Bedeutung des Wassers

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Wasser ist mit seinen besonderen Eigenschaften die für den Menschen wohl bedeutendste chemische Verbindung auf der Erde. Es ist sowohl Ursprungsort als auch Bestandteil aller irdischen Lebensformen. Daneben reguliert es das Klima und ist wesentlich an Formung der Erdoberfläche beteiligt. Aber auch im täglichen Leben spielt es eine große Rolle, von der Forst- und Landwirtschaft, über den Haushaltsbedarf zum Waschen und Kochen, bis zur Verwendung in der Industrie. Nachfolgend wird die Bedeutung des Wassers für die einzelnen Bereiche aufgeschlüsselt.

[Bearbeiten] Bedeutung für das Klima

Wasser beeinflusst entscheidend unser Klima und ist Basis nahezu aller Wettererscheinungen, vor allem bedingt durch seine hohe Mobilität und Wärmekapazität. In den Ozeanen wird die einstrahlende Sonnenenergie gespeichert. Diese regional unterschiedliche Erwärmung führt wegen Verdunstung zu unterschiedlichen Konzentration der gelösten Stoffe, da diese nicht mitverdunsten (vor allem Salinität (Salzgehalt)). Dieses Konzentrationsgefälle erzeugt globale Meeresströmungen, die sehr große Energiemengen (Wärme) transportieren (z. B. Golfstrom, Humboldtstrom, äquatorialer Strom, mitsamt ihren Gegenströmungen). Ohne den Golfstrom würde in Mitteleuropa arktisches Klima herrschen.

Im Zusammenhang mit dem Treibhauseffekt stellen Ozeane die wirksamste CO₂-Senke dar, da Gase wie Kohlendioxid in Wasser gelöst werden (siehe Kohlenstoffzyklus). Die mit der globalen Erwärmung einhergehende Temperaturerhöhung der Weltmeere führt zu einem geringeren Haltevermögen an Gasen und damit zu einem Anstieg des CO₂ in der Atmosphäre. Wasserdampf stellt in der Atmosphäre ein wirksames Treibhausgas dar. (siehe Treibhauseffekt)

Bei der Erwärmung verdunstet Wasser, es entsteht Verdunstungskälte. Als "trockener" Dampf (nicht kondensierend) und als "nasser" Dampf (kondensierend: Wolken, Nebel) enthält und transportiert es latente Wärme, die für sämtliche Wetterphänomene entscheidend verantwortlich ist (siehe auch Luftfeuchtigkeit, Gewitter, Föhn). Die Wärmekapazität des Wassers und die Phänomene der Verdunstungskälte und latenten Wärme sorgen in der Nähe von großen Gewässern für gemäßigte Klimate mit geringen Temperaturschwankungen im Jahres- und Tagesgang. Wolken verringern zudem die Einstrahlung durch die Sonne und die Erwärmung der Erdoberfläche durch Reflexion.

Der aus Wolken fallende Niederschlag und der Wasserdampf (Auskämmung und Photosynthese bzw. Atmung) bewässern die terrestrischen Ökotope. Auf den Landmassen können so Gewässer oder Eismassen entstehen, die auch meso- und mikroklimatische Wirkungen haben. Das Verhältnis von Evapotranspiration (Gesamtverdunstung eines Gebietes) zu Niederschlag entscheidet, ob sich trockene (aride, Steppen, Wüsten) oder feuchte (humide, Wälder, Waldsteppen) Klimate bilden. Auf den Landmassen ist außerdem die Vegetation eine klimatische Größe (siehe Klimazonen und Vegetation).

[Bearbeiten] Bedeutung für die Biosphäre

[Bearbeiten] Grundbaustein des Lebens

Das Leben ist nach dem heutigen Erkenntnisstand im Wasser entstanden (siehe auch Evolution). Autotrophe Schwefelbakterien (Prokaryoten) produzieren aus Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid unter Zufuhr von Lichtenergie organische Kohlenstoffverbindungen und Wasser:

Als Nachfolger nutzten Blaubakterien (Cyanobakterien) und alle späteren autotrophen Eukaryonten das größere Redoxpotential des Wassers: Unter Zufuhr von Licht produzieren sie aus Wasser und Kohlendioxid Traubenzucker und Sauerstoff:

Durch diesen Prozess reicherte sich im Wasser und in der Atmosphäre immer mehr Sauerstoff an. Damit wurde die Gewinnung von Energie durch Zellatmung (Dissimilation) möglich:

Voraussetzung für die Fähigkeit, mit dem giftigen Sauerstoff (Oxidation der empfindlichen Biomoleküle) umzugehen, waren Enzyme wie die Katalase, die eine strukturelle Ähnlichkeit mit dem Sauerstoff transportierenden Hämoglobin aufweist. Aerobe Purpurbakterien nutzten vielleicht als erstes den giftigen Sauerstoff zum energieliefernden Abbau von organischen Stoffen. Nach der Endosymbiontentheorie nahmen anaerob Prokaryoten die aeroben (wahrscheinlich Purpurbakterien) auf: Die Eukaryoten-Zelle entstand, aus denen sich heute höhere Pflanzen und Tiere bilden.

Die erfolgreiche Existenz dieser höheren Lebewesen ist nur möglich, da der freigesetzte Sauerstoff O₂, unter ultravioletter Einstrahlung zu O + O dissoziert, an Schwebteilchen zu Ozon O₃ reagiert und in der Stratosphäre die Ozonschicht bildet.

Wasser wurde damit zum wichtigen Bestandteil der Zelle und Medium grundlegender biochemischer Vorgänge (Stoffwechsel) zur Energiegewinnung und -speicherung:

• Photosynthese, Dissimilation
• Glykolyse
• Zitronensäurezyklus
• Fettabbau
• Eiweißabbau
• Harnstoffzyklus

Auf Grund des Dipolmomentes und wegen der Viskosität eignet sich Wasser als Lösungs- und Transportmittel. Wasser transportiert Nährstoffe, Abbauprodukte, Botenstoffe und Wärme innerhalb von Organismen (zum Beispiel Blut, Lymphe, Xylem) und Zellen. Die Eigenschaften des Wassers werden bei Pflanzen und Tieren (inklusive Mensch) mannigfaltig, z. B. für die Temperaturregulierung benutzt, in Form von Guttation, Schwitzen, etc., oder z. B. als Basis für antibakterielle Schutzfilme bei Kröten und Fischen.

Pflanzen und Tieren ohne Skelett verleiht der Turgordruck des Wassers Form und Festigkeit. Durch Turgoränderungen können sie sich auch bewegen (zum Beispiel Blattbewegung bei Pflanzen).

Die Stachelhäuter, zu denen die Seeigel, Seesterne und Seewalzen gehören, haben statt eines festen Skeletts ein System hydraulisch arbeitender Gefäße (Ambulacralsystem). Sie bewegen sich durch gezielte Druckänderungen in diesem Gefäßsystem.

Wassergehalt in einigen Nahrungsmitteln:

• Butter 18 Prozent
• Brot 40 Prozent
• Käse 30 bis 60 Prozent
• Joghurt, Milch 87,5 Prozent
• Fleisch 60-75 Prozent
• Apfel, Birne 85 Prozent
• Wassermelone 90 Prozent
• Mohrrüben 94 Prozent
• Gurken, Tomaten 98 Prozent

[Bearbeiten] Wasser und Ökosysteme

In terrestrischen Ökosystemen ist Wasser begrenzender Faktor der Produktivität. Es ist essentiell für den Stoffwechsel von Lebewesen (Biosphäre), sowie für die Herausbildung und Prägung ihrer Standorte (Pedosphäre, Atmosphäre/Klima). Niederschläge speisen Gewässer und Grundwasser als Ressource für das Pflanzenwachstum.

Die mit weitem Abstand größte Biomasse und größte Produktivität stellen die aquatischen Ökosysteme, vor allem die Ozeane bereit, in denen der begrenzende Produktionsfaktor die Menge des im Wasser gelösten CO₂ (Kohlendioxid) ist. Die Eigenschaften des Wassers werden mit hoher Effizienz genutzt, z. B. bei der Oberflächenspannung von Insekten, Spinnen, der Dichte und den optischen Eigenschaften von Plankton etc.

Die Dichteanomalie führt in Gewässern zu einer Temperaturschichtung, zu Sprungschichten und Ausgleichsströmungen, die vor allem in limnischen (Süßwasser-) Biotopen charakteristisch sind (siehe Limnologie), aber auch in marinen Ökosystemen anzutreffen sind und genutzt werden (Wale z. B. nutzen die Schallreflexionen an Sprungschichten zur Verbesserung ihrer Kommunikation). Die Dichteanomalie ermöglicht auch das Überleben von Lebewesen bei Frost, da stehende Gewässer nicht bis zum Grund erstarren (Ausnahme flache Gewässer und "Frosttrocknis"). Zusätzlich bewirkt die Dichteanomalie im Frühling und Herbst bei Erreichen einer Oberflächentemperatur von 4°C eine Umwälzung des Wassers und somit einen Austausch von Oberflächen- und Tiefenwasser, der für Nährstoff- und Sauerstoffkreislauf wesentlich ist.

Auch wenn aquatische Ökosysteme durch die Wärmekapazität des Wassers sehr stabile Lebensräume darstellen, haben auch geringere Temperaturschwankungen deutliche Folgen (vgl. Ökosystem See). So wird die Temperaturerhöhung der Ozeane Veränderungen in marinen Ökosystemen zur Folge haben.

[Bearbeiten] Bedeutung für die menschliche Gesundheit

Ein Mangel an Wasser oder eine schlechte Wasserqualität führen beim Menschen zu gravierenden gesundheitlichen Problemen, da in diesem Fall die Funktionen des Körpers, die auf das Wasser angewiesen sind, eingeschränkt werden.

Wenn der Wassergehalt des Körpers sinkt, stellt sich zunächst ein Gefühl des Durstes ein. Bei weiter sinkendem Wassergehalt werden Körperfunktionen gestört, dies kann schließlich bis zum Tod durch Verdursten führen.

Eine Faustregel besagt, dass ein Mensch pro Kilogramm Körpergewicht 30 ml Wasser am Tag trinken soll. Bei sportlichen Betätigungen oder besonders warmen Tagen ist das regelmäßige Trinken von Wasser besonders wichtig und der Wasserbedarf gegenüber der Faustregel erhöht.

Auch ein Übermaß an Wasser kann die menschliche Gesundheit beeinträchtigen ("Wasservergiftung"). Durch den extremen, übermäßigen Konsum von Wasser, beispielsweise anlässlich einer Wette oder Mutprobe, kann die Konzentration von Natrium im Blut so stark absinken (Hyponatriämie), dass Flüssigkeit aus den Blutgefäßen in Lunge und Hirn übertritt. Auch dies kann zum Tod führen.

Neben der Wassermenge sollte beim Trinken auch auf die Wasserqualität geachtet werden. Trinkwasser sollte frei von Giftstoffen und gefährlichen Keimen sein. Da diese Überprüfung für einen "Normalmenschen" nicht ohne weiteres möglich ist, sollten Veränderungen des Wassergeschmacks, -geruchs oder der Farbe als Warnhinweis genommen werden.

Es sollte vermieden werden, Wasser in die Lungen gelangen zu lassen. Eine dauerhafte Nässe auf der Haut kann zu Hautpilzen führen.

In der Medizin wird Wasser unter anderem bei der Inhalation zur Heilung, etwa von Husten, benutzt.

Die Anwesenheit von Wasser kann sich auch negativ auf die Gesundheit auswirken, da Wasser bei der Verbreitung von Krankheitserregern beschleunigend wirkt; jährlich sterben nach offiziellen Schätzungen 5 Millionen Menschen an wasserbürtigen Krankheiten.

Siehe auch: Hydrotherapie

[Bearbeiten] Technische Bedeutung

Schematische Darstellung der Wasserkreisläufe in einem Kraftwerk

In vielen Maschinen und Kraftwerken wird Wasser seit jeher genutzt, um Energie zu gewinnen oder mechanische Arbeit zu verrichten.

Ein altes Beispiel, bei dem Wasser benutzt wurde, um mechanische Arbeit zu verrichten, ist die Wassermühle. Das moderne Analogon dazu sind Wasserkraftwerke, bei denen fließendes Wasser in Turbinen Arbeit verrichtet.

Wegen seiner hohen Wärmekapazität kommt Wasser im Kühlmittelkreislauf von Wasserkühlungen zum Einsatz. Darüber hinaus wird Wasser in Kraftwerken aufgrund der hohen Verdampfungswärme zur Kühlung benutzt (Kühlwasser), was zu einem hohen Wasserverbrauch führt: 1991 wurden in Deutschland allein 29 Milliarden m³ Wasser als Kühlwasser in Kraftwerken gebraucht, wobei der größte Teil davon nach der Reinigung in einer Kläranlage wieder in das Gewässer zurückgegeben wird, aus dem es zuvor entnommen wurde.

Wasserdampf wird in der Technik zum Antrieb von Dampfmaschinen und Dampfturbinen benutzt.

[Bearbeiten] Bedeutung für Wirtschaft und Entwicklung

Bewässerung eines Reisfeldes in Indien: Besonders in trockenen Gebieten ist die künstliche Bewässerung unabdingbar für die Nahrungsmittelversorgung.

Wasser ist ein sehr wichtiger Faktor für Entwicklung und Wirtschaft. Wichtig für die Wirtschaft sind vor allem folgende Formen des Wassers: Flüsse, da auf ihnen leicht Güter transportiert werden können; Badegewässer als wichtiger Faktor für den Tourismus; Gewässer mit Fischen zum Verzehr. Regen ist sehr wichtig für die landwirtschaftliche Nutzung von Land.

Die Wichtigkeit des Wassers für die Wirtschaft zeigt sich auch in diesen Fällen:

• In vielen Entwicklungsländern ist zu wenig oder nur verschmutztes Wasser vorhanden; alle Industrienationen zeichnen sich aber durch genügend Wasser von guter Qualität aus.
• Die meisten Großstädte grenzen an Flüsse, Seen oder Meere.

Die Anwesenheit von Wasser kann sich aber auch negativ auf Wirtschaft und Entwicklung auswirken: So kann Wasser durch seine Wirkung als Erosionsagent und durch Überschwemmungen große wirtschaftliche Schäden verursachen, wodurch es sich unmittelbar nach solchen Katastrophen beschleunigend auf die Verbreitung von Krankheitserregern, Missernten etc. auswirkt.

Siehe auch: Wasser als Handelsware, Weltwasserforum, Weltwassertag, Jahr des Süßwassers, Virtuelles Wasser

[Bearbeiten] Bedeutung für die Brandbekämpfung

Wasser ist das wichtigste Löschmittel bei den meisten Bränden. Beim Verdampfen des Wassers wird Hitze abgeführt und die brennenden Stoffe werden unter ihre Zündtemperatur gekühlt. Wasser ist hierzu aufgrund seiner hohen molaren Wärmekapazität besonders gut geeignet, denn es kann dadurch sehr viel Wärmeenergie aufnehmen bis es verdampft. Außerdem wird durch das Wasser verhindert, dass Sauerstoff an die brennenden Stoffe gelangt und mit diesen reagiert. Weiterhin ist Wasser sehr gut verfügbar und für die Umwelt nicht schädlich.

Es eignet sich jedoch nicht immer als Löschmittel, da es selbst mit Stoffen reagieren und so den Brand unterstützen kann, zum Beispiel bei Metall- oder Fettbränden. Wenn Wasser auf brennendes Fett gegossen wird, reißt das verdampfende Wasser kleine Fettkügelchen mit sich, die sich explosionsartig entzünden (Fettexplosion). Ein weiterer Nachteil ist seine zum Großteil durch Verunreinigungen hervorgerufene elektrische Leitfähigkeit, zum Beispiel bei Bränden von elektrischen Geräten und Leitungen. Schornsteinbrände dürfen ebenfalls nicht mit Wasser gelöscht werden.