Ricardo,
Várias experiências já foram feitas, todas elas ressaltam a importância de um substrato fino no aquário. Duas coisas irão importar muito na sua concepção: a altura do substrato e a granulometria (tamanho dos grãos) deste sedimento.
Aqui neste tópico irei falar um pouco da altura do substrato, e sua importância. Para tal, fiz um experimento hipotético para exemplificar o que já foi largamente estudado, quando a camada anóxica do mesmo.
O mais importante é saber que, quando se fala de substrato, o fluxo de moléculas dentro dele é feito por difusão. As moléculas simplesmente penetram e saem do substrato principalmente por diferença de concentração de íons. Não há um fluxo (caudal) contínuo de água entrando e saindo, mas sim de moléculas, e muito pouco de água.
Com isso, a água que está retira entre os grãos do sedimento (insterstícios) tem uma quantidade de O2 finita. Este O2 é consumido por bactérias aeróbias que podem ser obrigatórias E/OU facultativas. Tais bactérias e outros organismos que habitam este sedimento acabam por consumir todo o O2 do sedimento (substrato). Portanto as zonas mais profundas permanecem sem oxigênio, num ambiente propício para poucos organismos: alguns nematódios e bactérias anaeróbias, que consomem o nitrato.
A tendência natural é que o nitrato seja tranformado em nitrogênio gasoso, formando bolhas no substrato que irão subir a medida que ficarem grandes o suficiente para romper a camada de areia. Assim, o nitrato excedente do aquário será tranformado em nitrogênio e sairá do aquário normalmente. Com isso, ocorre um défcit de nitrato nas regiões mais profundas do sedimento, e por difusão o nitrato penetra no substrato onde é então consumido pelas bactérias anaeróbias, fechando o ciclo.
Em segunda, coloco um experimento hipotético que exemplifica a necessidade dos 12 cm para que a zona de baixo redox seja dimensionada de forma adequada para consumir todo o nitrato do aquário. Porque se há mais produção que consumo, haverá sobra. Então faz-se necessário dimensionar o substrato de forma tal que ele consiga consumir toda a matéria orgânica e nitrato do aquário.
A próxima imagem mostra um experimento hipotético, num aquário hipotético que tem seu substrato separado em 7 zonas com metodologias distintas.
Observem a ilustração:
Nesta imagem podemos observar várias formas de montagem do substrato, e é uma consideração hipotética. Imaginemos que na seção 1, 2, 3, 4 e 5 temos 13 cm de substrato de diferentes granulometrias, e nas seções 6 e 7 apenas 6 cm. Estes valores não foram citados para serem usados de referência como profundidade ideal, mas somente para servir de exemplo comparativo entre as hipóteses.
No exemplo 1, usa-se 13 cm de substrato fino ("sugarsize" = 0,3 mm aprox.). Podemos observar uma pequena camada oxigenada (azul) comparada com uma camada anóxica bem grande (vermelha). Isto se dá porque a água tem dificuldade em penetrar nos grãos de substrato, favorecendo a camada anóxica se formar, com consumo do oxigênio por microorganismos aeróbios e fungos decompositores que vivem na região oxigenada do sedimento. Eles respiram o oxigênio que fica escasso na região mais profunda. Este é o exemplo espera-se que a camada de substrato anóxico seja suficiente para reduzir os nitratos produzidos no aquário.
No exemplo 2, usamos a mesma camada de substrato, porém com granulometria maior, tipo aquela que usa-se para plenum. Observem que a água oxigenada consegue penetrar mais fundo no sedimento, e a área disponível para as bactérias anaeróbias é menor. Sendo assim, o filtro denitrificante é, consequentemente, menor nestes casos em comparação ao exemplo 1, que usa-se sedimento fino.
No exemplo 3 usa-se conchas moídas e a camada não oxigenada é ainda menor. A água facilmente entra no substrato por muitos centímetros, reduzindo ainda mais a capacidade da areia de ser povoada por bactérias anaeróbias.
No exemplo 4, usa-se sedimento "sugarsize", como no exemplo 1, porém com uma forte corrente direcionada diretamente a ele (se fosse possível sem que ele se deslocasse, mas como é só ilustrativo considerem a possibilidade). A corrente aumenta a penetração da água oxigenada no sedimento, reduzindo a camada não oxigenada, e consequentemente a capacidade de reduzir nitratos do aquário.
No exemplo 5 usa-se a mesma granulometria, "sugarsize", porém com plenum. Para separar a aragonita sugarsize do plenum usa-se tela de sil screen. Querendo, basta transpor a granulometria do exemplo 2 para a seção com plenum e fazer os devidos ajustes. Mas o exemplo vem mostrar que o plenum não favorece a formação da camada anóxica, porque tanto ele como uma região completa de sedimento tem a mesma capacidade de armazenar água anóxica (e ácida). Porém no exemplo 1, a área sem oxigênio é muito maior e melhor aproveitada que na opção com plenum, visto que as bactérias precisam de um substrato para se desenvolver. Sendo assim, toda área com plenum fica desperdiçada, sendo sim útil, para favorecer a dissolução do substrato, e aumentar os teores de alcalinidade e cálcio no meio, por difusão. Tal efeito se torna totalmente desnecessário quando se utiliza reatores de cálcio ou adição de kalk. Inclusive, em casos de plenum com aragonita, observa-se a cristalização do carbonato de cálcio no sedimento, cimentando e formando placas que inutilizam o sistema em pouco tempo.
Estas observações evidenciam a pouca utilidade do plenum em aquários domésticos, onde devemos deixar o artefato para os aquários públicos, que podem usar uma camada de substrato maior, e se dar ao luxo de não adicionar "kalkwasser", devido as grandes proporções sedimento água.
No exemplo 6, com profundidade de sedimento de 6 centímetros e granulometria "sugarsize", a zona oxigenada é absolutamente igual a do exemplo 1, porém não sobra sedimento para uma grande zona denitrificante, ficando o filtro debilitado não pela granulometria e profundidade da camada anóxica, mas sim pela pequena profundidade do substrato que não favorece uma grande zona de denitrificação.
No exemplo 7 usando granulometria de substrato para plenum, a zona oxigenada atinge toda a área do sedimento, não havendo denitrificação suficiente. Eu não estou afirmando que TODOS os aquários que usam este sedimento não irão formar zona anóxica, mas a princípio a combinação de sedimento grosso e de pouca profundidade não produz denitrificação suficiente no substrato, estando a redução de nitratos somente a cargo das rochas.
Na figura a seguir, um zoom de uma destas seções para mostrar as camadas de um sedimento em relação a oxigenação.
A figura acima mostra a zona oxigenada (1) separada da zona anóxica (2) pela camada de descontinuidade redox (cdr). Em amarelo, a região de processamento de sulfetos (3). Normalmente quase todos os substratos tem H2S em suas camadas mais profundas e é um processo biológico natural. Nestas zonas com ausência de oxigênio total, bactérias que degradam os sulfetos são encontradas, e produzem o gás sulfídrico. A abundância desse gás representa o cheiro de ovo podre no substrato, ou emanando dele, e não é normal. Em pequenas quantidades, como é natural, não é percebido cheiro.
Normalmente, após a cdr observa-se que o sedimento fica escurecido, em função da ausência de oxigênio. Nesta área há a presença de bactérias anaeróbias obrigatórias e facultativas. As obrigatórias SÓ vivem na ausência de O2, e as facultativas podem viver em ambos os casos. As bactérias anaeróbias facultativas vivem normalmente próximo da camada de descontinuidade redox, visto que esta camada, mesmo no aquário, varia de profundidade em relação ao tempo.
Ela é conhecida como camada de descontinuidade redox porque a partir deste ponto o potencial redox fica negativo, evidenciando a ausência do O2.
Há outras camadas no substrato que não foram representadas por não serem importantes a aquariofilia.
Espero que estas figuras sirvam de esclarecimentos quanto ao problema do plenum, e do sedimento.
esse esquema está realmente mto elucidativo quanto a profundidades e granumetrias a utilizar! 
Postado originalmente por Gustavo Duarte
