Exkurs: Frostschutzberegnung

Was tun, wenn Pflanzen (z.B. Weinreben) bei Frost und Minusgraden so viel Wärme entzogen wird, dass diese dabei zu erfrieren drohen?

So paradox dies zunächst auch klingen mag, werden wertvolle Pflanzen in solchen kalten Perioden künstlich mit Wasser beregnet (Frostschutzberegnung). Und das gerade dann, wenn die Temperatur unter null Grad Celsius fällt! Dabei wird kein warmes Wasser für eine etwaige Erwärmung der Pflanzen genutzt sondern ganz normales Leitungswasser. Denn schließlich würde das warme Wasser früher oder später ohnehin gefrieren. Und tatsächlich nutzt man gerade diesen Erstarrungsvorgang des Wassers zum Frostschutz der empfindlichen Pflanzen [fahre hierzu mit der Maus über die Abbildung]!

Spezifische Erstarrungswärme, Frostschutz-Beregnung, Frost, Pflanzen, Trauben, gefrieren

Interaktive Abbildung: Frostschutzberegnung bei frostempfindlichen Pflanzen

Durch den versprühten Wassernebel bildet sich zunächst ein Wasserfilm um die Pflanze, der fortan abkühlt. Durch die abgeführte Wärme setzt schließlich bei einer Temperatur von 0°C der Erstarrungsprozess des Wassers ein, wobei gleichzeitig Kristallisationswärme (Erstarrungswärme \(Q_E\)) durch den Erstarrungsvorgang frei wird. Obwohl also der Pflanze einerseits durch die kalte Umgebung Wärme entzogen wird, findet andererseits gleichzeitig eine Wärmezufuhr durch die freiwerdende Kristallisationswärme statt. Genau dies führt schließlich dazu, dass solange die Erstarrung anhält, die Temperatur nicht weiter sinkt und trotz umgebender Minusgrade bei 0°C verharrt. Die Pflanze ist somit vor tieferen Temperaturen geschützt, die sonst das Zellwassers gefrieren lassen würden.

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Abbildung: Freiwerdende Erstarrungswärme beim Gefrieren des Wassers

Dieses Prinzip funktioniert natürlich nur solange wie der Erstarrungsprozess anhält und damit die Abgabe der Erstarrungswärme gewährleistet ist. Deshalb muss dieser durch eine permanente Beregnung aufrechterhalten werden bis der Frost vorüber ist. Wird der Vorgang hingegen unterbrochen so wird der Wasserfilm komplett gefrieren und nach dem vollständigen Erstarren die Temperatur der Pflanze weiter absinken - die Pflanze gefriert durch und ist somit hinüber!

Beachte, dass der Gefrierpunkt des Zellwassers der Pflanzen (und auch der meisten anderen Lebewesen) aufgrund der darin gelösten Stoffe ohnehin etwas herabsetzt ist. Er liegt bei den meisten Pflanzen bei rund - 2°C und bietet somit von vorne herein eine Art natürlichen Frostschutz. Da bei der Frostschutzberegnung die Temperatur des auf der Pflanze erstarrenden Wassers nicht unter 0 °C absinkt, bleibt das Zellwasser im Pflanzeninneren weiterhin flüssig.

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