Experimentelle Pflanzenökologie: Strahlungs- und Energiebilanz von Blättern – Blatteigenschaften im Zentrum von Strahlungsflüssen

Zusammenfassung

Der Strahlung verdanken wir letztlich alles Leben auf unserem Planeten. Die Pflanzen bilden als Primärproduzenten jene trophische Ebene, in der die Nahrungsketten verankert sind. Zunächst werden die optischen Eigenschaften von Blättern vorgestellt und geprüft, zu welchen Anteilen Strahlung absorbiert wird. Danach soll das Blatt als Zentrum von Strahlungsflüssen betrachtet und eine Strahlungsbilanz erstellt werden. Da die Strahlungsbilanz nicht ausgeglichen ist, muss untersucht werden, wie die Nettoenergieaufnahme eines Blattes aus der Strahlung an die Umwelt abgeführt werden kann. Eine Reihe von Energieflüssen ermöglicht die Energieabgabe und so den „Schluss“ der Energiebilanz .

Im Kap. „Experimentelle Pflanzenökologie: Qualitäten, Quantitäten und Gesetzmäßigkeiten der Strahlung“ hatten wir gesehen, dass die Gesamtstrahlung (englisch: incident radiation oder total radiation), die auf ein Blatt trifft, aus der Globalstrahlung und der langwelligen thermischen Strahlung besteht. Was passiert mit der Strahlung insgesamt physikalisch nach dem Auftreffen auf das Blatt?

Grundsätzlich kann jeder Körper, also auch ein Blatt, die auftreffende Strahlung reflektieren, absorbieren und transmittieren. In welchen Relationen sich Reflexion , Absorption und Transmission zueinander verhalten, hängt von den Eigenschaften des Körpers und der Wellenlänge der auftreffenden Strahlung ab. Im sichtbaren Bereich des Strahlungsspektrums reflektiert ein blank poliertes Silberstück mehr als 99 % der auftreffenden Strahlung, es wird nichts durchgelassen (= transmittiert) und nur wenig absorbiert. Schwarzer Samt reflektiert dagegen nur wenig Strahlung, absorbiert aber den Hauptanteil, was ja auch die schwarze Farbe bedingt. Zwischen der hohen Reflexion eines weißen Blattes Papier und der minimalen Reflexion eines matt schwarzen Papiers gibt es gleitende Übergänge. Solange die spektrale Verteilung der reflektierten Strahlung immer gleich und nur der Prozentsatz der reflektierten Strahlungsanteile verschieden ist, resultieren die verschiedenen Grautöne. Aus dieser Tatsache folgt aber auch, dass jede graue Fläche, wenn sie in einem dunklen Raum allein mit weißem Licht bestrahlt wird, weiß erscheint.

Der Farbeindruck eines nichttransparenten Körpers wird von den Pigmenten oder Farbstoffen seiner Oberfläche bestimmt. Sofern er nicht selbst leuchtet, werden seine Farben erst sichtbar, wenn kurzwellige Sonnenstrahlung auf ihn trifft und diese teilweise reflektiert wird. Reflektiert ein Körper nur Strahlung im roten Spektralbereich, absorbiert aber die restliche Strahlung, dann erscheint der Körper rot. Entfernen wir durch Filter vorher den roten Spektralbereich, so erscheint der Körper schwarz. Wird auftreffende Strahlung in mehreren Spektralbereichen reflektiert, so entsteht eine Mischfarbe , die sich abhängig von der Spektralverteilung der reflektierten Strahlung ändert. Dies erklärt den unterschiedlichen Farbeindruck ( Farbverschiebung ) eines mischfarbigen Körpers im Sonnenlicht und im Kunstlicht.

Ein Laubblatt erscheint sowohl im Auflicht als auch im Durchlicht grün. Dies lässt bereits einige Rückschlüsse auf das Absorptions-, Reflexions- und Transmissionsvermögen zu. Ein Blatt muss, um im Auflicht und Durchlicht grün zu erscheinen, die auftreffende Strahlung im Grünbereich des Spektrums nicht nur am stärksten reflektieren und transmittieren, sondern muss auch die Strahlung in den übrigen Spektralbereichen weitgehend absorbieren.

Wir müssen uns nun näher mit den optischen, spektralen Eigenschaften von Blättern beschäftigen.