Was, wenn Eiswürfel unten schwimmen?

Wunderwelt Wasser: Wenn Eiswürfel unten schwimmen – ein physikalisches Rätsel

Normalerweise schweben Eiswürfel an der Wasseroberfläche. Das liegt an der anomalen Dichteanomalie des Wassers: Eis ist leichter als flüssiges Wasser, daher schwimmt es. Aber was, wenn diese alltägliche Beobachtung plötzlich auf den Kopf gestellt wird und Eiswürfel unten im Glas verharren? Dieser scheinbare Widerspruch zur Natur der Dinge wirft spannende Fragen nach den physikalischen Eigenschaften von Wasser und den darin enthaltenen Stoffen auf. Die einfache Antwort „Das ist unmöglich greift zu kurz; denn es gibt durchaus Erklärungen für dieses ungewöhnliche Phänomen.

Die wohl häufigste Ursache für schwimmende Eiswürfel am Glasboden ist die Anwesenheit von Gasblasen im Wasser. Wasser, besonders Leitungswasser, enthält in der Regel gelöste Gase wie Sauerstoff und Kohlendioxid. Beim Gefrieren des Wassers werden diese Gase teilweise freigesetzt und bilden sich in kleinen Blasen, die im Eis eingeschlossen werden. Diese Gasblasen reduzieren die Dichte des Eiswürfels, ähnlich wie ein schwimmender Luftballon. Je mehr Gasblasen im Eis eingeschlossen sind, desto geringer ist seine Dichte und desto wahrscheinlicher ist es, dass der Eiswürfel sinkt, anstatt zu schwimmen. Dieses Phänomen ist besonders auffällig, wenn man Wasser mit hoher Gaslöslichkeit verwendet oder das Wasser vor dem Einfrieren kräftig geschüttelt hat, um die Gaslöslichkeit zu erhöhen.

Ein weiterer, weniger häufiger, aber dennoch plausibler Grund ist überhitztes Wasser. Überhitztes Wasser ist ein Zustand, in dem sich Wasser über seinem Siedepunkt (100°C unter Normaldruck) befindet, ohne zu sieden. Dies kann unter bestimmten Bedingungen geschehen, zum Beispiel in sehr sauberen Behältern ohne Nukleationskeime, an denen sich Blasen bilden können. Überhitztes Wasser hat eine geringere Dichte als normales Wasser bei derselben Temperatur und kann daher die Dichte von Eis übertreffen. Wird nun ein Eiswürfel in überhitztes Wasser gegeben, sinkt er aufgrund der geringeren Dichte des Wassers. Diese Situation ist jedoch instabil; die geringste Störung, wie das Hinzufügen des Eiswürfels, führt in der Regel zum explosionsartigen Verdampfen des überhitzten Wassers.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Eiswürfel, die unten schwimmen, ein Indiz für ungewöhnliche Bedingungen im Wasser sind. Sowohl die Präsenz von Gasblasen im Eis als auch die Möglichkeit von überhitztem Wasser können dieses Phänomen erklären. Die genaue Ursache lässt sich jedoch nur durch eine genauere Untersuchung der Wasserzusammensetzung und der Temperaturverhältnisse feststellen. Der scheinbar einfache Vorgang des Einfrierens von Wasser offenbart somit eine faszinierende Komplexität, die uns daran erinnert, wie viel wir noch über die scheinbar alltäglichen Phänomene unserer Welt lernen können. Die Beobachtung von sinkenden Eiswürfeln ist daher nicht nur ein Kuriosum, sondern auch ein faszinierendes Beispiel für die Wechselwirkungen physikalischer Eigenschaften.