Blitzlicht

Latte Macchiato für die Gewässerforschung

Zu Ehren des Weltkaffeetags
Mithilfe von Kaffee und Milch zeigen Ulrike Scharfenberger und Tom Shatwell in einem Video, wie Wasser im See Schichten bildet. Zu einer sogenannten Stratifikation kommt es, wenn eine Warmwasserschicht auf der Oberfläche schwimmt, weil sie eine geringere Dichte hat als das kalte Tiefenwasser. Auch wenn zwischen den Schichten kleine Unterwasserwellen entstehen – erst durch Wind vermischen sich Oberflächen- und Tiefenwasser wieder.

Alles andere als kalter Kaffee: IGB-Forschende haben die Temperaturschichtung im Gewässer nachgestellt. | Foto: Anniee Spratt/Pixabay

In Seen schichtet sich im Sommer von der Sonne erwärmtes Oberflächenwasser über dem kälteren Tiefenwasser. Das liegt an den temperaturbedingten Dichteunterschieden des Wassers. Bei 4°C hat es seine größte Dichte und sinkt somit in die Tiefe. Wärmeres Wasser bleibt an der Oberfläche. Im Herbst, wenn sich die Temperatur durch Abkühlung an der Oberfläche im ganzen See angleicht, reicht die durch den Wind eingetragene Energie, um die oberen und unteren Wassermassen vollständig zu vermischen. Sauerstoff und Nährstoffe werden gleichmäßig im gesamten Wasserkörper verteilt. Somit stehen sie während der Schichtungsphase im nächsten Sommer wieder für die Produktion und den Abbau von Biomasse zur Verfügung. Schichtung und Vermischung reagieren äußerst empfindlich auf die Klimaerwärmung.

Stratifikation im Kaffeebecher

Mit warmer Milch und kaltem Kaffee simulieren Ulrike Scharfenberger und Tom Shatwell in dem Video, wie eine Schichtenbildung im See entsteht. Ein Backpapier auf dem Boden des Beckens verhindert, dass sich Kaffee und Milch schon beim Zusammengießen vermischen. Zuerst kommt die Milch ins Becken, anschließend der Kaffee; der fließt beim Eingießen unter die Milch und das Backpapier. Wird das Backpapier entfernt, bleiben Milch und Kaffee getrennt. Der Übergang wird „Sprungschicht“ genannt, weil dort die Temperatur sprunghaft abfällt. Man kann sehr gut die internen Wellen oder „Seiches“ entlang der Sprungschicht erkennen, die den Eindruck von spritzendem, schwappendem Wasser erwecken. Diese kleinen Unterwasserwellen entstehen in geschichteten Seen eigentlich ständig.

Dann zeigen die Forschenden eines der wichtigsten Phänomene in einem durchmischten Seen, den sogenannten Auftrieb, der durch Wind verursacht wird: Ein Föhn pustet Luft von rechts nach links. Man erkennt, dass die Sprungschicht sich nach links unten neigt. Wird der Wind stärker, neigt sich auch die Sprungschicht deutlicher – am Ende so weit, dass sie die Oberfläche erreicht. In diesem Stadium beginnt der Kaffee an die Oberfläche zu steigen und sich mit der Milch zu vermischen. Dies geschieht auch in Seen, vor allem bei starkem Wind, wobei Nährstoffe an die Oberfläche gelangen können.

Der Föhn wird ausgeschaltet, der Wind stoppt; Die Sprungschicht entspannt sich wieder und zahlreiche interne Wellen bewegen sich entlang der Sprungschicht, einschließlich einer großen Welle, der sogenannten Solitonwelle oder internen Sprungwelle. Wenn die Sprungschicht wieder in der Waagerechten ist, liegt sie tiefer als vorher.

Gut aufgepasst? Bei einem echten Latte Macchiato ist es natürlich genau umgekehrt: Unten ist die Milch, nur warm und nicht heiß, darauf schwimmt der brühend heiße Espresso. Hoch die Tasse!

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