Dendro-Isotope und die Jahrringbreiten als Klimaproxis der letzten ...

32
3 STABILE ISOTOPE IN JAHRRINGEN
Blattwasseranreicherung während der Transpiration
Während der Wasseraufnahme durch die Wurzeln und dem nachfolgenden Transport über
das Xylem in die Blätter treten keine signifikanten Fraktionierungseffekte auf (WHITE et al.
1985). Dafür kommt es aber in den Blättern während der Transpiration zu einer starken
Verschiebung zugunsten von H2 18 O, also einer Blattwasseranreicherung (CRAIG & GORDON
1965; DONGMANN et al. 1974; FÖRSTEL et al. 1974; YAKIR 1992). Das Ausmaß der
Verschiebung ist dabei abhängig von der relativen Luftfeuchte und Temperatur in der
Umgebung der Blätter, vom Isotopenwert des Wasserdampfes in der Luft sowie von
Stomata- und Grenzflächenwiderständen während der Diffusion des Wasserdampfes aus
dem Blatt in die Umgebungsluft (CRAIG & GORDON 1965) und kann bis zu 20‰ betragen
(DONGMANN et al. 1974). Nach Modellen von CRAIG & GORDON (1965), DONGMANN et al.
(1974) und FARQUHAR & LLOYD (1993) lässt sich die Blattwasseranreicherung
folgendermaßen zusammenfassen:
18 OBW= 18 OQuelle+k+e+( 18 Ov- 18 OQuelle-k)ea/ei (5)
18 OQuelle beschreibt hierbei den Isotopenwert des über die Wurzeln aufgenommenen
Wassers,k die kinetische Fraktionierung während der Diffusion von Wasserdampf in die
ungesättigte Luft, e die Fraktionierung während des Überganges von der flüssigen in die
Dampfphase (9,8‰ bei 20°C nach MAJOUBE 1971), 18 Ov den Isotopenwert des
Wasserdampfes in der Luft und ea und ei sind die Dampfdrücke in der Atmosphäre und in
den Interzellularen. Da angenommen wird, dass die Luft in den Interzellularräumen
wasserdampfgesättigt ist, kann ea/ei näherungsweise durch die relative Luftfeuchte (rF) der
Umgebungsluft ersetzt werden.
Bei einer hohen relativen Luftfeuchte in der Atmosphäre nähert sich das Verhältnis ea/ei
eins. Damit ist 18 OBW im wesentlichen geprägt durch den Effekt bei der Verdunstung aus
der flüssigen Phase der Interzellularen:
18 OBW = 18 Ov + e (6)
Je trockener die atmosphärische Luftfeuchtebedingungen sind, desto höher ist der Netto-
Diffusionsfluss aus dem Blatt in die Luft und desto stärker wird 18 OBW durch das
Isotopenverhältnis des Bodenwassers (angereichert durch k) bestimmt. Nähert sich das
Verhältnis a/i bei extrem trockenen Bedingungen null, existiert nur ein Wasserdampfstrom
aus den Interzellularen der Blätter durch die Spaltöffnungen in die Atmosphäre. In diesem
Fall spielt neben dem 18 O-Wert des durch die Wurzeln aufgenommenen Wassers auch
der Fraktionierungseffekt bei der Diffusion eine Rolle:
18 OBW = 18 OQuelle+ke (7)