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Lexikon der Biologie: Grenzschicht

Grenzschicht, Schicht eines fluiden Mediums (Gas oder Flüssigkeit), die sich aufgrund von Viskosekräften an einer Oberfläche (Substrat) ausbildet: in der Grenzschicht nimmt die Strömungsgeschwindigkeit vom ungestörten Wert der freien Strömung mit zunehmender Annäherung an die Oberfläche nicht-linear bis auf Null ab ( vgl. Abb. ). Grenzschichten sind für viele Organismen ein bedeutender Lebensraum (Mikroklima). Oft beträgt die Grenzschichtdicke nur einige Millimeter und kann Tieren mit entsprechend geringen Abmessungen z.B. in Fließgewässern einen Strömungsschutz bieten. Die in der Grenzschicht vorkommenden Tiere haben oft Haftorgane (z.B. Saugnäpfe) und drücken sich um so mehr an die Unterlage (Substrat), je dünner die Grenzschicht, d.h. je größer die Fließgeschwindigkeit ist (Bergbach, Fließwasserorganismen; Längszonierung der Fließgewässer). Die meisten Tiere halten sich nicht ständig in der Grenzschicht auf – wie z.B. die Schnecke Ancylus (fluviatilis) –, sondern kommen bei Dämmerung aus dem Bereich des Totwassers herauf, um auf Steinen Algen abzuweiden (z.B. viele Insektenlarven). Trotz Grenzschicht und Anpassung der Tiere werden viele von ihnen durch die Strömung weggerissen (organismische Drift). Schuppen, Temperaturanpassung, Transpiration.



Grenzschicht

Schnitt durch einen Kanal mit einer Strömung gleichförmiger Geschwindigkeit v in der Zone I, frei von dem Einfluß der bremsenden Berandung (Oberfläche bzw. Substrat). Zone II (a) ist Grenzschicht: Die Geschwindigkeit der strömenden Schichten fällt von v bis auf 0. Die Grenzschichtdicke nimmt zu mit der Zähigkeit (Viskosität) der strömenden Flüssigkeit, sie nimmt ab mit zunehmender Geschwindigkeit der Strömung; quantitativ wird sie durch die sogenannte Reynolds-Zahl (Biomechanik, Flugmechanik) beschrieben, d.h. durch das Verhältnis der beschleunigenden Trägheitskräfte und der verzögernden Viskosekräfte (Kräfte der „inneren Reibung“). Bei kleinen Reynolds-Zahlen und geringer Grenzschichtdicke herrscht laminare Strömung, d.h., die Stromlinien verlaufen parallel zur Berandungsfläche. Ein Wärme- und Massetransport ist dabei nur durch molekulare Diffusion möglich. Bei anwachsender Dicke der laminaren Grenzschicht wird mit Erreichen einer kritischen Reynolds-Zahl die Strömung instabil und sie schlägt um in ein Muster unregelmäßiger wirbelhafter Bewegung (Turbulenz). Turbulenter Transport ist im Vergleich zu diffusivem um 4 bis 6 Größenordnungen effizienter.

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