Thema des Tages
Wiss. Kompakt
Wasser ist, rein wissenschaftlich betrachtet, eine chemische
Verbindung aus den Elementen Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H). Die
chemische Formel des sogenannten Wassermoleküls lautet H2O.
Fachsprachlich korrekt ausgedrückt würde man Wasser auch als
Dihydrogenmonoxid bezeichnen, nach der sogenannten IUPAC-Nomenklatur
als Oxidan. Es ist klar, farb- und geruchlos. Sein Siedepunkt liegt
bei 100 Grad Celsius, sein Schmelzpunkt bei 0 Grad Celsius Klingt
erst einmal recht langweilig, ist es aber nicht.
Wasser ist viel spannender, als es auf den ersten Blick erscheint. Es
umgibt uns tagtäglich und stellt die Grundlage unseres Lebens dar.
Beim Duschen, Kochen oder Eisessen nimmt man seine Besonderheiten
meist gar nicht mehr wahr. Doch in seinen unterschiedlichen Formen
verursacht das vielfältige Molekül eindrückliche Phänomene.
Es kommt gasförmig in der Luft in Form von unsichtbarem Wasserdampf
vor. Seine flüssige Form ist auf der Erde allgegenwärtig: rund 70%
unserer Erde sind von Ozeanen, Flüssen und Seen bedeckt. In seiner
festen Form tritt Wasser als Eis, Schnee, Hagel und Graupel oder Reif
auf. Es kommt also in allen drei Aggregatzuständen auf der Erde vor.
Dies mag vielleicht nicht einzigartig sein, aber dennoch gibt es
keinen anderen Stoff, der uns in allen drei Zuständen so präsent ist.
Ein weiteres, seltsam anmutendes Phänomen ist die sogenannte
"Dichteanomalie". Diese sorgt dafür, dass gefrorenes Wasser auf
seinen flüssigen Nachbarmolekülen schwimmt. In der Regel nimmt die
Dichte der meisten Stoffe mit zunehmender Temperatur ab ? unabhängig
vom Aggregatszustand. Anders ist es beim Wasser: Die höchste Dichte
besitzt Wasser bei etwa 4 Grad Celsius unter Normaldruck. Dann wiegt
ein Liter Wasser ein Kilogramm. Wird das Wasser nun erhitzt, dehnt es
sich aus und wird in der Folge leichter. Die besondere Eigenschaft
des Wassers: Sinkt die Temperatur unter 4 Grad, wird Wasser ebenfalls
wieder leichter und dehnt sich aus ? selbst beim Wechsel in den
festen Aggregatszustand. Der Grund für diese Besonderheit liegt in
der Verkettung der Sauerstoff- und Wasserstoffatome benachbarter
Wassermoleküle, also in den Kräften, die die verschiedenen
Wassermoleküle untereinander zusammenhalten. Diese werden, ohne hier
zu ausführlich in die Tiefen der Chemie eintauchen zu wollen, als
sogenannte Wasserstoffbrückenbindungen bezeichnet. Nur so viel sei
gesagt: Ohne diese Wasserstoffbrückenbindungen würde Wasser in seiner
uns bekannten Form auf der Erde nicht existieren. Und ohne diese
besondere Eigenschaft hätte sich folglich kein Leben auf der Erde
entwickelt.
Eine eher paradoxe Eigenschaft des Wassers stellt der sogenannte
Mpemba-Effekt dar. Dieser beschreibt ein Phänomen, bei dem heißes
Wasser unter geeigneten Bedingungen schneller gefriert als kaltes
Wasser. Dies widerspricht ein Stück weit der eigenen Intuition. Einen
ausführlichen Artikel meines Kollegen Sebastian Altnau vom 19.
Februar 2021 zu diesem außergewöhnlichen Effekt finden Sie im
Tagesthemen-Archiv
(https://www.dwd.de/DE/wetter/thema_des_tages/2021/2/19.html).
Wasser besitzt darüber hinaus eine hohe spezifische Wärmekapazität.
Oder einfacher ausgedrückt: Wasser kann viel Energie aufnehmen, d.h.
um Wasser zu erhitzen wird viel Energie benötigt. Insgesamt sind für
die Erwärmung eines Kilogramms um 1 Grad 4200 Joule an thermischer
Energie notwendig. Um beispielsweise die Temperatur des gesamten
Bodensees um 10 Grad zu erhöhen - immerhin besteht dieser aus 48
Billionen Litern Wasser - wären mehr als 2 Trillionen Joule
(entspricht circa 558 Terrawattstunden) notwendig. Wie groß diese
Energiemenge ist, zeigt sich im Vergleich zum Stromverbrauch in
Deutschland, der im Jahr 2021 bei 508 Terrawattstunden lag. Die
Energie, die für die Erwärmung des Bodensees notwendig wäre, könnte
Deutschland also für mehr als ein ganzes Jahr (sofern sich der Autor
in den Potenzen nicht verrechnet hat) mit Strom versorgen.
Wasser besitzt noch viele weitere physikalische Eigenschaften, die
einiges an Spannung bieten, wie dem kühlenden Effekt beim Schwitzen
oder seiner besonders starken Oberflächenspannung. Suchen Sie doch
einfach mal in den Weiten des Internets. Dort werden Sie sicherlich
fündig. Wie wichtig Wasser für unser Wetter ist, wird in einem
weiteren Thema des Tages in den nächsten Wochen thematisiert.
MSc.-Met. Sebastian Schappert
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 19.09.2022
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