Verdrängung – „Plötzlich Wissen!“

Material:

Leitungswasser und Salzwasser (Beschreibung, wie man Salzwasser macht), Raumtemperatur
2 schlanke Gläser
Für die Eiswüfel:
- Lebensmittelfarbe (gibts z.B. in der Backabteilung im Supermarkt)
- Eiswürfelbeutel
2 Teesiebe (um die Eiswürfel am Boden eines gefüllten Wasserglases zu halten)
- alternativ: Teebeutel für losen Tee & 2 Gabeln

Die Eiswürfel kräftig anfärben:

Für eine Eiswürfelschale Leitungswasser mit 5g Lebensmittelfarbe (eine halbe Tube) anmischen.
Für Eiswürfel im Eiswürfelbeutel die 5g Lebensmittelfarbe in die Einfüllöffnung geben bevor man das Leitungswasser einlaufen lässt und den Eiswürfelbeutel etwas kneten, um alles gut zu vermischen.

Experiment:

Eines der Gläser mit Leitungswasser füllen, das andere mit Salzwasser – darauf achten, dass beide Flüssigkeiten Raumtemperatur haben.
Ihr braucht nun 2 Eiswürfel, einen für jedes Glas. Diese Eiswürfel füllt ihr jeweils in ein Teesieb oder Teebeutel.
Die verpackten Eiswürfel gebt ihr nun in die Gläser und fixiert sie am Boden. Das Teesieb könnt ihr evtl. mit einer Wäscheklammer fixieren, den Teebeutel am besten mit einer Gabel am Boden halten.
Mit der Zeit schmelzen die Eiswürfel. Im Glas mit dem Salzwasser steigt die Farbe des Eiswürfels nach oben, im Glas mit Leitungswasser bleibt die Farbe des Eiswürfels am Boden des Glases.

Wir haben dieses Experiment auch in unserem siebten Live-Stream “Abtauchen mit Plötzlich Wissen!” durchgeführt. Hier könnt ihr euch das Video dazu ansehen:

Erklärung:

Das Schmelzwasser der Eiswürfel ist Süßwasser und es ist kalt – also auf jeden Fall kälter, als das eingefüllte Wasser mit Raumtemperatur. Im Glas mit dem Leitungswasser (ebenfalls Süßwasser) bleibt das gefärbte Schmelzwasser am Boden des Glases, weil es kälter ist. Es besitzt eine höhere Dichte als das Leitungswasser bei Raumtemperatur. Dichte ist nicht anderes als Gewicht pro Volumen und dieses Verhältnis aus Gewicht pro Volumen ist abhängig von der Temperatur. Das Schmelzwasser hat mehr Gewicht pro Volumen und verdrängt das Süßwasser bei Raumtemperatur nach oben.

Die Dichte hängt nicht nur von der Temperatur sondern auch vom Salzgehalt ab. Im Glas mit dem Salzwasser steigt das gefärbte Schmelzwasser nach oben, weil das Salzwasser bei Raumtemperatur eine höhere Dichte (Gewicht pro Volumen) besitzt als das kalte, angefärbte Schmelzwasser des Eiswürfels. Daher steigt das gefärbte, kalte Süßwasser im Glas mit dem Salzwasser nach oben.

Im Prinzip haben wir es also mit drei verschiedenen Dichten (oder Gewichten pro Volumen) von Wasser zu tun. Das Salzwasser ist am schwersten. Dann folgt das kalte, geschmolzene Süßwasser des Eiswürfels und am leichtesten ist das Süßwasser bei Raumtemperatur.

Was hat das mit Ozean und Meeren zu tun?

Eisberg in der Antarktis (public domain)

Im Durchschnitt enthält Meerwasser 3,5 % Salze und dadurch ist die Dichte von Meerwasser ca. 3 % höher als die von Süßwasser in Flüssen oder Seen. Das sorgt dafür, dass Schiffe weniger tief in Salzwasser eintauchen als in Süßwasser. Das Gleiche gilt auch für Eisschollen oder Eisberge (gefrorenes Süßwasser).

Auch Eis taucht weniger tief in Salzwasser ein als in Süßwasser. Ein Eisberg von einer Tonne Gewicht verdrängt eine Tonne Meerwasser – aufgrund der höheren Dichte von Meerwasser nimmt eine Tonne Meerwasser weniger Volumen ein als eine Tonne Süßwasser. Der Unterschied zwischen dem Volumen von einer Tonne Meerwasser und dem Volumen einer Tonne Süßwasser beträgt 2,6 % (Dichte-Unterschied).

Denken wir uns einen großen Swimmingpool-Pool, der 10 Tonnen Meerwasser fassen kann. Dann füllen wir diesen Pool mit neun Tonnen Meerwasser und lassen einen Ein-Tonnen-Eisberg darin schwimmen. Der Pool ist randvoll. Wenn der Eisberg schmilzt, wird der Pool überlaufen, denn es sind 26 Liter “zu viel” Wasser drin (siehe die 2,6 % Unterschied im Volumen von oben). Eis, das auf dem Meer treibt, und schmilzt, trägt so als auch einen Teil zum Anstieg des Meeresspiegels bei.