E6 Blatt-Atmosphäre-Grenzfläche

Thema

An der Blatt-Atmosphäre-Grenzfläche findet der Austausch von Kohlendioxid, Wasserdampf und Wärme zwischen dem Blatt und der umgebenden Luft statt. Jeder dieser drei Austauschprozesse wird, wenn auch nicht auf dieselbe Weise, durch zwei Elemente dieser Grenzfläche reguliert: die Stomata und die Grenzschicht stehender Luft über dem Blatt.

Die Stomata regulieren gleichzeitig den Eintritt von Kohlendioxid, das das Blatt für die Photosynthese benötigt, und den Austritt von Wasserdampf, der die Transpiration darstellt. Wenn sich die Stomata weiter öffnen, tritt mehr Kohlendioxid ein und die Photosynthese steigt, gleichzeitig tritt aber auch mehr Wasserdampf aus und die Transpiration nimmt zu. Schließen sich die Stomata, verringern sich sowohl der Eintritt von Kohlendioxid als auch der Austritt von Wasserdampf. Diese simultane duale Regulation, durch die das Blatt seine Photosynthese nicht steigern kann, ohne gleichzeitig seine Transpiration zu erhöhen, ist der zentrale Kompromiss der Pflanzenökophysiologie. Neben den Stomata umfasst die Blatt-Atmosphäre-Grenzfläche eine Grenzschicht stehender Luft, die sich direkt über der Blattoberfläche bildet. Diese Grenzschicht erhöht den Widerstand beim Austausch von Kohlendioxid, Wasserdampf und Wärme zwischen Blatt und Luft zusätzlich zu dem durch die Spaltöffnungen selbst verursachten Widerstand. Je dicker die Grenzschicht, desto größer ist der zusätzliche Widerstand und desto schwieriger ist es für das Blatt, Kohlendioxid, Wasserdampf und Wärme mit der Umgebungsluft auszutauschen, selbst wenn die Spaltöffnungen vollständig geöffnet sind.

Die Dicke der Grenzschicht hängt von der Blattgröße und der Windgeschwindigkeit ab. Je größer das Blatt, desto dicker ist tendenziell die Grenzschicht, da die Luft eine größere Strecke zurücklegen muss, bevor sie ausgetauscht wird. Umgekehrt wird die Grenzschicht bei stärkerem Wind dünner, da der Wind die Luft im direkten Kontakt mit dem Blatt schneller austauscht. Kurz gesagt, reguliert die Blatt-Atmosphäre-Grenzfläche den Austausch von Kohlendioxid, Wasserdampf und Wärme zwischen Blatt und Luft durch zwei zusammenwirkende Widerstände: den Widerstand durch die Stomata, der dem zentralen Zielkonflikt zwischen Photosynthese und Transpiration unterliegt, und den zusätzlichen Austauschwiderstand durch die Grenzschicht stehender Luft, der von der Blattgröße und der Windgeschwindigkeit abhängt; zwischen diesen beiden Widerständen bestimmt die Blatt-Atmosphäre-Grenzfläche letztendlich, wie viel Kohlendioxid, wie viel Wasserdampf und wie viel Wärme zu einem bestimmten Zeitpunkt tatsächlich die Blatt-Atmosphäre-Grenzfläche passieren.

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