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Aufteilung des Transferwiderstands zwischen Luft und Wasser beim Austausch flüchtiger Substanzen mittlerer Löslichkeit zwischen Ozean und Atmosphäre

Kräuter, Christine

English Title: Partitioning of the transfer resistance between air and water for volatile tracers with medium solubility between ocean and atmosphere

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PDF, German
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Abstract

Der Schwerpunkt der Arbeit ist die Untersuchung des Austauschs volatiler Stoff e mittlerer Löslichkeit zwischen Luft und Wasser. Dazu wurden simultan zehn Transferwiderstände von Tracern aus einem breiten Spektrum an Löslichkeiten in Experimenten am Aeolotron, einem ringförmigen Wind-Wellen-Kanal, gemessen. Die Abhängigkeit der Transferwiderstände von der Schubspannungsgeschwindigkeit und der mittleren quadratischen Neigung wird sowohl für sauberes als auch für oberfächenfi lmbedecktes Wasser untersucht. Dabei wird deutlich, dass kein einzelner Parameter ausreichend ist, um den Gasaustausch für beide Fälle einheitlich zu beschreiben. Des Weiteren wurde die Schmidtzahlskalierung für Tracer mittlerer Löslichkeiten untersucht. Es ist üblich von dem Transferwiderstand eines Tracers mittels dieser Skalierung auf den Transferwiderstand eines anderen Tracers zu schließen. Dies setzt voraus, dass entweder der luft- oder wasserseitige Transferwiderstand für beide Tracer vernachlässigt werden kann, welches für Substanzen mittlerer Löslichkeit nicht gegeben ist. Hier wird daher erstmals eine erweiterte Schmidtzahl-Skalierungsmethode experimentell getestet. Der luftseitige Anteil des Transferwiderstands wird durch Schmidtzahlskalierung mit einem sehr gut löslichen Referenz-Tracer (Methanol) berechnet. Entsprechend wird der wasserseitige Anteil mit einem vollständig wasserseitig kontrollierten Referenz-Tracer (N2O) berechnet. Der Gesamtwiderstand kann mit der Partitionierungsgleichung von Liss und Slater (1974) aus beiden Anteilen zusammengesetzt werden. Die Ergebnisse dieser erweiterten Skalierungsmethode zeigen sehr gute Übereinstimmung mit den direkt gemessenen Transferwiderständen. Schließlich wird eine einfache Funktion angegeben, die das gemessene prozentuale Verhältnis des luftseitigen Widerstands zum Gesamtwiderstand in Abhängigkeit der Schubspannungsgeschwindigkeit und Löslichkeit empirisch beschreibt.

Translation of abstract (English)

The main focus of this thesis is the investigation of the air-water exchange of volatile tracers of medium solubility. The transfer resistances of tracers with a broad spectrum of solubilities were measured in experiments at the Aeolotron wind-wave facility. The dependence of transfer resistances on friction velocity and mean square slope is studied for both clean water and water with an added surfactant. It becomes clear that neither friction velocity nor mean square slope alone can be used to describe gas exchange for both cases. In addition Schmidt number scaling for tracers with medium solubility was investigated. Schmidt number scaling is a common method to compute the transfer resistance of a tracer using another one. This requires that the air-side or water-side transfer resistance are negligible. This is not the case for tracers with medium solubility. Here an extended Schmidt number scaling method is tested experimentally for the rst time. The air-sided resistance is determined by the Schmidt number scaling with a very well soluble reference-tracer (Methanol). Accordingly the water-sided resistance is calculated with a water-sided controlled reference-tracer (N2O). The total resistance is obtained using both parts of the resistance and the partitioning equation of Liss and Slater(1974). The comparison of computed and measured resistances shows good agreement. Finally, a simple function to empirically describe the ratio of air-sided to total resistance in dependence of friction velocity and solubility is presented.

Item Type: Master's thesis
Date Deposited: 24. Feb 2012 11:34
Date: 2011
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Environmental Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Löslichkeit, Gasaustausch, Heidelberg / Institut für Umweltphysik Heidelberg, Gas, Wind-Wellen-Kanal, Tracer
Uncontrolled Keywords: Transferwiderstand , Transfergeschwindigkeit , Aufteilung des Transferwiderstandes , luftseitig kontrolliert , wasserseitig kontrolliertgas exchange , solubility , transfer resistance
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