Ausgasendes CO2 in einem See bei plötzlich abfallendem Druck

Foster · Gast

Meine Frage:
Hallo zusammen!

Ich studiere Geologie und möchte für eine Hausarbeit gerne eine Hypothese untersuchen.

Folgendes Szenario: Ein See (60,8 m tief, annähernd halbkugelförmig, 3.875.643 qm Oberfläche) ist vollständig CO2-gesättigt. Es handelt sich um den Laacher See, falls es jemand genau wissen möchte.

Durch den Bau eines Entwässerungsstollens verliert der See innerhalb weniger Tage so viel Wasser, dass der Wasserspiegel um 7,2m sinkt (neue Fläche: 3.327.903 qm (evtl. ist diese Zahl irrelevant)). Hintergrund: Durch einen überlieferten Augenzeugenbericht ist bekannt, dass ist den darauffolgenden Tagen viele tote Tiere am Ufer lagen. Das ganze war 1844.

Die Physik-Frage: Wie viel CO2 (Masse) wird bei dem Sinken des Wasserspiegels und folgendem Druckabfall insgesamt ausgasen und in die Umgebung gelangen? Ist es denkbar, dass es zu einer plötzlichen Entgasung kommt oder wird es eher stetig und unbemerkt entgasen?

Es handelt sich hierbei NICHT um eine Textaufgabe, sondern um die erstmalige Betrachtung einer neuen Hypothese. Soweit ich weiß, hat sich vorher keiner mit dieser konkreten Frage beschäftigt, zumindest kann ich in der Literatur (habe Web-of-Knowledge-Zugriff) nichts finden. Gut möglich, dass sich die Frage gar nicht beantworten lässt, mein physikalisches Wissen reicht dazu leider nicht aus.

Für jegliche Hilfe wäre ich unendlich dankbar. Ich hoffe, ich habe die richtige Sektion gewählt, da vor allem Elemente der Wärmelehre zu tragen kommen.

Meine Ideen:

Anhand anderer empirischer Ergebnisse, die ich über "co2 solubility water pressure" ergoogeln konnte, scheint mir klar, dass es in solchen Fällen auf jeden Fall zu einer Entgasung kommt - analog zum Druckabfall und sofortigem Entgasen beim Öffnen einer Sprudelflasche.

Der erste Ansatz ist das Henry-Gesetz für die Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten. Für CO2 wird angegeben:

carbon dioxide (CO2) : 29.41 L·atm/mol

Leider kann ich meine Kopf überhaupt nicht um diese Einheit wickeln und ob mir diese Zahl überhaupt weiterhilft. Letzendlich werde ich wahrscheinlich auch über das Volumen des Sees integrieren müssen, wo ich schon ein wenig Horror vor habe

Foster · Gast

Tut mir Leid mit den Multi-Posts, keine Ahnung, was da passiert ist... hatte ursprünglich einen Wikipedia-Link im Artikel, der beim Posten SQL-Fehler erzeugt hat ("posting failed").

magician4 · Anmeldungsdatum: 03.06.2010 Beiträge: 914

man kann da sicherlich einiges rechnen (Henry's gesetz, bei gasen welche sich nicht nur physikalisch sondern auch chemiesch loesen [d.h. in andere species umwandeln: kohlendioxid ist ein solcher fall, sehr sogar] scheint mir allerdings ein zu primitiver, ungeeigneter ansatz), endet allerdings mit schlussendlich brotloser kunst im sinne deiner oberfrage.

daher eine qualitative betrachtung:

in der groessenordnung von 10 m wassertiefe entspricht einem druck von 1 bar: deine 7,2 m verlust senken also den druck an der "neuen" wasseroberflaeche des sees um bummelig 720 mbar ( von ehedem 1,72 bar in 7.2 m tiefe auf 1 bar an der oberflaeche naemlich)

auf sowas reagiert eine kohlendioxidloesung ausgesprochen sensibel, mit massiver ausgasung von gasfoermigem

naemlich.

zur weiteren quantifizierung eine ueberlegung (und hier nun kommt in der tat die form des sees ins spiel): waere dein see ein zylinder, so koenntest du die situation damit gleichsetzen, dass vom boden des zylinders eine wasserscheibe von 7,2 m dicke und dem durchmesser des zylinders entfernt und vollstaendig entgast wird - mit eben der freisetzung allen darin befindlichen kohlendioxids (das in den oberen 7.2 m geloeste kohlendioxid ist dagegen vernachlaessigbar).
massgeblich ist also der druck am boden dieses virtuellen zylinders.
das in diesem unteren volumen unter dem dortigen druck stehende kohlendioxid wird entweichen - und dieses volumen ist in deinem "schuesselfoermigen" see eben ein anderes. (wenn man ueber die seebodenform hinreichend genaue kenntnis hat kann man sowas natuerlich berechnen, so ist das ja nicht... aber die musst du dann wirklich auch haben)

nur hilft uns das aber auch noch nicht wirklich weiter: entscheidender als die kohlendioxid-menge die dort ausgasen wird ist naemlich die frage, ob dieses kohlendioxid, wenn es denn austritt, am ufer eine toedliche konzentration erreichen wird.

nun wird die konzentration an gas ueber der wasseroberflaeche ~ ueber der tiefsten stelle die hoechste sein (gasblasen steigen ~ senkrecht auf) , dort jedoch auch erst zeitlich verzoegert auftreten - und muss sodann metereologisch - zumindest anteilig - ans ufer verweht werden / dorthin anteilig im konzentrationsgefaelle diffundieren.

das nun ist der entscheidende effekt den man wohl retrospektiv nur schwerlich beurteilen kann
es handelt sich auch nicht mehr um eine simple physikalische oder physikochemische fragestellung, die man mit einer handvoll plausibler randannahmen mal schnell direkt naeherungsweise berechnen koennte, sondern da muesste u.a. mal eine sinnvolle ausbreitungsrechnung gemacht werden (was nicht grad trivial ist)

die gasmenge als solche hat jedoch meiner ansicht nach locker ausgereicht um zu töten, soviel scheint mir selbst aus einer derart groben abschaetzung heraus serioes aussagbar

gruss

ingo

ka · Anmeldungsdatum: 05.04.2013 Beiträge: 52

magician4 · Anmeldungsdatum: 03.06.2010 Beiträge: 914

@ ka :

der Laacher see ist keine mineralwasserbuddel....

... sondern ein gasender vulkanschlot, wassergefuellt, mithin ein system bei dem von unten stets kohlendioxid eingepresst wird (logischerweise mit einem druck p > hydrostatischer druck ) , und entsprechenden gradienten

daher ist Ihr ansatz, der fuer einen "normalen" see wohl naeherungsweise zutreffend waere, hier nicht einschlaegig

gruss

ingo