Wasseranomalien verstehen
Jeder Gegenstand dehnt sich aus (sein Volumen nimmt zu), wenn seine Temperatur steigt, und schrumpft (sein Volumen nimmt ab), wenn sie sinkt. Auch Wasser dehnt sich aus, wenn die Temperatur steigt, und schrumpft, wenn sie sinkt – außer im Temperaturbereich von 0 ° C bis 4 ° C. Zwischen 0 ° C und 4 ° C nimmt das Volumen des Wassers mit steigender Temperatur ab. Erhitzt man Wasser von 0 ° C, so schrumpft sein Volumen mit zunehmender Temperatur. Dieser Schrumpfungsprozess endet bei einer Temperatur von 4 ° C. Oberhalb von 4 ° C dehnt sich das Wasser wieder aus. Umgekehrt dehnt sich Wasser aus (sein Volumen nimmt zu), wenn die Temperatur von 4 ° C auf 0 ° C sinkt. Dieses ungewöhnliche Verhalten des Wassers wird als Wasseranomalie bezeichnet.
Nehmen wir beispielsweise Wasser mit einer Temperatur von 30 ° C, das wir in den Gefrierschrank stellen. Dort sinkt die Wassertemperatur. Dadurch verringert sich auch das Volumen des Wassers (es schrumpft). Sobald es eine Temperatur von 4 ° C erreicht, dehnt es sich wieder aus (sein Volumen nimmt zu). Die Ausdehnung des Wassers hört auf, wenn die Temperatur 0 ° C erreicht. Dies unterscheidet sich von anderen Objekten, die sich auch bei einer Temperatur von 0 ° C weiter zusammenziehen (ihr Volumen nimmt ab).
Wenn ein Objekt schrumpft (
(das Volumen des Objekts nimmt ab) Dichte Oder die Dichte eines Objekts nimmt zu. Umgekehrt nimmt die Dichte bzw. Masse eines Objekts ab, wenn es sich ausdehnt (sein Volumen zunimmt). Die Formel für die Dichte lautet: Masse / Volumen. Die Masse eines Objekts bleibt immer konstant. Sein Volumen hingegen kann sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändern. Wasser zieht sich nur bis zu einer Temperatur von 4 °C zusammen (sein Volumen nimmt ab). oDaher hat Wasser bei einer Temperatur von 4 die größte Dichte. oC.
Schauen Sie sich die untenstehende Grafik an. Diese Grafik zeigt den Zusammenhang zwischen Wasservolumen und Temperatur.
Vorteile von Wasseranomalien
Die Vorteile von Wasseranomalien zeigen sich am deutlichsten in Gebieten mit Winter. Mit dem Einsetzen des Winters sinkt die Lufttemperatur. Die Wasseroberfläche kommt mit der Luft in Kontakt, wodurch sich die Wassertemperatur an der Oberfläche von Flüssen oder Seen verringert. Mit sinkender Wassertemperatur verringert sich auch das Wasservolumen. Dadurch erhöht sich die Wasserdichte. Oberflächenwasser hat eine höhere Dichte als das darunter liegende Wasser. Aufgrund seiner höheren Dichte sinkt das Oberflächenwasser. Das darunter liegende Wasser hat eine höhere Dichte und schwimmt daher. Dieser Prozess dauert an, bis die Wassertemperatur 4 ° C erreicht. Wasser schrumpft (verringert sein Volumen) nur bis zu einer Temperatur von 4 ° C. Daher hat Wasser bei 4 ° C seine höchste Dichte.
Wenn die Wassertemperatur an der Oberfläche eines Flusses oder Sees unter 4 ° C sinkt, dehnt sich das Oberflächenwasser aus (sein Volumen nimmt zu). Durch die Volumenzunahme sinkt die Dichte des Wassers. Da die Dichte des Oberflächenwassers geringer ist als die des Wassers in tieferen Schichten, kann das Oberflächenwasser nicht nach unten sinken. Es bleibt oben und gefriert zuerst, wenn die Wassertemperatur auf 0 ° C sinkt. Durch den Kontakt mit dem Oberflächenwasser beginnt auch das Wasser in Oberflächennähe zu gefrieren, sobald die Temperatur auf 0 ° C sinkt. Und so weiter. Der Gefrierprozess beginnt also mit dem Oberflächenwasser. Das Wasser am Grund eines Sees oder Flusses gefriert normalerweise nicht, da die Lufttemperatur dort nicht sehr niedrig ist. Da das Grundwasser nicht so viel Eis abbekommt, überleben die Fische und andere Lebewesen am Grund des Sees oder Flusses den Winter.
