Warum schwimmen riesige Eisberge eigentlich auf dem Wasser? Sind sie nicht schwerer als Wasser und müssten untergehen? Die Lösung liegt in einem physikalischen Phänomen begründet: in der Anomalie des Wassers.
Die Anomalie des Wassers
Wasser hat eine ganz besondere Eigenschaft, die keine andere Flüssigkeit hat:
Kühlt man Wasser ab, verringert es zunächst sein Volumen. Bei 4 Grad Celsius (°C) ist das Volumen des Wassers am kleinsten und damit die Dichte der Teilchen am größten.
Jetzt kommt der spannende Punkt: Wenn das Wasser dann unter 4 °C abgekühlt wird, dehnt es sich wieder aus. Die Dichte wird wieder geringer und damit wird es leichter.
Deshalb ist Eis mit seiner geringeren Dichte leichter als Wasser und schwimmt auf der Oberfläche.
Gleichzeitig vergrößert sich dadurch das Volumen des Wassers beim Gefrieren. Diese besondere Eigenschaft des Wassers weist kaum ein anderer Stoff auf.
Dichteanomalie
Folgen der Ausdehnung im Alltag
Daher darf man keine mit Wasser gefüllte Glasflasche unbeaufsichtigt längere Zeit in die Gefriertruhe legen – durch die Ausdehnung des Wassers wird die Flasche irgendwann regelrecht gesprengt.
Diese Sprengwirkung wirkt sich im Alltag noch an manch anderer Stelle aus: So verhindert Frostschutzmittel, dass das Wasser im Kühler eines Autos friert und diesen zum Platzen bringt. Auch Wasserleitungen, in denen bei Minusgraden Wasser steht, können platzen.
Diese Sprengwirkung lässt sich aber auch positiv nutzen: Durch gefrorenes Wasser im Ackerboden wird dieser auch „gesprengt" und damit aufgelockert, was den Landwirten bei der Bearbeitung hilft.
Bedeutung in der Natur
Für die Natur hat die Anomalie des Wassers eine besondere Bedeutung. Am Beispiel eines Sees lässt sich das gut erkennen.
Wer im Sommer in einem See badet, wird feststellen, dass das Wasser in den unteren Schichten des Sees kälter ist als in den oberen Schichten. Das liegt daran,weil die oberste Wasserschicht stärker erwärmt wird und das damit leichtere Wasser oben im See gesammelt wird. Der Wind durchmischt nur noch diese obere Schicht. Das kühlere und damit schwerere Wasser sammelt sich unten. Es findet in diesem unteren Bereich keine Zirkulation mehr statt. Es kommt zu einer Stagnation. Als Resultat bilden sich unterschiedliche Wasserschichten im See.
Im Winter dagegen sinken die Temperaturen und die Anomalie des Wassers kommt zum Tragen. Im See sammelt sich dann das Wasser mit einer Temperatur von unter 4 °C oben – das Wasser mit der Temperatur von 4 °C oder mehr dagegen sinkt in die unteren Schichten. Auf dem Grund des Sees ist es also wärmer als an der Oberfläche, ganz oben ist es am kältesten. Der See friert von oben nach unten zu. In den unteren, flüssigen Schichten können Fische und andere Tiere überleben.
Übrigens: Um optimal für die schwierige Winterzeit vorbereitet zu sein, können Fische ihren Stoffwechsel verlangsamen. Sie leben dann auf´"Sparflamme" und können so trotz Kälte und wenig Sauerstoff überleben.
der See im Sommer und im Winter
