Ergänzung 2.15: Visuelle Beobachtung von Öl an der Wasseroberfläche

Als es noch keine Fernerkundungsinstrumente für die Meeres- überwachung gab, war Beurteilung auf Sicht die einzige Möglichkeit, Schadstoffe im Meer zu identifizieren. In Fällen vorsätzlicher Öleinleitungen, und - noch wichtiger - nach unfallbedingten Einleitungen größerer Mengen, hat man mit visueller Beobachtung die Verteilung und Menge von Öl an der Wasseroberfläche abgeschätzt.

Wie auf Seite 3 dieses Kapitels näher erläutert, verteilt sich Öl nach einer Einleitung sehr schnell über die Wasseroberfläche. Aus diesem Grund verschwinden die dickeren Schichten in einem Ölfleck innerhalb weniger Stunden, und dann ist die Reinigung mit Ölbekämpfungsschiffen außerordentlich erschwert oder sogar unmöglich. Daher ist es außerordentlich wichtig, Daten über die Dickenverteilung des Öls in kürzestmöglicher Zeit zu erhalten.

Die Meerwasserfarbe bei Vorliegen von Öl

Wenn Öl an der Wasseroberfläche treibt, kann man seine Schichtdicke durch die Veränderung der Farbe des Meerwassers visuell abschätzen. Dies ist allerdings nicht einfach: auch bei gutem Tageslicht hat ein Experte für Ölverschmutzungen auf einem Schadstoffbekämpfungsschiff nur eine sehr eingeschränkte Sichtweite. Daher ist es ziemlich schwierig, die Meeresoberfläche über Distanzen von mehr als hundert Meter richtig zu beurteilen. Dies ist sehr viel leichter, wenn man Ölflecken von einem Flugzeug aus etwa vertikal nach unten schauend beobachtet, wie die Bilder unten zeigen.

Ausschnitt aus einem Ölfleck aus 50 m³ schwerem Schifstreibstoff, mit einer in Nadir ausgerichteten Fotokamera aus 200 m Flughöhe aufgenommen. Der Bildaus- schnitt am Boden beträgt 370 m x 250 m.

Dss Foto zeigt deutlich, dass sich Öl sehr ungleichmäßig aud dem Wasser verteilt. Es gibt Stellen mit tiefbrauner Farbe, mit silbrigem Glanz, aber auch einige Stellen, an denen das Wasser scheinbar nicht verölt ist.

Wie lässt sich diese Farbenvielfalt erklären? Für Schiffsmotoren verwendetes Schweröl ist dunkelbraun gefärbt. Es ist daher anzunehmen, dass die dunklen Flächen im Bild die dicksten Stellen des Ölflecks zeigen, wo die Schichtdicke einige Millimeeter oder sogar Zentimeter beträgt. Diese Flächen sind Ausgangspunkt von Ölbestandteilen, die sich schnell auf dem Wasser ausbreiten und zu Filmen führen, die einige Mikrometer dick sind.

Tageslicht wird in diesen dünnen Filmen sehr viel weniger absorbiert als in den dicken Ölschichten. Dünne Filme sind daher mehr oder weniger durchsichtig. Gleichzeitig erhöhen sie die Reflexion des Tageslichts. Die Reflektivität R einer Substanz ist eng mit seiner Brechzahl n verknüpft: eine höhere Brechzahl ergibt eine höhere Reflektivität. Die Gleichung für die Reflektivität von Licht, das senkrecht auf eine Flüssigkeit (Wasser oder Öl) trifft, ist:

R = \frac{{(n_{air} - n_{liquid})}^{2}}{{(n_{air} + n_{liquid})}^{2}}

Die Brechzahl der Luft ist etwa 1. Für reines Wasser ist die Brechzahl n_Wasser=1,33, und daher wird R_Wasser=0,02; 2% des einfallenden Lichts werden somit zurück in die Luft reflektiert. Mit n_Öl=1,5 für Öl ergibt sich R_Öl=0,04 oder 4%. Die Reflektivität von Öl ist somit doppelt so hoch als diejenige des Wassers. Dies erklärt den silbrigen Glanz dünner Ölfilme im Vergleich zum umgebenden Wasser.

Erfahrene Experten nutzen die folgende Tabelle für die Abschätzung der Dicke von Ölfilmen aus der Farbe der Wasseroberfläche:

silber	0,1 μm (oder: 0,0001 mm)
Regenbogenfarben	1 μm (oder: 0,001 mm)
braun bis schwarz	mehr als 0,1 mm

Biogene Filme

Nicht immer ist Öl die Ursache von Flecken, die man auf dem Wasser findet. Tatsächlich kann man bei ruhigem Wind Flecken auf fast jedem Gewässer beobachten. Das Foto unten zeigt ein Beispiel.

Flecken auf der Wasseroberfläche, die durch Stoffwechselprodukte von Algen entstanden sind.

Solche natürlichen Filme werden von Algen hervorgerufen, die Substanzen aussondern, welche nicht wasserlöslich sind. Daher erzeugen diese Stoffe Oberflächenfilme, die man mit dem Auge kaum von Mineralölflecken unterscheiden kann. Die Filmdicke natürlicher Filme liegt oft im Bereich nur einer Moleküllage. Daher bezeichnet man sie als monomolekulare Filme!

Trotz der geringen Dicke reflektieren natürliche Flecken das Tageslicht besser als das umgebende ölfreie Wasser, was ihre Sichtbarkeit erklärt.