Die hohe Oberflächenspannung

Bis jetzt betrachteten wir ausschließlich die thermalen Eigenschaften des Wassers, d.h. diejenigen seiner Eigenschaften, die sich auf Temperatur beziehen. Aber das Wasser hat noch andere physikalische Eigenschaften, die, wie sich herausstellt, dem Leben auch außergewöhnlich zweckdienlich sind.

Eine dieser Eigenschaften ist die sehr hohe Oberflächenspannung des Wassers. Die Oberflächenspannung wird als das 'hautähnliche' Verhalten der freien Oberfläche einer Flüssigkeit definiert. Dieses wird durch die gegenseitige Anziehung der Moleküle an der Flüssigkeitsober-fläche verursacht.

Beispiele der Oberflächenspannung lassen sich am deutlichsten am Wasser beobachten; in der Tat, die Oberflächenspannung des Wassers ist so groß, dass sie zu einigen merkwürdigen physikalischen Erscheinungen führt. Zum Beispiel kann ein Gefäß, ohne überzufließen eine Wassermenge mit einem Volumen halten, das ein wenig größer als das Innenvolumen des Gefäßes selbst ist, oder es ist z.B. möglich eine Metallnadel sehr vorsichtig waagrecht auf eine unbewegte Wasseroberfläche zu placieren, so dass sie nicht sinkt, sondern 'schwimmt'.

Die Oberflächenspannung des Wassers ist größer als die aller anderen bekannten Flüssigkeiten. Einige der sich daraus ergebenden, biologischen Konsequenzen sind sehr ausschlaggebend, und das kommt besonders deutlich in den Pflanzen zur Geltung.

Haben Sie sich jemals gewundert, wie die Pflanzen das Wasser ohne Pumpen, Muskeln oder ähnlichen Hilfsmitteln aus der Tiefe des Bodens viele Meter nach oben befördern? Die Lösung dieses Rätsels liegt in der Oberflächenspannung. Die Adern in den Wurzeln und Stämmen der Pflanzen sind derartig gestaltet, dass sie sich die Oberflächenspannung zunutze machen. Diese Kanäle verjüngen sich, je höher sie wachsen und verursachen damit, dass das Wasser buchstäblich selbst nach oben 'klettert'.

Was dieses ausgezeichnete Design ermöglicht, ist die hohe Oberflächenspannung des Wassers. Wenn dieselbe so niedrig wäre, wie die, der meisten anderen Flüssigkeiten, wäre es für hochwachsende Pflanzen, wie Bäume physiologisch unmöglich, auf trockenem Land zu leben.

Ein anderer wichtiger Prozess, der durch die hohe Oberflächen-spannung des Wassers ermöglicht wird, ist die Zerbröckelung von Felsgestein. Wegen seiner hohen Oberflächenspannung kann das Wasser durch die feinsten Sprünge in den Felsen in tief liegende Lücken im Gestein eindringen, wo es später gefriert wenn die Temperatur unter Null sinkt. Da das Wasser, wie bereits erwähnt, die ungewöhnliche Eigenschaft besitzt, sich auszudehnen, wenn es gefriert, übt es diesen Expansions-druck im Inneren der Felsen aus, was diese schließlich aufspaltet. Dieser Prozess ist von lebenswichtiger Bedeutung für die Freisetzung der, im Gestein gebundenen Mineralien, und trägt zudem zur Bodenbildung bei.