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'''Wasser''' (H2O) ist eine chemische Verbindung aus den Elementen Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H). Wasser ist als durchsichtig, weitgehend farb-, geruch- und geschmacklos. Es kommt in zwei Isomeren (para- und ortho-Wasser) vor, die sich im Kernspin der beiden Wasserstoffatome unterscheiden.

Wasser ist die einzige chemische Verbindung auf der Erde, die in der Natur als Flüssigkeit, als und als Gas vorkommt. Die Bezeichnung ''Wasser'' wird dabei für den flüssigen Aggregatzustand verwendet. Im festen Zustand spricht man von Eis, im gasförmigen Zustand von Wasserdampf. Wasser ist Grundlage des Lebens auf der Erde. In der Natur kommt Wasser selten rein vor, sondern enthält meist gelöste Anteile von Salzen, Gasen und organischen Verbindungen.

Bezeichnungen

Etymologie

Das Wort ?Wasser? leitet sich vom althochdeutschen ''wa??ar'', ?das Feuchte, Fließende?, ab. Die indogermanischen Bezeichnungen ''*wódr?'' und ''*wéd?r'' sind bereits in hethitischen Texten des 2. Jahrtausends v. Chr. belegt. Verwandte Wörter finden sich auch in anderen indogermanischen Sprachen, z. B.
  • Germanisch: dt. ''Wasser''; engl. ''water''; isl. ''vatn''
  • Keltisch: schott. ''uisge'' (vgl. Whiskey); ir. ''uisce''
  • Slawisch: russ. ???? (''woda'', vgl. Wodka); pol. ''woda''; obersorb. ''woda''
  • Baltisch: lit. ''vanduo''; lett. ''?dens''

Auch das altgriechische Wort ????, ''hydor'', ?Wasser?, von dem sich alle Fremdwörter mit dem Wortbestandteil ''hydr(o)''- ableiten, gehört zu dieser Familie.

Ähnlich ist auch die arabische Wurzel ?DRR? mit der Bedeutung ?fließen?.

Alternative chemische Bezeichnungen

Andere ? nach der chemischen Nomenklatur zulässige ? Bezeichnungen für Wasser sind:
  • ''Wasserstoffoxid: '' Es existieren allerdings noch weitere Oxide des Wasserstoffs (siehe Wasserstoffoxide).
  • ''Diwasserstoffmonoxid'', ''Wasserstoffhydroxid'', ''Dihydrogeniumoxid'', ''Hydrogeniumoxid'', ''Hydrogeniumhydroxid'', ''Oxan'', ''Oxidan (IUPAC)'' oder ''Dihydrogenmonoxid (DHMO)''.

Eigenschaften von Wasser

 mit allen chemischen und physikalischen Daten in der ''Infobox'', ''Verwendung als Chemikalie'' und ''Dichteanomalie des Wassers''.

Wassermolekül

Wasser besteht aus en, gebildet aus je zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoff­atom.

Sauerstoff hat auf der Pauling-Skala mit 3,5 eine höhere als Wasserstoff mit 2,1. Das Wassermolekül weist dadurch ausgeprägte Partialladungen auf, mit einer negativen auf der Seite des Sauerstoffs und einer positiven auf der Seite der beiden Wasserstoffatome. Es resultiert ein Dipol, dessen Dipolmoment in der Gasphase 1,84 Debye beträgt.

Tritt Wasser als Ligand in einer Komplex-Bindung auf, so ist Wasser ein ''einzähniger'' Ligand.

Geometrisch ist das Wassermolekül gewinkelt, wobei die beiden Wasserstoffatome und die beiden Elektronenpaare in die Ecken eines gedachten Tetraeders gerichtet sind. Der Winkel, den die beiden O-H-Bindungen einschließen, beträgt 104,45°. Er weicht aufgrund des erhöhten Platzbedarfs der freien Elektronenpaare vom idealen Tetraederwinkel (~109,47°) ab. Die Bindungslänge der O-H-Bindungen beträgt jeweils 95,84 pm.

Wassermoleküle kommen wegen des Kernspins der Wasserstoffatome in zwei Isomeren (para- und ortho-Wasser, para-Wasser reagiert 25 % schneller) mit fast identischen physikalischen Eigenschaften vor. Es ist möglich, die beiden Formen zu trennen und die unterschiedliche chemischen Reaktivitäten zu untersuchen.

Weil e Dipole sind, besitzen sie ausgeprägte zwischenmolekulare Anziehungskräfte und können sich durch zu Clustern zusammenlagern. Dabei handelt es sich nicht um beständige, feste Verkettungen. Der Verbund über Wasserstoffbrückenbindungen besteht nur für Bruchteile von Sekunden, wonach sich die einzelnen Moleküle wieder aus dem Verbund lösen und sich in einem ebenso kurzen Zeitraum erneut ? mit anderen Wassermolekülen ? verketten. Dieser Vorgang wiederholt sich ständig und führt letztendlich zur Ausbildung von variablen Clustern. Diese Vorgänge bewirken die besonderen Eigenschaften des Wassers:

Wasser hat
  • eine '' bezeichnet man die auf der Wasserstoffbrückenbindung beruhende Eigenschaft, dass Wasser bei dieser Temperatur die höchste Dichte hat und beim Abkühlen unter diese Temperatur kontinuierlich und beim Gefrieren sogar sprunghaft an Volumen zunimmt, also an Dichte verliert, so dass Eis auf Wasser schwimmt,
  • die bei Raumtemperatur höchste aller Flüssigkeiten (75,366 J·mol?1·K?1 entsprechend 4,18 kJ·kg?1·K?1 bei 20 °C),
  • nach Quecksilber die größte aller Flüssigkeiten; bei Wasser beträgt sie in feuchter Luft 72 mN/m bei +20 °C, so dass die Tröpfchenbildung erleichtert wird,
  • die größte spezifische Verdampfungsenthalpie aller Flüssigkeiten (44,2 kJ/mol entsprechend 2453 kJ/kg bei 20 °C; daher rührt der kühlende Effekt bei der Transpiration) sowie die hohe Schmelzenthalpie (6,01 kJ/mol entsprechend 333 kJ/kg; so dass Salzwasser eine nur geringe Gefrierpunktserniedrigung im Vergleich zu reinem Wasser zeigt)
  • eine geringe (0,6 W/(m K) bei 20 °C).

Je nach Isotopenzusammensetzung des Wassermoleküls unterscheidet man normales ?leichtes Wasser? (zwei Atome : T2O), wobei mit HTO und DTO noch weitere Moleküle mit gemischten Isotopen vorkommen.

Wasser kann unter Hochspannung eine zwischen zwei Glasgefäßen ausbilden.

Synthese, Elektrolyse und chemische Verwendung

Wasser als chemische Verbindung wurde zum ersten Mal synthetisiert, als Henry Cavendish im 18. Jahrhundert ein Gemisch aus Wasserstoff und Luft zur Explosion brachte (siehe Knallgas-Reaktion).

Wasserstoff gilt als der Zukunft.

Wasserstoff ist, wie auch elektrische Energie, keine Primärenergie, sondern muss, analog zur Stromerzeugung, aus Primärenergie hergestellt werden.

Zur Demonstration wird Wasser im Hofmannschen Wasserzersetzungsapparat in seine Bestandteile zerlegt. Reaktionsschema:
<math> \mathrm{ 2\ H_2O \rightarrow 2\ H_2 + O_2 }</math>

Nachweis

­papier wird durch Wasser rot gefärbt.

In der Analytik wird Wasser in Kleinmengen (Feuchte bzw. Trockenheit) überwiegend quantifiziert mittels Karl-Fischer-Titration (nach Karl Fischer). Monographien in Pharmakopoen zum quantitativen Nachweis von Wasser beruhen überwiegend auf der Karl-Fischer-Titration.

Entstehung der Bläschen im siedenden Wasser

Wärmeeinwirkung verursacht eine schnellere Bewegung der Wassermoleküle. Werden an der Stelle der Wärmeeinwirkung 100 °C erreicht, geht es dort (je nach Keim mit mehr oder weniger , wobei die Dampfblasen von Schichten noch nicht so heißen Wassers abgekühlt werden und wieder zu flüssigem Wasser kondensieren. Erreicht schließlich die gesamte Wassermenge die Temperatur von 100 °C, so gelangen die nun großen Dampfblasen bis an die Oberfläche: Das Wasser kocht.

Druck und Temperatur sind die bestimmenden Faktoren für die Löslichkeit von Gasen im Wasser. Gasbläschen, die bereits bei geringfügiger Erwärmung sichtbar werden, bestehen nicht aus Wasserdampf, sondern aus gelösten Gasen. Ursache ist die geringere Wasserlöslichkeit von Gasen bei Erwärmung. Wasser, das sich eine Zeit lang in einer unter Druck stehenden Leitung oder Flasche befunden hat, hat oft einen Überschuss an Gasen gelöst. Daher reicht schon das Wegnehmen des äußeren Drucks, dass sich ? bevorzugt an Keimen an der Wandung ? Gasblasen ausscheiden und bis zu einer Größe von 1?2 mm auch haften bleiben.

Wasser und Mensch

Geschichte der Wassernutzung

Die Geschichte der menschlichen Nutzung des Wassers und somit jene der Hydrologie, der Wasserwirtschaft und besonders des Wasserbaus, ist durch eine vergleichsweise geringe Zahl von Grundmotiven geprägt. Von den ersten sesshaft werdenden Menschen zu den Hochkulturen der Antike über das Mittelalter bis zur Neuzeit stand im Zentrum immer ein Konflikt zwischen einem Zuviel und einem Zuwenig an Wasser. Ihm war man dabei fast immer ausgeliefert, ob durch Dürren die Ernte einging oder Hochwasser Leben und Besitz bedrohte. Es wurde auch zum Gegenstand der Mythologie und der Naturphilosophie. Noch heute kommt dem Wasser in den meisten Religionen der Welt eine Sonderstellung zu, besonders dort, wo die Frage des Überlebens von der Lösung der zahlreichen Wasserprobleme abhängt.

Ziel war es, allen Nutzungsansprüchen gerecht zu werden und dabei jedem Menschen den ihm zustehenden Teil des Wassers zu garantieren. Hierbei diente das Wasserrecht als eine der ersten Rechtsformen zur Mitbegründung der ersten zentralistischen Zivilisationen Mesopotamiens und Ägyptens sowie jener, die in den Flusstälern Chinas und Indiens entstanden.

Die lange Geschichte der Wassernutzung zeigt sich dabei, wie die Menschheitsgeschichte insgesamt, nicht als ein kontinuierlicher Entwicklungspfad. Sie wurde vor allem durch einzelne Zentren hohen wasserwirtschaftlichen Standards sowie durch immer wiederkehrende Brüche geprägt, neben oft jahrhundertelang währenden Stagnationsphasen. So beeindruckend die frühen wasserbaulichen Anlagen dabei auch waren, wie groß sich Innovationskraft und Kreativität unserer Vorfahren auch zeigten, letztlich war und ist man auch heute noch abhängig von der Natur, die man jedoch erst in vergleichsweise jüngster Zeit anfing wirklich zu verstehen.

Wasser in den antiken Wissenschaften und der Philosophie

Aufgrund der großen Bedeutung des Wassers wurde es nicht zufällig bei den frühesten Philosophen zu den vier Urelementen gezählt. Thales von Milet sah im Wasser sogar den Urstoff allen Seins. Wasser ist in der von Empedokles eingeführten und dann vor allem von Aristoteles vertretenen Vier-Elemente-Lehre neben Feuer, Luft und Erde ein Element.

Wasser ist in der taoistischen (neben ''Holz, Feuer, Erde, Metall'') vertreten. Die Bezeichnung ''Elemente'' ist hier jedoch etwas irreführend, da es sich um verschiedene Wandlungsphasen eines zyklischen Prozesses handelt. Wasser hat verschiedene Orientierungen was zu unterschiedlichen (symbolischen) Strukturen führt.

Im antiken Griechenland wurde dem Element Wasser das Ikosaeder als einer der fünf zugeordnet.

Wasser in der Religion

Wasser ist in den Mythologien und Religionen der meisten Kulturen von zentraler Bedeutung. Mit den Vorsokratikern begann vor etwa 2500 Jahren das abendländische Denken als eine Philosophie des Wassers. In vielen Religionen des Altertums wurden Gewässer allgemein und vor allem Quellen, als Heiligtum verehrt. Die ungeborenen Kinder wähnte man in Quellen, Brunnen oder Teichen verborgen, aus denen sie die Kindfrauen (Hebammen) holten (Kinderglauben).

Wasser ist der Inbegriff des Lebens. In den Religionen hat es einen hohen Stellenwert. Oft wird die reinigende Kraft des Wassers beschworen, zum Beispiel im Islam in Form der rituellen Gebetswaschung vor dem Betreten einer Moschee, oder im Hindu-Glauben beim rituellen Bad im Ganges.

So gut wie jede Gemeinde im Judentum besitzt eine Mikwe, ein Ritualbad mit fließendem reinen Wasser, das oft aus einem tief reichenden Grundwasserbrunnen stammt, wenn Quellwasser nicht zur Verfügung steht. Nur wer vollständig untertaucht, wird rituell gereinigt. Notwendig ist dies für zum Judentum Bekehrte, für Frauen nach der Menstruation oder einer Geburt, und bei orthodoxen Juden vor dem Sabbat und anderen Feiertagen.

Im Christentum wird die Taufe teils durch Untertauchen oder Übergießen mit Wasser als vollzogen, in der westlichen Kirche heute meist durch Übergießen mit Wasser. In der katholischen Kirche, den orthodoxen Kirchen und der anglikanischen Kirche spielt die Segnung mit Weihwasser eine besondere Rolle.

Wasser in der Esoterik

In der Esoterik spielt das Wasser eine Rolle, Kraftorte werden oft an Quellen oder Flüssen gesucht.

Wasser in der Lyrik

Zahlreiche Gedichte beschäftigen sich mit dem Wasser und werden in Anthologien zusammengefasst.

Wasser in Sagen und geflügelten Worten

In vielen Sagen und spielt Wasser eine Rolle, zum Beispiel als Wasser des Lebens. Die Bedeutung des Wassers findet sich im geflügelten Wort .

Menschliche Gesundheit

Der menschliche Körper besteht zu über 70 % aus Wasser. Ein Mangel an Wasser führt daher beim Menschen zu gravierenden gesundheitlichen Problemen (Dehydratation, Exsikkose), da die Funktionen des Körpers, die auf das Wasser angewiesen sind, eingeschränkt werden. Zitat der : ''Geschieht dies ''(die Wasserzufuhr)'' nicht ausreichend, kann es zu Schwindelgefühl, Durchblutungsstörungen, Erbrechen und Muskelkrämpfen kommen, da bei einem Wasserverlust die Versorgung der Muskelzellen mit Sauerstoff und Nährstoffen eingeschränkt ist.''<ref name="autogenerated1"></ref>

Wie hoch der tägliche Mindestbedarf liegt ist unklar. Empfehlungen von 1,5 Litern und mehr pro Tag für einen gesunden, erwachsenen Menschen können wissenschaftlich nicht gestützt werden. Bei einem durchschnittlichen Tageskonsum von 2 Litern werden in 80 Jahren über 55.000 Liter Wasser getrunken. Der Wasserbedarf kann bei erhöhter Temperatur größer sein.

Das Trinken exzessiver Mengen an Wasser mit mehr als 20 L/Tag kann ebenfalls zu gesundheitlichen Schäden führen. Es kann eine ?.</ref>

In der Medizin wird Wasser (in Form von isotonischen Lösungen) vor allem bei Infusionen und bei Injektionen verwendet. Bei der Inhalation wird aerosolisiertes Wasser zur Heilung, etwa von Husten, benutzt.

Wasser, äußerlich angewendet, hat auf die Gesundheit und die Hygiene sehr günstige Einflüsse. ''Siehe auch'': Baden, Balneologie, Kneippen, Sauna, Schwimmen, Waschen. Die antiken Römer pflegten aus diesen Gründen eine ?Wasserkultur? im Thermalbad.

Bedeutung für Anbau, Wirtschaft und Entwicklung

Wasser ist eine Grundvoraussetzung für das Leben: ohne wird Wasser als Lösemittel zum Auslaugen, zum Transport, als Sole und zum Reinigen eingesetzt.

Wasser als Trinkwasser, Produkt und Ware

Die zu definieren, um diesen Markt zu übernehmen.

Wo Trinkwasser keine direkte Handelsware ist, wurde der Begriff Virtuelles Wasser eingeführt, um dem nicht sichtbaren Wasseranteil der Produkte oder dem mitunter hohen Wasserbedarf, der im direkten Zusammenhang mit der Produktion eines Produktes anfällt, Rechnung zu tragen.

Wasserverbrauch

Als Wasserverbrauch wird die Menge des vom Menschen in Anspruch genommenen Wassers bezeichnet. Der umgangssprachliche Begriff ist ? wie ?Energieverbrauch? ? nicht korrekt, da nirgends Wasser ?vernichtet? wird: seine Gesamtmenge auf der Erde bleibt konstant; ?Wasserbedarf? wäre treffender. Dieser umfasst den unmittelbaren menschlichen Genuss (Trinkwasser und Kochen) ebenso wie den zum alltäglichen Leben (Waschen, Toilettenspülung etc.) sowie den für die Landwirtschaft, das Gewerbe und die Industrie (siehe Nutzwasser) gegebenen Bedarf. Das ist daher nicht nur eine für die nachgefragte Wassermenge, sondern zumeist auch für die Entsorgung oder Wiederaufbereitung des bei den meisten Wassernutzungen entstehenden Abwassers (Kanalisation, ). Die aus der Versorgungsleitung entnommene Wassermenge wird durch einen gemessen und zur Kostenberechnung herangezogen.

Weltweit liegt der Süßwasserbedarf bei jährlich geschätzt 4.370 km³ (2015), wobei die Grenze der nachhaltigen Nutzung bei 4.000 km³ angegeben wird (''siehe auch'' , ''Forschung Aktuell.'' 3. Dezember 2015, abgerufen am 3. Dezember 2015. Nach: </ref>

In Deutschland betrug 1991 der Wasserbedarf 47,9 Milliarden Kubikmeter, wovon allein 29 Milliarden Kubikmeter als Kühlwasser in Kraftwerken dienten. Rund elf Milliarden Kubikmeter wurden direkt von der Industrie genutzt, 1,6 Milliarden Kubikmeter von der Landwirtschaft. Nur 6,5 Milliarden Kubikmeter dienten der Trinkwasserversorgung. Der durchschnittliche Wasserbedarf (ohne Industrie) beträgt rund 130 Liter pro Einwohner und Tag, davon etwa 1?2 Liter in Speisen und Getränken einschließlich des in Fertiggetränken enthaltenen Wassers.

Wasserversorgung

Die Versorgung der Menschheit mit sauberem Wasser stellt Menschen nicht nur in den Entwicklungsländern vor ein großes logistisches Problem. Nur 0,3 % der weltweiten Wasservorräte sind als Trinkwasser verfügbar, das sind 3,6 Millionen Kubikkilometer von insgesamt ca. 1,38 Milliarden Kubikkilometern.

Die Wasserknappheit kann sich in niederschlagsarmen Ländern zu einer Wasserkrise entwickeln. Zur Linderung einer Wasserknappheit sind insbesondere angepasste Technologien geeignet. Es wurden aber auch schon ausgefallen erscheinende Ideen erwogen. So wurde vorgeschlagen, Eisberge über das Meer in tropische Regionen zu schleppen, die unterwegs nur wenig abschmelzen würden, um am Ziel Trinkwasser daraus zu gewinnen.

''Siehe auch:'' Wasserverteilungssystem, Wasseraufbereitung, Wasseraufbereitungsanlage, Siedlungswasserwirtschaft in Deutschland, Wasserreinhaltung

Wasserverfügbarkeit

Weltweit haben etwa 4 Mrd. Menschen bzw. zwei Drittel der sind die Ernten teilweise massiv zurückgegangen.

Wasser als Menschenrecht

Auf Antrag Boliviens erklärte die UN-Vollversammlung am 28. Juli 2010 mit den Stimmen von 122 Ländern und ohne Gegenstimme den Zugang zu sauberem Trinkwasser und zu sanitärer Grundversorgung zu Menschenrechten. 41 Länder enthielten sich der Stimme, darunter USA, Kanada und 18 EU-Staaten. Da Resolutionen der UN-Vollversammlung völkerrechtlich unverbindlich sind, ergeben sich zunächst keine rechtlichen Konsequenzen. Jedoch könnte die neue Resolution nun die Auffassung stützen, dass sauberes Wasser und Sanitäranlagen zu einem ?angemessenen? Lebensstandard gehören und somit aufgrund des völkerrechtlich bindenden , der das Recht auf einen angemessenen Lebensstandard enthält, eingeklagt werden. Einige Länder wie Südafrika oder Ecuador haben das Recht auf Wasser in ihre Verfassung übernommen.

Gesetzliche Grundlagen und Behörden

Die wasserrechtlichen Grundlagen der Wasserwirtschaft und des öffentlichen Umganges mit den Wasserressourcen bilden in Deutschland das Wasserhaushaltsgesetz und die . Wichtige Behörden und Institutionen sind:
  • die Oberen und Unteren Wasserbehörden (auf Kreisebene, je nach Bundesland in Deutschland unterschiedlich)
  • Wasser- und Schifffahrtsamt
  • LAWA (Arbeitsgemeinschaft)

Wasser in den Wissenschaften

Wasser spielt eine zentrale Rolle in vielen Wissenschaften und Anwendungsgebieten. Die Wissenschaft, die sich mit der räumlichen wie zeitlichen Verteilung des Wassers und dessen Eigenschaften beschäftigt, bezeichnet man als Hydrologie. Insbesondere untersucht die Ozeanologie das Wasser der Weltmeere, die Limnologie das Wasser der , die Hydrogeologie das Grundwasser und die Aquifere, die Meteorologie den Wasserdampf der Atmosphäre und die Glaziologie das gefrorene Wasser unseres Planeten. In flüssiger Form wurde Wasser bislang nur auf der Erde nachgewiesen. Bereiche der befassen sich mit Wasser als Ressource (''Water Economics'').

Wasserchemie

Die Wasserchemie befasst sich mit den Eigenschaften des Wassers, seinen Inhaltsstoffen und mit den Umwandlungen, die im Wasser stattfinden oder durch das Wasser verursacht werden, sowie mit dem Stoffhaushalt der Gewässer. Sie behandelt Reaktionen und Auswirkungen im Zusammenhang mit der Herkunft und Beschaffenheit der unterschiedlichen Wassertypen. Sie beschäftigt sich mit allen Bereichen des Wasserkreislaufs und berücksichtigt damit die Atmosphäre und den Boden. Dabei beschäftigt sie sich unter anderem mit der Analyse von im Wasser gelösten Stoffen, den Eigenschaften des Wassers, dessen Nutzung, dessen Verhaltensweise in verschiedenen Zusammenhängen.

Wasser ist ein Lösungsmittel für viele Stoffe, für Ionenverbindungen, aber auch für hydrophile Gase und hydrophile organische Verbindungen. Sogar gemeinhin als in Wasser unlöslich geltende Verbindungen sind in Spuren im Wasser enthalten. Daher liegt Wasser auf der Erde nirgends in reinem Zustand vor. Es hat je nach Herkunft die unterschiedlichsten Stoffe in mehr oder weniger großen Konzentrationen in sich gelöst.

In der Wasseranalytik unterscheidet man unter anderem folgende Wassertypen:
  • Trinkwasser
  • Mineralwasser
  • Heilwasser
  • Tafelwasser
  • /Meerwasser/Salzwasser/Brackwasser
  • Reinstwasser
  • Demineralisiertes Wasser
  • Destilliertes Wasser
  • Enteisentes Wasser
  • Prozesswasser
  • Nutzwasser
  • Abwasser, (Haushalts-Abwässer, landwirtschaftliche Abwässer, Industrie-Abwässer)
  • Regenwasser
  • Grundwasser
  • (Fließ- und Stehgewässer),

Aber auch bei den wässrigen Auslaugungen (Eluaten) von Sedimenten, Schlämmen, Feststoffen, Abfällen und Böden wird die Wasseranalytik eingesetzt.

Um die Eigenschaften des Wassers und eventuell darin gelöster Stoffe, bzw. damit in Kontakt stehender fester Phasen aufzuklären, kann auch die Molekulardynamik-Simulation sinnvoll sein.

Wasser in den Geowissenschaften

In den Geowissenschaften haben sich Wissenschaften herausgebildet, die sich besonders mit dem Wasser beschäftigen: die Hydrogeologie, die Hydrologie, die Glaziologie, die Limnologie, die Meteorologie und die Ozeanographie.
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), dies geschieht zum Beispiel auf folgende Weisen:
  • Flüsse oder Meere reißen Erdmassen mit sich und geben sie an anderer Stelle wieder ab (Erosion).
  • Durch sich bewegende Gletscher werden ganze Landschaften umgestaltet.
  • Wasser wird von Steinen gespeichert, gefriert in diesen und sprengt die Steine auseinander, weil es sich beim Gefrieren ausdehnt (Frostverwitterung).
  • Durch n werden die natürlichen e stark beeinflusst.

Wasser ist nicht nur ein bedeutender Faktor für die mechanische und chemische Erosion von Gesteinen, sondern auch für die klastische und chemische Sedimentation von Gesteinen. Dadurch entstehen unter anderem Grundwasserleiter.

Auch interessiert Geowissenschaftler die Vorhersage des Wetters und besonders von Regenereignissen (Meteorologie).

''Siehe auch:'' , Permafrostboden, Binnenmeer, Binnensee, Teich, Meer, Ozean, Bach, Flussaue.

Wasser in der Hydrodynamik

Die verschiedenen strömungstechnischen Eigenschaften und Wellentypen auf mikroskopischer und makroskopischer Ebene werden intensiv untersucht, wobei folgende Fragestellungen im Mittelpunkt stehen:

  • Optimierung von Bootskörpern und exponierter Baukörper (zum Beispiel Wehre) ? Minimierung des Strömungswiderstandes
  • Optimierung des Wirkungsgrades von wassergetriebenen Turbinenrädern
  • Untersuchung von Strömungsphänomenen (Tsunami, Monsterwellen)

Wasser und Natur

Vorkommen auf der Erde

Verteilung und Verfügbarkeit

Der größte Teil der Erdoberfläche (71 %) ist von Wasser bedeckt, besonders die und als Extrem die .
Die Wasservorkommen der Erde belaufen sich auf circa 1,4 Milliarden Kubikkilometer (entspricht dem Volumen eines Würfels mit 1120 km Kantenlänge), wovon der allergrößte Teil auf das Salzwasser der Weltmeere entfällt. Nur 48 Millionen Kubikkilometer (3,5 %) des irdischen Wassers liegen als vor. Das mit 24,4 Millionen Kubikkilometern (1,77 %) meiste Süßwasser ist dabei als Eis an den Polen, Gletschern und gebunden und somit zumindest für prompte Nutzung nicht verfügbar. Einen weiteren wichtigen Anteil macht das Grundwasser mit 23,4 Millionen Kubikkilometern aus. Das Wasser der Fließgewässer und Binnenseen (190.000 km³), der Atmosphäre (13.000 km³), des Bodens (16.500 km³) und der Lebewesen (1.100 km³) ist im Vergleich rein mengenmäßig recht unbedeutend. Dabei ist jedoch nur ein geringer Teil des Süßwassers auch als Trinkwasser verfügbar. Insgesamt liegen 98,233 % des Wassers in flüssiger, 1,766 % in fester und 0,001 % in gasförmiger Form vor. In seinen unterschiedlichen Formen weist das Wasser dabei spezifische Verweilzeiten auf und zirkuliert fortwährend im globalen Wasserkreislauf. Diese Anteile sind jedoch nur näherungsweise bestimmbar und wandelten sich auch stark im Laufe der Klimageschichte, wobei im Zuge der von einem Anstieg des Wasserdampfanteils ausgegangen wird.

Tiefenwasser in schon deutlich wärmeren geologischen Schichten wird direkt oder über Wärmetausch als Wärme-Energiequelle genutzt, wobei sowohl natürliche .'' 04/15, 21. Januar 2015. Abgerufen 3. Mai 2015.</ref>

Die bislang noch fehlende bzw. unzureichende Versorgung eines großen Teils der mit hygienischem und toxikologisch unbedenklichem Trinkwasser, sowie mit einer ausreichenden Menge Nutzwasser, stellt eine der größten Herausforderungen der Menschheit in den nächsten Jahrzehnten dar. Seit 1990 haben rund 2,6 Milliarden weitere Menschen Zugang zu einer sicheren Wasserversorgung erhalten, zum Beispiel mithilfe von Pumpbrunnen oder einem Leitungssystem. Aber immer noch trinken 663 Millionen Menschen jeden Tag Wasser, das verschmutzt ist und krank machen kann.

Herkunft des irdischen Wassers

Die Herkunft des Wassers auf der Erde, insbesondere die Frage, warum auf der Erde deutlich mehr Wasser vorkommt als auf den anderen inneren Planeten, ist bis heute nicht befriedigend geklärt. Ein Teil des Wassers gelangte zweifellos durch das Ausgasen von Magma in die Atmosphäre, stammt also letztlich aus dem Erdinneren. Ob dadurch aber die Menge an Wasser erklärt werden kann, wird stark angezweifelt. Das Element Wasserstoff ist das häufigste Element im Universum, und auch Sauerstoff kommt in großen Mengen vor, allerdings normalerweise gebunden in Silikaten und Metalloxiden; beispielsweise ist der Mars mit großen Anteilen an Eisen(III)-oxid bedeckt, was ihm seine rote Farbe verleiht. Wasser hingegen ist dort ? im Vergleich zur Erde ? nur in geringen Mengen zu finden.

Vorkommen im Universum

Außerhalb der Erde kommt ebenfalls Wasser vor. Beispielsweise wurde Wassereis in Kometen, auf dem Mars, einigen Monden der äußeren Planeten und dem Exoplaneten OGLE-2005-BLG-390Lb nachgewiesen. Allein die Saturnringe enthalten überschlägig etwa 20 bis 30 Mal so viel Wasser, wie auf der Erde vorkommt. Hinweise auf das Vorhandensein von Wassereis in polnahen Meteoritenkratern gibt es beim Erdmond und sogar bei Merkur, dem sonnennächsten Planeten. Als Flüssigwasser wird es unter den eisigen Oberflächen von Europa, Enceladus, ein paar weiteren Monden sowie bei OGLE-2005-BLG-390Lb vermutet. Direkt fotografisch belegt wurde außerirdisches Flüssigwasser bisher aber nur wenige salzwasserhaltige Schlammtröpfchen auf dem Mars. Außerirdischer Wasserdampf konnte unter anderem in den Atmosphäre von Mars und Titan, den höheren Atmosphärenschichten roter Riesensterne, in interstellaren Nebeln und sogar im Licht ferner Quasare nachgewiesen werden.

Klima

Wasser beeinflusst entscheidend unser Klima und ist Basis nahezu aller Wetter­erscheinungen, vor allem bedingt durch seine hohe Mobilität und . In den Ozeanen wird die einstrahlende Sonnenenergie gespeichert. Diese regional unterschiedliche Erwärmung führt wegen Verdunstung zu unterschiedlichen Konzentrationen der gelösten Stoffe, da diese nicht mitverdunsten (vor allem (Salzgehalt)). Dieses Konzentrationsgefälle erzeugt globale en, die sehr große Energiemengen (Wärme) transportieren (z. B. Golfstrom, Humboldtstrom, , mitsamt ihren Gegenströmungen). Ohne den Golfstrom würde in Mitteleuropa arktisches Klima herrschen.

Im Zusammenhang mit dem Treibhauseffekt stellen Ozeane die wirksamste CO2-Senke dar, da Gase wie Kohlendioxid in Wasser gelöst werden (Kohlenstoffzyklus). Die mit der einhergehende Temperaturerhöhung der Weltmeere führt zu einem geringeren Haltevermögen an Gasen und damit zu einem Anstieg des CO2 in der Atmosphäre.
Wasserdampf stellt in der Atmosphäre ein wirksames Treibhausgas dar. (siehe Treibhauseffekt)

Bei der Erwärmung verdunstet Wasser, es entsteht .

Der aus Wolken fallende Niederschlag und der Wasserdampf (Auskämmung und Photosynthese bzw. Atmung) bewässern die terrestrischen e. Auf den Landmassen können so Gewässer oder Eismassen entstehen, die auch meso- und mikroklimatische Wirkungen haben. Das Verhältnis von Evapotranspiration (Gesamtverdunstung eines Gebietes) zu Niederschlag entscheidet, ob sich trockene (''aride'', Steppen, n) oder feuchte (''humide'', , Waldsteppen) Klimate bilden. Auf den Landmassen ist außerdem der Wasserhaushalt der Vegetation eine klimatische Größe.

Bedeutung des Wassers für das Leben

Wasser ist vermutlich der Entstehungsort des Lebens und eine seiner Bedingungen. In Organismen und in unbelebten Bestandteilen der spielt es als vorherrschendes Medium bei fast allen Stoffwechsel­vorgängen beziehungsweise geologischen und Elementarprozessen eine entscheidende Rolle. Die ist zu circa 72 % von Wasser bedeckt, wobei Ozeane hieran den größten Anteil tragen. ­reserven bilden lediglich 2,53 % des irdischen Wassers und nur 0,3 % sind als Trinkwasser zu erschließen (Dyck 1995). Durch die Rolle des Wassers in Bezug auf Wetter und Klima, als Landschafts­gestalter im Zuge der Erosion und durch seine wirtschaftliche Bedeutung, unter anderem in den Bereichen der Land-, Forst- und Energiewirtschaft, ist es zudem in vielfältiger Weise mit Geschichte, Wirtschaft und Kultur der menschlichen Zivilisation verbunden. Die Bedeutung des Wassers für das Leben war insofern auch immer Gegenstand der Naturphilosophie.

Grundbaustein des Lebens

Das Leben ist nach dem heutigen Erkenntnisstand im Wasser entstanden (''siehe auch'' Evolution). Autotrophe Schwefelbakterien (Prokaryoten) produzieren aus Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid unter Zufuhr von Lichtenergie organische Kohlenstoffverbindungen und Wasser:

<math> \mathrm{ 18\ H_2S + 6\ CO_2 \rightarrow C_6H_{12} + 12\ H_2O + 18\ S } </math>

Als Nachfolger nutzten Blaubakterien (Cyanobakterien) und alle späteren autotrophen Eukaryoten das hohe Redoxpotential des Wassers: Unter Zufuhr von Licht produzieren sie aus Wasser und Kohlendioxid Traubenzucker und Sauerstoff:

<math> \mathrm{ 6\ CO_2 + 12\ H_2O \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6\ O_2 + 6\ H_2O }</math>

Durch diesen Prozess reicherte sich im Wasser und in der Atmosphäre immer mehr Sauerstoff an. Damit wurde die Gewinnung von Energie durch Zellatmung (Dissimilation) möglich:

<math> \mathrm{ C_6H_{12}O_6 + 6\ O_2 \rightarrow 6\ H_2O + 6\ C O_2 }</math>

Voraussetzung für die Fähigkeit, mit dem giftigen Sauerstoff (Oxidation der empfindlichen Biomoleküle) umzugehen, waren Enzyme wie die Katalase, die eine strukturelle Ähnlichkeit mit dem Sauerstoff transportierenden aufweist. Aerobe Purpurbakterien nutzten vielleicht als erstes den giftigen Sauerstoff zum energieliefernden Abbau von organischen Stoffen. Nach der Endosymbiontentheorie nahmen damals noch anaerobe Eukaryoten die aeroben Prokaryoten (wahrscheinlich Purpurbakterien) auf.

Wasser wurde damit zum Medium grundlegender biochemischer Vorgänge (Stoffwechsel) zur Energiegewinnung und -speicherung:
  • Photosynthese, Dissimilation
  • Glykolyse
  • Fettabbau
  • Harnstoffzyklus

Auf Grund des Dipolmomentes eignet sich Wasser als Lösungsmittel für polare Substanzen und wegen der daraus entspringenden und Dichte als Transportmittel. Wasser transportiert Nährstoffe, Abbauprodukte, Botenstoffe und Wärme innerhalb von Organismen (zum Beispiel Blut, Lymphe, Xylem) und Zellen. Die Eigenschaften des Wassers werden bei Pflanzen und Tieren (inklusive Mensch) mannigfaltig, z. B. für die Temperaturregulierung benutzt, in Form von Guttation, Schwitzen etc., oder z. B. als Basis für antibakterielle Schutzfilme bei und Fischen.

Pflanzen und Tieren ohne Skelett verleiht der Turgordruck des Wassers Form und Festigkeit. Durch Turgoränderungen können sie sich auch bewegen (zum Beispiel Blattbewegung bei Pflanzen).

Die , zu denen die Seeigel, Seesterne und Seewalzen gehören, haben statt eines festen Skeletts ein System hydraulisch arbeitender Gefäße (Ambulacralsystem). Sie bewegen sich durch gezielte Druckänderungen in diesem Gefäßsystem.

Wassergehalt in einigen Nahrungsmitteln:
  • Butter 18 Prozent
  • Brot 40 Prozent
  • Käse 30 bis 60 Prozent
  • Joghurt, Milch 87,5 Prozent
  • Fleisch 60?75 Prozent
  • Apfel, Birne 85 Prozent
  • Wassermelone 90 Prozent
  • Mohrrüben 94 Prozent
  • Gurken, Tomaten 98 Prozent

Wasser und Ökosysteme

In terrestrischen en ist Wasser begrenzender Faktor der Produktivität. Es ist essenziell für den Stoffwechsel von Lebewesen () sowie für die Herausbildung und Prägung ihrer Standorte (, /Klima). speisen und Grundwasser als Ressource für das Pflanzenwachstum und als Trinkwasser für die Tiere.

Die meiste Biomasse und größte Produktivität findet sich in aquatischen Ökosystemen, vor allem in Ozeanen, in denen der begrenzende Produktionsfaktor die Menge der im Wasser gelösten ist, also vor allem Phosphat, Stickstoffverbindungen (Ammonium, Nitrat) und CO2 (Kohlendioxid). Die Eigenschaften des Wassers werden mit hoher Effizienz genutzt, z. B. bei der Oberflächenspannung von Insekten, Spinnentieren, bei der Dichte und den optischen Eigenschaften vom Plankton etc.

Die Temperaturabhängigkeit der Wasserdichte führt in Gewässern zu einer Temperaturschichtung, zu Sprungschichten und Ausgleichsströmungen, die vor allem in limnischen (Süßwasser-) Biotopen charakteristisch sind (''siehe'' ), aber auch in marinen Ökosystemen anzutreffen sind und genutzt werden (Wale nutzen z. B. die Schallreflexionen an Sprungschichten zur Verbesserung ihrer Kommunikation). Die Dichteanomalie des Wassers ermöglicht auch das Überleben von Lebewesen im Winter, da stehende Gewässer dadurch nicht bis zum Grund durchfrieren (Ausnahme flache Gewässer und ?Frosttrocknis?). Zusätzlich bewirkt die Dichteanomalie in tieferen Seen der gemäßigten Zonen im Frühling und Herbst bei Erreichen einer einheitlichen Temperatur eine ''Umwälzung'' des Wassers und somit einen Austausch von Oberflächen- und Tiefenwasser, der für Nährstoff- und Sauerstoffkreislauf wesentlich ist.

Auch wenn aquatische Ökosysteme durch die Wärmekapazität des Wassers sehr stabile Lebensräume darstellen, haben auch geringere Temperaturschwankungen deutliche Folgen (vgl. ). So wird die Temperaturerhöhung der Ozeane Veränderungen in marinen Ökosystemen zur Folge haben.

Ökologischer Zustand von Gewässern

Der (wie von Grundwasser) wird in der (EU) nach der ''Richtlinie 2000/60/EG'' (EU-Wasserrahmenrichtlinie, WRRL) nach verschiedenen Kriterien analysiert und nach fünf Graden eingeteilt: ?sehr gut?, ?gut?, ?mäßig?, ?unbefriedigend?, ?schlecht?.<ref name="bmnt.gv.at_Wasser_Umweltziele"></ref>

Wasser in der Technik

Wasser hat in der Technik verschiedene Anwendungsmöglichkeiten. Zu den Wichtigsten zählen die Wärmeübertragung für Heizung oder Kühlung. Die Erzeugung von Kälte durch Verdunstung, etwa in Kühltürmen. Den Betrieb von Kältemaschinen auf Basis Adsorption von Ammoniak in Wasser oder Wasserdampf in (wässriger) Lithiumbromid-Lösung.

Wasser dient kalt und warm zum reinigenden Waschen (eventuell mit Detergentien oder Laugen oder Säuren), Lösen (Auslaugen von Salzlagerstätten), Trennen über Chromatographie oder Extraktion (Aufgussgetränke), Umkristallisieren (Abbinden von Gips, Zement, (zusammen mit Kohlenstoffdioxid:) Kalk; jedoch auch Reinigen von löslichen Substanzen im Chemielabor). Als Druckstrahl zum Spülen, Brausen, Hochdruckreinigen eventuell mit abrasivem Zusatzstoff, und zum Wasserstrahlschneiden auch etwa im hygienesensiblen Bereich der Lebensmittelindustrie.

In Form von Gel als Schallübertragungsmedium vom Sensorkopf zum menschlichen Körper bei der Ultraschalldiagnostik. Wasser ist Schallübertragungsmedium beim Echolot.

Als Medium mit hoher und guter Verdunstungsrate zum verschieblichen Anklatschen von Beschriftungsfolie auf Schaufenstern, Autokarosserien und anderen glatten zu kaschierenden Oberflächen. Auch als Gleit- und Dichtmittel für Saugnäpfe. Die Oberflächenspannung von Wasser erlaubt im Zusammenspiel mit Seife geformt.

Wasser kann Infrarotstrahlung aus nlicht ausfiltern und absorbiert ionisierende Strahlung im Abklingbecken von Kernkraftwerken.

In Wasserwerfern wird Wasser, mit und ohne chemischem Zusatz, als Munition eingesetzt.

Ausstellungen und Veranstaltungen rund ums Wasser

  • Von 2005 bis 2014 hat die UNO zur Internationalen Aktionsdekade ?Wasser ? Quelle des Lebens? aufgerufen
  • Weltwasserforum
  • Weltwassertag
  • WasserForum ? Museum der Wasserversorgung und -gewinnung der HWW (Hamburger Wasserwerke/Hamburg Wasser)
  • ? Projekt zur Wasserrahmenrichtlinie der EU in Hannover.
  • Wasser (Musical) ? Musical von Siegfried Faderl und Ewald Mayrbäurl.

Siehe auch

  • UN-Wasser
  • Weltwasserbericht
  • Weltwasserrat

Literatur

Allgemeine Inhalte

  • Sibylle Selbmann: ''Mythos Wasser, Symbolik und Kulturgeschichte.'' Badenia, Karlsruhe 1995, ISBN 3-7617-0309-0.
  • Philip Ball: ''H2O ? Biographie des Wassers.'' Piper, München 2001, ISBN 3-492-04156-6.
  • Siegfried Dyck, Gerd Peschke: ''Grundlagen der Hydrologie.'' 3. Auflage. Verlag für Bauwesen, Berlin 1995, ISBN 3-345-00586-7.
  • Dieter Gerten: ''Wasser. Knappheit, Klimawandel, Welternährung.'' C. H. Beck, München 2018, ISBN 978-3-406-68133-2.
  • Vollrath Hopp: ''Wasser-Krise? Wasser, Natur, Mensch, Technik und Wirtschaft.'' Wiley-VCH, Weinheim 2004, ISBN 3-527-31193-9.
  • Ernst Schmidt (Hrsg.): ''Properties of Water and Steam in SI-Units.'' Springer, Berlin 1981, ISBN 3-540-09601-9. (?Thermodynamische Eigenschaften von Wasser und Wasserdampf, 0?800 °C, 0?1000 bar?)
  • Helmut Lehn, Oliver Parodi: ''Wasser ? elementare und strategische Ressource des 21. Jahrhunderts. I. Eine Bestandsaufnahme.'' In: ''Umweltwissenschaften und Schadstoff-Forschung.'' Band 21, Nr. 3, 2009, S. 272?281.
  • Wolfram Mauser: ''Wie lange reicht die Ressource Wasser? Vom Umgang mit dem blauen Gold''. Fischer-Taschenbuch, Frankfurt am Main 2007, ISBN 978-3-596-17273-3.
  • : ''Die Zukunft des Wassers: eine Reise um unsere Welt'' (Originaltitel: ''L? avenir de l?eau,'' übersetzt von Caroline Vollmann). Beck, München 2010, ISBN 978-3-406-59898-2; als Taschenbuch: dtv, München 2012, ISBN 978-3-423-34690-0.
  • Helge Bergmann: ''Wasser Mythen, Märkte, Moleküle.'' Wiley-VCH, Weinheim 2011, ISBN 978-3-527-32959-5.
  • Leopold Schua: ''Lebensraum Wasser . Geheimnisse in einer unbekannten Welt.'' (= ''Kosmos Bibliothek.'' Band 268). Stuttgart 1970, ISBN 3-440-00268-3 (pdf; 23 MB).

Wasserchemie

  • Heinrich Sontheimer, Paul Spindler, Ulrich Rohmann: ''Wasserchemie für Ingenieure''. DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut der Uni Karlsruhe. ZfGW-Verlag, Frankfurt 1980, ISBN 3-922671-00-4.
  • Bernd Naumann: ''Chemische Untersuchungen der Lebensgrundlage Wasser.'' (= ''Anregungen zur ökologischen Bildung.'' Bd. 2). Landesinstitut für Lehrerfortbildung, Lehrerweiterbildung und Unterrichtsforschung von Sachsen-Anhalt (LISA), Halle 1994.
  • Günter Wieland: ''Wasserchemie.'' 12. Auflage. Vulkan-Verlag, Essen 1999, ISBN 3-8027-2542-5.
  • Karl Höll, Andreas Grohmann u. a.: ''Wasser. Nutzung im Kreislauf. Hygiene, Analyse und Bewertung.'' 8. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2002, ISBN 3-11-012931-0. (Standardwerk der Wasseruntersuchung).
  • Leonhard A. Hütter: ''Wasser und Wasseruntersuchung ? Methodik, Theorie u. Praxis chemischer, chemisch-physikalischer, biologischer u. bakteriologischer Untersuchungsverfahren.'' Sauerländer, Frankfurt am Main 1994, ISBN 3-7935-5075-3.

Nutzung und Schutz

  • Christian Opp (Hrsg.): ''Wasserressourcen. Nutzung und Schutz; Beiträge zum Internationalen Jahr des Süßwassers 2003.'' Marburger Geographische Gesellschaft, Marburg/Lahn 2004, ISBN 3-88353-049-2.
  • Christian Leibundgut, Franz-Josef Kern: ''Wasser in Deutschland ? Mangel oder Überfluss?'' In: ''Geographische Rundschau.'' Band 58, Nr. 2, 2006, S. 12?19.

Konflikte um Wasser

  • Aboubacry Athie: ''Die politischen Implikationen der Wasserverfügbarkeit in Afrika südlich der Sahara dargestellt am Beispiel der Sahelländer Westafrikas.'' Wissenschaftlicher Verlag, Berlin 2002, ISBN 3-936846-05-7.
  • Hans Huber Abendroth: ''Der ?Wasserkrieg? von Cochabamba. Zur Auseinandersetzung um die Privatisierung einer Wasserversorgung in Bolivien.'' Bundeskammer für Arbeiter und Angestellte, Wien 2004, ISBN 3-7062-0081-3.
  • Detlef Müller-Mahn: ''Wasserkonflikte im Nahen Osten ? eine Machtfrage.'' In: ''Geographische Rundschau.'' Band 58, Nr. 2, 2006, S. 40?48.
  • Lisa Stadler, Uwe Hoering: ''Das Wasser-Monopoly. Von einem Allgemeingut und seiner Privatisierung.'' Rotpunktverlag, Zürich 2003, ISBN 3-85869-264-6.
  • Karo Katzmann: ''Schwarzbuch Wasser ? Verschwendung, Verschmutzung, bedrohte Zukunft.'' Molden, Wien 2007, ISBN 978-3-85485-196-7.
  • Andreas Hoppe: ''Wasser im Nahen Osten ? ein Kriegsgrund?'' In: ''Naturwissenschaftliche Rundschau.'' Band 59, Nr. 5, 2006, S. 241?247.

Religiöse Bedeutung

  • Claudia Sticher: ''Wasser. Symbol des Lebens und des Glauben''. Mit einem Beitrag von Norbert Lohfink. Verlag Katholisches Bibelwerk, Stuttgart 2014, ISBN 978-3-460-27174-6.

Weblinks

  • Wasserlexikon der Uni Bremen
  • Grafik, die die weltweite Verteilung von Wasser in allen Formen darstellt
  • (englisch), abgerufen am 25. November 2011
  • (englisch)
  • Thema Wasser beim (Schweiz)

Einzelnachweise