Hydrosphäre - Teil Oberflächengewässer

durch verdunstung

Die Luftfeuchte. es gilt

\(e_a \neq e_w, e_a = Luftfeuchte Atmosphäre, e_w= Luftfeuchte Grenzschicht\)

Grenzschicht ist immer 100% Wassergesättigt, ist Atmosphäre noch nicht 100% wassergesättigt, kann Wasser verdunsten.

siehe grafik.

Die Sättigungsdampfdruck e_w steigt stark (exponentiell) mit zusnehmender Temperatur an! --> Hurrikane können sher viel energie aus der Differenz der Paritaldrücke (e_w und e_a) gewinnen.

Wärmeverlust durch verdunstung. diese ist 0 wenn die relative Luftfeuchtigkeit bei 100% ist (\(e_w=e_a \))

H_{A= langwellige Einstralung}

H_{s= kurzwellige einstrahlung}

H_w= langwellige Abstrahlung

H_k= Konvektion, übergang von fühlbarer wärme an die Luft

\(T_a \neq T_w, a= Atmosphäre, w=Wasser\)

Wassertemperatur unterschiedlich zu Atmosphärentemperatur führt zu kionvektion

\(H_k=0, H_v \neq 0\)

Konvektion tritt nicht auf, es kann aber immer noch Wärme durch Verdunstung verloren gehen.

1. \(T_w < T_A\), in diesem fall herrscht eine Stabile schichtung der Luft über dem Wasser. Es kommt zu einem Schwachen wärmeaustausch, da sich die luft nicht mischt (ähnlich wie Inversionslage bei wetter)

2. \(T_w> T_A\), in diesem fall herrscht eine instabile Schichtung der Luft über dem Wasser. es kommt zu einem Starken Wärmeaustausch, da auch eine Starke durchmischung stattfindet. --> Hurrikan!!

Lake Huron hat ein Kontinentales klima, der Zürich See eher ein Ozeanisches klima (wir sind nicht soweit weg vom meer), deshalb im zürich see kleinere amplitude

Mischungstiefe des vierwaldstättersees. In den Sommermonaten wärmt sich das oberflächenwasser auf. Das oberflächenwasser ist seperiert vom tieferen wasser. In den Wintermonaten ist alles wasser gleich warm/kalt, das wasser wird komplettdurchmischt.

Spannend: feb 1963 extrem kalt --> eisbildung!

Urnersee und Glarnersee liegen nah beieinander. der Gersauersee reagiert allerdings schneller bezogen auf die Temperatur, er wird schneller warm im Frühling.

Dies ist so, da der Urnersee direkt in Windrichtung des Föhns liegt und somit gut durchmischt ist, es muss also auch das Tiefenwasser aufgeheizt werden. Der gersauersee liegt quer zum föhn --> nicht so gut durchmischt, oberes wasser daher schneller aufgewärmt

KKW Mühleberg und Beznau kühlen mit Aarewasser.
--> das thermische Gedächtnis des Wassers spielt dabei eine wesentliche Rolle (wie lange bleibt wärme im System erhalten.

--> wärme hat einfluss auf die biologie: Sauerstoffbedarf steigt mit höherer temperatur

--> Schlussfolgerung: selbst an grossen Flüssen können nur 1(-2) KKW gekühlt werden! (Aare hat schon 2!)  --> Gösgen musste kühlturm bauen.

--> Je stärker die Erwärmung desto grösser die Störung

Im Winter, da dort der Fluss kälter ist, und der Wärmeeintrag relativgesehen grösser!

Energieflüsse ändern sich schon bei kleinen mengen an eingeleiteter Wärme massiv!!

siehe grafik

im Gleichgewicht ist die Konzentration C_i eines gelösten Gases i im Wasser proportional zum Partialdruck p_i des Gases an der Wasseroberfläche

\(p_i =H_i * C_i\) Oder  \(C_i= \lambda_i * p_i\) , H_{i = Henrykoeffizient (\(\lambda_i\)= inverser Henrykoeffizient) beschreibt die löslichkeit des Gases i im Wasser}

er hängt von der Temperatur und Salinität des Wassers ab.

H_{i kann von den chemischen Eigenschaften abhängen}

_{Si-einheit: \({Pa*m^3}\over mol\)}

Gleichgewichtskonzentration der meisten Gase nimmt mit der Temperatur ab. (je höher temperatur, desto weniger gas gelöst)

--> Gilt nur solange Wassertemperatur kleiner als ungefähr 60°C ist. Bei höheren Temperaturen kann es auch wider zunehmen.

Gleichgewichtskonzentration nimmt für die meisten Salze mit der Temperatur zu (je höher temperatur, desto mehr salze gelöst)

\(p_{tot} \approx p_0 * e^{-h\over h_0}\), p₀= 1013.25 hPa: Druck auf meeresniveau, h₀= 8.3 km: Skalenhöhe, h: Höhe über Meer

Siehe Grafik

Vergleiche aktuelle Wasserkonzentration (C_i) mit Wasserkonzentration während des Gleichgewichts (C_i^*)

\(C_i = C_i^* \)  --> Gasfluss = 0 --> System ist im Gleichgewicht

\(C_i > C_i^*\) --> Netto Gasfluss von Wasser zu Luft

\(C_i < C_i^*\) --> Netto Gasfluss von Luft zu Wasser

siehe grafik

- Film-Modell

- Austauschmodell

Dem fick'schen Gesetz

Nur Gase mit einem grossen Henry-koeffizienten.

Gasfilmkontrollierter Austausch: 3mm

Wasserfilmkontrollierter Austausch: 0.2 mm

siehe grafik

Falls H_c gross ist (H_c = Henry-Coeffizient, ist der Parameter welcher den Gasaustausch kontrolliert), und das Gas schlecht löslich ist ist es flüssig-Film kontrolliert. Bsp: Für O2, N2, Edelgase

Falls H_c klein ist und die Gase/Energie gut löslich sind ist es Gas-Film kontrolliert. Bsp: Wasserdampf, Temperatur

Geometrie ist bei allen Gasen gleich!

Gasaustauschgeschwindigkeit nimmt mit der Windgeschwindigkeit zu

--> Bei schwachem Wind überwiegt Film-Modell (ungestörte Wasseroberfläche, geringe Turbulenz)

--> bei starkem Wind überwiegt das Austausch-Modell (dünne Grenzfilme, starke Turbulenz)

Lake liegt auf einer Magmatischen Kammer. Von dort gab es einen Gaseintrag (co2 und ch4). Durch durchmischung wurde das gas nach oben getragen. Durch druckentlastung kam es zu Blasenbildung --> Blasen stiegen auf --> nochmalige Druckentlastung --> Blasenwachstum

--> viel gas in kurzer Zeit aus dem See ausgegast --> 1000 leute gestorben

Falls \(p_{tot} = \sum_i p_i, i= versch. Gase \) grösser ist als der Hydrostatische Druck (Druck der Wassersäule) bilden sich blasen

(p_tot = summer der partialdrücke)

zuerst Aktives Pumpen von Tiefenwasser

danach passiver transport durch blasen

(eher nicht wichtig)

• Erwärmung der Oberflächenwassers --> Gleichgewichtskonzentration von O2 nimmt ab! --> weniger O2 gelöst
• Photosynthese: --> Produziert allerdings nur tagsüber O2,
• Atmung braucht Sauerstoff
• Schichtung (Stratifizierung) --> im Sommer bilden sich in Gewässern stabile schichten aus, Sauerstoff wird nicht mehr nach unten gebracht.
• Nährstoffgehalt: bei eutrophen (nährstoffreichen) Gewässern hohes Wachstum an Biomasse --> braucht O2 durch gesteigerte Atmung!