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Das Wasser ist ein gewaltiges molekulares Chaos

Von blossem Auge ist es nicht sichtbar, auch nicht unter dem Mikroskop – das Zusammenspiel der Wassermoleküle. Grund genug, dem Molekül namens H2O auf den Grund zu gehen.

Stahlblau bis Türkis: Seine Farbtöne verdankt der Brienzersee optischen Effekten und Partikeln im Wasser.
Stahlblau bis Türkis: Seine Farbtöne verdankt der Brienzersee optischen Effekten und Partikeln im Wasser.
Bruno Petroni

Die Erde, der blaue Planet. Blau deshalb, weil er in den Weiten des Weltalls wie eine aquamarinfarbene Perle leuchtet. Verantwortlich dafür ist ein ganz bestimmtes Molekül: H2O – Wasser.

Die Weltmeere, Seen, Flüsse, das ewige Eis der Polarkappen und Gletscher: Rund 71 Prozent der gesamten Erdoberfläche sind bedeckt mit Wasser. Es verleiht der Erde aber nicht nur ihr charakteristisches Aussehen: Die schlichte Verbindung zwischen einem Sauerstoff- und zwei Wasserstoffatomen bildet die Grundlage des Lebens, wie wir es kennen.

Wie sich dieser Lebensspender auf molekularer Ebene verhält, erklärt Jürg Hulliger, Chemieprofessor an der Universität Bern. Demnach herrscht selbst im kleinsten Wasserglas ein ve­ritabler Taifun. In den Worten von Jürg Hulliger: «Könnten wir Wassermoleküle von blossem Auge betrachten, würden wir feststellen, dass sie sich völlig zufällig verhalten. Sie gehen Bindungen ein und lösen sie wieder auf.» Hulliger nennt es «das molekulare Chaos». Wasserteilchen geben demnach fortlaufend Protonen ab oder nehmen zusätzliche auf.

So kommt es, dass gewisse Wassermoleküle während kürzester Zeit mit einem Wasserstoffatom mehr oder eben we­niger durch dieses gewaltige Tohuwabohu treiben. «Dieser Zustand währt nur sehr kurz», erläutert Hulliger. Konkret: Für eine Picosekunde, eine Dauer, so surreal kurz, dass sie sich nicht in Worte fassen lässt. Währenddessen sind die Moleküle ionisiert, also elektrisch geladen, und sorgen so dafür, dass Wasser Strom weiterleitet.

Salz, Licht und Algen

Nach dem kurzen Intermezzo stossen die geladenen Moleküle ihre überschüssigen Protonen wieder ab oder nehmen, falls sie zuvor ein Wasserstoffatom abgetreten hatten, eines auf. Die Zahl der ionisierten Moleküle bleibt im gesamten Wassergemisch konstant. Sie variiert allerdings, abhängig davon, welche Stoffe sonst im Gemisch herumwirbeln. Im chemisch reinen Wasser beispielsweise ist die Ionen-Konzentration deutlich tiefer als im Meerwasser, welches nebst H2O unter anderem diverse Salze enthält.

Die Ozeane leuchten in sattem Blau. Die Aare fliesst zuweilen türkisfarben rund um die Berner Altstadt. Aus dem Hahn schiesst das Trinkwasser völlig farblos: Die chemische Zusammensetzung des Wassers hat auch einen Einfluss auf dessen Färbung. «Im sichtbaren Spektralbereich ist H2O transparent», sagt Jürg Hulliger. Erscheine es farbig, dann liege das primär an optischen Phänomenen, der Brechung und der Reflexion des Lichtes. «Bestes Beispiel dafür ist ein Regenbogen.»

Anders ist es, wenn sich im Wasser Kleinstpartikel befinden, welche eine Eigenfarbe haben oder ebenfalls zu Streueffekten führen: Führt ein Fluss Schwebestoffe, nimmt er einen bräunlichen Ton an. Erscheint ein Teich grünlich, dann deutet das auf ­Algen und Plankton hin.

Die Ursuppe des Lebens

Nicht in einem Tümpel, sondern irgendwo in den (blauen) Weiten der Weltmeere entstand vor Urzeiten das erste Leben auf der Erde. Das Wasser schuf die optimalen Bedingungen dafür – und tut es bis heute. Wissenschaftler blicken in die Tiefen des Alls. Auf der Suche nach Leben. Auf der Suche nach einem zweiten blauen Planeten, bedeckt von H2O. In den Worten Jürg Hulligers: «Dem kleinen Ding, der Ursuppe des Lebens.»

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