpHに影響を与えるイオンを見ていきましょう。

水の中ではほとんどの物質がイオンで存在します。イオンと水質はとても密接に関係していて、水槽に同じ物質が入っていたとしてもイオンの状態かそうでないか〈電離するかしないか〉でpHは大きく変動します。

水に溶けて酸性を示すもの、アルカリ性を示すものなど様々で、常にpHに影響を与えています。アクアリウムをする上で必ず知っておくべき事では無いですがイメージを掴むためには重要な事です。代表的なものを紹介しますが覚える必要はないです。

 

アルカリ性に傾ける物質 〈H+を減らす物質〉 

 

マグネシウム [マグネシウムイオン Mg.2+]

水草の栄養素、サンゴや石に微量含まれる

カルシウム [カルシウムイオンCa.2+]

水草の栄養素、サンゴや石に含まれる

カリウム [カリウムイオン K+]

水草の栄養素、特に水草水槽では不足しがち

アンモニア [アンモニウムイオン NH4.+]

・毒性がとても強い。水槽内ではアンモニウムイオンに変わる。その反応と同時に水質を極端にアルカリ性に引っ張る

 

酸性に傾ける物質 〈H+を発生させる物質〉

 

硝酸 [硝酸イオン NO3.-]

水草の栄養素、アンモニア分解で最終的に発生する物質

リン [リン酸イオンPO4.3-]

水草の栄養素、pH降下剤の主成分である事が多い

二酸化炭素 [炭酸水素イオン HCO3.-]

・CO2が水に溶けた時に発生する、水草光合成に使うCO2はコレ

これらが水の中で浮いてるイメージを持って下さい。イオンは電気を帯びているので、陽イオンと陰イオンが出会うとパチッとくっついたりします。

これだけの要素が絡むとpHをコントロールするのは大変だと考える人もいるかもしれませんが、多少の偏りであれば+-をイオン同士が勝手に打ち消しあって中性付近で落ち着きます。もちろん外部から手を加えなければの話ですが...。

 

 

GHについて

 

GH[全硬度]は水の中にどれだけの割合でカルシウムイオンとマグネシウムイオンが含まれているかを表しています。カルシウム、マグネシウムが別のどんな物質と結合していようと、電離していればカウントされます。実際はありえないですが、マグネシウムの固体を入れただけで全く電離しなかったとしたらGHは0という事になります。あくまでイオンの状態にならないとGHは変化しないということです。

カルシウム、マグネシウムは基本的に炭酸水素イオン[HCO3.-]と結合しますが、どんな物質と結合していても溶け出していれば全てカウントされますから、GHを単純にカルシウムイオン、マグネシウムイオンの濃度を測定していると考えて下さい。

 

 

GHが変化する要因

 

GH、KH、pHは連動しているので、pHを下げるものは同時にGHやKHを下げるものであることが多いです。

 

GHを上げる要因
GHを下げる要因
  • ゼオライトの使用〈軟水化効果によるもの〉
  • ソイルの使用

 

 

KHについて

 

本来のKH[炭酸塩硬度]とアクアリウムで使われるKH[アルカリ度]の意味が異なるとサラッと流していたので、具体的に何が違うのかを説明します。

本来のKHは炭酸水素イオン[HCO3.-]のみと結合しているカルシウムイオンとマグネシウムイオンの量のことです。

ただですね、カルシウム、マグネシウムの量を調べると言っても方法がない訳で、簡単に調べようと思えばHCO3.-の量を先に調べて、そこからこの2つの量を調べたほうが勝手が良いんです。これは良い考えです。水槽内では、カルシウムとマグネシウムは基本的にHCO3.-と結合しますから問題ないはずです。

ですからアクアリウムのKH試験紙で調べているのは、実際にはHCO3.-の総量ということになります。これがアクアリウムのKHの正体です。

 

 

KHについて更に詳しく

 

*正直言ってあまり重要ではありません。読み飛ばしてもらって結構です。

HCO3.-の総量を求めることで、カルシウム、マグネシウムの量も確かに求めることができるハズですから、何が問題なの?と思われるかもしれません。アクアリウムにおいてKHがややこしくなってしまう原因は、場合によってHCO3.-がカルシウム、マグネシウム以外と結合してしまう場合があるからです。

例えば、汽水魚を飼育していたり、病気治療のために塩浴をしているケースを考えてみましょう。飼育水の中にはナトリウムがたくさん溶けているはずです。その場合、ナトリウムイオンとHCO3.-が結合して、炭酸水素ナトリウム[NaHCO3]になってしまいます。

*炭酸水素ナトリウムは重曹とも呼ばれ、安価で手に入ります。これはKH上昇剤の主要成分である事が多いです。

アクアリウムのKHはHCO3.-が何と結合していてもカウントしますから、KHがGHの数値を超えると言ったような不可解な事も起きてしまいます。

このように、カルシウム、マグネシウム以外と結合しているHCO3.-を非炭酸塩硬度と言います。これを式で考えると下のようになります。アクアリウムのKHは式の右辺全てを含んでしまう事になります。

GH[全硬度] = 本来のKH[炭酸塩硬度] + 非炭酸塩硬度 

ややこしいことを色々と話しましたが、重要なのは、GHはMg.2+やCa.2+の濃度の事で、アクアリウムのKHはHCO3.-の総量の事ですよ〜ってだけです。

 

 

KHが変化する要因

 

アクアリウムのKHを変化させる方法です。本来のKHではありませんから、間違えないようにして下さい。基本的にGHと同じですが...。

 

KHを上げる要因
  • 重曹の添加
  • 石やサンゴの添加[GHの上昇による]
  • カル・マグを含む水草肥料の添加 [GHの上昇による]
KHを下げる要因
  • ゼオライトの使用[GHの下降による]
  • ソイルの使用[GHの下降による]

上を見ると分かる通り、KHの変動はGHの変動に影響される場合が多いです。

 

 

よくある質問

 

なぜCO2添加をすると弱酸性になるのか

 

CO2を添加すると水草がよく育つことが知られています。pHについて考えるとき、CO2を水槽に添加した時のことを例に挙げて考えると解りやすくなるため同時に見ていきましょう。下はCO2を水槽に添加した時の化学式です。この式は超重要です。

二酸化炭素            水                  炭酸             炭酸水素イオン          水素イオン
CO2   +   H2O    ⇔ H2CO3 ⇔ HCO3.−   +   H+

             A                             B                             C

水草は基本的に水に溶けたCO2を光合成に使います。一方でコケ類や完全水中型の水草の一部は炭酸水素イオンを光合成に使うのが得意なものが多いようです。その場合は炭酸水素イオンから酵素でCO2を取り出し光合成に使っています。

  • 上の式は必ず平衡状態で安定する

〈⇔〉を使っているのにも注目して下さい。これらは偏ることなく常に平衡状態になりそれぞれの比率で安定します。どの比率で平衡状態になるかはpHによって決まります。

CO2を添加すると上の式の全ての物質の量が一定量ずつ増加し、CO2だけ増加することはありません。単純に考えてCO2を添加することで上の式の全ての値が増加しますから、H+を発生している、いちばん右側〈C〉の状態も増加するはずです。酸性に傾くのはこのためです。

  • 水草水槽はpH6.4以下が理想的 

正確な数値だとpH6.4〜6.7あたりの時にCO2と炭酸がどちらも最大量溶けることができます。それよりも高い数値だとCO2が減り炭酸が増えていくため、コケ類の方が有利な環境になります〈コケ類は炭酸を光合成に使うことが多い〉。水草が基本的に酸性の水を好むのはこれが関係しています。

 

 

なぜ石を入れるとアルカリ性になるのか

 

種類にもよりますが、石やサンゴにはカルシウムやマグネシウムが含まれています。例えばサンゴの主成分は炭酸カルシウム[CaCO3]です。

マグネシウムも含まれるが、3~4%と微量なので考えない。炭酸カルシウムの保有量は34~40%。

炭酸カルシウムはCO2と水に触れると溶け出すため、水槽内では炭酸水素カルシウム[Ca(HCO3)2]になります。式で書くとこうなります。

 

炭酸カル          二酸化炭素            水                       炭酸水素カル
CaCO3    +    CO2    +    H2O       →    Ca(HCO3)2

 

CO2は酸性物質です。この反応でCO2が消費されてしまうからアルカリ性になるのでしょうか?....そんなはずはありません。先程説明した通り気体のCO2がたくさんあったとしてもpHは変化しません。水に溶けてH+を発生して初めて変化します。

一方でKHを上げる原因物質のHCO3.-は炭酸水素カルシウムに含まれていますから、この時点で発生しています。先程説明した通り、KH[アルカリ度]はHCO3.-がどんな物質とくっ付いていてもカウントしますから、KHはこの瞬間に上昇することになります。

*水槽内ではHCO3.-がカルシウムとマグネシウム意外と結合することは殆どありません。

ではどの時点でアルカリ性になるのでしょうか?分かりやすいように先程の式の両辺同じ物を減らして書き換えてみましょう。

 

                       炭酸カル     二酸化炭素       水              炭酸水素カル
[元の式]      CaCO3  +  CO2  +  H2O   →   Ca(HCO3)2

[Ca除]             CO3  +  CO2  +  H2O   →   (HCO3)2

[CO3除]                         CO2  +  H2O   →   2H   CO3

[イオンの状態]              CO2  +  H2O   →    H+   HCO3.-

 

最後の式は見覚えがあるはずです。「なぜCO2添加で弱酸性になるの?」のところで登場した、超重要ですから覚えて下さいと言った式です。

二酸化炭素         水                  炭酸                炭酸水素イ            水素イ
CO2  +  H2O   ⇔ H2CO3 ⇔ HCO3.−  +  H+

            A                           B                             C

この式のAからCへの変化と同じになっていることが分かります。イオンの状態に無理やり書き換えるとH+もちゃんと出てきていますが、実際には炭酸水素カルシウムの中に含まれていて電荷を失っているためpHは変動しません。

何度も繰り返しますが、上の式のABCは常に平衡状態でそれぞれ安定します。今の反応で、いちばん右側〈C〉の状態が増加しましたから、それ以上右への反応は起こりにくくなるはずです。同時にH+が発生しにくくなるため(H+が単体で発生するはずの〈C〉が飽和状態になるから)、pHも酸性に傾きにくくなります。これが石やサンゴを入れるとアルカリ性に傾く要因の1つです。

深く考えると難しいですが、炭酸カルシウムを入れると、本来単体で発生するはずのH+を炭酸水素カルシウムの中でこっそり発生させてしまうという理解で十分です。

 

じゃあ無理やりCO2添加したらどうなるの?

 

こう考える人もいると思います。サンゴを入れたらアルカリ性になるから、それを上回る程CO2添加したら弱酸性になるんじゃないかと....。

確かに一時的には可能かもしれませんが、よく言われる通りムダです。

 

炭酸カル      二酸化炭素      水      炭酸水素カル

CaCO3   +   CO2   +   H2O    →  Ca(HCO3)2

 

サンゴが溶け出す時の式を見れば理由が分かります。よく見ると式の中でCO2は、炭酸カル(サンゴ)が、炭水カル(H+をこっそり発生させるやつ)になるのを助けてしまっています。つまりCO2をたくさん添加してもその分だけ炭水カルが出来るだけで、全く意味がないわけです。

添加し続けたとしても延々とサンゴから炭酸カルが溶け出して、どんどん炭水カルが蓄積されるだけですし、炭水カルが限界量まで来ると今度はCO2が水に溶けなくなります。

 

pH GH KHの関係

 

  • GHが上がるとKHも上がる、KHが上がるとpHは下がりにくい

今の反応をGHとKHも交えておさらいしていきましょう。GHはカル・マグ(イオン)の総量でした。一方でKH[アルカリ度]も単純にHCO3.-の量だと説明したはずです。簡単にまとめると。

  1. 石やサンゴを入れるとカル・マグ(イオン)が発生しGHが上昇
  2. それらがHCO3.-とくっ付き合いKHが上昇
  3. その結果H+が発生しづらくなりpHは下がりにくくなる

*これはアクアリウムでの話です。実際にはHCO3.-がマグネシウムやカルシウム以外と大量に結合してしまうこともあるでしょう。

 

この考え方で間違っていないはずです。KHが高いとpHが下がりにくくなる理由も理解出来たでしょうか?

 

 

まとめ

 

長々と説明しましたが、水槽で起こる水質の変化のイメージがつかめたでしょうか?以上を踏まえて、一般的な水草水槽の場合の適正値をまとめてみましょう。

 

 

pH : 低め pH6.4〜6.9

  • 水草光合成に必要なHCO3-が最大量になるから
  • 藍藻や藻類が生えにくくなるから

KH : 低め 1〜3dh

  • 高すぎると、低いpHを維持出来なくなるから
  • 0だとpHの変動が大きくなるから

GH : 低め 1〜3dh

  • 高すぎると、低いpHを維持出来なくなるから
  • 0だと水草に必要なやカル・マグがなくなってしまうから
  • 0だとpHの変動が大きくなるから

 

どうだったでしょうか?余計な知識が多い様に感じたかもしれませんが、応用の幅が広がりますから決して無駄ではありません。

石の成分にカルシウムやマグネシウムが含まれていれば、アルカリ性に傾くだろうとか、極端に酸性に傾く場合はGHが低いうえに硝酸が蓄積しているんじゃないかとか、アンテナが広がります。

 

水質の話はつまらなかったと思いますが、とりあえず以上です。