Wissenschaft im Dialog

Was würde es für Fische und Pflanzen in unseren Seen bedeuten, wenn Wasser sich beim Gefrieren wie andere Flüssigkeiten verhalten würde?

Fast alle Flüssigkeiten gefrieren von unten nach oben. Das liegt daran, dass mit sinkenden Temperaturen die Dichte zunimmt. Die kältere und damit dichtere Flüssigkeit sinkt zu Boden und gefriert dort, wobei die Dichte noch weiter steigt.

Wasser verhält sich anders als die übrigen Flüssigkeiten. Es gefriert von oben nach unten. Das liegt an der so genannten Dichteanomalie. Wasser hat bei vier Grad Celsius die größte Dichte. Bei höheren oder tieferen Temperaturen nimmt die Dichte wieder ab. Infolgedessen sinkt vier Grad warmes Wasser auf den Grund des Sees. Kühlt es weiter ab, steigt es wieder nach oben. Eis schwimmt deshalb auf der Oberfläche des Wassers. Am Boden befindet sich eine Schicht aus konstant vier Grad Celsius warmem Wasser.

Würde sich Wasser plötzlich wie eine „gewöhnliche“ Flüssigkeit verhalten, hätte das fatale Folgen für alle Bewohner des Sees. Sobald die Temperaturen unter null Grad Celsius sinken, würde zuerst das Wasser über dem Boden gefrieren. Die Pflanzen und alle Lebewesen am Grund des Sees würden einfrieren. Das Wasser in ihren Zellen würde Eiskristalle bilden und die Zellen zerstören. Die Fische, die sich von den Pflanzen oder Lebewesen am Grund des Sees ernähren, würden nichts mehr zu fressen finden und sterben. Dadurch gäbe es auch für die Raubfische keine Beutefische mehr.

Tiefe Temperaturen sind aber nicht zwangsläufig für alle Wasserbewohner tödlich. In der Antarktis gibt es Fische, die in ihrem Blut ein natürliches Gefrierschutzmittel – ein zuckerhaltiges Eiweiß – enthalten.

Die Frage wurde beantwortet von Dr. Arnim Lühken, Abteilung Didaktik der Chemie im Institut für Reine und Angewandte Chemie, Universität Oldenburg.