Wasser - ein vielseitiges Element

Es war der Chemiker Henry Cavendish (1731 – 1810), der die Zusammensetzung des Wassers entdeckte, als er mit Wasserstoff und Sauerstoff experimentierte und ein Gemisch dieser Elemente zur Explosion brachte (Knallgas-Effekt). Der italienische Physiker Amadeo Avogadro entdeckte schließlich im Jahr 1811 die Formel für Wasser H₂O.

Wasser besitzt eine einfache molekulare Struktur und hat dennoch einzigartige physikalische Eigenschaften. Als einziges Element ist Wasser in festem, flüssigem und gasförmigem Aggregatzustand auf unserem Planeten vorhanden. Es sind diese besonderen Eigenschaften, die das Wasser so faszinierend und für Lebewesen so bedeutend machen. Wasser ist 775 mal dichter als Luft. Diese Tatsache bewirkt den „Auftrieb“, der uns – wie den meisten Säugetieren – das Schwimmen ermöglicht.

Viele Substanzen dehnen sich bei Erwärmung aus, reduzieren dabei ihre Dichte und erhöhen im umgekehrten Fall bei Abkühlung ihre Dichte. Kühlt eine Flüssigkeit ab, sinkt der kältere Teil zu Boden. Der Gefrierprozess des Wassers ist umgekehrt. Wasser erreicht seine maximale Dichte bei 4 Grad Celsius, nämlich exakt 0,999973 kg/l. Eis wiegt 0,91 kg/l – und das ist der Grund, warum Eisberge schwimmen. Das ist auch die Erklärung dafür, warum gefrorene Wasserflaschen explodieren und warum Fische in einem zugefrorenen See überleben können. Sie leben am Boden, wo das Wasser am schwersten ist, denn dort liegt der Temperaturpunkt bei ungefähr 4 Grad Celsius.

Wasser ist ein sehr schlechter Wärmeleiter. Diese Eigenschaft ist von größter Bedeutung für das Klima der Erde. Wasser kann nämlich sehr viel Wärme speichern und diese dann während der kalten Jahreszeit wieder abgeben. In der warmen Jahreszeit hingegen verhindert es übermäßige Erwärmung. Das Wasser mildert somit Temperaturgegensätze.

Verdampft ein Kubikzentimeter Wasser (bei etwa 100 Grad Celsius), so dehnt sich sein Volumen auf 1243 Kubikzentimeter aus (Dampfspannung) – ein Vorgang, der der Konstruktion der Dampfmaschine zugrunde liegt. Und diese Maschine hat letztendlich die industrielle Revolution eingeleitet. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Wassers machen es zum universellen Transport- und Lösungsmittel, das überall in die Kreisläufe der Natur, sowohl im mikrospkopischen als auch im makroskopischen Bereich eingebunden ist. Ohne Wasser gäbe es zum Beispiel keinen Kreislauf des Stickstoffs oder Phosphors – beides lebensnotwendige Elemente in der Biosphäre – da die entsprechenden Ionen überhaupt nicht transportiert werden könnten.

Wasser kann Salze lösen und diese in gelöster Form den Pflanzen zuführen. Die Pflanzen nutzen diese Ionen als Nährstoffe und geben das Wasser, das sie für ihren Stickstoffwechsel nicht benötigen, wieder an die Atmosphäre ab. Dieser kleine Wasserkreislauf ist so wichtig wie der große – ohne ihn und somit ohne Wasser gäbe es kein Leben.