Hydrosphäre - Teil Oberflächengewässer

haupturache ist Gletscher. Je grösser die Seen werden desto mehr spielt auch tektonik eine rolle bei der entstehung. siehe grafik

logisch: anzahl seen mit einer gewissen grösse nimmt ab je grösser die seen werden!

Siehe grafik

• häufigstes Molekül in der Biosphäre
• Extreme Physikalische Eigenschaften
• Wichtigste Flüssigkeit in der Hydrosphäre

• hohe spezifische Wärme von 4.2 kJ pro Kilogramm pro Kalvin. --> grösste Wärmekapazität!
• Extrem hohe latente Wärme (Phasenübergägne) --> 2.4 MJ pro kg.
  • 1/4 der Sonneneinstrahlung gehen in den Wasserkreislauf (also in die Phasenübergänge)
• grosse Wärmeleitfähigkeit (am grössten von allen Flüssigkeiten)
• hohe Oberflächenspannung (nur Quecksilber grösser)
• Adhäsions und Kohäsionskräfte --> wichtig für physiologie der Zelle und Wasser in Böden
• Molekulare viskosität relativ gering --> fliesst gut, wichtig für Grundwasser
• Lösungsvermögen
• Volumen und Dirchte als Funktion der Temperatur
  • dichte von Festem Wasser kleiner als von flüssigem
  • Maximale dichte bei 4°
• Transparent für licht, sehr schwach transparent für UV und IR --> Photosynthese in tiefem wasser möglich
• Wasserstoffbrücken

Dass das Klima gerade so stimmt, dass Wasser in allen drei Aggregatszuständen vorkommt. Oftmals ist es zu kalt (mars) --> alles Wasser gefroren, oder zu heiss --> alles dampfförmig.

(Vergleiche karte aus anderer Vorlesung)

Wasser ist ein permanenter Dipol. Es kann also eine schwache Bindung zwischen den elektrischen Dipolen des Wassers entstehen

Im Festen Zustand bildet wasser genau 4 Wasserstoffbrücken aus pro H2O.

Ist es Flüssig ist es sehr dynamisch und bildet zwische 1 bis 5 Wasserstoffbrücken pro H2O aus. kann also mehr Brücken bilden und ist somit enger gepackt --> höhere dichte

siehe grafik

Temperatur, salzgehalt, Druck

B

von 4 auf 5° --> - 7 ppm <-- Dichte nimmt Ab

Durch zugabe von 1 mg/l Salz --> + 1 ppm <-- dichte nimmt zu

sie werden gemischt! Siehe grafik: Wasser an den rot umkreisten Grenzen hat eine höhere Dichte und sinkt somit ab! --> dies führt zu einer durchmischung des sees

Duch ionen im Wasser!

Einziges Meer bei dem man von der Wasserkonzentration sprechen kann. Es hat soviele Salze gelöst, dass Wasser in der Unterzahl ist.

siehe grafik:

Äquivalenzleitfähigkeit ist tabelliert!

nein ab 24.8 Promille (24.8 g Salz auf 1000g wasser) Salz tritt keine Dichteanomalie mehr auf!

--> Physik im Meer ist deshalb wesentlich einfacher

Im oberflächenwasser (epilimnion) durch die Temperatur

im Tiefenwasser (Hypolimnion) durch Temperatur und Salinität

A & D

--> erhöht man den Druck nimmt auch die Dichte eines Fluids zu

--> Für die vertikale stabilität ist die Dichte nicht relevant!

Druckzunahme ändert die Temperatur der Maximalen Dichte!

Druckzunahme führt zu einer Adiabatischen Erwärmung: Wasser das nach oben steigt (Druck nimmt ab nach oben) verrichtet arbeit und kühlt sich ab, dafür wird innere energie verwendet.

Siehe grafik

Ähnlich wie bei der Atmosphäre erwärmt sich das Wasser durch zunehmenden Druck, bzw kühl sich ab durch abnehmenden druck. Das heisst es kann sein, dass die Temperatur mit zunehmender Tiefe plötzlich wieder zunimmt.

Würde man aber alles Wasser vertikal gesehen auf den gleichen Druck bringen würd sich die Temperatur verändern. Diese neue Temperatur mit normiertem Druck nennt man Potentielle Temperatur.

Vorallem von der Dichte! Wenn immer die dichte mit der Tiefe zunimmt ist ein See stabil geschichtet.

Bei relativ warmen sehen (ca. > 8°) auch von der potentiellen Temperatur! nimmt diese mit Zunehmender Tiefe immer ab spricht man von einer stabilen schichtung.

Siehe grafik links! See ist stabil geschichtet, da die potentielle Temp mit der tiefe immer abnimmt.

--> Dichtegetreibene Strömungen in sehr tiefen sehen nahe der Temperatur der maximalen Dichte

Die kompressibilität von Wasser ist Temperaturabhängig. Die Temperatur der maximalen Dichte (bei atmosphärendruck bei 4°) nimmt mit der Tiefe (--> immer höherer Druck) ab (Temperatur der maximalen Dichte wird mit der Tiefe immer kleiner).

siehe grafik. als beispiel Baikalsee.

Temperaturerhöhung pro Druckeinheit

Erfährt ein Wasserpaket bei einer Auslenkung in Vertikale Richtung (nach oben oder unten) eine Auslenkungskraft K, dann ist die Wassersäule Stabil geschichtet.

= Väisälä-Frequenz:

wird ein WAsserpaket beschleunigt und erfährt es eine Rücktreibende Kraft K beginnt es zu schwingen. Die Stabilitätsfrequenz N bezeichnet die Frequenz mit welcher das Wasserpaket getrieben durch die anfängliche Auslenkung und die Rücktreibende Kraft K um einen Gleichgewichtszustand osziliert.

Die Stabilitätsfrequenz kann auch als Mass für die Stabilität einer Wassersäule herangezogen werden.

Energieflüsse: Energie wird haupstächlich von der Sonne eingetragen, ganz wenig vom Wind und von Turbulenzen.

Energieinhalte: Energie wird in Form von Potentieller Energie, Kinetischer Energie  und (Thermischer Energie) "gespeichert". Der Wärmegehalt (= thermische Energie) verändert sich sehr stark von Sommer zu Winter --> hohe delta Wärme)

An der Grenzfläche zwischen luft und Wasser!

1. Hauptsatz: Energie kann nicht generiert oder zerstört werden! Sie kann nur in andere Energieformen umgewandelt werdne!

2. Hauptsatz: Wärmeenergie fliesst niemals von alleine von einem kalten Kérper zu einem Warmen (kalter Körper wird noch kälter, warmer Körper wird noch wärmer), es gibt auch keine Maschine welche Wärme fortlaufend und Vollständig in Arbeit umwandelt!

Nein ein grosser Teil wird auch in kinetische Energie umgewandlet (aufstieg und absinken von Wasserpaketen, bildung von Turbulenzen).

siehe grafik:

Entropie will zunehmen! nimmt in der Grafik zu!

Quellen:

• Absorption kurzwelliger Strahlung = H_s
• Absorption langwelliger Strahlung = H_a

_Senken:

• _{Thermische (infrarot) Abstrahlung}
• _Verdungstung
• _{Sensible (fühlbare)Wärme}

_{Weitere Thermed wie Niederschläge, Schneeschmelze usw sind irrelevant}

Austauschprozesse finden alle an der Oberfläche, innerhalb von wenigen Millimetern statt.  Nur die Solarstrahlung dringt tiefer ein.

Wind strukturiert/ändert die Grenzschicht und verteilt die Wärme/Energie im Gewässer

--> wieviel strahlung kommt ins Gewässer!

H_s= Absorption kurzwelliger sTrahlung im wasser. H_s⁰= Solare Einstrahlung bei klarem HImmel

H_s=H_s⁰ - (Reflektion des Wassers) - (Bewölkung!)

Für absorption ist also reflektion und Bewölkung sehr wichtig!

Vom Einfallwinkel der Strahlung. Im Juli ist die Reflexion nur 4% --> Mehr Strahlung wird vom Ozean aufgenommen --> wärmere Temperaturen. Im Januar Reflexion 14% --> strahlung wird eher reflektiert --> kalte temperaturen.

Interessant: Im Sommer ist die Erde am weitesten von der Sonne entfernt, da der winkel aber günstiger ist, wird es tortzdem dann bei uns sommer. siehe grafik

wärme ist ungerichtet, wind ist gerichtet