Lexikon: Verdunstung

 

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Bei einer Verdunstung geht ein Stoff (Chemie)|Stoff vom Flüssigkeit|flüssigen in den gasförmigen Zustand über, ohne dass er jedoch vorher zum Sieden gebracht wurde.

Einordnung des Phänomens in die Thermodynamik

Die Verdunstung selbst stellt eine Phasenumwandlung dar und leitet sich deshalb auch aus den Gesetzen der Thermodynamik ab, ohne die man diesen Prozess nicht verstehen kann. Entsprechend der Maxwell-Boltzmann-Verteilung weisen die Teilchen eines Gases, aber auch in ähnlicher Form die Teilchen einer Flüssigkeit, eine Geschwindigkeitsverteilung auf. Es existieren daher bei beiden immer zugleich langsame und schnellere Teilchen, wobei diese über eine spezifische Kinetische Energie|kinetische Energie verfügen und der Anteil, sowie die Geschwindigkeit, der schnelleren Teilchen mit steigender zunehmen. Da schnelle Teilchen mit einer ausreichend hohen kinetischen Energie hierbei in der Lage sind die Chemische Bindung|Anziehungskräfte, die durch ihre Nachbarteilchen auf sie wirken, zu überwinden, wechseln immer einige von ihnen von der flüssigen in die gasförmige Phase. Es treten jedoch auch immer verlangsamte Teilchen der gasförmigen Phase in die flüssige Phase zurück, weshalb sich mit der Zeit, ohne eine Beeinflussung von außen und ohne dass eine der Phasen aufgebraucht wird, ein dynamisches Gleichgewicht einstellt. In der wird ein solches Gleichgewicht jedoch nicht immer erreicht und falls es so gestört ist, dass mehr Teilchen aus der flüssigen Phase austreten als in sie eintreten, spricht man von einer Verdunstung. Diese Verdunstung kann bei hohen Temperaturen, welche das dynamische Gleichgewicht in Richtung der Gasphase verschieben, auch zum vollständigen Verschwinden der flüssigen Phase führen, was man als Austrocknung bezeichnet.

Die Oberfläche, auf der die Verdunstung stattfindet, kühlt sich beim Verdunstungsprozess ab und führt so zur so genannten Verdunstungskühlung, wobei der Umgebung die Verdunstungswärme entzogen wird.

Wasserverdunstung

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verdunstet schon bei Raumtemperatur, insofern die nicht mit Sättigung (Physik)|gesättigt ist, was dem oben beschriebenen dynamischen Gleichgewicht entsprechen würde. Da dies bei nahezu allen anderen Stoffen nicht der Fall ist und Wasser in der Erdatmosphäre eine herausragende Rolle spielt, wird von einer Verdunstung meist nur in Zusammenhang mit Wasser gesprochen. Auf dem Prinzip der Wasserverdunstung beruht beispielsweise das Freilufttrocknen von Wäsche oder das Verschwinden von Wasserpfützen. Der Effekt der Verdunstungskühlung durch Wasser ist die Grundlage für den Effekt der Thermoregulation durch Schwitzen, indem der Haut die Verdunstungswärme entzogen und diese dadurch abgekühlt wird.

In der Ökologie, Meteorologie und Klimatologie wird zwischen Transpiration (Schwitzen + Blattverdunstung) und Evaporation als Formen der Verdunstung unterschieden, wobei man beide auch zur Evapotranspiration zusammenfasst.

Die Aufnahme von Wasser in die durch Verdunstung spielt sich dabei auf der Erdoberfläche, also beispielsweise Wasserflächen, Boden|Böden und Pflanzen ab. Abhängig ist die Verdunstung hauptsächlich von folgenden Faktoren:

  • Temperatur|Lufttemperatur
  • Sonnenstrahlung|Sonneneinstrahlung ()
  • Windstärke bzw. bedingt auch Windrichtung
  • Oberflächenbeschaffenheit (Bodentyp etc.) und Pflanzen|Vegetation
  • Wassergehalt des Boden (Bodenkunde)|Bodens bzw. Niederschlagsmenge

Durch die vielfältigen Parameter, von denen die Verdunstung abhängig ist, wird deren Bestimmung sehr schwierig und aufwändig. Meist wird die Verdunstung deshalb nicht gemessen, sondern unter zuhilfenahme mathematischer Modelle lediglich mit einer Näherung geschätzt. Die resultierende Verdunstung pro Zeiteinheit, also sozusagen die Verdunstungsgeschwindigkeit, bezeichnet man als Verdunstungsrate.

Man unterscheidet die potentielle Verdunstung, welche die aufgrund der meteorologischen Bedingungen prinzipiell mögliche Verdunstungsrate darstellt, von der tatsächlichen Verdunstung, die den real vorhandenen Wassergehalt, beispielsweise des s, mit einbezieht. Dabei ist die potentielle Verdunstung immer größer oder gleich der tatsächlichen Verdunstung. Bei Trockenheit, also vor allem in Arides Klima|ariden Klimazonen, können sich beide Werte stark unterscheiden.

Bereichnung und Messung

Die Verdunstung lässt sich nur mit hohem Aufwand messen, meist durch Evaporimeter oder Lysimeter. Gemessen wird dabei die so genannte Grasreferenzverdunstung, welche aufgrund der eher theoretischen Definiton der potenziellen Verdunstung als dessen messtechnisches Synonym genutzt wird. Wesentlich verbreiteter sind hingegen eien große Zahl unterschiedlicher Näherungsformeln, welche angepasst an verschiedene Einflussfaktoren zur Berechnung der Verdunstung dienen können. Deren Fehler richtet sich vor allem nach den jeweils zur Verfügung stehenden Daten, was insbesondere in Bezug auf Einflussfaktoren wie Nutzung, Bewuchs, Wurzeltiefe und hydrologische Bodeneigenschaften problematisch ist. Näherungsformeln auf Basis meteorologischer Standardmessgrößen erreichen jedoch im Allgemeinen nur eine sehr beschränkte Verlässlichkeit.

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Kategorie:Meteorologie Kategorie:Thermodynamik