Wenn im Frühjahr Obstbäume und Weinreben austreiben, tritt häufig noch Frost auf - vor allem nachts oder in den frühen Morgenstunden. Um die jungen Triebe vor dem Erfrieren zu bewahren, besprüht man sie mit Wasser. Blüten und Blätter werden dann von einer dünnen Eisschicht überzogen. Mit den ersten Sonnenstrahlen beginnt das Eis zu schmelzen, und die Blüten haben den Frost unbeschadet überstanden.
Hier ein Auszug aus der Werbung eines Herstellers von Besprühungsanlagen:
Lange Zeit galt die Kulturheidelbeere in der Kulturführung als unproblematisch. Dennoch kam es in den vergangenen Jahren durch das Erfrieren von Blüten zu hohen Ertragseinbußen. Die Praktiker beobachten seit einiger Zeit, dass die einzelnen Sortengruppen immer früher blühen. So sind Blühtermine der Frühsorten ab dem 19./20. April nichts ungewöhnliches und die Frostgefahr für die Knospen und Blüten steigt.
Es gibt verschiedene Methoden der Frostabwehr: Luftumwehung durch Rotoren, Geländeheizung mit Paraffinöfen, Lufttrübung durch Rauchentwicklung, Beregnung der Anlage.
Die Spätfrostabwehr durch Beregnung ist die ökologisch und ökonomisch sinnvollste Methode. Bei diesem Verfahren wendet man die Überkronenberegnung mit Langsamregnern an. Sobald die Temperaturen auf \(0^\circ {\rm{C}}\) bis \(0,5^\circ {\rm{C}}\) absinken, setzt man die Regner in Gang. Der Einschaltzeitpunkt richtet sich nach der Empfindlichkeit der einzelnen Entwicklungsstadien. Die Frostschutzberegnung bewirkt, dass die Blüten und Knospen mit einer Eisschicht überzogen werden. Durch fortdauernde Benetzung wird dieser Gefrierprozess, das heißt eine konstante Temperatur unter Eis von \(0,5^\circ {\rm{C}}\), erhalten. Die Knospen bzw. Blüten werden vor dem Erfrieren geschützt. Wird dieser Vorgang unterbrochen, kommt es anstatt zu einer Wärmeabgabe zu einem Wärmeverlust durch Verdunstungskälte, ähnlich wie wir es auf angefeuchteter Haut empfinden. Unsere Frostschutzanlagen sind nur für kurzfristige Spätfröste ausgelegt. Die Temperaturen müssen im Laufe des folgenden Tages auch wieder über den Gefrierpunkt klettern, um ein Abtauen des Eises zu ermöglichen. Außerdem bestünde dann erhöhte Eisbruchgefahr. Die Leistungsgrenze einer Frostschutzberegnung wird im wesentlichen von der Tiefe und der Dauer einer Frostschutzperiode bestimmt und liegt bei etwa \(-9^\circ {\rm{C}}\) Feuchttemperatur. Der Mindestdruck der Wasserpumpe muss \(5,5\rm{bar}\) betragen. Für \(10\rm{h}\) Beregnungszeit müssen bei einer Beregnungsmenge von \(300\frac{{{{\rm{m}}^{\rm{3}}}}}{{{\rm{ha}}}}\) Wasserreserven bereitstehen. Es sollten \(3 - 4\frac{{{\rm{mm}}}}{{\frac{{\rm{h}}}{{{{\rm{m}}^{\rm{2}}}}}}}\) ausgebracht werden, das entspricht \(30 - 40\frac{{{{\rm{m}}^{\rm{3}}}}}{{\rm{h}}}\).
Hinweis: Eine Anekdote erzählt, dass Weinbauern der Toskana an einem warmen Frühlingstag ihren Weinberg bewässerten. Am Abend stellten sie wie üblich die Sprühanlage wieder ab; man war der Überzeugung, dass eine Bewässerung bei einem eventuellen Nachtfrost den Blüten schade. Nur ein Winzer folgte nicht dieser Tradition - er fand erst bei Morgengrauen wieder den Weg aus einer Kneipe. Am nächsten Tag zeigte sich dann, dass ausgerechnet sein Weinberg der einzige war, der den überraschend eingetretenen Nachtfrost überstanden hatte.
Erkläre, welches Phänomen bei obiger Vorgehensweise das Gefrieren der Blüte verhindert.
Erläutere, wie man bei der Bewässerung vorzugehen hat.
Erläutere, warum das Verfahren nicht bei lang anhaltendem Frost angewandt werden kann.
Nutze für deine Überlegungen die Daten \({c_{{\rm{Eis}}}} = 2,1\frac{{{\rm{kJ}}}}{{{\rm{kg}} \cdot {\rm{K}}}}\), \({c_{{\rm{Wasser}}}} = 4,2\frac{{{\rm{kJ}}}}{{{\rm{kg}} \cdot {\rm{K}}}}\) und \({s_{{\rm{Eis}}}} = 335\frac{{{\rm{kJ}}}}{{{\rm{kg}}}}\).