Tropfen säubern Blätter

Schlichting, H. Joachim. In: Physik in unserer Zeit 38/2 (2007) 80 – 81

Nach einem Regenschauer kann man beobachten, dass die Blätter mancher Pflanzen nicht nur trocken, sondern auch auffällig sauber erscheinen. Warum das so ist, verraten Tropfen, die sich auf den Blättern gehalten haben.

Nach einem Regenguss erscheint uns die Natur wieder farbig und frisch. Das ist nicht nur eine subjektive Empfindung,sondern hat mit der reinigenden Wirkung des Regenwassers auf Boden und Pflanzen zu tun. Zum einen werden Farben von Steinen und der Erde intensiver (Physik in unserer Zeit 2005, 36 (1), 47), zum anderen entledigen sich die Blätter zahlreicher Pflanzen ihres Staubbelages. Insbesondere in der Zeit des Pollenfluges kann dieser beträchtlich sein.
Wie das auf die Blattoberfläche auftreffende Regenwasser die Blätter reinigt, verraten uns Tropfen, die in stabilen Lagen auf dem Blatt liegen geblieben sind (Abbildung 1 links). Auf der höchsten Stelle der Tropfen sieht man deutlich eine kleine, zu einer kreisförmigen Fläche zusammengezogene Staubschicht (Abbildung 1 rechts). Ein Schatten des Staubkreises auf der Blattoberfläche zeigt, dass es sich nicht etwa um eine Spiegelung der Sonne handelt. Diese ist an der linken Seite des Tropfens zu sehen. Wenn Wassertropfen vom Blatt herabrollen, nehmen sie den Staub mit und säubern die Oberfläche. Wie aber kommt es zu diesen kompakten Ansammlungen von Staubpartikeln auf den Wassertropfen?
Ohne auf mikroskopische Mechanismen einzugehen, kann man rein thermodynamisch folgendermaßen argumentieren: Viele Blätter sind zumindest teilweise Wasser abweisend. Das heißt,die Grenzflächenenergie zwischen Wasser und Luft ist geringer als die zwischen Blattoberfläche und Wasser. Da aufgrund des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik irreversible Vorgänge unter Dissipation von Energie (Entropieerzeugung) ablaufen, zieht sich das Wasser zu einzelnen Tropfen zusammen. Durch die damit einhergehende Verkleinerung von Grenzflächenenergie kann nämlich Energie dissipiert werden.
Mit der Tropfengröße wächst auch die Gewichtskraft, so dass die meisten der so entstehenden Tropfen vom Blatt herunterrollen. Die maximale Dissipation bei diesem Vorgang würde bei kugelförmigen Tropfen erreicht: Dann wären die Grenzfläche und damit die Grenzflächenenergie so klein wie möglich und die infolgedessen dissipierte Energie so groß wie möglich. Kleinere Tropfen nähern sich dieser Idealform weitgehend an … (weiterlesen? PDF anfordern!)

PDF: kann beim Autor angefordert werden (schlichting@uni-muenster.de)