Wetterthema Die Wassertemperatur in einem See
Die Wassertemperatur unserer Seen passt sich der im Laufe eines Jahres schwankenden Außentemperatur an. Doch dabei gibt es eine für das Leben in einem Gewässer entscheidende Besonderheit.
Bei den meisten Stoffen nimmt die Dichte mit abnehmender Temperatur immer weiter zu, selbst bei den Phasenübergängen von gasförmig nach flüssig und weiter in den festen Zustand. Eine Minderheit der chemischen Elemente besitzt jedoch eine sogenannte Dichteanomalie. Wenn man sie abkühlt, ist irgendwann also ein Punkt maximaler Dichte erreicht und danach werden die Elemente auf ihr Volumen bezogen wieder leichter. Beispiele für Stoffe mit einer Dichteanomalie sind Antimon, Bismut, Gallium, Germanium, Plutonium und Silicium, vor allem aber das Wasser. Wie wichtig das für das Leben im Wasser ist und was das sonst noch bedeutet, wollen wir anhand der Temperaturen in einem typischen deutschen See anschauen.
Unsere Abbildung zeigt die Wassertemperatur in Abhängigkeit von der Tiefe und im Verlauf eines Jahres. Im Frühling wird das Wasser von der Oberfläche her immer weiter erwärmt. Dabei sorgt der Wind in den oberen Metern für eine Durchmischung, so dass die Temperatur in den oberen 10 Metern recht einheitlich ist. Doch schon in 20 Metern Tiefe kommt von der sommerlichen Wärme nicht mehr viel an und in noch größeren Tiefen bleibt die Wassertemperatur nahe 4 Grad stehen. Das warme Oberflächenwasser ist leichter als das kalte Wasser am Grund und daher findet kein Austausch zwischen diesen Bereichen des Sees statt. Der Übergang zwischen der sommerlich warmen Oberflächenschicht und dem kalten Wasser darunter erfolgt auf nur wenigen Metern. Ab August setzt an der Oberfläche wieder Abkühlung ein, während das Wasser in 15 Metern Tiefe erst im Oktober am wärmsten ist. Das im Herbst an der Oberfläche durch die Abkühlung erzeugte kältere Wasser ist schwerer als das noch wärmere Wasser darunter, so dass es in die Tiefe absinkt. Obwohl das Wasser von oben her abkühlt, bleibt der See weiterhin in den oberen Metern am wärmsten. Die Deckschicht mit einer einheitlichen Temperatur wird immer dicker. Sobald an der Oberfläche 4 Grad erreicht werden, besitzt das Wasser des gesamten Sees dieselbe Temperatur und dieselbe Dichte. Der Wind kann zu dieser Zeit die gesamte Wassermasse durchmischen und damit wird Sauerstoff von der Oberfläche bis zum Grund transportiert.
Bei der weiteren Abkühlung auf Werte unter 4 Grad greift nun die Dichteanomalie des Wassers. Selbiges hat bei 4 Grad seine größte Dichte erreicht. Das an der Oberfläche produzierte noch kältere Wasser ist leichter und verbleibt im oberen Bereich des Sees. Im Hochwinter bildet sich dort, sofern er kalt genug ist, schließlich eine Eisschicht. Ohne die Dichteanomalie würde der gesamte See zuerst auf 0 Grad abkühlen und dann von unten her vereisen. Eine Eisschicht an der Oberfläche wirkt isolierend, besonders wenn sich darauf eine Schneedecke ansammelt. Bei der Vereisung von unten her würde also deutlich mehr Eis entstehen als es in der Realität der Fall ist und im Sommer würde der riesige Eisklotz kaum noch abtauen. Fische hätten es in so einem See wahrlich schwer.