Was ist thermische Schichtung und ihre Auflösung durch diffuse Belüftung

Was ist thermische Schichtung?

Bei der thermischen Verschiebung handelt es sich um ein natürliches Phänomen, das in Gewässern in beliebten Tiefen und Stauseen zu sehen ist, wo unterschiedliche Wasserschichten mit unterschiedlicher Temperatur, Dichte und Sauerstoffgehalt gehalten werden. Diese Verschiebung kann zu vielen wirtschaftlichen und wasserqualitativen Herausforderungen führen, die sich auf das Leben im Wasser und die allgemeine Gesundheit der Ökosysteme auswirken. Eine wirksame Methode zur Minderung der negativen Auswirkungen der Wasserverschmutzung besteht in diffuse Belüftung.

Die thermische Schichtung wird durch verschiedene Faktoren verursacht, darunter Temperaturunterschiede, Sonneneinstrahlung, Windmuster und die vorhandenen verlorenen Substanzen wie Salz. Diese Faktoren können zu Schwankungen der Wasserdichte führen, die auch die vertikale Verteilung der Wassermassen beeinflussen.

Die thermische Verschiebung erfolgt typischerweise in drei Hauptschichten:

1. Oberflächenschicht: Die obere Schicht, auch Mischschicht oder Epilimnion genannt, ist normalerweise der wärmste und am besten durchmischte Teil des Wassers. Sie steht in direktem Kontakt mit der Atmosphäre und wird durch Wind, Sonnenstrahlung und Wellenbewegungen beeinflusst. Diese Schicht hat im Allgemeinen einen hohen Sauerstoff- und Nährstoffgehalt, da sie sich mit der atmosphärischen und den Oberflächenströmungen vermischten.
2. Thermokline: Unter der Oberflächenschicht befindet sich häufig eine Übergangszone, die als Thermokline bezeichnet wird. Die Thermoline wird durch einen schnellen Temperaturabfall mit der Tiefe spezifiziert. Es wirkt als Barriere gegen vertikales Mischen und ist verantwortlich für die Trennung der Oberflächenschicht von den tieferen Schichten. Tiefe und Dicke der Thermokline können je nach Breite, Jahresdauer und örtlichen Bedingungen variieren.
3. Tiefe Schicht: Unter der Thermokline liegt die tiefe Schicht, auch bekannt als Hypolimnion. Diese Schicht ist im Allgemeinen kälter, dichter und stabil wie die Oberflächenschicht. Sie vermischt sich kaum mit den oberen Schichten und enthält aufgrund des begrenzten Austauschs mit der Oberfläche oft weniger Sauerstoff und Nährstoffe.

Thermische Strahlung wird auch in Süßwassersystemen wie Seen beobachtet. In the seen can be clearly the shift, especially in ruhig and warm period. Die Schichten der Süßwasserschicht bestehen typischerweise aus Epilimnion (obere warme Schicht), Metalimnion (Übergangsschicht) und Hypolimnion (tiefe Kaltschicht).

The schichtung hemmt die natürliche Vermischung von Sauerstoff und Nährstoffen in der gesamten Wassersäule. Die oberen Schichten, vor allem das Epilimnion, erhalten Sonnenstrahlung und werden mit Sauerstoff versorgt, während die unteren Schichten, insbesondere das Hypolimnion, Sauerstoff aufnehmen können. Durch den Sauerstoffmangel im Hypolimnion können giftige Gase wie Schwefelwasser entstehen, die das Leben im Wasser beeinträchtigen.

Herausforderungen der thermischen Schichtung

1. Sauerstoffmangel: Das Hypolimnion, das vom Sauerstoff isoliert wird, kann an Sauerstoffmangel leiden, wodurch eine feindliche Umgebung für aerobe Organismen entsteht.
2. Nährstoffungleichgewicht: Die Stratifikation verhindert die Vermischung von Nährstoffen, was zu einem Ungleichgewicht in der Verteilung essentieller Elemente wie Phosphor und Stickstoff führt, was sich auf den gesamten Nährstoffkreislauf auswirkt.
3. Algenblüten: Die stabile Stratifikation fördert das Wachstum von Algen in den oberen Schichten, was zu Algenblüten führt, die den Sauerstoffmangel bei ihrer Zersetzung weiter verschärfen können.

Diffuse Belüftung als Lösung

Diffuse Belüftung ist eine breit gefächerte Technologie zur Bewältigung der mit dem Gewässerschutz verbundenen Herausforderungen. Bei dieser Methode wird Luft in verschiedenen Tiefen der Wassersäule verwendet, wobei Diffusoren als Luftsteine oder Membrandiffusoren verwendet werden. Zu den wichtigsten Vorteilen der diffusen Belüftung gehören:

1. Sauerstoffversorgung: Die Injektion von Luft in die tieferen Schichten erhöht die diffuse Belüftung des Sauerstoffgehalts in der gesamten Wassersäule, wodurch der Sauerstoffmangel im Hypolimnion gemildert wird und eine gesündere Umgebung für Wasserorganismen gefördert wird.
2. Mischen: Die sich durch diffuse Belüftung bildenden Blasen fördern die vertikale Vermischung, stören die Disposition und erleichtern den Transport von Nährstoffen und Gasen zwischen den Schichten.
3. Temperatureingleich: Die Belüftung hilft, die Temperaturen in der gesamten Wassersäule zu senken und den Temperaturgradienten zwischen Epilimnion und Hypolimnion zu reduzieren, was für die Aufrechterhaltung einer stabileren und gastfreundlicheren Wasserumgebung von entscheidender Bedeutung ist.
4. Vorbeugung von anoxischen Zuständen: Eine diffuse Belüftung verhindert die Entstehung anoxischer (sauerstoffarmer) Bedingungen im Hypolimnion, die schädliche Gase freisetzen, und sie können sich negativ auf Fische und andere Wasserorganismen auswirken.

Unsere diffusen Belüftungssysteme

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