Experiment: Bestimmen Sie die 1%-Tiefe
Fragestellung: Sie wollen die Tiefe bestimmen, bis zu welcher noch genug Licht für die Primärproduktion zur Verfügung steht.
Sie gehen deshalb mit einem Strahlungsmessgerät tauchen, welches die nach unten gerichtete Intensität des sichtbaren Lichts (400-700 nm) misst.
Da Sie keine Sauerstoffflasche dabei haben, können Sie das Messgerät nur bis in eine Tiefe von 2 m einsetzen.
Trotzdem wollen Sie die Tiefe bestimmen, in der nur noch 1% der an der Oberfläche gemessenen Intensität vorhanden ist (≅ Tiefe der euphotischen Zone).
Unmittelbar unter der Wasseroberfläche messen Sie eine Bestrahlungsstärke von 100% (in W m-2), in 1 m Tiefe sind es nur noch 53% und in 2 m Tiefe sind noch 30% des Werts an der Oberfläche messbar.
Frage: Skizzieren Sie das Profil der Strahlungsintensität auf einer linearen sowie auf einer logarithmischen Skala.
Antwort ↓ ↑
Profil der Strahlungsintensität mit linearer (links) und logarithmischer Skalierung (rechts)
Relative Strahlungsintensität in Prozent: 100, 53, 30, 1 in der Tiefe von 0, -1, -2, und -7.5 m (die Messungen werden von der Wasseroberfläche aus in Minus angegeben)
Frage: Wie tief reicht die euphotische Zone?
Antwort ↓ ↑
Antwort: 7,50 m
Können Sie erkennen, was an dem rechten Graphen nicht stimmt? In welcher Wassertiefe ist die Messung von 0,1 % der Strahlungsstärke an der Oberfläche zu erwarten?
Lambert-Beersches Gesetz
Sie haben gerade das Lambert-Beersche Gesetz abgeleitet, eine empirische Beziehung, die die
Lichtschwächung mit den Eigenschaften des Materials, durch das sich das Licht bewegt, in Verbindung bringt
und davon ausgeht, dass die Schwächung des Sonnenlichts im Wasser eine exponentielle Funktion der Wassertiefe ist.
Lambert-Beersches Gesetz ↓ ↑
Das Lambert-Beersche Gesetz beschreibt die exponentielle Abnahme der Strahlungsintensität mit der Tiefe,
wobei das Licht in der Wassersäule absorbiert und gestreut wird. Das Lambert-Beersche Gesetz wird durch die folgende Gleichung dargestellt:
Dabei steht E(z) für die Strahlungsintensität in einer bestimmten Tiefe;
E(0) für die Strahlungsintensität an der Oberfläche;
KD ist der Attenuationskoeffizient der nach unten gerichteten Strahlungsintensität
und z die (negative) Tiefe in Metern.
Europäische Richtlinien ↓ ↑
Da sie über Nationengrenzen hinweg einheitlich geltende Umweltindikatoren liefern, können Fernerkundungsdaten für die Durchführung von in internationalen Abkommen beschlossene Überwachungsmaßnahmen entscheidend sein.
Die Europäische Union hat z.B. Umweltrichtlinien eingeführt, welche die Überwachung, das sog. Monitoring, von Indikatoren für die Qualität der Küstengewässer erfordern,
wie Transparenz, Farbe und suspendierte Feststoffe. Meeresfarbsensoren sind als kostengünstige Standardmethode für das Umweltmonitoring anerkannt.
| Richtlinie |
Zu schützender Gegenstand |
Zu überwachende Parameter |
| 76/160/EEC |
Qualität der Badegewässer |
Colibakterien, temperaturresistente/unempfindliche Colibakterien, Transparenz, pH-Wert, fäkale Streptokokken |
| 79/923/EEC |
Qualität der Zuchtgewässer für Schalentiere |
Salzgehalt, Sauerstoffgehalt, pH-Wert, Temperatur, Farbe, suspendiertes Material, Kohlenwasserstoffe, Colibakterien,... |
| 91/271/EEC |
Behandlung städtischer Abwässer |
Biologischer Sauerstoffbedarf, suspendierte Feststoffe, Gesamtphosphatgehalt, Gesamtstickstoffgehalt |
Quelle: IOCCG
Licht und Leben: Sie haben nun erfahren, welche Rolle das Licht im Wasser spielt.
Die Prinzipien der Transparenz und Attenuation wurden gemeinsam mit satellitengestützten Karten dieser Parameter vorgestellt.
Von diesen Karten aus wurde eine Verbindung zur Sicherheit hergestellt (gemäß Badegewässer-Richtlinie ist unter Wasser eine Mindestsichtweite gefordert).
Des Weiteren wurde auf das Wachstum von Algen und Wasserpflanzen und insbesondere auf die Bedeutung der verfügbaren Licht- und Wassermengen eingegangen.
Die Hauptursachen der Attenuation (suspendiertes Sediment im küstennahen Bereich und Algen in klareren Gewässern) wurden erläutert.
