Bedeutung des Wassers in der Natur und in den Geowissenschaften
Allgemeines
Literaturverzeichnis
„Das Wasser ist Voraussetzung für jegliches Leben auf der Erde und eine unverzichtbare Ressource für die Wirtschaft der Menschen. Es ist durch sein Wirken bei Verwitterung und Materialtransport bedeutendster natürlicher Gestalter des Reliefs der Erde.“ ( Duden, Basiswissen Geographie, Patec 2002, S. 124)
Vorkommen
Wasser ist Vorraussetzung für alles Leben auf der Erde.
Das Wasser der Erde umfasst die Meere und Ozeane, die Festlandsgewässer (Flüsse, Seen, Grundwasser), das in Schnee, Eis und Gletschern gebundene sowie das in der Atmosphäre vorhandene Wasser. Der Gesamtwasservorrat der Erde beträgt 1,39 Mrd. km³, davon sind 97,3 % Salzwasser und nur 207 % Süßwasser. Etwa ¾ des Süßwassers befindet sich nicht im flüssigen, sondern in festem Aggregatzustand.
Sie sind in Polareis, Gletschereis und Schnee gespeichert und nur 0,6 % als Oberflächenwasser der Kontinente in der Atmosphäre.
Nach dem Vorkommen des Wassers lässt sich eine Grobgliederung vornehmen:
Wasser verhält sich in vielen Fällen der physikalischen und chemischen Eigenschaften anormal. Wegen der zur Verfügung stehenden Valenzelektronen (6 beim Sauerstoffatom; VI. Hauptgruppe des Periodensystems und 1 beim Wasserstoffatom; I. Hauptgruppe des Periodensystems) kann ein Sauerstoffatom zwei Wasserstoffatome binden.
Das entstehende Molekül ist nicht linear, sondern gewinkelt gebaut; der Bindungswinkel zwischen H-O-H beträgt 104,45°.
(
Das Wassermolekül ist ein Atomverband aus zwei Wasserstoff- und einem Sauerstoffatom Wegen der höheren Elektronennegativität des Sauerstoffatoms (EN = 3,5) im Vergleich zum Wasserstoffatom (EN = 2,2) ist die O-H-Bindung polar. Dies bedeutet, dass am Sauerstoffatom eine höhere Elektronendichte als am Wasserstoffatom zu finden ist.
Durch die Elektronennegativität ist der Winkel zwischen den Wasserstoffatomen allerdings nicht zu erklären. Gewinkelt ist das Wassermolekül deshalb, weil die hohe Elektronendichte am Sauerstoffatom (bedingt auch durch die freien, nicht an einer Bindung beteiligten Elektronenpaare eine starke Abstoßung auf die H-O-Bindung ausüben. Dies führt zu einer Polarität des Moleküls derart, dass am Sauerstoffatom eine höhere Elektronendichte herrscht als an den beiden Wasserstoffatomen.
Das Molekül weist also zwei Pole verschiedener Elektronendichte auf. die permanent bestehen bleiben, ein so genannter „Dipol“. Die Dipoleigenschaft bewirkt die Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen, d. h. zwischen einem Sauerstoff-Atom eines Wasser-Moleküls mit negativer Teilladung und einem Wasserstoff-Atom eines anderen Wasser-Moleküls mit positiver Teilladung bildet sich eine mehr oder wenige.....[Volltext lesen]
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Die gleiche Anomalie ist dafür verantwortlich, dass im Winter der Asphalt auf Straßen aufplatzt oder die Wasserflasche im Eisfach explodiert. Je kälter das Wasser wird, desto mehr dehnt es sich aus. Es entwickelt dabei eine solche Kraft, dass es alles wegsprengt, was es einengt.
Auch diese Eigenart resultiert aus dem molekularen Aufbau des Wassers. Temperaturabnahme ist gleichzusetzen mit der Abnahme der Molekularbewegung. Unterhalb von +4°C ist diese Bewegung soweit zurückgegangen, dass sich die Wasserstoffbrücken regelmäßig ausbilden und die Einregelung der Moleküle in ein Gitterverbund erfolgt (Abbildung 1, rechts). Dieses Auskristallisieren, das mit dem Gefrierpunkt (0°C) seine Vollendung findet, ruft eine Volumenzunahme hervor.
Das Volumen des Eises verringert sich wiederum bei weiterem Temperaturrückgang.
Und noch eine Eigenschaft bringt der „Dipol“ Wasser mit sich: In Wasser lösen sich
Salze auf zu Ionen, d. h. geladenen Atomen und Moleküle.....
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Wasser ist am schwersten bei 4 Grad Celsius, d.h. Die Moleküle sind dann am engsten zusammengedrückt. Eis wiederum dehnt sich aus und braucht mehr Platz. Darum platzen geschlossene Wasserflaschen oder Wasserleitungen, wenn das Wasser drin gefriert und sich folglich ausdehnt. Eis ist demnach leichter als flüssiges Wasser.
Flüssig: Flüssiges Wasser in form von Regen, Grundwasser oder
Oberflächenwasser
Gasförmig: als unsichtbarer Wasserdampf in der Luft
Fest: „Festes“ Wasser als Schnee und Eis
Wasser in der Atmosphäre
Oberflächenspannung
Wassermoleküleziehen sich aufgrund ihrer partiellen Polarität an (1.). An der Grenzfläche zu einer anderen Phase (Fett, Luft, .) wirkt diese Anziehungskraft nur innerhalb des Wassers (2.). Diese Eigenschaft einer Flüssigkeit nennt man Oberflächenspannung.
Wirkung von Tensiden auf die Oberflächenspannung:
Wasser hat eine sehr hohe Oberflächenspannung(72 mN/m) im Vergleich zu anderen Lösemitteln (z.B. Alkohole: 20-25 mN/m) und dringt somit nur relativ schlecht in Gewebe ein (1).
Tensidmoleküle im Wasser, die sich zunächst an der Wasseroberfläche mit ihrem unpolaren Ende aus dem Wasser heraus (also in Richtung der anderen Phase) sammeln, setzen durch ihre Anwesenheit die gegenseitige Anziehung zwischen den Wassermolekülen und damit die Oberflächenspannung herab. Das Wasser kann so leichter in das Gewebe eindringen (2). &.....
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Die Wärmekapazität hängt vom Aggregatzustand der Substanz (fest, flüssig oder gasförmig) und auch etwas von ihrer Temperatur ab. In der Regel und auch beim Wasser ist die Wärmekapazität im flüssigen Zustand am größten.
Im Folgenden sind Wärmekapazitäten von Eis, Wasser und Dampf bei verschiedenen Temperaturen aufgelistet:
Temperatur Wärmekapazität
in °C in kJ/kg/°C
===========================
-100 1,38 (Eis)
- 60 1,64
- 32 1,86
- 25 1,93
- 15 2,00
- 5 2,06
- 2 2,10
0 4,22 (Wasser)
10 4,19
20 4,18
40 4,18
60 4,18
70 4,19
80 4,20
90 4,21
100 4,22
110 2,01 (Dampf)
120 2,00
150 1,98
200 1,96
250 1,98
300 2,00
400 2,05
500 2,12
Wasser gehört zu den Stoffen mit den höchsten Wärmekapazitäten.
Bedeutung des Wassers in der Natur und in den Geowissenschaften
Wasser ist neben Wind und Eis eine der drei Landschaftsgestaltenden Kräfte. Besonders interessant für die Geowissenschaften ist, wie Wasser das Landschaftsbild verändert. Von kleinen Veränderungen über einen großen Zeitraum bis hin zu Katastrophen, bei denen Wasser innerhalb weniger Stunden ganze Landstriche zerstört.
An den Rändern der Ozeane nagt es an den Küsten, ve.....
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Auf dem Weg werden diese fortwährend verändert. Sie werden zerkleinert und gerundet. Im Gebirgsbach findet man noch grobe, kantige Steine. Talwärts werden diese zu runden Steinen und kieseln. Im Unterlauf des Flusses und an den Mündungen kommen zumeist nur noch Sand und Ton an. Im oberen Teil ist das Gefälle größer und das Wasser schneller. Hier werden Sand und kleinere Steine weiter transportiert und größere entsprecht erst im Mittel- oder Unterlauf des Flusses abgelagert.
Bewegtes Wasser wirkt nivellierend, man kennzeichnet dies am besten durch aufzählen der einzelnen Prozesse:
Abspülung bzw. Abtragung, Umlagerung und Ablagerung von Erdbodenmaterialien verschiedenster Größe. Die große Kraft des Wassers wird deutlich sichtbar bei den Gezeiten des Meeres und der Küstenbrandung, bei reißenden Wildbächen und vor allem bei Hochwasser und Überschwemmung.
Die Verteilung des Wassers auf den Kontinenten ist außerordentlich unterschiedlich. Dafür sind die verschiedenen Klimaregionen der erde verantwortlich.
In humiden Klimagebieten fließen die nicht verdunsteten Wassermengen oberflächlich in dauernd vorhandenen Wasserläufen als Süßwasser ab. Ein teil versickert und bildet das Grundwasser. Den pflanzen steht zu ihrem Wachstum in der Regel genügend Wasser zur Verfügung. Die Bodenbildung wird durch die absteigende Wasserbewegung stark beeinflusst. Die chemische Verwitterung ist hier besonders ausgeprägt, worüber das große Lösungsvermögen verantwortlich ist.
In den ariden gebieten fehlen die Dauerflüsse, da nur periodische oder episodische Wasserläufe vorhanden sind. Die Flussbetten liegen monatelang trocken und werden nur in sehr unregelmäßigen abständen nach Gewittergüssen kurzfristi.....
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Gewalt des Wassers
(
Allgemein:
Flüsse oder Meere reißen Erdmassen mit sich (Erosion) und geben sie an andere Stelle wieder ab (Akkumulation)
Flüsse schneiden im Gebirge tief ins Gestein ein und bilden Schluchten und Wasserfälle
Durch sich bewegende Gletscher werden ganze Landschaften umgestaltet
Wasser dringt ins Gestein ein und gefriert dort und sprengt das Gestein auseinander (Frostverwitterung)
Durch Dürren werden die natürlichen Ökosysteme stark beeinflusst
Wasser spielt in allen Bereichen der physischen Geographie eine Rolle Des beginnt bei der Entstehung von Böden, wie z.B. Verwitterung bis hin zur Entstehung von Reliefformen, Tälern und Küsten.
Literaturverzeichnis
•Strahler, Alan H.(2002): Physische Geographi.....
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