Eine spannende physikalische Reise zu den Folgen des Klimawandel
Dass der steigende Wasserstand (Pegel) der Ozeane mit den steigenden Temperaturen und der Schmelze der polaren Eismasse in einem Zusammenhang steht, ist mittlerweile eine Binsenweisheit. Keine neue Nachricht, eher langweilig.
Spannender ist da die Tatsache, dass die riesigen Ozeane mit einem kleinen, einfachen Thermometer eine Gemeinsamkeit haben.
Schauen wir uns einmal das kleine Thermometer ein wenig genauer an: In einer kleinen Hohlkugel aus Glas befindet sich gefärbtes Wasser. Die Farbe hat lediglich die Aufgabe, das Wasser besser sichtbar zu machen, wie z.B. rote Tinte. Die kleine gläserne Hohlkugel besitzt an einer Stelle ein ebenfalls gläsernes Steigrohr. Es besteht eine Verbindung von der Hohlkugel zum Steigrohr. Und nun kommt der Auftritt der Physik! Es lässt sich nachweisen, dass kaltes Wasser weniger Raum einnimmt, als kaltes Wasser. Bei Kälte zieht sich das Wasser in unserem Thermometer zusammen, bei Wärme dehnt es sich hingegen aus. Das wissen schon Kinder, denn wenn man mit den Fingern das Thermometer anwärmt, kann man durchaus Hitzefrei- Temperaturen erzeugen.
ABER, sagt jetzt der Physiker/in, dass stimmt nicht ganz, weil zwischen 0°C und 4°C verhält sich Wasser genau umgekehrt. Dies bezeichnet die Fachwelt Dichteanomalie. Dieses Aber können wir in unserem Zusammenhang wieder vergessen, mit dem kleinen Hinweis auf die Dichteanomalie des Wassers könnt Ihr aber mächtig Eindruck erwecken.
Wir merken uns, dass sich Wasser je 1 °C Temperaturerhöhung (außer im Bereich 0°C-4°C) sein Volumen um den Faktor 0,21 x 10-3 vergrößert.
Oh, man, jetzt auch noch eine Mathestunde! Gar nicht so schlimm. 10-3 bedeutet nichts anderes als 1 Tausendstel, also 0,001. Nimmst Du jetzt den Wasserausdehnungskoffienten 0,21 und nimmst ihn mit 0,001 mal, dann ergibt das 0,00021. Also der Volumenausdehnungskoeffizient von Wasser ist 0,00021 je 1°C
Jetzt kommen wir zu unseren Ozeanen. Die werden immer wärmer. In den letzten 20 Jahren im Mittel um 1°C. Der Wärmezuwachs wird derzeit immer höher. Das erkennt Ihr, wenn Ihr die Erwärmung früherer Jahre vergleicht: +0,04°C pro Jahrzehnt.
Nehmen wir einmal einen Kubikmeter Wasser mit den Würfelmassen 1m x 1 m x 1 m (oder 100 cm x 100 cm x 100 cm). In diesem Würfel sind 1.000 l Wasser oder 1.000 dm3 bzw. 1.000.000 cm3 und die haben ein Volumen von 1m3.
Die Ozeane sind im Durchschnitt 3.800 m tief. Folglich Beträgt die durchschnittliche ozeanische Wassersäule von der Grundfläche 1 m x 1 m genau 3.800 m3. In dieser Wassersäule befinden sich 3.800 x 1.000 Liter, also 3.800.000 Liter Ozeanwasser.
Und jetzt kommt die tatsächliche, durchschnittliche Temperatursteigerungen der Ozeane der letzten 20 Jahre. Die Rechnung fällt uns jetzt nicht schwer, denn pro +1°C beträgt der Volumenausdehnungskoeffizient 0,00021 bei Wasser. Bei 1 m3 (1.000 dm3) und einer Temperaturerhöhung von + 1 Grad vergrößert sich die Ausdehnung des Wassers um 0,21 dm3 (= 210 ml Wasser). Nehmen wir jetzt 3.800.000 Liter ( 3.800.000 dm3) unserer durchschnittlichen Ozeansäule und multiplizieren diese mit dem Ausdehnungskoeffizienten für +1°C, dann erhalten wir einen Zuwachs durch die vergrößerte Ausdehnung unserer Ozeansäule um 798 Litern. Der Meeresspiegel steigt moderat. Die Ozeane steigen bei einer Temperaturzunahme um 1 °C um 0,021%. Das erscheint zunächst belanglos.
798 l Volumenzunahme bei einer durchschnittlichen Ozeanwassersäule mit der Grundfläche 1 m x 1 m .
Die Gesamtfläche der Ozeane (Pazifischer Ozean, Atlantantischer Ozean, Indischer Ozean, Südlicher Ozean, Arktischer Ozean) beträgt 368.770.000 km2. Das sind „unbedeutende“ 3.687.700.000.000 000m2 Ozeanfläche. Wird diese Fläche noch einmal mit 798 l Volumenvergrößerung unserer durchschnittlichen Ozeansäule multipliziert, dann wird der vermehrte Platzbedarf durch nur eine Meereswassererhöhung von + 1°C deutlich: Ganze 2.942.784.600.000.000.000 Liter.
Zusammen mit weiteren Auswirkungen des Klimawandels, wie Artensterben, Polschmelze, Glöetschersterben, Stürme, Starkregen, Überflutungen sind alleine die Auswirkungen der scheinbar unbedeutenden Volumenvergrößerung ein weiterer Grund, sich noch stärker mit für den Klimaschutz einzusetzen. Unser Beispiel zeigt, wie komplex die Erde auf den Klimawandel reagiert.
