aktuelle Fakten/Fragen 1. Konfliktpotential 2. Umweltprobleme im ökosytsem erde

1. -2 miliarden menschen ohne direkten zugang zu trinkwasser -wie kann bie wachsenden bevölkerung bedarf gedeckt sein -gewohnheit:ist sauberes trinkwasser in deutschland selbstverständlich 2. - globaler ökol. Wandel u.a. verönderung ansteigender Meeresspiegel? - ausdehnung trocken- salzwüste - weltweit nur 5% abwässer gereinigt 3. -garantiert geografische lage Wohlstand? rolle umwelttechnik in wasserversorgung --> deutschland = Marktführer

Vorlesung 4 Flashcards by Josie Heckelmann

Wasserhaushalt

Hydrosphere

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Definition Hydrosphere

Teilhülle der geographischen Hülle der Erde, umfasst deren Ober- und unterirdischen Wasservorkommen
durchdringt die Atmosphäre, die Lithosphäre, die Biosphäre und die Pedosphäre–> hierzu gehören die Weltmeere, Flüsse,Seen, Grundwasser und Wasser in der Atmosphäre
Sie bedeckt ca. 75% der Erdoberfläche und beeinflusst das Klima und die Biosphäre in grundlegender Weise
spielt eine wesentliche Rolle im globalen Co2 Kreislauf

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Verteilung Wasservorrat auf der Erde

Ozeane
Eiskappen/Gletscher
Grundwasser
Flüsse
Pedosphere (Bodenfeucht)
Atmo
Biosphere

1370 km^3 x 1.000.000; 97,25%
29; 2,05%
9,5; 0,68%
0,125; 0,01%
0,065; 0,005%
0,013; 0,001%
0,0006; 0,00004%

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was ist meerwasser chemisch gesehen ?

salinität von ?

Gefrierpunkt?

wässrige lösung

3,5%

-1,9

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aktuelle Fakten/Fragen

Konfliktpotential
Umweltprobleme im ökosytsem erde

1.
-2 miliarden menschen ohne direkten zugang zu trinkwasser
-wie kann bie wachsenden bevölkerung bedarf gedeckt sein
-gewohnheit:ist sauberes trinkwasser in
deutschland selbstverständlich

- globaler ökol. Wandel u.a. verönderung ansteigender Meeresspiegel?
- ausdehnung trocken- salzwüste
- weltweit nur 5% abwässer gereinigt

3.
-garantiert geografische lage Wohlstand?
rolle umwelttechnik in wasserversorgung –> deutschland = Marktführer

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Komponenten Klima

-obwohl Klima gewöhnlich als Phänomen der Atmosphäre beschrieben, ist es sehr komplexe Interaktion von multiplen Komponenten wie Atmosphäre, Hydrosphäre, Cryosphere, Biosphäre,Pedosphere, Lithosphere

viele der Interaktionen innerhalb / zwischen den Spheren = nicht lineare Prozesse
diese bestimmen zsm mit Sonneneinstrahlung das Klima

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Klima Bildhaftebeschreibung

Klima= gigantischer wärme-getriebener Motor der seine Energie von der Sonne enthält

E zufuhr hängt ab von Winkel (breitengradabhängig)
dynamischer Klimamotor durch atmospherische / hydroseherische Zirkulation
-> bewirkt Verteilung E, und zum teil auch E-austausch zwischen Breitengraden

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Kreislauf des Wassers

H2O befindet sich in ewigem Kreislauf der durch Sonnenenergie in Gang gehalten wird

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Atmospherische Zirkulation

Thermik?

Globale verteilung des Niederschlags,
entsteht im wesentlichen durch unterschiedlich starke Erwärmung der Erde am Äquator und an den Polen

Bodentief: Dichte der Luft sinkt in Bodennähe, da bodennahe Luft erwärmt wird –> die warmluft löst sich vom boden und steogt auf

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Beziehung zw Abfluss und Verdunstung in Abhängigkeit von der Niederschlagsmenge

Evaporation erreicht eine obere Grenze, die von der Einstrahlung abhänig ist , dadurch wird der Anteil an abfliessendem und versickerndem wasser mit zunehmendem Niederschlag größer

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Wasser und Pflanzenproduktivität

ab ca. 100 cm jährlichem Niederschlag & am besten bei 23 °C

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Chemie des Wassers

mit Bezug zum globalen ökologischen Wandel

das Meer speichert mehr CO2 als die atmosphere und die landbiosphere (Pflanzen/Tiere)
noch mehr CO2 in Lithosphere, in Gesteinen gebunden u. a. in Klakstein

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Einfluss CO2 auf die hydrosphere

CO2–> 2CO2–> 3CO2

pH sinkt von 8,15 auf 7,76

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Einfluss Temp. auf Löslichkeit von CO2 in H2O

Gase lösen sich schlechter im Wasser mit zunehmendem Druck, Salzgehalt und zunehmender Temperatur
das Wasser der Meere und Seen speichert 0,14 % des gesamten CO2 der Erde
CO2 wird bei hohem pH zunehmend in HCO3minus überführt

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Chemie des Wassers
kommt auf der Erde in allen 3 Aggregatzuständne vor, welche ?

bei welcher Temp hat H2O größte Dichte?

frieren Seen/Ozeane vollständig? warum?

Wasser in bezug auf die Temperaturen auf der Erde?

mit was hängt die Wassertemperatur. u.a. zum?

fest: Eis, flüssig: Wasser, Gasgörmig

bei 4°C ( 1kg/dm^3)

nein, Eis schwimmt oben

gleicht sie aus

mit der Speicherfähigkeit für das Treibhausgas CO2

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Chemie des Wassers

was führt zur Ausbildung von Wasserstoffbrücken ?

zu was führen Wasserstoffbrücken noch ?

Polarität der Wassermoleküle

zur Clusterbildung–> Kohäsion

hoher Schmelz- Siedepunkt
große Wärmekapazität
große Verdampfungsenthalpie
hohes Dipolmoment

flüssiges Wasser auf der Erdoberfläche
Puffer gegen Temperaturschwankungen
Kühlender Effekt der Transpiration
hervorragendes Lösungsmittel von polaren Stoffen

Sukzession des Lebens führet von Wasser an Land
Anpassung des Wasserhaushalts von Pflanzen an das Landleben

wasserlebende niedere Algen mit nicht vakuolisiertern Zellen zu ?

vakuolenführende Thallophysten zu ?

an was sind hygrophytische Moose noch gebunden ?

dank was sind die meisten Sprßpflanzen homoiohyder?

primär poikilohydren Luftalgen
homoiohydren Kormophyten
Standorte mit hoher Luftfechte
dank der Ausstattung mit einem kutikulären Transpirationsschutz und starker Vakuolisierung ihrer Zellen

Poikilohydre Pflanzen !

Beispiel?

wechsel feuchte Pflanzen (Tropophyten)

Wasserhaushalt hängt von äußeren Bedingungen ab
keine anatomische einrichtung zur regulation wasserhaushalt
kleine zellvakuolen
inaktiver Trockenzustand zur überdauern, weitgehend trockenresitent
-> pflanze von Jericho

homoiohydre Pflanzen !

eigenfeuchte Pflanzen

bilden vorwiegende Vegetation des Festlands
sind Gefäßpflanzen: Wurzel, Stängel,Blatt
besitzen besondere Einrichtung zur Wasserregulation
weitgehend unabhängig von Umgebung
große Zellvakuolen mit Wasserspeicher

Wassernutzung von Tier und Pflanze !

Leben ist gebunden an wässriges Millieu

Probleme der Landpflanzen?

-protoplasma aktiver zellen : 85-90%
- reife samen: 5-15% wasser
-Wassergehalt bei trockener Luft auf hohem Sättigungsniveau zu halten + gleichzeitig Austausch CO2 mit Luft zur Versorgung der Photosynthese aufrechtzuhalten
-deutliche Anreize leben auf Land (trotz vertrocknungs, verhunger Gefahr):
Diffusion von CO2 in Luft ist 10.000 x schneller als in Wasser
-In Evolution keine Membran erfunden die CO2 durchlässig und H2O undruchlässig ist
(Molekular Gewicht co2 > H20)
-Verfügbarkeit von CO2 gab anreiz leben an land
–> dazu mechanismen entwickelt für regulierung Wasserhaushalt

Wasserhaushalt Tier/Pflanzen

für Tiere (37°C, Warmblüter) sieht welt anders aus

o2 gradient beträgt 50.000ppm
wasserdampfgesättigte Luft wird ausgeatmet, somit wasserdampfgradient zur atmosphere ebenfalls 50.000 ppm
warmblüter verliert pro mol aufgenommenem O2 nur 1 mol H2O
Kaltblüter Bilanz = günstiger ca. 0,2

Pflanzen ökologisch sehr erfolgreich

welche Probleme müssen überwunden werden ?

Trockenheit (H2O-Mangel)–> sonora-halbwüste kalifornia
salinität (H2O-Mangel)–> avicennia marina l. in Ägypten
Trockenheit und Salinität (H2O-Mangel)–> atlantische Meeresküste bei Ebbe
H2O- Überangebot –> Nebelwald mit tillandsia usneoides (Merida Venezuela)

Der Weg des Wassers

Wasser wandert passiv entlang des Konzentrationsgradienten von frei verfügbarem Wasser (=Wasserpotentialgradient)

Wasser ist dann frei verfügbar wenn es nicht durch Druck u.a. Gravitation, Temp., in Lösung befindlicher Teilchen oder durch polare Gruppen nicht gelöster Substanzen in seiner freien Beweglichkeit eingeschränkt ist

Diffusion Fick´sche Gesetz

die treibende Kraft der gerichteten Bewegung Js =-Ds(delta Cs/ delta x) Js= Menge an Substanz pro Fläche und Zeit (mol/m^2xs)

Wasserpotentialkonzept chem. Potential = ? Zusammenhang Wasserpotential / chmische Pot. des wassers

Wasserpotential ist eine vom chemischen Potential des Wassers abgeleitete Größe mit der Einheit eines Druckes (Pa,MPa,bar) molare freie Enthalpie des Wassers wie das Wasserpotential ist das chemische Potential des Wassers ein quantitatives Maß für die Wasserverfügbarkeit oder für die Fähigkeit des Wassers Arbeit zu leisten gelöste Stoffe in Wasser verringern das chemische Potential negativ

Wasserpotential

beschreibt Wasserzustand einer Pflanze , des Bodens oder der Atmosphere

Komponenten des Wasserpotentials ψ

leitet sich von Druck- Konzentrationsabhängigkeit des Wasserpotentials ab + tatsache dass Wasset an feste Substanz gebunden sein kann --> bei Bäumen: spielt auch potentielle E eine rolle ``` ψ= P-π-τ+pw*g*h P= Hydrostatischer Druck π= Osmotischer Druck τ= Matrixpotential pw*g*h (ψg)= Gravitationspotential pw= dichte, g= Erdbeschleunigung, h= höhe ```

in was wird das Wasserpotential gemessen ?

in Druck MPa

Pfeffersche Zelle | Van´t Hoffsches Gesetz

der osmotische Wert π ist proportional der Konzentration der gelösten Substanz π=c* R*T ``` c= Konzentration R= allgemeine Gaskonstante T= Kelvin ``` Tugor hat beduetung für das primäre wachstum der Zelle

Höfler Diagramm | Grenzplasmolyse

Grenzplasmolyse, bei Pflanzen ein Verfahren zur Bestimmung des osmotischen Potenzials des Zellsaftes, indem die Konzentration der Außenlösung ermittelt wird, die gerade noch, d.h. im Gewebe bei 50 % der Zellen, Plasmolyse(durch Osmose verursachte Wasserentzug aus einer Pflanzenzelle, die sich in einem hyperosmotischen Außenmedium (Plasmolyticum) befindet) hervorruft

Hypotonisch Isotonisch Hypertonisch

1. Der Ausdruck hypoton bezeichnet dabei in der Biologie und Chemie eine Lösung mit geringerem osmotischen Druck als ein Vergleichsmedium. Dabei ist hypo das griechische Wort für "unter". Bringt man nun eine Zelle in eine hypotone Lösung, dann diffundiert Wasser netto in die Zelle. Diese Zelle wird dadurch immer voller, schwillt an und kann dadurch sogar zum Platzen gebracht werden. 2. Eine isotonische Lösung ist eine Lösung mit gleicher Konzentration 3. Das hyperton steht für "über" aus dem Griechischen. Darunter versteht man eine Lösung mit höherem osmotischen Druck als ein Vergleichsmedium. Bringt man eine Zelle nun in eine hypertonische Lösung, dann verliert diese Zelle Wasser an die Umgebung. Grund: Die Wasserkonzentration in der Zelle ist höher als im umgebenden Medium. Durch den Wasserverlust schrumpft die Zelle zusammen. Geschieht dies über einen längeren Zeitraum kann die Zelle durch diesen Vorgang absterben.

Wasserpotentialgradient entlang eines Baumes

nimmt von Wurzeln zu Spitze ab | von -0,3MPa in den Wurzeln bis -7,0 MPa in den Blättern und dann in die außenherum liegende Luft mit -100 MPa

was ist die treibende Kraft für die Transpiration ?

das Wasserpotential der Atmosphäre

Rechenbeispiele !!! Seite 25 -

Zusammenhang Wasserpotential mit der Luftfeuchte

umso weniger Luftfeuchte (gleichgewichtsstellung mit osmotische Potential), desto höher MPA

Transpirationssog?

Unter Transpirationssog versteht man jene Kraft, die durch die Wasserabgabe der Blätter einer Pflanze entsteht: Über die Spaltöffnungen der Blätter verdunstet Wasser und es entsteht ein Sog, der dafür sorgt, dass das Wasser aus der Wurzel durch die Xylemgefäße nach oben gezogen wird. Dabei können enorme Höhen entgegen der Schwerkraft überwunden werden, weil die starken Kohäsionskräfte des Wassers auch die Ausbildung eines Unterdrucks erlauben

Weg des Wassers in die Pflanze

- Bodenlösung ist stark verdünnt gegenüber dem osmanischen Wert der Zelle - Wurzelhaare bewirken Stare Oberflächenvergrößerung - Wasser kann apoplastisch und symplastisch eindringen

Transportwege in der Wurzel

über Wurzelhaare apoplastisch: außerhalb des Cytosols, die Diffusion der Assimilate in dem freien Diffusionsraum in den Zellwänden nach aktiver Übergabe durch das Plasmalemma symplastisch: Transport innerhalb des durch Plasmodesmen verbundenen Cytoplasmas der Zellen pflanzlicher Gewebe (Symplast) erfolgt transmembran Route: Transport durch Biomembran