E3 Thermosystem

Thema

Die Energiebilanz eines Blattes ist die Summe aller Wärme- und Strahlungsströme, die zu einem bestimmten Zeitpunkt in das Blatt ein- und austreten. Diese Energiebilanz bestimmt die resultierende Blatttemperatur: Übersteigt der einströmende Strom den ausströmenden, steigt die Blatttemperatur; übersteigt der ausströmende Strom den einströmenden, sinkt die Blatttemperatur.

Die Energiebilanz des Blattes beginnt mit der Absorption von Sonnen- und Wärmestrahlung: Das Blatt absorbiert sowohl die direkte Sonnenstrahlung als auch die Wärmestrahlung von Luft, Boden und Umgebung. Die gesamte absorbierte Strahlung fließt als verfügbare Energie in die Energiebilanz des Blattes ein und trägt zur Erwärmung bei. Um eine kontinuierliche Erwärmung des Blattes zu vermeiden, gibt das Blatt einen Teil dieser absorbierten Energie durch Konvektion ab: Die umgebende Luft transportiert Wärme durch direkten Kontakt mit der Blattoberfläche ab. Je größer der Temperaturunterschied zwischen Blatt und Luft ist, desto mehr Wärme gibt das Blatt durch Konvektion ab. Das Blatt gibt auch durch Transpiration Energie ab: Durch die Verdunstung von Wasser über seine Spaltöffnungen (Stomata) gibt es die dabei verbrauchte Energie als latente Wärme ab. Je mehr Wasser das Blatt während der Transpiration verdunstet, desto mehr Energie geht dabei verloren, wodurch weniger Energie für die Erwärmung des Blattes zur Verfügung steht.

Neben Konvektion und Transpiration gibt das Blatt Energie auch durch die Abgabe von Infrarotstrahlung an die Umgebung ab. Je höher die Blatttemperatur ist, desto mehr Energie gibt das Blatt durch diese Infrarotstrahlung ab. Dieser Effekt wirkt als zusätzliche Bremse, deren Wirkung mit steigender Blatttemperatur zunimmt.

Die aus diesem Gleichgewicht zwischen absorbierter Sonnen- und Wärmestrahlung und durch Konvektion, Transpiration und Infrarot-Reemission abgegebener Energie resultierende Blatttemperatur bestimmt wiederum die Geschwindigkeit aller photosynthetischen Enzymreaktionen im Blatt, die Stomataöffnung, mit der das Blatt seine eigene Transpiration reguliert, und die Anfälligkeit des Blattgewebes für thermische Schäden: Auf diese Weise verbindet die Energiebilanz des Blattes die Physik der Wärme mit der photosynthetischen Biochemie und mit der Physiologie von Hitze- und Froststress, denn es ist dieselbe Blatttemperatur, die sich aus der Energiebilanz ergibt, die sich, je nachdem, ob sie durch Überschuss oder Mangel vom optimalen enzymatischen Bereich abweicht, schließlich als Hitze- oder Froststress äußert.

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