Wasser
Wasser ist sehr wichtig für das Überleben der Menschheit. Schon alleine unser Körper besteht zu mehr als die Hälfte aus Wasser. Dasselbe gilt auch für unseren Planeten, vom Weltall aus ist die Erde großteils blau. Der Erdball ist ungefähr mit 1,4 Milliarden Kubikkilometer Wasser bedeckt.
Allgemein
Anomalie des Wassers
Wasser hat seine größte Dichte aber bei 4 °C. Das heißt bei höherer und tieferer Temperatur dehnt es sich aus darum steigt wärmeres Wasser nach oben und das kältere bleibt darunter. Eis hat eine geringere Dichte als flüssiges Wasser. Das liegt an der besonderen Anordnung der Wassermoleküle im Eis, die dafür sorgt, dass Eis eben eine geringere Dichte als das flüssige Wasser hat. Eis dehnt sich aus, das führt manchmal zu Sprengungen von Gestein und diese Kraft würde früher sogar gezielt für Sprengungen genutzt Aufgrund der geringeren Dichte des Eises im Vergleich mit dem flüssigen Wasser schwimmen Eisberge immer obenauf.
Globales Wasser- Vorkommen und der Verbrauch in Österreich
Wasser ist (nicht nur) für uns Menschen überlebensnotwendig. Dennoch neigen Menschen der westlichen, wohlhabenden Industrienationen trotz weltweiter Trinkwasserknappheit dazu, verschwenderisch mit der Ressource Wasser umzugehen. In den letzten 100 Jahren ist der tägliche Wasserverbrauch eines Menschen von ca. 20 Liter auf etwa 140 Liter gestiegen. Ein Mensch braucht pro Tag ca.:
40 L. Wasser für Baden und Duschen
30 L. Wasser für das Waschen der schmutzigen Wäsche
30 L. Wasser beim Gang auf die Toilette
13 L. Wasser für die Körperhygiene
12 L. Wasser beim Geschirr spülen
12 L. Wasser für die Bewässerung der Garten- und Zimmerpflanzen
und nur ca. 3 L. für Trinken und Kochen.
Noch nicht eingerechnet ist dabei das sogenannte „virtuelle Wasser“, jene Wassermenge, die für die Herstellung unserer Konsumgüter verwendet wird. Rechnet man diesen indirekten Wasserverbrauch zum täglichen Wasserbedarf hinzu, so gehen manche Autoren von einem Wasserverbrauch von bis zu 4000l/Tag für einen Menschen in den westlichen Industrienationen aus.
Chemischer Aufbau des Wassers/Bau des Wassermoleküls
Durch die gewinkelte Raumstruktur des Moleküls fallen die Ladungsschwerpunkte nicht zusammen und werden nach außen hin wirksam. Wassermoleküle sind Dipolmoleküle.
Ein Molekül wird als Dipol bezeichnet und besitzt ein Dipolmoment, wenn es
- aus Atomen mit stark unterschiedlicher Elektronegativität gebildet wird und
- die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladungen nicht zusammenfallen (Ladungsasymmetrie).
Zusammenhang Bau – Eigenschaften
Durch den Dipolcharakter der Moleküle bedingt, verbinden sich Wassermoleküle über Wasserstoffbrückenbindungen zu Aggregaten. Durch diese Bindungen lassen sich die vergleichsweise hohe Schmelztemperatur (0 °C) und Siedetemperatur (100 °C) bei Normaldruck erklären. Schwefelwasserstoff (H2S) mit ähnlich kleinen Molekülen siedet dagegen bereits bei -62 °C.
Im festen Zustand liegt Wasser aufgrund der Ausbildung der Wasserstoffbrückenbindungen in kristalliner Struktur vor. Die Struktur von Eis ist durch 12 unterschiedliche Kristallgitter und 2 amorphe Modifikationen gekennzeichnet. Damit sind von festem Wasser (Eis) mehr Zustände bekannt als von jeder anderen festen Substanz. Eis entsteht durch Gefrieren von Wasser. Dabei können sich Hagel, Reif, Blockeis oder Schnee, mit oft charakteristischen Kristallformen (Schneeflocken) bilden. Die Inuit kennen viele verschiedene Worte für Wasser in gefrorenem Zustand. Die Erkennung der unterschiedlichen Schneestrukturen sichert ihnen das Überleben in ihrer rauen Umgebung. In der Schweiz gibt es Wissenschaftler, die sich mit der Strukturveränderung beim Schnee befassen, um dann Aussagen über mögliche Lawinengefahren machen zu können.
Schmilzt das Eis, bricht die starre Struktur zusammen und die Packungsdichte der Moleküle erhöht sich. Die Dichte nimmt im Wasser bis zur Temperatur von 4 °C zu und erreicht dort das Dichtemaximum (Dichteanomalie des Wassers).
Diese Eigenschaften von Wasser haben Konsequenzen für biologische Systeme. Sie bewirken, dass Wasser auf der Erde zu einem großen Teil in flüssiger Form vorliegt. Gewässer frieren immer von oben nach unten zu, da beim Abkühlen das Wasser mit einer Temperatur von 4 °C nach unten sinkt und sich Eis infolge der geringeren Dichte immer an der Oberfläche bildet. Dadurch gefrieren tiefere Gewässer nicht bis zum Grund.
Die Volumenausdehnung beim Erstarren spielt auch eine Rolle bei der Verwitterung von Gestein, da Wasser in Spalten und Hohlräume eindringt und das Gestein beim Gefrieren sprengt.
Die Schmelz- und Verdampfungswärme von Wasser und seine spezifische Wärmekapazität sind viel größer als bei anderen Stoffen. Die Ursache liegt in der Ausbildung von Aggregaten auch im flüssigen Zustand. Sie sind bei der Temperaturregulation unseres Körpers durch Schwitzen von Bedeutung.
Auch für die Klimaregulation unseres Planeten sind diese Eigenschaften des Wassers wesentlich: Große Meeresströmungen, z. B. der Golfstrom, beeinflussen das Klima in vielen Ländern. So transportiert der Golfstrom warmes Wasser und damit Wärme aus dem mittelamerikanischen Bereich (Karibik) quer über den Atlantik bis zu den Küsten Irlands, Englands, Schottlands, Norwegens und Russlands. Folgen davon sind beispielsweise, dass an der Westküste Englands Palmen wachsen und die norwegische Westküste stets eisfrei bleibt. Das gilt selbst für einen so weit nördlich gelegenen Hafen wie Murmansk in Russland.
Wasserkreislauf
Der Wasserkreislauf ist eigentlich ganz einfach. Er funktioniert so: Sonne trifft auf Wasservorräte (Meer, See, Fluss). Dadurch dass sich diese Gewässer erhitzten steigt Dampf in die Atmosphäre auf. Dort wird der Wasserdampf in Niederschlag (Regen, Schnee) umgewandelt. So trifft das Wasser wieder auf unsere Erde und landet zum Beispiel im Boden, sickert durch verschiedene Gesteinsschichten und kommt als Trinkwasser bei einer Quelle wieder heraus und so schließt sich der Kreislauf des Wassers wieder. Durch diesem Kreislauf wird auch z.B. aus Salzwasser Süßwasser.
Die Verteilung der Wassermengen unterliegt großen räumlichen und zeitlichen Unterschieden. Das gilt für unseren Planeten, als auch für Österreich. Wasser verdunstet, sammelt sich in Wolken und wird abgeregnet. Regenwasser versickert im Boden, wird gefiltert und tritt an bestimmten Stellen (Quellen) wieder heraus. Das Wasser sammelt sich zu Bächen, Flüssen, Strömen, die ins Meer münden, wo das Wasser wieder verdunstet und der Kreislauf von vorne beginnt.
Trinkwasserversorgung weltweit und in Wien
Besonders in den ärmeren Ländern und Schwellenländern werden die Gewässer durch ungeklärtes Abwasser und Giftstoffe, die zum Beispiel von Fischzuchtanlagen oder Düngemitteln für die Äcker stammen, zusätzlich belastet.
Österreich zählt zu den wasserreichsten Ländern der Welt. Österreichs Trinkwasser kommt zu 50% aus dem Quellwasser und zu 50% aus dem Grundwasser. In Österreich ist die Wasserqualität sehr hoch. Insbesondere das Wiener Trinkwasser zählt zu den Besten der Welt. Das Wasser aus den beiden Hochquellwasserleitungen ist so sauber, dass es nicht aufbereitet werden muss. Der Wasserverbrauch der österreichischen Bevölkerung wird auf ca. 2 Milliarden Kubikmeter Trinkwasser geschätzt, das sind 150 Liter Trinkwasser pro Tag. Das einzige was unserem Wasser schaden kann, sind Pestizide die in den Wasserkreislauf kommen. Die erste Hochquellwasserleitung liegt am Schneeberg. Das Wasser fließt von dort ca. 16 Stunden bis es in Wien eintrifft.Das Trinkwasser in Österreich ist im Gegensatz zu anderen Ländern von der Qualität sehr gut. Das österreichische Trinkwasser wird fast zu 100% aus Grund- und Quellwasser gewonnen. Ca. die Hälfte dieser Menge stellt das Grundwasser. Die wertvollen Wasserressourcen werden durch entsprechende Vorgaben im österreichischen Wasserrechtsgesetz gut geschützt. Wasser ist ein kostbares Gut und wichtig für das Leben auf der Erde. Wir verwenden Süßwasser zur Reinigung, zur Produktion von Gütern und es ist ein lebensnotwendiger Bestandteil unserer Nahrung. Wien hat Trinkwasser von besonders hoher Qualität; das Wiener Wasser kommt aus dem Rax- und Schneeberggebiet und um die hohe Güte seines Hochquellwassers wird Wien weltweit beneidet.
Aber auch in Österreich ist die Wasserqualität nicht überall von gleicher Qualität. Regional ist das Grundwasser in landwirtschaftlich intensiv benutzen Gebieten stark belastet oder herrscht in trockenen Sommermonaten akuter Wassermangel.
Massive Wasserverschmutzung
Erdölkatastrophen passieren wenn Öldampfer Leck werden und das Öl austritt. Verschiedenste Tierarten trinken das Öl und ersticken, oder das Gefieder von Vögeln verklebt sich so stark das sie nicht mehr fliegen können. Man versucht natürlich dann die Ozeane mit Maschinen und Menschenkraft aus diversen Hilfsorganisationen wieder sauber zu bekommen, doch das ist sehr kostenintensiv und zeitaufwändig.
Wasserreinigung am Beispiel Wiens
Alicia Hruza, 1HMB, HLMW9; Sabrina Haidenschuster, 1HGA und Daniela Seculic, 1FGA, HLTW21; 2014
Mindmaps: RGORG22
Quellen:
http://de.wikipedia.org/wiki/Wasser
http://www.tag-des-wassers.com/wasser—verbrauch/index.html
http://www.tag-des-wassers.com/wasser—verbrauch/index.html
Wasser
Wenn Du den Text über Wasser aufmerksam gelesen hast, wirst Du die Fragen sicher beantworten können!