Bekannt und doch geheimnisvoll: Vomfliessenden Wasser zum Wassermolekül

Unsere Erde ist einer von neun Planeten, die in elliptischen Bahnen um die Sonne kreisen. Die Sonne ist der Fixstern unseres Sonnensystems. Der Abstand der Erde von der Sonne beträgt durchschnittlich 149 Millionen Kilometer. Diese Entfernung ist ideal, so dass die Erdoberfläche nie so heiss oder so kalt wird, wie das bei anderen Planeten der Fall ist, die näher an der Sonne (Venus) oder weiter von ihr entfernt (Mars) sind.

Sperrschicht für das Wasser

Nach der Entstehung der Erde vor circa vier Milliarden Jahren füllten sich alle Täler und Gräben mit Wasser. Auch entstand in dieser Zeit die Lufthülle, unsere Atmosphäre, rund um den Globus. Sie dient bis heute als Sperrschicht und verhindert, dass Wasser in den Weltraum entweichen kann. Umgekehrt kann auch kein neues Wasser aus dem Weltraum auf die Erde herabkommen.

Wasser kann gleichzeitig in drei verschiedenen Aggregatszuständen, nämlich fest, flüssig oder gasförmig, auftreten. Das viele Wasser auf unserem Planeten – zwei Drittel der Erdoberfläche sind von Wasser bedeckt – bleibt in seiner Masse immer gleich, und das schon seit Jahrmillionen.

Energie verwandelt sich

Beim Wasser gilt also eine Art Erhaltungssatz, wie wir das in der Physik von der Energie her kennen. Es heisst da, dass Energie weder erzeugt noch vernichtet werden kann, sie kann nur von einem Zustand in einen anderen verwandelt werden. Genauso verhält es sich beim Wasser. Flüssiges Wasser kann verdunsten oder verdampfen und gasförmig werden, es kann auch zu Eis gefrieren. Das feste Eis kann wieder schmelzen und sich verflüssigen oder es kann direkt in Wasserdampf übergehen, was man Sublimieren nennt.

Wasserdampf kann kondensieren und flüssig werden oder er kann sich direkt in Eis verwandeln, was man resublimieren oder deponieren nennt. Die Wassermenge bleibt also konstant, was bedeutet, dass immer wieder dasselbe Wasser im Umlauf ist.

Seine örtliche Verteilung macht es nahezu unwahrscheinlich, dass ein Mensch zweimal genau das gleiche Wasser trinkt. Theoretisch wäre es aber möglich, dass Sie oder ich schon einmal das Badewasser der Kleopatra getrunken haben …!

Abweichen von den Regeln

Das chemische und physikalische Verhalten von Wasser ist etwas ganz Besonderes. Wasser drückt sich immer wieder um die Gesetze der Chemie oder der Physik. Es verhält sich «anomal», das heisst, es weicht von den Regeln ab. Das hat man schon in ganz frühen Kulturen gemerkt. Der griechische Philosoph Thales von Milet (625 bis 547 vor Christus) sagte über Wasser: «Das Prinzip aller Dinge ist das Wasser, denn Wasser ist alles und alles kehrt ins Wasser zurück.» Und Laotse, ein chinesischer Philosoph (3. oder 4. Jahrhundert vor Christus), meinte: «Auf der Welt gibt es nichts, was weicher und dünner ist als Wasser. Doch um Hartes und Starres zu bezwingen, kommt nichts diesem gleich.»

Faszination Wasser

Die chemische Formel für das Wassermolekül heisst H2O. Dahinter steckt enorm viel Forschung, und trotzdem hat dieses Molekül uns Naturwissenschaftlern noch längstens nicht alle Geheimnisse preisgegeben. Das «Element» Wasser ist eines der faszinierendsten der ganzen Chemie. Im chemischen Sinne ist Wasser aber eine Verbindung und kein Element. Elemente sind Wasserstoff und Sauerstoff, die eine Verbindung eingehen und zu Wasser werden.

Klein, aber gewaltig

Das Wassermolekül ist äusserst klein. Das zeigt folgendes geistiges Experiment: Wenn man ein Schnapsglas mit Wasser füllen und über Europa ausschütten würde, und jedes Molekül H2O wäre sofort so gross wie ein Sandkorn, dann würde Europa mit einer zwei Meter hohen Sandschicht bedeckt. Dieses kleine Molekül kann deshalb auch überall eindringen und die meisten Substanzen, die sonst noch auf der Erde anzutreffen sind, auflösen.

Wasser kann tiefe Furchen in die Landschaft ziehen. Man nennt das Erosionen, sie können ein Landschaftsbild gestalten und total verändern. Denken wir an den Grand Canyon oder bei uns an die Viamala- oder die Aareschlucht (siehe Bild).

Wasser gehorcht nicht

Wenn Wasser den chemischen und physikalischen Gesetzen gehorchen würde, dann müsste es bei minus 100 Grad Celsius sieden und bei minus 120 Grad Celsius schmelzen. Das wäre aber verheerend für alle Formen von Leben auf dieser Erde, und man kann sich gar nicht vorstellen, wie die Erde unter solchen Eigenschaften des Wassers aussehen würde.

Wir wissen aber alle, dass Wasser bei einem Luftdruck bezogen auf Meereshöhe einen Schmelzpunkt von 0 Grad Celsius und einen Siedepunkt von 100 Grad Celsius hat. Das heisst, dass der Schmelzpunkt von Wasser durch dieses ungesetzliche Verhalten, durch diese Anomalie, 120 Grad Celsius höher und der Siedepunkt sogar 200 Grad Celsius höher liegt.

Da kann man sich doch neugierig fragen, was denn das Geheimnis hinter diesem Verhalten ist. Darüber möchte ich Ihnen im Dezember-Beitrag von «Hallo Wetterfrosch» berichten.

Mario Slongo ist ehemaliger DRS-Wetterfrosch. Einmal im Monat erklärt er in den FN spannende Naturphänomene. Weitere Beiträge unter: www.freiburger-nachrichten.ch, Dossier «Wetterfrosch».