Die Dichte-Anomalie des Wassers

Wie überleben Fische im Eis?

von Mona El Attar

Ein zugefrorener See? Nicht ganz. Quelle: https://pixabay.com | Autor: Free-Photos

Die Dichte-Anomalie des Wassers ist ein Phänomen, das wir jedes Jahr in der Natur beobachten können: Im Winter frieren die Seen zu und scheinen in einer Winterstarre zu verweilen, bis im Frühling das Eis wieder schmilzt. Die schwindenden Eisschollen sind noch nicht ganz geschmolzen, da sieht man bereits die ersten Fische unter der Wasseroberfläche schwimmen. Doch wie ist das möglich? Wie können Fische im gefrorenen Wasser überleben?

Die Antwort beweist einmal mehr die Komplexität der Elemente, die das Leben auf der Erde möglich macht. Denn der See friert auch im kältesten Winter bei ausreichender Tiefe nie komplett zu. Das Wasser verändert bei niedrigen Temperaturen lediglich in den oberen Schichten seinen Aggregatszustand von flüssig zu fest, tief unten im See hingegen bleibt das Wasser flüssig bei 4°C.

Sommer, Herbst und Winter im See

Für den eingangs erwähnten See bedeutet das Folgendes: In den Sommermonaten wird das Wasser erwärmt. Die wärmste Wasserschicht ist auch die leichteste und bleibt daher an der Oberfläche, während die tieferen Schichten kühler und schwerer sind. Je tiefer der See ist, desto niedriger wird auch die Temperatur des Wassers. Im Herbst kühlt sich die oberste Schicht ab und vermischt sich wieder mit den übrigen Schichten. Das Wasser hat somit fast überall die gleiche Temperatur. 

Eis schwimmt auf dem Wasser, weil es eine geringere Dichte hat. Quelle: https://pixabay.com | Autor: jasongillman

Das Verhältnis von Dichte und Volumen

Normalerweise verhalten sich in Flüssigkeiten, wie beispielsweise Quecksilber, Dichte und Volumen zueinander immer indirekt proportional. Das bedeutet, wird flüssiges Quecksilber erhitzt, dehnt es sich aus, sein Volumen wird also größer, gleichzeitig verliert es an Dichte und wird leichter.


Bei Temperaturen wärmer als 4°C verhält sich das Wasser wie alle anderen Flüssigkeiten: es dehnt sich aus. Interessant wird es, wenn sich das Wasser von 0°C auf 4°C erwärmt. Denn hier zeigt sich eine Eigenschaft des Wassers, die keine andere Flüssigkeit hat. In diesem Temperaturspektrum wird das Volumen des Wassers stetig kleiner, seine Dichte nimmt daher zu, und es wird schwerer.

In den Wintermonaten bildet sich wieder die charakteristische Temperaturschichtung des Wassers aus: Die Wasserschicht mit der größten Dichte, also bei einer Temperatur von 4°C, sinkt nach unten, die leichteren, wärmeren Schichten steigen nach oben, wo sie abgekühlt werden und bei Außentemperaturen von unter 0°C schließlich gefrieren. Für die Fische und andere Seebewohner bedeutet das, dass sie bequem im 4°C warmen Wasser überwintern können, ohne dem Eiswasser direkt ausgesetzt zu sein. So überleben sie auch den kältesten Winter, vorausgesetzt der See ist tief genug.


Durch die Dichte-Anomalie kommt es übrigens auch noch zu einem weiteren Phänomen: Wenn das Oberflächenwasser gefriert, erhöht sich wieder sein Volumen, die Dichte wird im Verhältnis zur darunter liegenden Wasserschicht noch geringer. So kommt es, dass Eis auf dem Wasser schwimmt.

03. September 2019 Aktualisiert am: 25. September 2019 Autor: Mona El Attar

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