Gast (Christian) meine Tochter hat in der 2. Klasse gerade das Thema "Thermometer". In einer Probe hierzu war die Frage : " Wieviel Grad kalt muss es sein, damit ein Weiher zufrieren kann?" Die Richtige antwort ist: "-15�C" Stimmt das wirklich? Der gefrierpunkt von Wasser liegt bekanntlich ja bei 0�C, durch verunreigungen kann dieser auch etwas herabgesenkt werden, aber so tief!? Habe bisher leider noch keine brauchbaren Quellen
gefunden die dies bestätigen oder widerlegen, kann mir von euch jemand helfen? Gruß,
Guten Tag! Warum gefriert das Wasser eines Sees oder eines Teiches zuerst an der Oberfläche? Liegt es daran, dass das Wasser an der Oberfläche mit der (kalten) Luft in Kontakt ist und das Wasser auf dem Grund mit dem (warmen) Boden? Oder liegt es daran, dass gefrorenes Wasser eine geringere Dichte hat als flüssiges Wasser?
Damit das Wasser gefriert, muss es innere Energie verlieren. Das passiert beim Kontakt mit der kalten Luft an der Wasseroberfläche. Dagegen ist das Wasser auf dem Grund durch eine (langsam dicker werdende) Eisschicht von der kalten Luft isoliert. Es ist richtig, dass gefrorenes Wasser – also Eis – eine geringere Dichte hat als flüssiges Wasser. Dies hat aber nichts mit dem Wärmeaustausch beim Gefrieren zu tun.
Sie haben Ihre Frage schon selbst beantwortet. Es ist in der Tat so, dass durch den direkten Kontakt zwischen Seeoberfläche und Luft, die (sehr kalte) Luft dem Wasser innere Energie entzieht. Das Wasser kühlt sich dadurch zunächst auf 0°C ab und gefriert schließlich. Da Eis auf dem Wasser schwimmt, wirkt es zwischen Wasser und Luft als isolierende Schicht und verlangsamt den Gefrierprozess. Wenn das Wasser auf den Grund des Sees sinken würde, würde dies den Wärmeaustausch begünstigen und der gesamte See viel schneller zufrieren.
Die Dichteanomalie von Wasser (also das Phänomen, dass 4°C kaltes Wasser am schwersten ist) und die Tatsache, dass das Wasser von oben gekühlt wird, sind beide zusammen für diesen Effekt verantwortlich. Gäbe es die Dichteanomalie nicht (wäre also Wasser umso schwerer, je kälter es ist, so wie es bei den meisten anderen Materialien der Fall ist), dann würde das kälteste Wasser (oder auch sich bildendes Eis) immer auf den Boden des Sees sinken und der See würde von unter her zufrieren. Solange das Wasser im See wärmer als 4°C ist, passiert auch genau dies: Das kälteste Wasser sinkt nach unten. Aber sobald die Temperatur des Wassers an der Oberfläche unter die "magische Grenze" von 4°C gefallen ist, stoppt dieser Prozess. Das kälteste Wasser bleibt nun an der Oberfläche, und durch die kalte Luft wird es immer weiter abgekühlt, so dass sich an der Oberfläche die Eisschicht bildet. Aber auch die Tatsache, dass das Wasser von oben gekühlt wird, ist nicht zu vernachlässigen. Was würde passieren, wenn der See statt von oben von unten gekühlt würde? Sobald die Temperatur des kalten Wassers am Grund 4°C unterschritten hätte (es also leichter als darüber liegendes, 4°C kaltes Wasser geworden wäre), würde es nach oben aufsteigen. Dort würde es sich durch die wärmere Luft wieder aufwärmen, während das gleichzeitig nach unten gesunkene wärmere Wasser gekühlt würde. Dadurch würde ein Kreislauf entstehen, der dazu führen würde, dass sich eine mehr oder weniger einheitliche Temperatur des Wassers im See einstellen würde. Die Tendenz, dass sich an der Oberfläche eine geschlossene Eisdecke ausbildet, wäre also wesentlich geringer. Hinzu kommt, dass, sobald sich einmal eine Eisdecke ausgebildet hat, das wärmere Wasser darunter keinen direkten Kontakt zur kalten Luft mehr hat und es sich darum nur noch sehr langsam weiter abkühlt. Das Eis bildet praktisch eine isolierende Schicht zwischen der kalten Luft und dem wärmeren Wasser unter dem Eis, ähnlich wie bei einem Iglu, der, obwohl er aus Schee gebaut ist, dafür sorgt, dass es im Inneren (zumindest nach Inuit-Kriterien) gemütlich warm bleibt, da die eiskalte Luft keine Wärme abtransportieren kann. Eine Unterrichtseinheit, die sich mit der Dichteanomalie des Wassers und deren Folgen beschäftigt, finden Sie bei den Aktivitäten: www.sonnentaler.net/aktivitaeten/materie/wasser/anomalie/  Warum schwimmen riesige Eisberge eigentlich auf dem Wasser? Sind sie nicht schwerer als Wasser und müssten untergehen? Die Lösung liegt in einem physikalischen Phänomen begründet: in der Anomalie des Wassers. Wasser hat eine ganz besondere Eigenschaft, die keine andere Flüssigkeit hat: Jetzt kommt der spannende Punkt: Wenn das Wasser dann unter 4 °C abgekühlt wird, dehnt es sich wieder aus. Die Dichte wird wieder geringer
und damit wird es leichter. Gleichzeitig vergrößert sich dadurch das Volumen des Wassers beim Gefrieren. Diese besondere Eigenschaft des Wassers weist kaum ein anderer Stoff auf.
Dichteanomalie Folgen der Ausdehnung im AlltagDaher darf man keine mit Wasser gefüllte Glasflasche unbeaufsichtigt längere Zeit in die Gefriertruhe legen – durch die Ausdehnung des Wassers wird die Flasche irgendwann regelrecht gesprengt. Diese Sprengwirkung wirkt sich im Alltag noch an manch anderer Stelle aus: So verhindert Frostschutzmittel, dass das Wasser im Kühler eines Autos friert und diesen zum Platzen bringt. Auch Wasserleitungen, in denen bei Minusgraden Wasser steht, können platzen. Diese Sprengwirkung lässt sich aber auch positiv nutzen: Durch gefrorenes Wasser im Ackerboden wird dieser auch „gesprengt" und damit aufgelockert, was den Landwirten bei der Bearbeitung hilft. Bedeutung in der NaturFür die Natur hat die Anomalie des Wassers eine besondere Bedeutung. Am Beispiel eines Sees lässt sich das gut erkennen. Wer im Sommer in einem See badet, wird feststellen, dass das Wasser in den unteren Schichten des Sees kälter ist als in den oberen Schichten. Das liegt daran,weil die oberste Wasserschicht stärker erwärmt wird und das damit leichtere Wasser oben im See gesammelt wird. Der Wind durchmischt nur noch diese obere Schicht. Das kühlere und damit schwerere Wasser sammelt sich unten. Es findet in diesem unteren Bereich keine Zirkulation mehr statt. Es kommt zu einer Stagnation. Als Resultat bilden sich unterschiedliche Wasserschichten im See. Im Winter dagegen sinken die Temperaturen und die Anomalie des Wassers kommt zum Tragen. Im See sammelt sich dann das Wasser mit einer Temperatur von unter 4 °C oben – das Wasser mit der Temperatur von 4 °C oder mehr dagegen sinkt in die unteren Schichten. Auf dem Grund des Sees ist es also wärmer als an der Oberfläche, ganz oben ist es am kältesten. Der See friert von oben nach unten zu. In den unteren, flüssigen Schichten können Fische und andere Tiere überleben. Übrigens: Um optimal für die schwierige Winterzeit vorbereitet zu sein, können Fische ihren Stoffwechsel verlangsamen. Sie leben dann auf´"Sparflamme" und können so trotz Kälte und wenig Sauerstoff überleben. der See im Sommer und im Winter
Wie kalt kann ein See werden?Wasser kann sehr wohl kälter als 4 °C werden und dabei noch flüssig sein..... ... insbesondere an der Oberfläche oder im Meer. Peter G. Wasser hat die höchste spezifische Dichte bei 4 Grad und folglich hat jeder See in der Tiefe 4 Grad.
Warum friert ein See im Winter nicht ganz zu?Ist das Gewässer tief genug, so wird die Kälte in der Regel nicht bis in die tiefen Schichten eindringen und das Gewässer somit auch nicht vollständig gefrieren (Beachte, dass Wasser ein sehr schlechter Wärmeleiter ist!). In den tieferen Schichten bleibt das Wasser in der Regel also flüssig bei rund 4 °C.
Wie tief kann Wasser gefrieren?Die Frosttiefe (Tiefe, in die der Frost im Winter in den Untergrund vordringt) liegt in Deutschland bei etwa 100 cm, in Bayern etwas tiefer. Somit können sie in dieser Tiefe gar nicht einfrieren.
Warum friert ein See?Ja, weil sich das kälteste Wasser an der Wasseroberfläche befindet, dort gefriert und als Eis auf dem Wasser schwimmt. Wasser ist ein spezieller Stoff, um nicht zu sagen ein Phänomen!
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Wie kalt muss es sein damit ein see gefriert
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