Wasser ist für uns so gewöhnlich, dass wir ganz vergessen, dass es eigentlich eine ungewöhnliche Verbindung aus Wasserstoff und Sauerstoff ist. Von den Flüssigkeiten nimmt sie eine Sonderstellung ein. Wir verdanken den besonderen Eigenschaften des Wassers gar unsere Existenz; ohne sie hätte sich das Leben auf der Erde nicht entwickeln können.

Meist zusammenhanglos werden die Eigenschaften (in der Schule) von verschiedenen Blickwinkeln und Sichtweisen aus betrachtet:  In der Physik werden in der Wärmelehre auf die Aggregatzustände, Dichte, Anomalie und Wärmekapazität und etwas später in der Chemie auf die Löslichkeit, dem Dipolcharakter und auf die Analyse und Synthese des Wassers eingegangen. Die eigentlichen Hintergründe dieser Eigenschaften und eine fächerübergreifende Gesamtbetrachtung bleiben meist verschlossen. Grund genug also, sich damit in einer kleinen Reihe näher zu befassen und die Begriffe und die Historie dazu in einen gemeinsamen Kontext zu bringen. Beginnen möchte ich mit den Vorkommen von Wasser und einer historischen Betrachtung der These “Wasser als Element”.

 (1) Wo finden wir Wasser?

Dumme Frage, oder? In den Ozeanen, an den Polen, in Flüssen, Seen, als Grundwasser, Regen oder in Obst und Gemüse natürlich, werden die meisten antworten. Aber nicht nur. Neben den Ozeanen ist das meiste Wasser als sogenanntes Kristallwasser in Gesteinen gebunden. Gesteine bestehen aus verschiedenen Mineralien (so wie eine Müslisorte z.B. aus Haferflocken und Rosien besteht) und diese Lagern bei ihrem Entstehen Wasser in ihre Kristallstruktur ein oder an. (Wie das funktioniert erkläre ich noch an einer andere Stelle.) Zusammen mit dem gefrorenen Wasser an den Polen und dem Grundwasser machen diese Anteile 99,99% aus. Der winzige Rest von 0,01% stellt das Wasser in den Binnenmeeren, den Seen, der Luft und den Flüssen dar:

wasserverteilung

Nur Wasser kommt auf der Erde in allen drei Aggreatzuständen vor: fest an den Polen, flüssig im Ozean und gasig als Wasserdampf. Wir selbst bestehen zu 50% aus Wasser, im Obst und Gemüse können es bis zu 95% Wassergehalt sein. Das meiste Wasser kam durch Asteroiden auf die noch junge Erde. Bis auf das Kristallwasser ist jedes Vorkommen nutzbar. Es erübrigt sich daher die Frage, wie man es herstellt, sondern nur, wie man es so reinigen kann, dass es für den jeweiligen Zweck verwendbar ist.

(2) Wasser als “Element”

Die Geschichte der Menschheit ist in jeder Hinsicht immer eng mit dem Wasser verknüpft gewesen und wird es immer sein. Gerade in der heutigen Zeit nehmen die Kriege und Konflikte um Wasser zu.

Bereits die alten Griechen entwickelten etwa um 600 v.Chr. die philosophische Vorstellung, Wasser sei ein Element der Natur. Es war Thales von Milet, der annahm, Wasser sei ein Urstoff, aus dem alle anderen Dinge sich ableiten ließen. Etwa 100 Jahre später entwickelte Empedokles in seiner “Vier -Elemente-Lehre” das Konzept eines aus den Grundsubstanzen Luft, Erde, Wasser und Feuer aufgebauten Kosmos, wobei er nicht den Begriff “Element”, sondern den Begriff “Wurzeln” verwendete. Platon und Aristitoteles entwickelten diese Lehre dann weiter und verknüften diese mit Eigenschaften (Wasser war demnach kalt und feucht), geometrischen Figuren oder bekannten griechischen Gottheiten. In Europa setzte sich diese Denkweise der Vier-Elementen-Lehre fest, wobei man sie im Mittelalter teilweise mit Geistwesen in Verbindung brachte. Dies missbrauchen heute noch Astrologen und Esoteriker fern jeglichen historischen Kontextes als Grundlage für ihre irrwitzigen Thesen.

Der Begriff des Elementes tauchte bei den Chinesen schon um etwa 1500 v.Chr. in der “Fünf – Elemente – Regel” auf, in der Wasser als ein Element dargestellt wird. Beide Darstellungen – die der Griechen und die der Chinesen – ähneln sich. Gemeinsam haben sie das Grundprinzip der heutigen Chemie, dass alle Stoffe unserer Welt aus Elementen und ihren Verbindungen bestehen.

Erst der Engländer Henry Cavendish gelang es 1766 durch die Reaktion von Metallen mit Säuren die erstmalige Darstellung von Wasserstoff, der von ihm  “inflammable gas”  genannt wurde. Ferner erkannte er, dass Wasserstoff zu Wasser verbrennt. Der französische Wissenschaftler Lavoisier stellte seine Versuche kurze Zeit später nach und erkannte, dass Wasserstoff mit dem von ihm entdeckten Sauerstoff zu Wasser reagierte. Wörtlich schrieb er:

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Kommentare (7)

  1. #1 demolog
    5. März 2013

    Die Grafik oben mit der Verteilung der Wassermengenverteilung kann flüchtig betrachtet nicht ganz recht sein. Aber nicht völlig verkehrt. ich gehe davon aus, dass niemand jemals die Wassermenge ausgelitert hat und deswegen nur hochgerechnete Werte bestehen.

    Es ist m.E. auch zu unterscheiden zwischen Grundwasser und an Erde gebundenes Wasser – also das Wasser,dass die erde feucht macht. Und ich gehe davon aus, dass dieser Anteil eine signifikante Größe hat, die es zu berechnen lohnt (und Klimarelevant ist).
    Grundwasser sei eben nicht an Erde gebunden, sondern in dazu tauglichen Schichten angestaut/angesammelt, weils nicht ablaufen kann.

    und wenn Eis nur 1,7 % der Wassermenge ausmacht, warum soll es nach dem Schmelzen der Eismassen zu 8 Metern Meeresspiegelanstieg führen?
    Diese These halte ich sowieso für nicht zutreffend. Die These berechnet nur die derzeitige (auch nur ungefähre) Meeresoberfläche, die ja bei Anstieg unweigerlich größer wird. Und das führt dazu, dass ein möglicher Meeresspiegelanstieg nicht 8 Meter betragen wird, sondern vielleicht maximal 2 Meter – wenn überhaupt.
    Weiter ist aufgrund einer Klimaerwärmung auch eine höhere Wasserdampfmenge zu erwarten, die dann nicht flüssig im Ozean landet. Die Menge, die zusätzlich an Erde gebunden ist, wird ebenso steigen, weil größere Flächen (und somit auch Volumen) Erde geflutet werden.

    Zudem ist mir beim Studium von Google Earth aufgefallen, dass viele Uferzonen deutliche Zeichen eines früher höheren Wasserstandes zeigen. Schlichtweg muß man also mutmaßen, dass Meeres- und Binnenseenspiegel sinken – und schon seit ewigkeiten/stetig.
    Bei Interesse kann ich ja mal die Google Earth-koordinaten schicken, an denen Uferlinien deutlich zu erkennen sind, die inzwischen 200 Meter über dem Meeresspiegel liegen.

    Wenn also der Meeresspiegel sinkt, fragt sich wohl, wohin das Wasser verschwindet. Im Eis jedenfalls soll es ja nicht gebunden sein. Und in Landmassen / Erde auch nicht (denn dort wird weltweit reichlich seit jahrhunderten trockengelegt). Al Grundwasser wäre es auch unlogisch, denn dort ist nicht plötzlich mehr platz/Volumen, nur weil Wasser auf der Oberfläche verschwindet.

    Es kann sich eigendlich nur in den Weltraum verflüchtigen.

    Andere These:

    Es ist in Lebewesen (und Menschen) gebunden, die mutmaßlich an Anzahl zugenommen haben.

  2. #2 demolog
    5. März 2013

    Moore und Sümpfe seien hier als dieses in Erde gebundenes Wasser zu sehen (trotzdem es ja angestaut ist – aber kein Grundwasser sei)

  3. #3 Christian Heß
    5. März 2013

    @demolog:
    Die Werte beruhen auf Literaturangaben, z.B. auf Holleman-Wiberg – Anorganische Chemie u.ä. Literatur.

    Das die Erde feuchtmachende Wasser ist in dieser Bilanz vernachlässigbar, da der Wert noch niedriger als der der Wassermenge der Flüsse ist.

    Bei den Uferlinien muss man aufpassen, dass man sie nicht mit der kontinentalen Schelfkante verwechselt, die auch bis zu dieser Tiefe liegen kann.
    Setzt man u.a. die Meeresspiegelhöhe, die Fläche der Ozeane die Wasserverteilung der Erde aufgrund der Rotation in einen Zusammenhang, dann ist der meeresspiegelanstieg nicht von der Hand zu weisen.

  4. #4 demolog
    5. März 2013

    O.k., im vergleich der Mengen wohl doch vernachlässsigbar – das gebundene Wasser. Sicher aber nicht bezüglich der Klima-/Wetter- und Umweltproblematik.

    Kontinentale Schelfkanten… meine ich nicht. Ich meine deutliche Geländeformungen, die nur durch Uferlinien zu erklären sind. Sandaufschüttungen und entsprechend der Wassserlinie symetrische Verläufe der Geländeformen.Viele solche Geländeformen liegen sogar sichtbar bis 200 Meter über Null / Meereshöhe.

    Das man hier vielleicht Sturmfolgen mit hohen Wellen als Grund annimmt, ist m.E. nicht plausibel. An der Pazifikküste Südamerikas aber mag man Plattenerhebungen einplanen.
    Diese Uferlinien finden sich aber auch an der Atlantikküste. Hauptächlich dort, wo wenig Zivilsation vorhanden ist (verstädnlicherweise – in Europa sehr wenig).

    Ich sag ja rein theoreetisch nichts gegen da Rechenmodel, aber es ist dann unrealistisch, wenn man nur die derzeitige Meeresoberfläche auch bei einem Anstieg beibehält, obwohl diee dann ansteigende Oberfläche mit jedem Zentimeter eine Verteilung auf größerer Fläche bedeutet.

    Es sei denn, man würde an der derzeitigen Uferlinie überall Dämme bauen, die alles Wasser zurückhalten. Das ist aber ziemlich utopisch. Und bekannterweise rechnet und mahnt man durchaus vor den dann eintretenen Überschwämmungen, rechnet diese Flächen wohl aber nicht in die Meeresspiegelerhöhung ein.

  5. #5 demolog
    5. März 2013

    Der in der Atmosphäre enthaltene Wasserdampf ist ja nicht die die alleinige Menge an Wasser. Es befinden sich auch noch Eiskristalle und Wassertropfen dort. Je nach Höhe und Temperatur.

    Und hundert kilometer Atmosphärenhöhe mit einer konstant hohen molaren Masse sollen nur 0,001 % der Menge Wasser enthalten? Ich bin nicht überzeugt.
    Aber seis drumm – die Menge ist in Liter dann auch nicht zu verachten.

    Aber was die Menge als Flüsse angeht, ist sie doch ziemlich direkt mit der Menge in der Atmosphäre verbunden und abhängig. zumindetst in der Menge pro Zeit. Und was da so die Gebirge runterfliesst, ist schon reichlich.

    Eine kleineUnklarheit ergibt sichaus der Recherche :
    http://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/Wasserressourcen

    Dort steht:

    Die gesamte Wassermenge der Erde wird auf 1,4 Milliarden km3 (Kubik-Kilometer) geschätzt.

    Wenn ich aber den mittleren Abfluß des Amazonas (120000 m37sekunde) auf ein Jahr hochrechne, erhalte ich eine Menge von 3,78 Milliarden km3 – was bedeutet, das der Amazonas in einem Jahr das ca. 2,5 fache der Gesamtwassermenge der Erde ins Meer abgibt.

    Die ist geschätze Gesamtmenge viellecht zu gering? Oder habe ichmich verrechnet? Oder ist der Wasserkreislauf tatsächlich so effektiv (Verdunstung und Kondensation)?

  6. #6 Chemiker
    5. März 2013

    Mich hat Wasser immer fasziniert und sogar etwas erschreckt.

    Wasser ist die einzige molekulare Flüssig­keit mit einem Dichte­maximum und einer Volums­zunahme beim Er­star­ren (eine Handvoll ge­schmol­zener Metalle können das auch, aber die kann man in diesem Zusammen­hang ignorieren). Für unsere Bio­sphäre ist das sehr wichtig.

    Mal ehrlich: Wer würde eine solche einzigartige Eigen­schaft bei einem stinknormalen Molekül erwarten, das aus zwei Allerwelts­elementen (dem kosmisch häufigsten und dem dritt­häufigsten) aufgebaut ist?

    Soweit wir wissen, existiert kein Zusammenhang zwischen der Anomalie (hängt mit Elektronen zusammen) und der kosmischen Häufigkeit (hängt mit Kernen zusammen). Also purer Zufall.

    Aber ein für das Leben sehr bedeutsamer Zufall (der übrigens beim Kohlen­stoff nochmals fast gedoppelt wird). Da muß man wohl das anthropi­sche Prinzip bemühen.

  7. #7 demolog
    5. März 2013

    3784,32 Kubikkilometer ist die Jahresdruchflußmenge des Amazonas.

    Wie komm ich oben auf Milliarden km3? Tolle Leistung…