Eisberge im Meer

Neben der Dichteanomalie zeigt Wasser noch ein weiteres untypisches Verhalten im Vergleich zu anderen Stoffen. So zeichnet sich der feste Zustand von Wasser (Eis) nicht durch ein geringeres Volumen im Vergleich zum flüssigen Zustand aus. Vielmehr nimmt Wasser im festen Zustand ein größeres Volumen ein bzw. besitzt damit eine geringere Dichte als der flüssige Zustand [fahre hierzu mit der Maus über die untere Abbildung]. Während flüssiges Wasser bei 0°C eine Dichte von 1,000 g/cm³ aufweist liegt die Dichte bei derselben Temperatur im festen Zustand bei nur 0,917 g/cm³. Das Volumen des Wasser nimmt beim Gefrieren folglich um rund 9 % zu. Getränkeflaschen sollte deshalb niemals randvoll gefüllt werden, wenn diese ins Eisfach zum Gefrieren gelegt werden. Aufgrund der starken Ausdehnung während des Gefrierens würde die Flasche sonst platzen!

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Interaktive Abbildung: Dichtesprung von Wasser im gefrorenen Zustand

Achtung: Es handelt sich bei diesem Dichtesprung nicht um eine Dichteanomalie im eigentlichen Sinne! Im festen Zustand zeigt Wasser keine Anomalie mehr, d.h. das Volumen nimmt bei weiterer Abkühlung wie gewohnt ab. Eine Anomalie der Dichte liegt für flüssiges Wasser nur im Temperaturbereich zwischen 4°C und 0°C vor (siehe hierzu das Kapitel Dichteanomalie)!

Der Dichtesprung beim Gefrieren von Wasser ergibt sich aufgrund der besonderen molekularen Struktur. So bildet sich aufgrund der polaren Wassermoleküle beim Erstarren eine hexagonale Struktur, die relativ viel „leeren“ Raum im Inneren lässt. Das Volumen steigt somit stark an bzw. die Dichte nimmt ab.

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Interaktive Abbildung: Dichtesprung zwischen flüssigem und gefrorenem Wasser

Der ungewöhnliche Dichtesprung zwischen dem flüssigen und dem festen Zustand des Wassers ist auch der Grund weshalb Eiswürfel in einem Wasserglas ob schwimmen bzw. Eisberge im Meer zum größten Teil an der Oberfläche treiben [fahre hierzu mit der Maus über die Abbildung]. 

Da die Dichte von Eis um 8,3 % geringer als die des flüssigen Wassers ist, befindet sich theoretisch auch nur 8,3 % des Eises oberhalb der Wasseroberfläche. Nicht berücksichtigt ist dabei allerdings, dass bspw. Meerwasser aufgrund des darin gelösten Salzes eine höhere Dichte besitzt als Süßwasser. Dies verleiht dem in der Regel aus Süßwasser bestehendem Eisberg zusätzlichen Auftrieb. Ebenfalls muss bedacht werden, dass ein Eisberg normalerweise keine homogene Masse bildet sondern Lufteinschlüsse oder Ähnliches beinhaltet.

Dies führt dazu dass Eisberge weniger stark im umgebenden Wasser einsinken wird als theoretisch berechnet. Es ist davon auszugehen, dass sich unter diesen Berücksichtigungen dennoch nicht mehr als etwa 10 bis 20% des Eisberges oberhalb der Wasseroberfläche befinden.

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Interaktive Abbildung: Eisberg im Meer

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