Die wenigsten Menschen machen sich Gedanken über das Wasser. Es läuft, wenn man den Wasserhahn aufdreht und es ärgert uns, wenn es zur unpassenden Zeit als Regen vom Himmel kommt und der Regenschirm zu Hause oder im Auto vergessen wurde. Nur wenn Meldungen über Dürre, Überschwemmungen, steigende Wasserpreise oder verunreinigtes Wasser in den Medien diskutiert werden, wird das Wasser für kurze Zeit als etwas Besonderes angesehen.

Dabei ist das Wasser ein faszinierendes Element. Was das Wasser alles vollbringt, und dass die Entwicklung unseres Lebens sehr wahrscheinlich ganz anders verlaufen wäre, das möchte ich in den folgenden 8 Abschnitten näherbringen:

1. Wasser – die Sonderstellung unseres Planeten
2. Wasser – die Grundlage unseres Lebens
3. Wasser – der globale Thermostat
4. Wasser – der globale Energietransporteur
5. Wasser – der Wolkentreibstoff
6. Wasser – das glitzernde Etwas
7. Wasser – der globale Sprengmeister
8. Wasser – das universelle Lösungsmittel

Bei all dem aber sollten wir nicht vergessen, dass das Wasser unser wichtigstes Lebensmittel ist. Ohne Wasser sind wir nach wenigen Tagen tot; innerlich vergiftet oder erstickt; das Ergebnis ist aber in beiden Fällen das Gleiche. Eine Privatisierung der Trinkwasserversorgung ist für mich ein Verbrechen an der Menschheit!  

Wasser – die Sonderstellung unseres Planeten

Unter allen Planeten unseres Sonnensystems nimmt die Erde eine Sonderstellung ein. Es ist das Wasser, das rund zwei Drittel der Erdoberfläche bedeckt. Zwar gibt es auch auf anderen Planeten Spuren von Wasser in Form von Eis, wie gerade vor einigen Tagen auf dem Mars entdeckt. Doch würde neben anderen ungünstigen Bedingungen die Wassermenge für das Entstehen von Leben nicht ausreichen.

Aus den 300 Millionen Kubikkilometer Wasser in den Ozeanen verdunsten Jahr für Jahr riesige Mengen in die Atmosphäre, werden zu Wolken, die vom Wind auf die Kontinente getrieben werden und dort ihre Fracht als Regen oder Schnee abladen. Dieses Wasser speist Bäche und Flüsse, hält den Boden feucht, damit Pflanzen wachsen können und füllt die unterirdischen Vorräte an lebensnotwendigem Trinkwasser auf. Ohne diesen riesigen Wasserkreislauf gäbe es kein hochentwickeltes Leben auf unserer Erde.

Wasser – die Grundlage des Lebens

Das Wasser ist ein faszinierendes Element. Die chemische Formel H₂O bedeutet, dass ein Wassermolekül aus einem Atom Sauerstoff (O) und zwei Atomen Wasserstoff (H) besteht. Den Sauerstoff brauchen wir zum Atmen. Der Wasserstoff ist ein hervorragender Energieträger, der wahrscheinlich in einigen Jahrzehnten das Energieproblem auf unserem Globus lösen wird. Mit Hilfe der Sonnenenergie lässt sich das Wasser in seine beiden Bestandteile zerlegen. Während der Sauerstoff in die Atmosphäre entweicht, kann der Wasserstoff Motoren antreiben, in dem er mit Sauerstoff wieder zu Wasser verbrennt. Ein geschlossener Kreislauf ohne schädliche Zusatzstoffe.

Das Wasser hat noch eine andere einzigartige Eigenschaft, ohne die wahrscheinlich kein hochentwickeltes Leben auf unserem Planeten hätte entstehen können. Normalerweise wird eine Flüssigkeit dichter, wenn sie abkühlt. Auch das Wasser folgt dieser Regel, aber nur bis zu einer Temperatur von +4°C. Wird das Wasser kälter, beginnt es sich wieder auszudehnen, so dass Eis auf dem Wasser schwimmt. Diese besondere Eigenschaft des Wassers führt dazu, dass große Seen nur an der Oberfläche zufrieren. In der Tiefe aber bleibt das Wasser bei +4°C flüssig und damit können die Wasserbewohner überleben. Und das Leben entwickelte sich nun einmal aus dem Meer.

Wasser - der globale Thermostat

Doch damit nicht genug der Besonderheiten des Wassers. Wer zum Urlaub an der See weilte, weiß die kühle Seebrise an einem heißen Sommertag zu schätzen. Dies hängt mit der spezifischen Wärme von Wasser zusammen, die per Definition gleich 1 gesetzt wurde. D.h. eine Kalorie ist die Wärmemenge, die ein Gramm Wasser um ein Grad erwärmt. Nun besitzt Wasser eine sehr hohe spezifische Wärme, die rund fünfmal so hoch ist wie bei Gestein und rund zehnmal höher als bei Metallen.

Eine bestimmte Wärmemenge erhitzt somit den Sandstrand fünfmal so stark wie die gleiche Menge Wasser. Außerdem kann das Wasser durch die turbulente Bewegung die Wärmemenge hunderttausendmal schneller in tiefere Schichten transportieren als der Sand. Während an einem sonnigen Tag in den Mittagsstunden der Sand so heiß werden kann, dass die Fußsohlen brennen, bleibt das Wasser angenehm kühl. Nachts drehen sich die Verhältnisse um. Während der Sand sehr schnell abkühlt, bleibt das Wasser warm, d.h. tagsüber wird es am Strand nicht so heiß wie im Landesinnern, dafür bleibt es nachts angenehm mild. Dieser Wirkung des Wassers verdanken die Inseln ihr ausgeglichenes, mildes Klima, was sie zu bevorzugten Urlaubszielen macht.

Die in den riesigen Ozeanen gespeicherte Sonnenenergie wird durch die Meeresströmungen weltweit verfrachtet. Dabei sind die warmen Ströme an der Ostseite der Kontinente zu finden, die kalten an der Westseite. Während z.B. der kalte Meeresstrom die Wassertemperatur vor der Küste von San Francisco selbst im Juli kaum über 16°C steigen lässt, kann man in gleicher geographischer Breite an der Ostküste in Norfolk/Virginia bei 24°C herrlich baden.

Wer hat nicht schon die Palmen an der irischen Südküste gesehen? Nur eine Folge des warmen Nordatlantikstroms (nicht der Golfstrom! Der verläuft weiter im Süden vor der amerikanischen Ostküste). Während in strengen Wintern bei uns die Häfen an Nord- und Ostsee zufrieren, bleibt 1.500 km weiter nördlich das norwegische Narvik an der Atlantikküste eisfrei. Die kostenlose Heizung des Nordatlantikstromes macht es möglich.

Durch diese Fähigkeit des Wassers riesige Wärmemengen zu speichern, sind die Temperaturschwankungen während des Jahres in Küstennähe bei weitem nicht so groß wie im Innern der Kontinente. So liegen die Unterschiede zwischen Sommer und Winter an der Küste im Bereich von 20°C. In Sibirien dagegen, weitab vom Meer, wurde die bisher größte Differenz mit 106,7°C (!) gemessen.

Wasser – der Wolkentreibstoff

Das Wasser ist aber nicht nur ein Entwicklungshelfer für die kälteren Regionen unserer Erde, sondern auch der Treibstoff für das Wolkenwachstum.

Die von der Sonne gelieferte Energie erwärmt ja nicht nur die Erdoberfläche, sondern lässt zusätzlich Wasser verdunsten. Sowohl die warme Luft wie auch der darin enthaltene Wasserdampf – wir sprechen jetzt von feuchter Luft – steigen jetzt wie ein Heißluftballon in die Höhe. Die Segelflieger kennen die spannende Suche nach solchen „Ballons“. Diese werden als Thermikblasen bezeichnet und von den Segelfliegern genutzt um sich im Huckepack-Verfahren in große Höhen tragen zu lassen.

Den „Treibstoff“ für unseren Ballon liefert anfangs die fühlbare Wärme. Da die feuchtwarme Luft anfangs wärmer ist als die Umgebungsluft, steigt sie in die Höhe und dehnt sich dabei gleichzeitig aus, da der Luftdruck immer geringer wird. Dieses Ausdehnen erfordert Energie, weshalb sich die feuchtwarme Luft um fast genau 1°C pro 100 m Höhe abkühlt.

Feuchte Luft ist aber nur in der Lage eine bestimmte Menge Wasser mitzunehmen. Wie viel das ist, hängt von der Temperatur der Luft ab. So sind es bei 30°C etwa 30,4 Gramm, bei 0°C dagegen nur noch 4,9 Gramm. Die Fähigkeit der Luft Wasser mitzunehmen, nimmt also mit sinkender Temperatur sehr schnell ab.

Wenn die feuchtwarme Luft einen Kilometer hoch gestiegen ist, hat sie sich um fast genau 10°C abgekühlt. Es wird also irgendwann beim weiteren Aufsteigen die Temperatur erreicht, wo das enthaltene Wasser nicht mehr weiter mitgenommen werden kann. Der überschüssige Wasserdampf beginnt zu kondensieren, Wassertröpfchen bilden sich, eine Wolke ist entstanden.

Von jetzt an liefert die latente Wärme den „Treibstoff“ für das weitere Aufsteigen, da bei der Kondensation die Wärme wieder frei wird, die vorher am Boden für das Verdunsten benötigt wurde. Die freigewordene Energie sorgt dafür, dass die Wolke wärmer bleibt als die Umgebung und damit immer höher steigen kann. Doch in den frostigen Höhen ist kaum noch Wasserdampf vorhanden und damit geht der Wolke allmählich der „Treibstoff“ aus. Ein bisschen Energie ist noch in den unterkühlten Wassertröpfchen vorhanden. Doch wenn auch die alle in Eiskristalle umgewandelt sind, ist keine latente Energie mehr vorhanden und die Wolke hört auf zu wachsen.

In welchen Höhen das sein wird, hängt vom Energiebedarf der Atmosphäre ab. Ist die Zufuhr warmer Luft aus Süden sehr stark, benötigt die Atmosphäre wenig zusätzliche Wärme; der vertikale Energietransport wird also gering sein. Es werden deshalb keine riesigen Wolkentürme entstehen, sondern nur flache, horizontal geschichtete Wolken. Man sagt, die Luft sei stabil geschichtet.

Strömt dagegen kalte Luft aus Norden heran, zeigt das Wetter ein ganz anderes Gesicht. Je kälter die ankommende Luft umso größer der Energiebedarf, der jetzt nur durch unsere „Heißluftballons“ gedeckt werden kann. Mächtige Wolkentürme schießen in die Höhe; dazwischen ist der Himmel tiefblau. Man sagt, die Luft sei labil geschichtet.

Wasser – das glitzernde Etwas

Keine Wettererscheinung weckt bei uns so unterschiedliche Empfindungen wie der Schnee. Die bloße Ankündigung lässt Kinder und auch viele Erwachsene ungeahnte Aktivität entfalten. Im Keller und auf dem Speicher rumort es. Wo sind bloß Schlitten und Ski verstaut? Verkehrsteilnehmer und ältere Menschen denken dagegen mit Schrecken an den Morgen, wo sich die Natur in ein weißes Kleid gehüllt hat.

Was ist das eigentlich, was da so friedlich und weiß vom Himmel fällt? Nüchtern betrachtet – gefrorenes Wasser! Es gibt die vielfältigsten und schönsten Formen, deren Ausbildung sehr stark von der Temperatur abhängt. So entstehen nur in dem sehr engen Temperaturbereich zwischen -12°C und -16°C die „idealen“ Schneesterne, wie sie gerne gezeichnet werden. Ist es wärmer oder kälter, bilden sich die verschiedensten Kristalle wie Eisnadeln, Plättchen, Stäbchen und Prismen.

Da die Temperatur der Luft normalerweise mit der Höhe abnimmt, herrscht in den Gipfeln der Wolken frostige Kälte und man sollte annehmen, dass bei Minusgraden die Wolkentröpfchen zu frieren beginnen. Das tun sie auch, aber nicht spontan. Das liegt daran, dass der Wasserdampf zum größten Teil aus den salzigen Ozeanen stammt. Die Wolkentröpfchen bestehen also nicht aus reinem Wasser, sondern aus salzhaltigen Lösungen. Und so wie das Wasser nach winterlichem Salzstreuen auf den Straßen trotz Frost nicht gefriert, bleiben auch die Wolkentröpfchen zunächst noch flüssig.

Wird es jedoch noch kälter, entsteht irgendwann plötzlich ein Eiskristall. Wie das genau vor sich geht, weiß man noch nicht im Einzelnen. Auf jeden Fall gibt es nun ein Nebeneinander von unterkühlten Wassertröpfchen, Eiskristallen und Wasserdampf. Und jetzt beginnt ein gnadenloser Verdrängungskampf. Die Eiskristalle wachsen wesentlich schneller als die Wassertröpfchen, nehmen diesen also die Nahrung, nämlich den Wasserdampf, weg. Gleichzeitig stürzt sich die noch geringe Zahl der Eiskristalle auf die riesige Masse der unterkühlten Wassertröpfchen. Diese frieren bei Berührung an den Eiskristallen fest. So können die Eiskristalle innerhalb von 20 min um das 10.000 fache wachsen.

Während also Zahl und Masse der Eiskristalle wachsen, werden die unterkühlten Wassertröpfchen immer weniger. Und so wandelt sich die ursprünglich reine Wasserwolke allmählich in eine reine Eiswolke, je kälter die Wolkenluft wird. Unter -40°C sind nur noch Eiskristalle vorhanden.

Solange die Eiskristalle noch klein sind, werden sie von der aufsteigenden Luft innerhalb der Wolke gehalten. Je stärker der Aufwind in der Wolke, desto größer können die Eiskristalle werden, bevor sie durch ihre Schwere zu Boden fallen. Stoßen sie d  bei an andere Eiskristalle, verhaken sie sich oder frieren zusammen, und so wachsen die Eiskristalle immer weiter. Was wir also gemeinhin als Schneeflocke bezeichnen ist kein einzelnes Eiskristall, sondern ein unregelmäßiges Gebilde aus mehreren Kristallen.

Der weitere Lebenslauf hängt nun von der Temperatur unterhalb der Wolke ab. Ist diese Luft warm und trocken, werden die Eiskristalle schnell schmelzen und dann verdunsten. Geschieht das, bevor sie den Boden erreichen, sehen wir sie nur als allstreif n unterhalb der Wolke. Überstehen sie die Verdunstungsstrecke, dann kommen am Boden mehr oder weniger große Regentropfen, Schneeflocken, Hagel- oder Graupelkörner an.

Ob Sie Schnee lieben oder hassen – er ist wichtig für den Wasserhaushalt der Natur. Wenn sie im Winter schläft, wird das Wasser in Schnee und Eis gespeichert und im Frühjahr, wenn die Natur wieder erwacht und Wasser zum Wachstum braucht, durch die Schneeschmelze freigegeben.  

Wasser – der globale Sprengmeister

Die Eigenschaft des Wassers bei -4°C am dichtesten zu sein, hatte zur Folge, dass Gewässer nicht bis zum Grund zufrieren und deshalb Lebewesen im Winter überleben können. Aber diese besondere Eigenschaft, bei -4°C die höchste Dichte aufzuweisen, hat Wasser auch zum größten „Sprengmeister“ gemacht.

Wenn es regnet, dringt das Wasser mehr oder weniger tief in den Boden ein. Solange der Boden frostfrei bleibt, sucht sich das Wasser seinen Weg, löst nur einige Mineralien und transportiert sie in die Ozeane, was im nächsten Teil beschrieben wird.

Aber in vielen Gegenden ändert sich die Temperatur im Laufe eines Jahres sehr stark und in den Wintermonaten treten mehr oder weniger lange Frostperioden auf, was besonders in den Bergen der Fall ist. Bei diesem Wechsel zwischen positiven und negativen Temperaturen wird das Wasser zu einem „Sprengmeister“.

Wenn im Herbst die ersten Fröste kommen, treten im felsigen Berggestein ungewöhnliche Geräusche auf. Der Regen, der in den Monaten davor gefallen ist, hat sich seinen Weg durch die unzähligen Ritze im Gestein gesucht. Nach heftigen Regenfällen wurden kleine Ritze größer, neue kamen dazu. Und so durchziehen sich die Felsen mit einem Wirrwarr an Ritzen und Furchen durch die das Wasser fließen kann.

Wenn es nun kälter wird, zieht sich das Wasser zunächst zusammen. Sinkt die Temperatur im Gestein auf -4°C, hat das Wasser seine größte Dichte erreicht und füllt nun als Eis selbst die kleinsten Ritzen aus. Wird es noch kälter, fängt das Eis nun aber an sich auszudehnen, aber es findet in vielen Bereichen des Gesteins keinen Platz. Und so beginnt das Eis „die Muskeln spielen zu lassen“, d.h. es versucht, die Ritzen, Gänge und Spalten zu vergrößern.

Im Winter werden sich die frostigen Zeiten zunächst nur auf ein paar Stunden in der Nacht beschränken, d.h. mit dem wärmer werden hört der Druck auf das Gestein auf. Doch mit jeder Frostnacht unter -4°C wird wieder gedrückt und allmählich wird der Fels mürbe. Da bricht hier mal ein Stück ab, dann dort und irgendwann kommen ganze Hänge ins Rutschen und dann kann es gefährlich werden.

In großen Höhen, wo es im Gestein immer frostig kalt ist, passiert so etwas nicht, man sollte besser sagen: noch nicht. Denn durch den Klimawandel verschiebt sich die Frostgrenze allmählich in größere Höhen, d.h. ehemalige Permafrost Zonen werden nun anfällig für die Sprengkraft des Eises. Und so werden die Gefahren von Bergrutschen in den Alpen zunehmen.

Wasser – das universelle Lösungsmittel

Wenn wir duschen oder uns waschen, dann nutzen wir eine Eigenschaft des Wassers, die uns wahrscheinlich gar nicht bewusst ist: Wasser ist ein hervorragendes Lösungsmittel.

Ohne diese Eigenschaft als Lösungsmittel würde das Leben in den Ozeanen wahrscheinlich anders aussehen. Bei der Verwitterung von Gesteinen löst das Wasser Teile heraus und reduziert die Größe des verwitterten  Materials so weit, dass es durch Wind und fließendes Wasser abtransportiert werden kann. In den Ozeanen stellt das Wasser, bedingt durch seine Lösungsfähigkeit, riesige Reservoire an gelösten Mineralien zur Verfügung, die zusammen mit anderen Stoffen Nahrungsgrundlage für die zahlreichen Bewohner der Meere bilden.

Im Stoffwechselhaushalt der Lebewesen ist das Wasser ebenfalls als Lösungs- und Transportmittel für zahlreiche lebensnotwendige Stoffe von größter Wichtigkeit. Es wird immer wieder darauf hingewiesen, wie wichtig es ist ausreichend Flüssigkeit zu sich zu nehmen.

In diesem Zusammenhang muss man sich aber auch einmal Gedanken machen, welch absurdes Verhalten wir an den Tag legen. Da wird verschmutztes Wasser mit Milliarden Aufwand zum wahrscheinlich reinsten Lebensmittel verarbeitet. Und dann verschwenden wir 92% dieses teuren, lebenswichtigen Trinkwassers nur um Schmutz zu beseitigen, ob in der Spül- oder Waschmaschine, in der Toilette, in der Badewanne oder unter der Dusche. Gleichzeitig haben mehr als eine Milliarde Menschen keinen Zugang zu sauberem Wasser!