Wasserdichte – Wie gefriert ein See zu?

Kurz gesagt gefriert ein See von oben nach unten und von außen nach innen, aber warum genau ist das so? Dafür müssen wir verstehen, warum Eis eine geringere Dichte besitzt als Wasser. Das wird auch Anomalie des Wassers genannt, weil es eine eher unübliche Eigenschaft ist. Bei den meisten Stoffen rücken die Teilchen nämlich mit abnehmender Temperatur einfach immer dichter aneinander. Bei Wasser hingegen ist die Dichte bei 4°C am größten. Nimmt die Temperatur noch weiter ab, dann nimmt auch die Dichte von Wasser wieder ab und beim Übergang in den festen Zustand wird die Dichte sogar sprunghaft kleiner. Das liegt daran, dass sich die Moleküle im Eis in einer hexagonalen Gitterstruktur mit großen „Löchern“ in der Mitte anordnen und so ein größeres Volumen einnehmen, als im flüssigen, ungeordneten Zustand. Wenn es also im Herbst kälter wird, dann wird das Wasser an der Oberfläche eines Sees abgekühlt und sinkt wegen seiner größeren Dichte nach unten. So erfolgt ein Temperaturaustausch, der den gesamten See abkühlen lässt. Wenn das Wasser im See 4°C erreicht hat, sinkt das weiter abgekühlte Oberflächenwasser wegen seiner geringeren Dichte nicht mehr nach unten. Jetzt findet also keine Durchmischung des Wasser mehr statt und das Oberflächenwasser kann sich immer stärker Abkühlen, bis es schließlich gefriert. Flachere Gewässer frieren schneller zu als Tiefe, weil sie sich insgesamt schneller abkühlen können. Deswegen gefriert das Wasser auch an den flacheren Stellen, also den Rändern eines Sees zuerst.

Text & Bilder: Jana Ulrich