Warum ist Wasser blau?

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Auf die Frage, warum Wasser blau ist, hört man oft die Antwort: Weil sich der blaue Himmel in den Flüssen, Seen und Meeren spiegelt.

Das klingt zwar einleuchtend, ist aber noch keine wirklich erschöpfende physikalische Erklärung. Stellen wir zunächst einige Beobachtungen zusammen: Je mächtiger eine (klare, saubere) Wasserschicht ist, desto tiefer blau erscheint sie. Das offene Meer ist oft blauer als ein Küsten­gewässer. Dennoch ist das Meerwasser nicht grundsätzlich blau. Die Nord- und Ostsee erscheinen uns häufig eher braun oder grünlich. Selten, aber doch auch verfärben sich manche Gewässer für kurze Zeit sogar rot. Das Wasser in einem Trinkglas oder Krug ist völlig transparent und farblos, auch in einer Pfütze. Doch ein Froschtümpel kann ziemlich grün schimmern.

All die Beobachtungen stimmen. Bei der »Farbe des Wassers« haben wir es offensichtlich mit verschiedenen Phänomenen zu tun. Halten wir zuerst noch einmal fest, dass reines Wasser farblos ist. Doch können es verschiedene Stoffe einfärben. Feinste Sand- und Tonteilchen führen zu gelbem oder bräunlichem Wasser. Während Gebirgsbäche oft klares, transparentes Wasser haben (außer nach Starkregen), ist Flusswasser durch die mitgeführte Sedimentfracht in der Regel trüb und bräunlich. Mit einer Eigenfärbung des Wassers hat all das nichts zu tun.Bisher haben wir die anorganische, mineralische Fracht erwähnt, doch enthält das Wasser in der Natur auch jede Menge kleiner Lebewesen. Die Zahl der Bakterien ist kaum zu fassen: Ein einziger Tropfen (entsprechend etwa einem Milliliter) Küstenwasser des Meeres kann Abermillionen Bakterien enthalten, unter ihnen auch Cyanobakterien (»Blaualgen«), die durch ihre Pigmente das Wasser einfärben. Einzellige Mikroalgen (Protisten) sind die wichtigsten Pri­mär­produzenten des Meeres, auch ihre Zahl kann schier unermesslich sein. Wenn sich solche Kleinstlebewesen massenhaft vermehren, spricht man von Algenblüten. Das Gewässer kann dann nicht nur grünlich, sondern sogar rot sein (rote Tiden) und außerdem auch giftig. Gletscherflüsse weisen häufig eine milchig-weiße Färbung auf, die von fein zerriebenem Gesteinsmaterial herrührt. Je weiter wir uns von den Küsten des Meeres entfernen, desto weniger Partikel und auch Mikroorganismen finden wir im Wasser. Es erscheint dann tiefblau. Gehen wir somit auf unserer Suche nach dem Blau des Meeres davon aus, dass das Wasser völlig klar ist und so gut wie keine Fremdstoffe enthält (oder zumindest nur sehr wenig).

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Warum erscheint es tiefblau? Wie wir bereits festgestellt haben, ist es keine Eigenfärbung. Vielmehr handelt es sich um das physikalische Phänomen der Absorption: Aus dem weißen Tageslicht, das sich bekanntlich aus »allen Farben des Regenbogens« von Violett über Blau, Grün, Gelb, Orange bis hin zu Rot zusammensetzt, bleibt schließlich nur das Blau übrig. Doch wie funkti­o­niert dies?Die einzelnen Farben entsprechen elektromagnetischer Strahlung einer bestimmten Wellenlänge. Bei Blau ist diese am kürzesten, bei Rot am längsten. Die Ursache für die Absorption bestimmter Wellenlängen liegt in der molekularen Struktur des Wassers und im wilden »Gezappel« seiner Moleküle. Denn weder sind die Moleküle mit ihrem Winkel selbst ganz starr (vielmehr schwingen sie), noch sind die Wasserstoffbrü­cken (die Cluster) und die Anordnung der Moleküle stabil. Sie haben eine Lebensdauer von kleinsten Bruchteilen einer Sekunde. Die an den Sauerstoff gebundenen Wasserstoffatome »wa­ckeln« sowohl »auf und ab« als auch »hin und her«, alles schwirrt durch die Gegend und rotiert. Als Folge all dieser Schwingungen werden bestimmte Wellenlängen des zusammengesetzten weißen Tageslichts schneller und intensiver »verschluckt« als andere. Das rote Licht wird mit zunehmender Strecke, die ein Lichtstrahl durch Wasser zurücklegt, zuallererst ausgefiltert. Aus dem Sonnenlicht bleiben am Ende die blauen Anteile übrig. Diese blaue Farbe wird dann aus dem Wasser in unser Auge reflektiert, und aus diesem Grunde erscheint es uns blau. Das Phänomen kennen die Taucher recht gut, ganz besonders jene, die versuchen, die untermeerischen Wunderwelten fotografisch oder filmisch festzuhalten. Schon in fünf Meter Tiefe sind die Farben nicht mehr wirklich strahlend, und mit jedem weiteren Meter in die Tiefe wird das Licht blauer. Ein knallroter Fisch erscheint bald undefinierbar bräunlich bis bläulich … Nur Lampen und Blitzgeräte können die grellen Farben der Unterwasserwelt wieder auf das Bild zaubern.

Mehr zu solchen und ähnlichen Themen kannst Du an der Schule am Meer erfahren, der Feldstation der Meeresschutzorganisation mare-mundi.eu.

Quelle: HOFRICHTER R., GREGUS M., GREGUS M. Jun., 2013: Wasser. 192 Seiten. Pietsch, Köln.


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Text & Fotos: Robert Hofrichter, mare-mundi.eu
Redaktion: Astrid Hickmann