Natur und Technik für den Pflichtschulabschluss: Anomalie des Wassers Hauptteil

Eisberg	Ausdehnungs-Schaden
	Wasserdichte Organismen in einem See

In der Regel dehnen sich die Stoffe bei steigender Temperatur aus. Das kann bei technischen Konstruktionen zu Schaden führen, wie man im Bild sehen kann. In diesen Fällen hat man die Konstruktion bei einer niedrigeren Temperatur ohne Lücken zwischen den Baustoffen aufgebaut. Als die Temperatur am Ort höher wurde, haben sich die Stoffe ausgedehnt. Dadurch ist der Schaden (Bruch, Beugung) entstanden.

Wenn wir Wasser kochen, dehnt es sich auch aus. Wenn wir einen Topf bis am Rand voll mit Wasser erhitzen, wird Wasser bald überlaufen, bevor es zu kochen anfängt. Je wärmer das Wasser ist, desto mehr Volumen braucht es. Seine Dichte wird in diesem Fall dadurch kleiner. Wasser hat allerdings eine Besonderheit („Anomalie“ auf Griechisch). Ab 4°C dehnt es sich wie die anderen Stoffe bei steigender Temperatur aus, wie schon beschrieben. Zwischen 0 und 4°C dehnt es sich aber bei fallender Temperatur aus. Wenn flüssiges Wasser bei 0°C Eis wird, dehnt es sich verhältnismäßig sehr stark aus. Das bedeutet, dass flüssiges Wasser bei 4°C seine größte Dichte und Eis immer eine kleinere Dichte als flüssiges Wasser hat. Das ist auch die Erklärung dafür, dass Eisberge schwimmen oder dass die Tiefe der Seen nur selten Eis wird. Aus diesem Grund können See- und Meeresorganismen im Winter im Wasser überleben. Wasser mit der größten Dichte (bei 4°C) ist flüssig und bleibt immer unterhalb vom kälteren Wasser und Eis. Die Organismen in den Seen erfrieren daher nicht.

Eis hat also eine kleinere Dichte und daher mehr Volumen als flüssiges Wasser mit der gleichen Masse. Das kann man im Alltag leicht feststellen. Wenn man eine geschlossene (Glas-)Flasche ganz voll mit Wasser in den Gefrierschrank stellt, wird die Flasche bald brechen. Das passiert, weil unter 4°C (und während das Wasser Eis wird) das Volumen des Wassers bei sinkender Temperatur mehr wird! Das Wasser in der Flasche dehnt sich aus und die Flasche bricht unter dem erhöhten inneren Druck.