Das Mysterium des Wassers

Wie ist es den vorwiegend aus Wasser bestehenden Trieben möglich, ausreichend Druck für derartige Leistungen aufzubauen?

• Tropfen auf Oberflächen. Wasser bildet auf manchen Flächen Tropfen und breitet sich auf anderen gleichmäßig aus. Die Verteilung des Wassers dient als Grundlage der Klassifizierung bestimmter Oberflächen. Dieses System zur Oberflächenbestimmung erklärt allerdings nicht den Grund für die spezifische Ausbreitung.

Welche Kräfte veranlassen einen Wassertropfen sich zu verteilen bzw. nicht zu verteilen?

• Wandeln über Wasser. Es gibt Eidechsen, die über Wasseroberflächen laufen können. Die hohe Oberflächenspannung von Wasser ist die plausible Erklärung, die zuerst dazu einfällt. Doch die Spannung wirkt lediglich in den wenigen oberen molekularen Schichten des Wassers und ist demnach eigentlich zu schwach, um die Tiere zu tragen.

Welche Eigenschaft des Wassers (oder der Eidechsen) ermöglicht das scheinbar biblische Kunststück?

• Vereinzelte Wolken. Wasserdampf steigt von der weitläufigen, gleichmäßigen Meeresoberfläche auf. Der Dunst sollte sich also ebenso gleichmäßig in der Luft verteilen. Es kommt jedoch zu alleinstehenden, punktuellen Wolken am ansonsten oft strahlend blauen Himmel.

Was treibt den aufsteigenden Wasserdampf in die abgegrenzten Regionen?

• Gelenkschmierung. Kniebeugen rufen gewöhnlich kein Quietschen hervor. Wasser sorgt für die ausgezeichnete Schmierung unserer Gelenke bzw. des Knorpelgewebes über unseren Knochen.

Welche Besonderheit des Wassers sorgt für die geringe Reibung?

• Schwimmendes Eis. Die meisten Substanzen verdichten sich, wenn sie abkühlen. So auch Wasser, zumindest bis es vier Grad Celsius unterschreitet. Unter dieser Temperatur beginnt Wasser sich auszudehnen, hinein in den Übergang zu Eis. Aus diesem Grund treibt gefrorenes auf flüssigem Wasser.

Was ist besonders an der entscheidenden Temperatur von 4°C und warum ist Eis so viel weniger dicht als Wasser?

• Konsistenz von Joghurt. Was macht die Konsistenz von Joghurt aus, warum hält die Masse so fest zusammen?

Rätselhaftes aus dem Labor

Nun zu einigen einfachen Beobachtungen aus dem Labor. Zuerst eine Entdeckung meiner Studenten, die den Gang hinunter stürmten, um mir davon zu berichten.

• Die abwandernden Mikrosphären. Meine Studenten führten ein schlichtes Experiment durch. Sie gaben winzige Kugeln, die als Mikrosphären bzw. Mikrokugeln oder -kügelchen bezeichnet werden, in ein Becherglas voll Wasser. Sie schüttelten die Suspension aus Wasser und Mikrosphären, um eine gute Mischung zu gewährleisten. Abschließend deckten sie das Glas zur Verminderung von Verdunstung ab und machten Feierabend.

Abb.2: Annähernd zentrale Freizone in einer Wasser-Mikrosphären-Suspension. Wie kommt es zu dem sich selbst bildenden, von Mikrokugeln befreiten Zylinder?

Nach allgemeinem Verständnis hätte sich über Nacht nicht viel am Zustand der Suspension ändern dürfen, abgesehen von einer möglichen Ablagerung am Grund des Gefäßes. Die Flüssigkeit hätte am folgenden Tag demnach ebenso trüb und homogen wirken müssen, vergleichbar mit einigen Tropfen Milch, die man mit Wasser vermischt.

Größtenteils entsprach die Suspension am nächsten Tag auch den Erwartungen. In der Draufsicht, nahe der Mitte des Becherglases, zeigte sich allerdings ein ungetrübter Bereich. Unerklärlicherweise hatte sich eine zylinderförmige, durchgehend von oben bis unten verlaufende klare Zone gebildet.

Im zylinderförmigen Bereich befanden sich keine Mikrosphären mehr. Eine unbekannte Kraft hatte die Kügelchen aus dem Zentralbereich in Richtung der Ränder des Gefäßes getrieben. Solange die Ausgangsbedingungen dem klar definierten Rahmen entsprachen, tauchten die Zylinder in gleichbleibender Ausprägung bei jeder Wiederholung des Experiments auf. Wir konnten sie wieder und wieder erzeugen.³

Was treibt die kontraintuitive Abwanderung der Mikrokugeln vom Zentrum an?

• Die Brücke aus Wasser. Ein anderes kurioses Phänomen aus dem Labor, die sogenannte Wasserbrücke, verbindet Wasser in zwei Bechergläsern über einen beträchtlichen Abstand hinweg.

Abb.3: Kurzzeitig auf einer Wasseroberfläche treibende Wassertropfen. Warum verbinden sie sich nicht sofort mit dem Wasser darunter?

Auch wenn die Wasserbrücke ein jahrhundertaltes Kuriosum darstellt, gelang es Dr. Elmar Fuchs und seinen Kollegen, weltweites Interesse für ihre moderne Variante des Experiments auszulösen.

Die Vorführung beginnt mit dem Füllen von zwei Bechergläsern mit Wasser. Das Wasser muss die Gläser beinah bis zum Rand füllen. Die Gläser stehen nebeneinander, ihre Ränder berühren sich.