Die Ozeane

Basis

Eigenschaften des Wassers - H₂O

71% der Erde sind von Wasser bedeckt,  97% dieses Wassers befindet sich in den Ozeanen. Das Wassermolekül besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Auf Grund der Elektronenanziehung in seinen Atomen hat Wasser eine schwache negative Teilladung am Sauerstoff und eine positive an den beiden Wasserstoffatomen.

Wenn Wassermoleküle zusammenkommen, werden sie auf Grund dieser Eigenschaften voneinander angezogen, denn positive und negative Ladungen streben zueinander. Die Bindung zwischen negativem Sauerstoff und positivem Wasserstoff wird als Wasserstoffbrückenbindung bezeichnet. Sie ermöglicht die besonderen Eigenschaften des Wassers, die das Leben auf der Erde erlauben.

1. Wasserstoffbrückenbindungen
Die Struktur des Wassers - das Modell zeigt die negative Teilladung am Sauerstoff (rot) und die positiven Teilladungen an den Wasserstoffatomen (weiss). Die Teilladungen ermöglichen die Bildung von Wasserstoffbrücken in Verbindung mit anderen Wassermolekülen. Sie führen beim Wasser zu stärkerem Zusammenhalt, als bei anderen Molekülen vergleichbarer Größe. Nur deshalb ist Wasser bei Raumtemperatur flüssig und nicht gasförmig.
Autor: Lucinda Spokes

• Wasser ist die einzige natürliche Substanz, die auf der Erde als Gas (Wasserdampf), als Flüssigkeit und als Feststoff (Eis) vorkommt.
• Wasser hat seine größte Dichte bei 4°C. Wasserstoffbrückenbindungen geben dem Eis eine sehr offene geordnete Struktur. Dies führt dazu, dass Eis weniger dicht als Wasser ist und auf der Wasseroberfläche treibt.

• Wasser hat eine sehr hohe Wärmekapazität. Dies bedeutet, dass eine große Energiemenge erforderlich ist, um seine Temperatur zu erhöhen. Diese Energie wird zum Trennen der Wasserstoffbrückenbindungen benötigt. Da 71% der Erde von Wasser bedeckt sind, wirkt sich die Energie von der Sonne nur in einer relativ geringen Temperaturschwankung auf unserem Planeten aus. Hierdurch wird Leben möglich. Während des Sommers wird die Wärme in den Ozeanen gespeichert und im Winter wieder freigesetzt. In dieser Weise tragen die Ozeane zu einer Mäßigung des Klimas bei und reduzieren die Temperaturunterschiede zwischen den Jahreszeiten.

• Wasser hat auch eine hohe Verdunstungswärme. Es wird viel Energie von der Sonne benötigt, um flüssiges Wasser in Dampf umzuwandeln. Da dieser Wasserdampf sich aus wärmeren Zonen weg hin zu kälteren Zonen bewegt, wandelt er sich in flüssiges Wasser zurück und kann zu Regen führen. Dieser setzt die gespeicherte Wärme wieder frei und erhöht die Lufttemperatur. Bei diesen Prozessen werden große Energiemengen umgesetzt, die Stürme und Winde auf der Erde antreiben.
• Viele Substanzen lösen sich in Wasser und werden von den Wasserstoffbrückenbindungen stabilisiert. Dies ermöglicht den Transport von Sauerstoff, Kohlendioxid, Nährstoffen und Abfallstoffen in Wasser ebenso wie biologische Prozesse.
• Große (unpolare) organische Moleküle, wie z.B. Öl, lösen sich nicht in Wasser.
• Gibt man dem Wasser Salz zu, so werden Wasserstoffbrücken unterbrochen. In Konsequenz hat Seewasser eine höhere Dichte, einen niedrigeren Schmelzpunkt und einen höheren Siedepunkt als reines Wasser.

3. Photographie sich an einem Forschungsschiff brechender Wellen: Wendy Broadgate.  Andere Bilder von NOAA.

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author: Lucinda Spokes - Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich
Übersetzung 2003 und letzte Überarbeitung 2007-09-09: Elmar Uherek - MPI für Chemie, Mainz