Die Wassertemperatur - Einführung

Besonnter Baggersee

Im August 2006 beantragten die Energieversorgungsunternehmen im Regierungsbezirk Stuttgart eine Erhöhung der Temperaturen zur Einleitung des Kühlwassers in den Neckar. Es wurde die Genehmigung erteilt, dass das Neckarwasser nach Einleitung des Kühlwassers 28,5 Grad Celsius nicht überschreiten darf. Da es viele kaltstenotherme Wasserorganismen gibt, zeigt sich hier die Konfliktträchtigkeit der Nutzung von Wasserkörpern zur industriellen Kühlung.

Im Unterricht bieten sich Langzeitmessungen der Wassertemperatur von fließenden und stehenden Gewässern an. Dabei zeigt sich, dass das Medium Wasser die Temperaturschwankungen der Luft nur in geringerem Umfang und verzögert mitmacht.

Grund dafür ist zum einen die sehr hohe Wärmekapazität von Wasser: die Wärmekapazität (oder auch spezifische Wärme) ist diejenige Wärmemenge, die benötigt wird, um die Temperatur von einem Gramm eines Stoffs um 1 ^oC zu erhöhen. Sie beträgt für destilliertes Wasser bei 15 ^oC 4,1868 Joule/g, für Meerwasser beträgt sie 3,8937 J/g. Die Wärmekapazität von Luft beläuft sich dagegen auf weniger als 1/1000 davon. Das bedeutet, dass für die Erwärmung/Abkühlung von Wasser eine sehr viel größere Wärmemenge zum gleichen Volumen zugeführt bzw. abgeführt werden muss als für die Erwärmung/Abkühlung von Luft.

Zum anderen verdunstet bei Erwärmung des Wasserkörpers vermehrt Wasser. Dieser Vorgang benötigt Wärmeenergie, die dem Wasserkörper entzogen wird, und wirkt daher der Erwärmung entgegen. Bei Abkühlung kondensiert Wasser aus der feuchten Luftschicht direkt über der Oberfläche des Wasserkörpers. Dieser Vorgang setzt Wärmeenergie frei, die dem Wasserkörper zugeführt wird, und wirkt deshalb der Abkühlung entgegen.

Die Wärmeleitfähigkeit von Wasser ist gering: deswegen wird nur wenig Wärme von der durch die Sonne erwärmten obersten Wasserschicht in tiefere Schichten durch Diffusion abgegeben. Dazu kommt, dass wärmeres Wasser eine geringere Dichte hat als kälteres (oberhalb von 4 ^oC), so dass das wärmere Wasser auf dem kälteren "schwimmt".

Wasser wird auch durch Einstrahlung von Licht bzw. von diffuser Infrarot-Wärmestrahlung erwärmt. 11,7 kJ wird in einer Fläche von 1 cm² pro Tag durchschnittlich eingestrahlt. Zusätzlich kann Wasser durch Kondensation von Wasserdampf an der Oberfläche Wärme zugeführt bekommen.

Wasser kann durch die Abstrahlung von diffuser Infrarot-Wärmestrahlung und durch Verdunstung von Wasser an der Oberfläche Wärme an die umgebene Luft verlieren.