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Dienstag, 01. Dezember 2020

Über Wasser

Bedeutung, Chemie, besondere Eigenschaften und Wassertechnik

Kreis Holzminden (18.06.2020). Am 21. Januar 2020 kam es zu einem Wasserrohrbruch am Stadtblick in Holzminden. Von etwa 8 Uhr morgens bis gegen 17 Uhr war die Wasserversorgung in unserer Wohngegend in der Südstadt unterbrochen. Zum Glück konnten wir noch rund zehn Liter in einem Plastikkanister auffangen. Damit wurde gekocht, aber die Nutzung der Toilette oder Händewaschen war nur eingeschränkt möglich. Ans Duschen war nicht zu denken. Dieser an sich harmlose Vorgang führte uns deutlich vor Augen, wie abhängig wir von der bequemen und so gut wie immer funktionierenden Wasserversorgung sind.

Wasser ist lebenswichtig, wir brauchen es täglich. Wasser ist aber auch ein ganz besonderer Stoff, seine ganz speziellen Eigenschaften sichern ihm eine herausragende  Rolle in Chemie und Physik. Wir haben uns an diese Eigenschaften so  gewöhnt, dass wir sie für ganz normal halten. Grund genug, sich etwas näher mit diesem Stoff zu beschäftigen.

Wassermythen

Die Bedeutung von Wasser für das menschliche Leben ist so elementar, dass sich seit Entwicklung des modernen Menschen viele Mythen und Sagen um das lebensspendende Nass ranken. In der Bibel wird Wasser von Gott erschaffen, das sich dann im Meer sammelt (Gen 1,9). Im antiken Griechenland entstand die Lehre der vier Elemente Feuer, Wasser, Erde, Luft, aus denen unsere Welt aufgebaut sein sollte. Den Elementen wurden spezifische, teilweise kultische Eigenschaften zugesprochen. Naheliegend ist, dass dem Element Wasser die Eigenschaften kalt und feucht zugeschrieben wurden. Es ist beseelt durch Wassergeister, den Nymphen und Undinen, die in Waldseen und Wasserfällen hausen.

Vielfach finden sich auch Wasch- und Taufrituale. Im Islam wird die Gebetswaschung bis ins Detail genau vorgeschrieben (sogenanntes Wudu). Bei der christlichen Taufe wird der Kopf des Täuflings mit Wasser benetzt, beziehungsweise taucht der ganze Körper in Wasser ein.

Esoterische Vorstellungen über Wasser bestanden bis zum Ende des Mittelalters und erst mit der Epoche der Aufklärung begann ab dem 16. Jahrhundert auch die wissenschaftliche Durchdringung. Aus Alchemie und Aberglauben wurde die Wissenschaft der Chemie.

Wasserchemie

Heute wissen wir: Wasser besteht aus  Molekülen, die aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom aufgebaut sind. Die chemische Bezeichnung ist H2O,  Diwasserstoffmonoxid .

Das Molekül ist asymmetrisch und bildet zwei Pole aus, die unterschiedlich geladen sind. Unter dem Strich verhält es sich analog zu einem kleinen Magneten. Es zieht andere Wassermoleküle an und bildet kurzzeitig regelrechte Verbände, die aber extrem schnell wieder zerfallen und sich mit neuen Partnern gleich wieder neu bilden. Diese sogenannten Wasserstoffbrücken sorgen für die Struktur und damit die ganz speziellen Eigenschaften des Wassers.

Wasserherkunft
und -mengen

Wo das irdische Wasser herkommt, ist tatsächlich eine noch nicht abschließend geklärte Frage. Etwa zwei Drittel der Erdoberfläche sind mit flüssigem Wasser bedeckt, ein einzigartiges Alleinstellungsmerkmal unter den Planeten unseres Sonnensystems. Trotzdem macht der Anteil von Wasser nur zwei Prozent der Erdmasse aus. Eine Hypothese geht davon aus, dass während der Entstehung der Erde vor 4,5 Milliarden Jahren ein gewaltiger Brocken von der Größe des Mars eingeschlagen ist, dem wir auch den Mond verdanken. Der Aufschlag und die Masse des Brockens waren so energiereich, dass ein Klumpen abgesprengt wurde, der dann unter der Wirkung der Schwerkraft den Mond bildete. Mit diesen Massen, die die Erde bildeten, kam auch das Wasser auf die Erde. Es verdampfte in der entstehenden Hitze sehr schnell und erst mit der späteren Abkühlung regnete es auf die Erdoberfläche zurück. Regen ist wahrscheinlich untertrieben, über Zehntausende von Jahren muss es ununterbrochen einen wahren Wolkenbruch gegeben haben.

Die zweite Hypothese geht davon aus, dass das Wasser von Kometen und Meteoriten stammt, die nach und nach auf die Erde stürzten. Tatsächlich bestehen diese zu einem großen Teil aus Eis, das sich in sonnenfernen Bereichen erhalten kann. Eine Aufklärung, welche Hypothese zutrifft, erhoffen sich die Astrophysiker von weiteren Untersuchungen an Kometen, zu denen man Landefahrzeuge schicken kann.

Auf der Erde gibt es rund 1,4 Milliarden Kubikkilometer Wasser. Zur Veranschaulichung kann man sich einen Würfel mit einer Kantenlänge von 1.100 km  vorstellen. Nur 3,5 Prozent sind Süßwasser, die Hälfte davon ist (noch) als Eis gebunden. Der Anteil an Flüssen und Seen macht nur 0,014 Prozent aus. Mit Anteilen aus dem Grundwasser sind nur 0,3 Prozent als Trinkwasser verfügbar.

Wassereigenschaften

Die bereits erwähnten Wasserstoffbrückenbindungen verleihen dem Wasser ganz besondere Eigenschaften. Auf Grund seiner molekularen Struktur dürfte es im Normalzustand gar nicht als Flüssigkeit, sondern es müsste als Gas oder Dampf vorliegen. Die Wasserstoffbrücken halten die Moleküle jedoch so gut zusammen, so dass es flüssig ist und uns das Leben ermöglicht. Man benötigt auch aus dem gleichen Grund viel Energie, um Eis zu schmelzen und flüssiges Wasser zu verdampfen. Auch die Aufnahmefähigkeit für Wärme (Wärmekapazität) ist sehr hoch.

Wasser ist ein sehr gutes Lösungsmittel für viele andere Stoffe. Nur durch diese Eigenschaft vermag es, Nährstoffe, Mineralien und Vitamine in unserem Körper zu verteilen. Auch die Zähigkeit (Viskosität) wird durch die Wasserstoffbrückenbindungen  bestimmt. Bei höherer Temperatur bewegen sich die Moleküle stärker und die Bindungen reißen schneller auf, so dass die Viskosität abnimmt.

Wassertechnik

Schon vor über 2.000 Jahren versorgten die Römer ihre Hauptstadt und die größten Städte der Provinzen mit fließendem Wasser. Es entstanden gewaltige Bauwerke, die Wasser teils unterirdisch aber auch über kühne Aquädukte zu den Verbrauchern führte.

So wurde das antike Köln seit dem Jahr 80 n. Chr. mit einer knapp 100 Kilometer langen Wasserleitung aus der Eifel versorgt. Täglich flossen über die 70 Zentimeter breite und 100 Zentimeter hohe, meist unterirdisch verlegte Leitung bis zu 20.000 Kubikmeter Trinkwasser nach Köln. Dort lebten etwa 20.000 bis 40.000 Menschen, so dass für jeden Kölner rein rechnerisch 500 bis 1.000 Liter zur Verfügung standen. Der durchschnittliche Wasserverbrauch 2018 betrug in Deutschland pro Person 127 Liter am Tag. Die frühen Kölner haben mit Wasser nicht gespart! In den Städten selbst verlegte man in der Regel Rohre aus Blei. Das war wegen der Giftwirkung des Bleis problematisch, wurde aber durch die Tatsache abgemildert, dass sich nach längerer Betriebszeit Kalk an den Innenwänden ablagerte und so den Übertritt von Blei behinderte.

Das entstehende Abwasser wurde über unterirdische Kanäle unmittelbar in den Rhein geführt. Alle Fließvorgänge geschahen über natürliches Gefälle, so dass erhebliche Anforderungen an die antike Vermessungstechnik gestellt waren.

Seit der Antike sind auch erste Pumpenkonstruktionen bekannt. Dem griechischen Mathematiker und Naturwissenschaftler Archimedes von Syrakus (Sizilien), der im 3. Jahrhundert vor Christus lebte, wird die Archimedische Schraube zugeschrieben, mit der über die Drehung einer Schraube Wasser nach oben gefördert werden kann. Auch heute noch wird diese Konstruktion verwendet, sie wird als Schneckentrogpumpe bezeichnet.

Schon sehr alt sind auch Kolbenpumpen, auch heute noch als sogenannte Schwengelpumpe zur Wasserförderung im heimischen Garten beliebt.

Mit Hilfe des Schwengels wird ein Kolben auf und ab bewegt. Bei der Aufwärtsbewegung ist das Auslassventil geschlossen und das Einlassventil offen, so dass Wasser nach oben gesaugt wird. Bei der Abwärtsbewegung ist es umgekehrt, so dass das Wasser durch das Auslassventil in den Bereich oberhalb des Kolbens strömt. Beim nächsten Heben des Kolbens wird dieses Wasservolumen durch den Ausfluss nach außen gefördert. Gleichzeitig wird wieder Wasser in den Bereich unterhalb des Kolbens eingesaugt. Diese Spiel wiederholt sich, wobei dann Wasser schwallartig mit jeder Hebung des Kolbens oder Senkung des Schwengels in ein bereit stehendes Gefäß fließt.

In den mittelalterlichen Bergwerken wurde dieses Prinzip perfektioniert, indem der Schwengel durch ein oberirdisches Wasserrad angetrieben wurde. Dieses wiederum wurde durch einen Bach oder Fluss in Bewegung gehalten. Zu diesem Zweck musste die Drehbewegung des Wasserrades in eine Hin- und Herbewegung des Kolbens umgesetzt werden. Auf diese Weise konnte das Volllaufen der Gruben verhindert werden.

Nicht ganz zu Unrecht wurden diese aufwendigen Techniken auch als „Wasserkünste“ bezeichnet.

In der Verfahrenstechnik werden heute eine Vielzahl hochspezialisierter Pumpen eingesetzt. Den universellsten und effizientesten Pumpentyp stellt wohl die Kreiselpumpe dar.

Wasser wird axial im Zentrum der Pumpe angesaugt und durch das sich schnell drehende Flügelrad 1 nach außen beschleunigt. Am Austrittsflansch 2 wird es dann unter Druckerhöhung in eine sich anschließende Rohrleitung gefördert.

Trinkwasser

Trinkwasser ist das wichtigste Lebensmittel, wir brauchen täglich etwa zwei Liter. Insgesamt verbrauchen wir aber 127 Liter am Tag, da ein Vielfaches für Duschen, Baden, Waschen, Spülen, Putzen und Kochen benötigt wird. An Wasser herrscht in Deutschland kein Mangel, seit Jahren sinkt sogar der Verbrauch.

Die Qualität des Trinkwassers in Deutschland ist hervorragend und wird laufend überwacht. 61 Prozent stammen aus Grundwasser und 39 Prozent aus Oberflächenwasser, davon 7,9 Prozent aus Quellen und 8 Prozent aus Uferfiltrat.

Das Wasser in Holzminden stammt zu 100 Prozent aus Quellen, die von Wasser aus dem Solling gespeist werden. Es muss nicht aufbereitet und auch nicht gechlort werden. Eine Ausnahme stellt Arsen dar, dass über ein Membranverfahren rein physikalisch herausgefiltert wird. Das Holzmindener Wasser ist mit einer Gesamthärte von rund
7 0 d H (deutscher Härte) relativ weich. Auch Nitrat, das wegen starker Gülledüngung in Norddeutschland ein zunehmendes Problem darstellt, liegt mit etwa 7 mg/l weit unter dem Grenzwert von 50 mg/l. Trinkwasser ist preiswert: Ein Kubikmeter Trinkwasser der Stadtwerke kostet 2,24 Euro, hinzu kommen Abwasserkosten von 1,56 Euro. Insgesamt kostet der Verbrauch von einem Kubikmeter ohne Zählerkosten also aktuell 3,80 Euro. Insbesondere die Abwasserkosten sind mit 1,56 Euro im Vergleich sehr günstig (Höxter: 3,66 Euro, WVIW Bodenwerder: 3,99 Euro).

Im Vergleich zu Mineralwasser ist Trinkwasser konkurrenzlos preiswert, ein Liter Mineralwasser kostet zwischen 20 und 50 Eurocent, ein Liter Buntsandstein-Solling-Quelle aus dem Hahn nur 0,4 Eurocent.

Wasserhumbug

Obwohl das deutsche Trinkwasser von hoher Qualität ist, fehlt es nicht an Versuchen, es noch weiter zu verbessern. Hierzu werden allerlei dubiose Verfahren verwendet, die das Wasser beleben, vitalisieren, energetisieren, magnetisieren oder gar die atomare Struktur beeinflussen sollen. Von einer Firma wird das zu behandelnde Wasser an einem Gefäß vorbeigeführt, das mit sogenanntem Informationswasser aus einer besonderen Quelle befüllt ist. Dessen angebliche Ordnung und Stabilität soll sich auf das vorbeifließende Wasser übertragen und allerlei positive Eigenschaften bewirken. Wenn man weiß, das die Strukturen der Wassermoleküle durch die Wasserstoffbrücken gebildet werden, die extrem kurzlebig sind und sich permanent neu gruppieren, kann man diese Behauptungen über Ordnung und Stabilität nur kopfschüttelnd zur Kenntnis nehmen. Es fehlt auch jede Erklärung, wie die Information von dem Ursprungswasser durch die Gefäßwände übertragen wird. Wasser hat natürlich auch kein „Gedächtnis“, wie zum Beispiel von Homöopathen behauptet wird.

Ein ähnlicher Unsinn wird mit Heilsteinen betrieben. Amethyst oder Rosenquarz werden in Wasser gelegt oder von ihm umströmt, damit sich die kristalline Ordnung oder das „Schwingungsmuster“ auf das Wasser überträgt.  Das so behandelte Wasser heilt Krankheiten und bannt böse Mächte. So soll ein Saphir beispielsweise wirken bei „Bindehautentzündung, gegen schwindende Sehkraft, Augen- und Gichtschmerzen, Zorn und Ungeduld, für gute Auffassungsgabe, gute Erkenntniskraft, klaren Verstand, gegen geistige Behinderung“ (Quelle:https://www.st-hildegard.com/de/hildegard-heilkunde/edelsteine/31-die-edelsteinheilkunde-der-hildegard-von-bingen.html).

„Gute Erkenntniskraft“ wäre den Anwendern tatsächlich zu wünschen.

Zusammenfassung

Erst Chemie und Physik konnten erklären, weshalb Wasser ganz spezielle Eigenschaften hat, die sich durch den chemischen Aufbau des Moleküls und Wechselwirkungen zwischen den Molekülen erklären lassen. Woher das Wasser auf der Erde stammt, ist erstaunlicherweise noch nicht sicher geklärt. Es könnte schon bei der Bildung der Erde vorhanden gewesen sein oder später über Kometen und Meteoriten auf die Erde transportiert worden sein. Ohne Wasser können wir nur kurze Zeit überleben, daher haben die Menschen schon früh versucht, die Versorgung mit technischen Maßnahmen sicherzustellen. Wir beziehen Trinkwasser „aus dem Hahn“, das von hoher Qualität und so gut wie immer vorhanden ist. Es bedarf keiner Verbesserung durch dubiose Methoden. (Dr. Norbert Kalkert)

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