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Kategorie: > Umwelt > Gewässer
trübesWasser - klares Wasser
Gast (Ein Hobbyangler)
(Gast - Daten unbestätigt)

  20.08.2005

Kann mir hier bei meinem Problem geholfen werden?
Es handelt sich um 2 Seen mit gleicher Struktur, Größe u. Wassertiefe.
In dem einen See ist trübes Wasser in dem anderen klares Wasser, in welchem See ist die Wassertemeratur bei gleicher Sonneneistrahlung höher?
Oder ist die Temperatur in beiden Seen gleich hoch?
Vielen Dank für Ihre Hilfe, ist für mich ein dringend zu lösendes Problem.



Anzahl der unterhalb stehenden Antworten: 11
Gast (Limno-Freak)
(Gast - Daten unbestätigt)

  24.08.2005
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Wilfried vom 24.08.2005!  Zum Bezugstext

Hallo Heiner und Wilfried,
die Oberfläche eines Sees wird ständig "umgerührt" (unbeschadet von Schichtungs- und Stagnationsphänomenen) - es sei denn sie ist zugeroren ;-). Selbst leichtester Wind schleppt den Oberflächenfilm mit 4,3% seiner Eigengeschwindigkeit mit. Bei 2m/s (das ist sehr wenig) werden die obersten zwei Meter durchmischt, bei 5m/s schon 4-7 Meter. Bei Sturm ergibt das ein ordentliches Rührwerk, der im Sommer bis zum Metalimnion durchmischt. Bei Homothermie (4 Grad) reicht leichter Wind aus, um einen riesigen Wasserkörper umzuwälzen.

Durch die sehr geringe Wärmeleitfähigkeit von Wasser wird die Wärmeenergie in Seen vor allem mechanisch (durch thermisches Auf- und Absteigen von "Wasserpaketen", Winddurchmischung) verfrachtet. Auch ohne Wind würde allein der Tag/Nacht-Temperaturwechsel den Oberflächenbereich durchmischen.

Die vertikale Absorptionskurve für die Strahlung stimmt in keinster Weise mit der vertikalen Temperaturverteilung überein. Es gibt da berühmte untersuchungen aus den 20-er jahren. Die stationäre Erwärmung durch Absorption der Strahlung in der jeweiligen Wasserschicht ist rechnerisch nur für etwa 10% der Gesamtverteilung der Wärme im See verantwortlich, 90% werden durch Transport ständig verfrachtet.
Wilfried
wilfried.rosendahlrsdsolar.de
(gute Seele des Forums)

  24.08.2005
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Heiner Grimm vom 23.08.2005!  Zum Bezugstext

Hallo Heiner,

die "offenbar rein theoretische Aufgabe" stammt wahrscheinlich aus einem Angler-Vereinsheim. Diese exakt zu beantworten müßten wir präzisieren, in welcher Tiefe die Vergeichstemperatur der Gewässer gemessen werden soll, oder ob es um einen Gesamt-Wärmeinhalt geht.

Das Gleichnis mit der Kerze war natürlich überspitzt und wenn überhaupt, dann gebe ich die Leistung solarer Strahlung gern in W/m² an ;-)

Rein theoretisch müßten wir nun vergleichen, wie groß die Differenz zwischen der diffusen Strahlung/m² in den Frequenzen Blau und Schmutzig-Grau ist - natürlich bezogen auf die absolute Oberflächentemperatur des jeweiligen Gewässers. Und ich meine nach wie vor, da liege ich pro m² mit meiner Kerze noch gut im Rennen.

Viel wichtiger scheint mir da Dein Einwand, daß der See ja nicht umgerührt wird, infolge die Strahlungsemmission im infrarotnahen Bereich beim trüben See größer sein könnte. Dem gegenüber hat aber auch ein klares Gewässer eine deutliche Temperaturschichtung und eine warme Oberfläche *grübelgrübelgrübel*

Für den Fischbestand ist das wohl kaum von Bedeutung, könnte aber eine gute Anregung zu einer Diplomarbeit sein :-)

Beste Grüße
Wilfried

Heiner Grimm
(gute Seele des Forums)

  23.08.2005
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Wilfried vom 22.08.2005!  Zum Bezugstext

Hallo Wilfried, hallo Limnofreak,

ich gehe mal davon aus, dass die Streulichtintensität durchaus zu berücksichtigen ist. Dieses Streulicht bewirkt immerhin, dass ein tiefer See nicht schwarz, sondern blau erscheint und das am hellichten Tag. So etwas ist nicht mit einer "Kerze" zu schaffen.

Da die Aufgabe ja offenbar eine rein theoretische ist, wäre überdies im Gegensatz zu einem pragmatischen "praktisch gleich" selbst ein Unterschied von ein paar "lausigen" Joule, mathematisch genau genommen, noch ein Unterschied.

Aber ihr habt noch was ganz Anderes vergessen:

Ein See wird ja normalerweise nicht umgerührt, sondern hat verschieden temperierte Wasserschichten. Im trüben See wird die gesamte Strahlung dicht unter der Oberfläche absorbiert, während im klaren See nur ein Teil oben und der Rest in tieferen Schichten absorbiert, die Wärme somit gleichmäßiger verteilt wird. Damit ist zunächst mal die Erwärmung der oberen Schichten im trüben See größer. Als Folge davon gibt der trübe See mehr Wärme an die Luft ab als der klare bzw. nimmt weniger Wärme aus der Luft auf, je nachdem, ob die Luft gerade kälter oder wärmer ist als das Oberflächenwasser. Dieser Effekt dürfte den Streulichteinfluss deutlich übertreffen, womit sich der klare See im Durchschnitt etwas stärker als der trübe erwärmen wird.

Grüße Heiner

Wilfried
wilfried.rosendahlrsdsolar.de
(gute Seele des Forums)

  22.08.2005
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Limno-Freak vom 22.08.2005!  Zum Bezugstext

Hallo Lino-Freak,

ein schönes Thema. Ich bestreite nicht, daß sich da optisch was messen läßt, nur für die Energiebilanz erscheint mir das fast bedeutungslos. Das sichtbare Licht ist nur ein kleiner Ausschnitt aus dem solaren Strahlungsspektrom.

Klare Gewässer erscheinen bei einer Tiefe > 50 m dunkel, weil das eingetretene Licht völlig absorbiert wird. Sind sie flacher, könnte ein heller Grund sichtbares Licht reflektieren (12,5 %?), welches dann aber wenig Verlust an Gesamtenergie bedeutet(s.o.). Strahlung aus dem energiereichen UV-Bereich hingegen wird absorbiert - auch von hellem Sand.

Trübe Gewässer streuen aus dem sichtbaren Spektrum nur ein noch kleines Fequenzgemisch (erscheint meist lehmig braun oder algengrün). Ich meine eine Kerze hat mehr Strahlungsenergie, als da verloren gehen könnte. Wie bitte soll das auf die Wassertemperatur eines Gewässers einen Einfluß haben?

Beste Grüße
Wilfried
Gast (Limno-Freak)
(Gast - Daten unbestätigt)

  22.08.2005
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Limno-Freak vom 22.08.2005!  Zum Bezugstext

Übrigens: Der Albedo eines Gewässers setzt sich als Faustregel zu 87,5 Prozent aus reflektiertem Licht und zu 12,5 aus rückgestreutem Licht zusammen. Ist natürlich nur ein Durchschnittswert und der differiert je nach Trübung, Einfallswinkel der Sonnenstrahlen und vor allem auch bei Windbewegung der Oberfläche sehr stark.
Gast (Limno-Freak)
(Gast - Daten unbestätigt)

  22.08.2005
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Wilfried vom 22.08.2005!  Zum Bezugstext

Ich habe für Dich einmal nachgeschlagen:

"Ein Teilbetrag des Streulichtes verlässt die Wasseroberfläche wieder und wird zusammen mit dem Reflektionslicht gemessen..."
"In natürlichen Gewässern werden die optischen Eigenschaften des Wasserkörpers von den gelösten anorganischen und besonders den organischen Stoffen, vor allem Huminsäuren und Gelbstoffen sowie Partikeln aller Art beeinflusst."
"Besonders durch die gelb-braunen Huminstoffe nimmt die Strahlungsabsorption zu und die Maxima der Strahlungsdurchlässigkeit verschieben sich zum langwelligen Bereich."
"...durch die mitgeführten Schwebstoffe das Licht schon in wenigen Dezimetern Tiefe absorbiert und zerstreut sein kann."

et cetera...

(Aus SCHWOERBEL, J.: Einführung in die Limnologie)
Wilfried
wilfried.rosendahlrsdsolar.de
(gute Seele des Forums)

  22.08.2005
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Limno-Freak vom 22.08.2005!  Zum Bezugstext

Hallo Limno-Freak,

kannst Du diese Hypothese irgendwie belegen?

In einer Energiebilanz kann jedenfalls das wieder aus dem Wasser austretende Licht kaum von Bedeutung sein.

Beste Grüße
Wilfried
Gast (Limno-Freak)
(Gast - Daten unbestätigt)

  22.08.2005
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Wilfried vom 21.08.2005!  Zum Bezugstext

@wilfried: Da hast Du aber etwas übersehen! Ein Teilbetrag des Streulichtes im Gewässer verlässt die Wasseroberfläche wieder. Bei der limnologischen Berechnung des Strahlungsklimas im Gewässer wird dies zur Oberflächenreflektion hinzuaddiert. Bei trüben Gewässern ist Streuung und Absorption größer - weniger Streulicht verlässt sozusagen als "Verlust" das Gewässer...
Wilfried
wilfried.rosendahlrsdsolar.de
(gute Seele des Forums)

  21.08.2005
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Ein Hobbyangler vom 21.08.2005!  Zum Bezugstext

Hallo Angler,

wie ich schon sagte, auch klares Wasser ist strahlungsselektiv, läßt also Solarstrahlung gut eintreten, aber nicht wieder hinaus. Die eingetretene Solarenergie wird zu nahezu 100 % in Wärmeenergie umgesetzt. Bei klarem Wasser erfolgt die Absorbtion frequenzabhängig, in unterschiedlichen Tiefen. Bei trübem Wasser können auch die trübenden Stoffe absorbieren. Die Energie (Wärme) wird aber in jedem Fall an das Wasser abgegeben.
Reflexionen an der Oberfläche sind für beide Gewässer gleich.

Beste Grüße
Wilfried
Gast (Ein Hobbyangler)
(Gast - Daten unbestätigt)

  21.08.2005
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Wilfried vom 21.08.2005!  Zum Bezugstext

Hallo Wilfried,
danke für deine Antwort, ich war der Meinung dass durch die Trübung das trübe Wasser die Wärme der Sonnenstrahlen besser bzw. schneller absorbiert.

Klares Wasser dachte ich spiegelt die Solarenergie (Diffusion)zumindest für einen Teil irgendwo anders hin, so dass es nicht so schnell die Wärme aufnimmt.

MfG. Hobbyangler
Wilfried
wilfried.rosendahlrsdsolar.de
(gute Seele des Forums)

  21.08.2005

Hallo Angler,

die Temperatur ist in beiden Seen gleich, weil die eingestrahlte Solarenergie in beiden Fällen absorbiert wird - Wasser ist schon in dünnster Schicht strahlungsselektiv. Auch die Verluste durch Reflexion sind in beiden Seen gleich, nämlich unabhängig von der Trübung.

Beste Grüße und Petri Heil

Wilfried



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