Hidrológiai tájékoztató, 1985
MEGEMLÉKEZÉS - Dr. Vágás István: Maucha Rezső munkássága mérnöki szemmel
Maucha Rezső munkássága mérnöki szemmel* Maucha Rezsőt a hasai és a nemzetközi tudományos életben hidrobiológusként és vegyészként ismerték. Kutatásainak köre a vizek világához kapcsolódott: a szélesebb értelmezésű hidrológia tudományához. A hidrológia interdiszciplináris tudomány, s benne érintkezik a műszaki tudomány is sok más tudományággal. Maucha Rezső — közleményeiből követhetően — jól tudott bánni a műszaki tudomány alaptudományainak, a matematikának és a fizikának eszközeivej, a mérnök módszereihez hasonlóan tette szakterülete segédeszközeivé e tudományok eredményeit. A limnológiában mérnöki kifejezés- és leírásmódokat honosított meg. Az élővilág egyes megismert folyamatait matematikailag jól leírható fizikai folyamatokkal igyekezett azonosítani, vagy ezekről modellt alkotni. Maucha Rezső élete és munkássága a mérnököt is kötelezi, hogy számbavegye: mivel gazdagította a száz évvel ezelőtt született egykori akadémikusunk életműve a hidrológiai tudomány műszaki oldalait,. és általában vízügyi ismereteinket. I. A vízi élővilágban a fitoplankton-állomány bőségének, illetőleg oxigéntermelési viszonyainak magyarázatára hosszú időn át több hipotézist is alkottak a limnológusok. Maucha Rezső a beeső fény intenzitásának tulajdosított döntő jelentőséget. Felhasználta és tovább fejlesztette a fény intenzitás és a fitoplankton oxigéntermelése közötti sinusíüggvény szerinti összefüggést, amely szerint: P = Po • sin a I, ha 0<»1<SI és P — 0, ha a I > n... (1) Az összefüggésben: P = a fitoplankton időegység alatti oxigén (Oo) termelése (mg/s), P„ — időegység alatti oxigén termelés az optimális fény intenzitás esetén (mg/s), 1 = a beeső fény intenzitása (W/m 2), l 0 — a maximális oxigén termeléshez szükéges optimális fényintenzitás (W/m 2), a — 2' T —, a szögfüggvény szerinti számítás arányosító tényezője. A fény intenzitását a mai mértékrendszernek megfelelően az egységnyi földterületre vonatkozó sugárzási teljesítményben adtuk meg. A régi, a kalorikus egységekben kifejezett érték az energiahozam területegységre vonatkoztatott részét fejezte ki Mivel az a arányosító tényezőn keresztül az intenzitások aránya érvényesül, nem is szükséges itt a vonatkozó sugárzási teljesítmények közvetlen meghatározása, hiszen az intenzitások aránya a fény beesési szögek sinus függvényeinek arányával helyettesíthető. A Maucha által használt összefüggés: ahol: ofl = a naptávolságtól függő tényező, amely napközelben, január 1-én 1,00000, naptávolban, július 2-án 0,92123, ii = a fény napmagasság szerinti /beesési szöge, II„ — a fény napmagasság szerinti besési szöge az oxigén termelésére nézve optimális fényintenzitás idején, az egységnyi naptávolsági tényező érvényessége esetén. A fény intenzitásának optimális értéke kísérletileg meghatározható érték. Maucha Rezső nemcsak felve* Előadásként elhangzott az MTA Biológiai Tudományok Osztálya által Maucha Rezső születésének 100. évfordulója alkalmából 1984. október 16-án rendezett emlékülésén. tette ilyen érték létezésének lehetőségét, hanem több ízben meg is határozta azt gondos kísérleti munkával. Kísérletei nyomán a legpontosabbnak tekinthető az 1950-ben megadott = 8° 47,3'-es beesési szög, amelyhez tartozóan: sin ,«„ = 0,15279. A napmagasság szöge a Föld bármely pontjára bármely napon meghatározható számítással is a sin m = sin <p • sin ő + cos qp • cos 5 • cos t ... (3) öszefüggésből, amelyben: rp — földrajzi szélesség, d — a Nap tárgynapi delelésének földrajzi szélessége (deklináció), amelynek értékeit a csillagászati évkönyvek tartják nyilván, í = a tényleges delelés időpontjától számított, szögegységben kifejezett idő (1 óra = 15°). Értelmezési egyszerűsítés lehet, ha az a> 2 naptávolsági tényezőt beolvasztjuk a napmagasság szerinti beesési szögbe, ami által annak némileg módosított, idealizált értékét vesszük figyelembe. A vizek felszíne alatt az oldott, vagy lebegtetett anyagok, a különböző élőlények, maga a vízvastagság is fényelnyeléssel járó körülmények, és ezek is módosíthatják a beesési szög idealizálható értékeit. A lényeges az, hogy minden, a közvetlen fénysugárzást megváltoztató körülmény esetén értelmezhető egy meghatározott napfény beesési szög, amely mellett maximális a fitoplankton időegységre vonatkoztatott oxigén termelése. Ez mindig átszámítható ideális körülmények esetére. A 8° 47,3'-nek meghatározott, sinus függvényében 0,15279 értékű optimális napfény-beesési szög fennállása esetén a fényintenzitás 1/0,15279.= 6,545-ször kevesebb, mint a Föld felszínén elérhető legkedvezőbb esetben, vagyis napközelben és merőleges napállásnál. Ez azt jelenti, hogy a fitoplankton oxigéntermelésére nézve optimális fényintenzitás, illetve az optimális napfénybeesési szög a Föld minden pontján kisebb nemcsak a Föld felszínén egyáltalában elérhető maximális értékeknél, hanem az illető pontban lehetséges maximális értékeknél is. A Maucha Rezső által legutoljára 1950-ben meghatározott 6,545 értékű arányszámnak munkásságában kitüntetett szerepe van. II. A fitoplankton asszimilációjára a kémiai reakciókinetika alapvető differenciálegyenletei érvényesíthetők. A hatóanyag az asszimilációs folyamatban a folyékony fázisban oldott szén-dioxid, amely a fitoplanktonalgák belsejébe diffundál. A Nernst-Brunner szabály szerint az asszimiláció folyamatosságának feltétele az, ha a diffúzió-sebesség maximális értéke legalább akkora, mint az asszimilációs folyamat reakció-sebessége. Legyen D (m 2/s) a diffúziós állandó, k pedig az elsőfokú reakció sebessége alapértéke (s _ l), akkor a fotoszintézis létrejöttéhez szükséges algaátmérő — az élőlényeket közelítésében gömbalakúnak képzelve — Maucha számításai szerint: A D diffúziós állandó nagyságrendileg is lényegesen kisebb a k sebeségi tényezőnél, így az algák testátmérője — a tapasztalattal összhangban — nagyon kicsiny: néhány mikrométer. A széndioxid algatesten belüli koncentrációja arányos azzal az energiával, amit a Nap fénysugarai juttatnak az algatestbe. Ez a koncentráció szélső esetben zérus is lehet, (amikor nincs fény és nincs C0 2 diffúzió), viszont nem lehet több, mint az algatesten kívüli vízben oldott szén-dioxid koncentráció. Legyen az algatesten belül c(t) (mg/liter) a koncentráció í időpontban meghatározható értéke. Ez az érték a fény megjelenésével egy kezdeti értékről növekedni kezd. A növekedésnek az optimális fényintenzitás elérése 13