Sarsteiner Gold

Über den Begriff Wasserqualität

Allgemein

Wasser ist eines der wichtigsten Elemente der Erde. Da Wasser ein ausgezeichnetes Lösungsmittel ist, kommt es so gut wie nie in reiner Form vor. Es enthält meistens gelöste Anteile von Salzen, Mineralen, Gasen und organischen Verbindungen. Es war schon immer eine Herausforderung die Qualität von Wasser festzustellen und zu beschreiben. An späterer Stelle wird beschrieben werden, wie die alten Kulturen mit diesem Problem umgegangen sind. Soviel vorweg: Allen Anschein nach wussten unsere Vorfahren bereits sehr gut über die Qualitäten verschiedener Quellen Bescheid. Aus einem bis heute unerfindlichen Grund leiteten sie gewisse Wässer in ihren Leitungen zig Kilometer zu deren Siedlungen.

ergrabene Römische Wasserleitung

Abb. 1: Ausgegrabene römische Wasserleitung [Quelle]

Doch was versteht man heute unter dem Begriff Wasserqualität? Ständig ist die Rede davon, dass wir in Österreich mit Gewässern von besonders hoher Qualität gesegnet sind. Unter dem Begriff Wasserqualität (oder Wassergüte bzw. Wasserbeschaffenheit) versteht man grundsätzlich die Nutzbarkeit von Wasser für menschliche oder natürliche Zwecke und Prozesse aller Art. Es ist also festzuhalten, dass der Begriff Wasserqualität, ohne einer zugeordneten Verwendung wenig aussagt.

Für diese Beschreibung existiert aktuell kein allgemein verwendbarer Maßstab oder Index, der Wasserqualität definieren könnte.

Wie gehen wir nun mit dieser Problematik um, und was sind nun die aussagekräftigen Parameter unserer Beschreibungsart? – Dieser Artikel behandelt genau diese Fragestellung und erörtert ob unsere Sichtweise auf das Thema Wasserqualität ausreichend ist.

Kriterien für Wasserqualität

Um die Kriterien für Wasserqualität festzulegen, benötigt man wie bereits erwähnt die vorbestimmte spezifische Nutzung für das jeweilige Wasser. Diese sind also nach dieser auch immer unterschiedlich. So benötigt man für die Nutzung als Trinkwasser eine andere Qualität, als bei Brauchwasser für landwirtschaftliche Bewässerung, oder technische Prozesse. Gelöst wurde diese Herausforderung, indem man für jede Anwendung eigene Anforderungen definiert hat. Diese Anforderungen für die einzelnen Bereiche sind in Handbüchern, Richtlinien oder Standards unter der Definition von Grenzwerten festgeschrieben (z.B.: Trinkwasserverordnung oder Badegewässer-richtlinie). Diese Grenzwerte sind national oder auch übernational unterschiedlich rechtlich bindend und reichen von unverbindlichen Empfehlungen bis hin zu einklagbaren persönlichen Rechten.

Es wird meistens zwischen einer auf das Wasser bezogenen Qualität als nutzbares Medium und einer eher ökologischen Anforderungen berücksichtigenden Gewässerqualität unterschieden. Weiters gibt es auch noch Wasserqualität im engeren Sinn. In weiterer Folge wird lediglich auf die Beschaffenheit von Wasser für Trinkwasserzwecke und Gewässerqualität eingegangen, wobei bei der Gewässerqualität auch Parameter wie die Beschaffenheit des Gewässerbettes oder seine biotische Besiedelung mit Wasserorganismen berücksichtigt werden.

Jede Verminderung einer bestehenden Wasserqualität ist eine Wasserbelastung!  Entweder durch natürliche Ursachen, oder durch menschliche Einflüsse verursacht.

Kombination der Bilder

Abb. 2: Unterschiedliche Anforderungen an Wasserqualität – Trinkwasser (links), landwirtschaftliche Bewässerung (mitte), Kühlwasserbecken (rechts)

Bestimmung der Wasserqualität

Um die Qualität von Wasser, insbesondere in der natürlichen Umgebung beurteilen zu können, werden verschiedene Verfahren verwendet, je nach dem, ob es sich um:

  • Grundwasser oder
  • Oberflächenwasser

handelt. Es kommen ganz allgemein physikalische, chemische und biologische Verfahren zur Bestimmung der Wasserqualität zum Einsatz.

Biologische Verfahren

Eines der wichtigsten biologischen Verfahren ist die Bestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB). Als Kennzahl wird meistens der BSB5 angegeben. Dieser gibt die Menge an Sauerstoff im mg/l an, welche von Bakterien und anderen Kleinstlebewesen in einer Wasserprobe im Zeitraum von 5 Tagen bei einer Temperatur von 20C verbraucht wird, um die Wasserinhaltsstoffe aerob abzubauen. BSB ist somit ein indirektes Maß für die Summe aller biologisch abbaubaren organischen Stoffe im Wasser. Der BSB gibt an, wie viel gelöster Sauerstoff in einer bestimmten Zeit für den biologischen Abbau der organischen Wasserinhaltsstoffe benötigt wird.

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Abb. 3: Bakterien im Wasser

Über diesen biochemischen Sauerstoffbedarf wird die Wasserprobe meistens in Güteklassen eingeteilt. Gewässergüteklassen dienen zum Beispiel der Darstellung in den amtlichen Gewässergütekarten. Dies ist vor allem in Deutschland der Fall. Es gibt auch noch weitere Systeme, welche die Güteklassen anhand der gefundenen Organismen einteilt (Saprobiensystem). Da es international eine kaum überschaubare Vielfalt an biologischen Bewertungsverfahren für Wasserqualität gibt, wird an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen. Wichtig ist zu verstehen, dass es dabei immer um eine Qualitätsaussage über das Vorhandensein oder Entwickeln von Organismen geht.

Chemische Verfahren

Mittels chemischen Verfahren werden der chemische Sauerstoffbedarf, der organisch gebundene Kohlenstoff sowie Stoffkonzentrationen ermittelt. Hinweise auf Belastungen des Wassers aus organischen Quellen lassen sich aus Messungen der Stickstoffverbindungen Ammonium, Nitrit und Nitrat oder aus dem Gesamt- Phosphor gewinnen. Bei der traditionellen Güteeinstufung wurden anhand zahlreicher Wasserproben die einzelnen Inhaltsstoffe chemischen ermittelt.

Physikalische Verfahren

Der große Vorteil der physikalischen Verfahren zur Bestimmung der Wasserqualität liegt darin, dass diese in den meisten Anwendungsbereichen eingesetzt werden können und bei zahlreichen kontinuierlichen Untersuchungen kostengünstiger als biologische und chemische Verfahren sind. Beispielsweise werden so die Temperatur, der Sauerstoffgehalt, der pH- Wert, die Leitfähigkeit und teilweise die Radioaktivität sowie andere Parameter gemessen.

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Abb. 4: Physikalische permanente Messung der Leitfähigkeit von Wasser

Qualitätsanforderungen an Gewässer

Mit der Einführung der europäischen Wasserrahmenrichtlinie im Jahr 2000 wurde ein neues Verfahren der Güteeinstufung festgelegt. Ziel der Richtlinie ist es, alle Gewässer Europas in einen „guten Zustand“ zu versetzen. Für alle Gewässer, die diesen Zustand verfehlen sind Maßnahmen vorgesehen, eine schlechte Einstufung ist somit unmittelbar handlungsrelevant. Die Gesamtqualität eines Gewässers wird durch den schlechtesten Parameter bestimmt! Die Güteeinstufung erfolgt anhand eines komplizierten Verfahrens, bei dem einfach ausgedrückt der „chemische Zustand“ und der ökologische Zustand des Gewässers betrachtet werden. Ist der chemische Zustand einigermaßen einfach festzustellen, so ergibt sich der ökologische Zustand aus der im Gewässer anzutreffenden Lebensgemeinschaft. Wobei hier auch noch Hilfsparameter wie Gewässerstrukturgüte sowie chemische und physikalische Parameter  ebenfalls eine Rolle spielen. Arbeitet man dieses Verfahren ab, so erhält man eine entsprechende Güteeinstufung.

Qualitätsanforderungen an Trinkwasser

Trinkwasser unterliegt in Österreich den Bestimmungen des Lebensmittelsicherheits- und Verbraucherschutzgesetzes (LMSVG 2006, BGBL I, Nr 13/2006). Auf Basis dieses Gesetzes wurde eine Durchführungserklärung erlassen.

  • Trinkwasserverordnung – TWV: Verordnung über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch: BGBl. II Nr. 304/2001, Änderung BGBl. II Nr. 254/2006

Durch diese Verordnung wird die EU- Richlinie 98/83/EG „Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch“ 1998 in österreichisches Recht umgesetzt. Ergänzende Bestimmungen enthält das österreichische Lebensmittelbuch, III. Auflage B1 „Trinkwasser“.

Anforderungen an Trinkwasser gemäß TWV

Wasser muss geeignet sein, ohne Gefährdung der menschlichen Gesundheit getrunken oder verwendet zu werden. Das ist gegeben wenn:

1.) Mikroorganismen, Parasiten und Stoffe jedweder Art nicht in einer Anzahl oder Konzentration enthält, die eine potentielle Gefährdung der menschlichen Gesundheit darstellen und

2.) den in Anhang I Teile A und B festgelegten Mindestanforderungen entspricht. Die in Anhang I Teil C definierten Anforderungen für Indikatorparameter gelten für Überwachungszwecke. Bei Nichteinhaltung der Werte oder Spezifikationen ist den in Anhang I Teil C angeführten Verpflichtungen nachzukommen.

In Teil A sind die Grenzwerte für mikrobiologische Parameter festgelegt und in Teil B die Grenzwerte für die chemischen Parameter. Teil C enthält Mikrobiologische Indikatorparameter.

Erfüllt eine Wasserprobe diese Anforderungen so wird von eingehaltener Trinkwasserqualität gesprochen und das Wasser wird für den menschlichen Genuss als unbedenklich angesehen.

Wichtig ist zu beachten, dass Analyseergebnisse von Wasserproben nicht als Beleg unveränderlicher Zustände des Trinkwassers angesehen werden dürfen, sondern als punktuelle, zeitliche und örtliche Ergebnisse zu werten sind.

Wasserqualität gestern und heute

Wasser war schon immer ein zentraler Gesichtspunkt in der Geschichte der Menschheit. Die ersten nachweisbaren größeren Ansiedlungen von Menschen erfolgten immer in nächster Nähe von Quellen und Flüssen. Durch die Lage an einem Bach oder Fluss wurde früher das Problem der Beseitigung des verbrauchten Wassers automatisch gelöst. Die Beschaffung von trinkbaren Wasser warf aber schon im Altertum Probleme auf. Schon damals musste der Gesetzgeber eingreifen: z.B.: Gesetz des Solon (Griechenland) 560 v. Christus.

Es ist hoch interessant die Wasserbräuche der alten Etrusker zu studieren. Diese hoch entwickelte Kultur hatte hervorragende Kenntnisse über Wasserqualitäten. So finden sich im Codex Agrimensores romanorum, einer der ältesten römischen Schriften, interessante Darstellungen von Städten und Brunnenanlagen aber auch von Abwasserkanälen. Es sind inzwischen zahlreiche römische Stadtanlagen ausgegraben worden, z.B. Vindonissa (Schweiz). Dort lassen sich noch intakte Fernwasserleitungen besichtigen, die ihr Wasser aus mehreren Quellfassungen und Brunnen beziehen. Hierbei ist anscheinend nur bestimmtes Wasser ausgesucht worden, da die Leitungen bei sehr ertragreichen Quellen vorbei laufen. Man musste also bereits damals eine gute Vorstellung von Wasserqualität gehabt haben. Diese Künste bzw. Wissenschaften des Bestimmens von gutem Wasser waren hoch angesehen und oft geheim.

Es lässt sich genau zeigen, dass als Nachfolger der Etrusker, die Römer, aber auch andere Völker zwischen Wasser (Trink- oder Gebrauchswasser), heilendem Wasser (für Heilbäder = Mineralhaltiges Wasser, Thermen usw.) und „heiligem“ Wasser (für Kultzwecke, z.B. zur Taufe, Reinigung,…) unterschieden haben (Codex Agrimensores romanorum). Mit dem Zusammenbruch des römischen Reiches sind diese Zünfte großteils in Vergessenheit geraten bzw. von den Germanen nicht mehr in der Form ausgeübt worden. Allerdings existieren noch heute einige römische Wasserleitungen, welche hervorragendes Trinkwasser liefern.

Pont du Gard

Abb. 5: Pond du Gard [Quelle]

Erst im 17. Jahrhundert entwickelte man wieder mit der Erfindung der Mikroskopie ein Verständnis über durch Wasser übertragbare Krankheiten und startete somit eine Renaissance der Wissenschaft über Wasserqualität. Der erste dokumentiere Gebrauch von einem Sandfilter zur Wasserreinigung lässt sich auf das Jahr 1804 zurückführen und die erste erfolgreiche Desinfektion von Wasser durch Chlor wurde um 1860 gemeldet. Man erkennt, aus diesen Zeitspannen, dass die heutige Kenntnis über Wasserqualität noch keine alte Wissenschaft darstellt. Wie oben erläutert, haben wir Regelwerke aufgestellt welche Grenzwerte für genusstaugliches Wasser einzuhalten sind. Innerhalb dieser zugelassenen Grenzwerte gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten für unterschiedliche Wasserqualitäten.

Abschließend muss festgestellt werden, dass eine Unterscheidung von Wasserqualität innerhalb der festgesetzten Grenzwerte heute nur schwer möglich ist. Bezogen auf ein Anwendungsgebiet kann man zwar gewisse Vorzüge feststellen, allerdings ist nicht klar, ob wir in Sachen Wasserqualität überhaupt erst die Spitze des Eisberges der Möglichkeiten erkannt haben. Betrachtet man die phänomenalen Bauten der Römer und deren Wissen über Wasser, die bereits bekannten Anomalien dieses faszinierenden Elements und immer neue Forschungsergebnisse, so kann man gespannt sein auf die Fortschritte, welche wir auf diesen Gebiet in der nächsten Zeit noch machen werden.

Eines scheint gewiss: Das Thema Wasserqualität ist ein ein Forschungsbereich, der viele Möglichkeiten für die Zukunft bringen kann. Weiters ist es ein Privileg in einem Land wie Österreich geboren zu sein, das von Natur aus mit außerordentlich guten Wasserqualitäten gesegnet ist. Es liegt an uns allen dieses Geschenk zu hüten und zu beschützen.

Herzlichst

Martin Franz Neuhuber

Heilquelle – Xandi Vital

Allgemein

Wie bereits im Artikel – Forschungsprojekt: Quellen Österreichs angekündigt untersuchen wir außergewöhnliche Quellen auf deren Eigenschaften, im Falle von ausgewiesenen Heilquellen, auf deren Anomalien und sind bemüht die Ursachen für deren Wirkungen zu ergründen.

Durch eine Verkettung von Zufällen wurden wir auf eine steirische Quelle aufmerksam, welche seit ca. 17 Jahren bekannt ist. Eine Vielzahl von faszinierenden Berichten über die Wirkung dieses Wassers veranlasste uns diese Quelle zu besuchen und genauer „unter die Lupe“ zu nehmen. So wird über Spontanheilungen, oder rasche Linderung diverser Leiden nach dem Genuss dieses kristallartigen Quellwassers berichtet. Menschen nehmen weite Wege auf sich, um dieses Wasser zu erhalten.

Entdeckung der Quelle

Zwischen dem Nationalpark Gesäuse und Eisenerz liegt der kleine Ort Radmer an der Hasel (Abbildung 1). Dort wo die Besiedelung endet und das Gebirge beginnt entspringt eine gemächlich aber stetig fließende Quelle mit einer Schüttung von fünf Liter in der Minute.

Ausschnitt GIS Karte

Abbildung 1: Standort der Quelle – Xandi Vital [WEBGIS Steiermark]

Lange Zeit floss das Wasser ungenützt in den Haselbach bis die Quelle, frei nach der Erzählung des Besitzers Herrn Ringel, auf sich „aufmerksam“ machte. Es ereignete sich das sonderbare Phänomen, dass das Wasser durch das ein Zoll starke Abflussrohr nicht mehr abfließen wollte und über die Fassung quoll, obwohl die Leitung keinerlei Verstopfung aufwies. Dieses merkwürdige Verhalten hat das Interesse des Betreibers der Quelle geweckt und so ließ er das Wasser auf seine Trinkwassereigenschaften testen. Es zeigte sich, dass es sich bei dem Wasser um vorzügliches Trinkwasser handelt. Daraufhin folgten eine Reihe interessanter Ereignisse. So wird von einer Vielzahl an Spontanheilungen berichtet. Es liegen Dankesschreiben jener Menschen vor dessen Leben durch dieses Wasser verändert wurde: Erfahrungsberichte – Xandi Vital

Diese Umstände veranlassten uns diese Quelle in das Forschungsprojekt aufzunehmen um sie genauer zu untersuchen bzw. erforschen.

Wasseruntersuchung und Eigenschaften

Betrachtet man die gesetzlich vorgeschriebene chemische Untersuchung des Wassers, so fällt kein Wert aus der Reihe. Trotz erzführender Geologie sind weder erhöhte Eisen, noch Kupfergehalte oder sonstige erhöhte Metallwerte messbar. Auch alle anderen Parameter sind unauffällig. Auffällig ist, dass bei der Trübung der geforderte Wert um ein Vielfaches unterboten wird und eine hohe Reinheit vorhanden ist.

Auch die mikrobiologische Untersuchung ergibt eine „reine Weste“. Es sind konstant, seit Jahren der Überprüfung, keine koloniebildenden  Einheiten oder sonstige Mikroorganismen nachweisbar. Viel mehr fällt der Umstand auf, dass das Wasser auch nach Monaten der Lagerung keine Anfälligkeiten zeigt, was einer Seltenheit entspricht.

Betreffend den behördlich zu messenden Parametern kann gesagt werden, dass dieses Wasser keinerlei Auffälligkeiten aufweist, welche auf die beschriebene Wirkung auf den menschlichen und tierischen Organismus hinweisen würden.

Lokale Geologie

Will man die Wasserqualität einer Quelle verstehen, so muss man anfangs die lokale Geologie näher betrachten. Das geologische Bundesamt Österreichs stellt die bekannten Daten auf deren Homepage (www.geologie.ac.at/produkte-shop/karten) der Öffentlichkeit zur Verfügung. Mit ein wenig Übung findet man sich auf den Karten sehr schnell zurecht.

Ausschnitt aus gelologischer Karte

Abbildung 2: Ausschnitt aus der geologischen Karte von Admont und Hieflau [Quelle: Geologische Bundesanstalt]

Die Quelle quillt am unteren Ende einer „Rutschung“ zu Tage. Geologisch findet man hier Grauwackenschiefer, erzführende Kalke und Blasseneckporphyroid. Aufgrund der Tatsache, dass das Wasser das gesamte Jahr stetig und mit konstanter Temperatur fließt, ist davon ausgehen, dass es sich um Tiefenwasser handelt, das hier an die Oberfläche steigt. Ebenso interessant ist die Tatsache, dass ca. 50 Meter oberhalb dieser Quelle, eine weitere sehr ergiebige Quelle entspringt. Diese wird für die Wasserversorgung des Ortes genutzt, allerdings ist diese Quelle bezogen auf die zu messenden Parameter nicht mit der „Xandi Quelle“ vergleichbar. Auch das deutet auf einen anderen Ursprung dieser bemerkenswerten Quelle hin.

Man muss wissen, dass in diesem Gebiet eine Menge unterschiedliche Erze und viele natürliche Mineralvorkommen sind. Es ist bekannt, dass Quarze und Minerale der Metallreihe eine ganz spezielle Wirkung auf Wasser haben können. Dieser Umstand wird unter anderem bei Wasserbelebungsgeräten genutzt. Bei der „Xandi Quelle“ könnte es durchaus der Fall sein, dass hier durch die vielen Mineralvorkommen ein Wasser entspringt, das auf natürliche Weise mit unterschiedlichsten Gesteinen und Mineralien in Kontakt kommt und  sich diese positiv auf die Wassereigenschaften auswirken.

Forschungsgegenstand

Bis heute konnte bei keiner Heilquelle eine besondere Eigenschaft mit den gängigen Messtechniken nachgewiesen werden! Auffallend ist, dass diese Wässer besonders stabil sind und lange Zeit nicht kippen bzw. veralgen. Dieses Phänomen zeigt sich auch bei dem Wasser der „Xandi Quelle“.

Was dieses Wasser allerdings besonders macht, ist, dass es seltsame Anomalien aufweist. So behält es seine Kühle über eine ungewöhnlich lange Zeit. Auch die sehr hohe Oberflächenspannung entspricht nicht der Norm. Diese Eigenschaften sind allerdings messbar und werden zum jetzigen Zeitpunkt in einer Versuchsreihe verifiziert und dokumentiert. Es sind also sehr wohl Anomalien messbar und beschreibbar, leider dauert es oft sehr lange, bis man auf die richtige Spur kommt und so zieht sich die Erforschung gewisser Gesetzmäßigkeiten in die Länge oder ist nicht vollständig (Anmerkung: So wurde das Behalten der Kälte bei der Produktion von Speiseeis erstmals beschrieben).

Projekt – „WIR SIND ALLE WASSER“

Aus dem eben genannten Grund haben wir uns dazu entschlossen das Projekt – „WIR SIND ALLE WASSER“ zu starten. Der Grundgedanke lautet, dass wir alle im Grunde nur aus Wasser bestehen und daher danach trachten sollten dieses Biotop mit dem besten verfügbaren Wasser zu versorgen. Um diese Wässer zu definieren und deren Wirkungen zu beschreiben, forschen interessierte Menschen gemeinsam mit dem gleichen Wasser und können ihre Beobachtungen bzw. Ergebnisse und Erfahrungen auf unserer Plattform berichten. Folglich fassen wir diese zusammen und erzielen so eine maximal breite Wissensbildung.

Die „Xandi Quelle“ ist prädestiniert zum Start dieses Projektes. Erstens existiert eine einmalige Abfüllanlage, welche das Wasser in seiner ursprünglichen Erscheinung drucklos in die Flaschen leitet und somit an verschiedenen Orten Versuche durchgeführt werden können und zweitens unterliegt die Quelle einer lückenlosen, gesetzlich vorgeschriebenen hygienischen Kontrolle.

Die bereits bestehenden Erfahrungen und Berichte lassen uns gespannt sein auf die Ergebnisse. Sobald seitens der Firma Sarsteiner Gold eine neue Erkenntnis gesichert ist, wird über diese in der Kommentarfunktion berichtet und im Mitgliederbereich genau erörtert. Alle, die sich zu einem Wasseringenieur, Wasserforscher, Biologen oder einfach zu einem Interessierten berufen fühlen, können ebenfalls in der Kommentarfunktion über Ergebnisse diskutieren oder im Mitgliederbereich an der wissenschaftlichen Erarbeitung mitwirken.

Die abgefüllten Flaschen mit diesem hochwertigen Wasser können bei der Firma Sarsteiner Gold für einen Distributionszins erworben werden, ab dann steht einem Selbstversuch, bzw. eigenen Versuchsreihen nichts mehr im Weg. Bei Interesse an diesem Wasser, nutzen Sie  bitte einfach Kontaktfunktion, wir melden uns umgehend.

Herzlichst

Martin Franz Neuhuber

Wasserstoffbrückenbindungen bilden sich nicht zufällig

Allgemein

Der letzte Blogartikel wurde dem Thema – Warum das Wassermolekül ein Dipol ist -gewidmet. Hier wird erörtert, warum das Wassermolekül eine permanente elektrische Ladung trägt und somit einen Dipolcharakter besitzt. Durch die Ausbildung eines positiven und eines negativen Pols am Wassermolekül ergeben sich Anziehung bzw. Abstoßung unter den dicht nebeneinander liegenden Wassermolekülen. Da sich positive und negative Pole anziehen gehen die Moleküle untereinander Bindungen ein – so genannte Wasserstoffbrückenbindungen. Der Name kommt daher, da sich zwischen dem positiv geladenen Wasserstoffatom und einem negativ geladenen Sauerstoffatom eine Bindung aufbaut. Diese Wasserstoffbrückenbindung sind in der Regel deutlich schwächer als kovalente oder ionische Bindungen. Dennoch ist diese Bindungsart oft entscheidend bei der Bindung unterschiedlicher Moleküle, so wird zum Beispiel über Wasserstoffbrücken die Struktur verschiedener Peptide und Nucleinsäuren bestimmt. Es ist bereits Stand der Wissenschaft, dass Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Wassermolekülen eine wichtige Rolle spielen. Sämtliche Eisstrukturen werden durch diese Bindungsart erzeugt, wobei sich die Bindung nicht nur auf die Eisphase beschränkt. Wie sich diese Bindungen genau ergeben, welchen geometrischen Gesetzmäßigkeiten sie folgen und welche Möglichkeiten sich daraus ergeben, ist Gegenstand dieses Artikels.

Anomalien des Wassers bedingt durch H- Brücken

Wasserstoffbrücken sind besonders im festen Zustand wirksam. Veranschaulicht wird dies in Abbildung 1 durch die gepunkteten Linien. Beim Eis sind bis jetzt acht Kristallstrukturen bekannt, von denen allerdings keine der anderen gleicht. Durch die Wasserstoffbrücken ergeben sich kleinste Hohlräume zwischen den Molekülen. Daraus folgt, dass die Dichte des Eises kleiner ist, als die Dichte der flüssigen Phase. Dies bewirkt die Dichteanomalie des Wassers. Ein weiteres, anomales Verhalten des Wassers ist die hohe Verdampfungswärme. Die Verdampfungswärme hat ebenfalls die Ursache in den H-Brücken, welche beim Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand aufgebrochen werden müssen. Die Phasen, Umwandlungstemperaturen und Druckverhältnisse, welche sich speziell durch die Wasserstoffbrückenbindungen ändern, sind in der Tabelle 1 dargestellt. (ENGLER UND HAINSCHWANG, 1991)

Abb. 1 Wasserstoffbrücken im Eis

Abb. 1 Wasserstoffbrückenbindungen im Eis

Abb. 2 Wasserstoffbrücken - H2O.png

Abb. 2 Wasserstoffbrückenbindung H2O

Tabelle 1

Geometrische Ausbildung einer Wasserstoffbrückenbindung im Wasser

Die Kenntnisse über Struktur und Bindungsgeometrie in den Wasserclustern sind Grundvoraussetzung für das Verständnis von Wasser in der flüssigen Phase und im Eis, sowie seiner Lösungsmitteleigenschaften. Moderne, quantenmechanische und hochauflösende spektroskopische Methoden konnten große Erfolge bei der Charakterisierung solcher Cluster verzeichnen. (LUDWIG, 2001)

Eine H-Brücke ist, wie bereits erwähnt, viel schwächer als die normale chemische Verbindung innerhalb des Wassermoleküls zwischen Wasserstoff- und Sauerstoffatomen.

Abb. 3 Wasserdimer

Abb. 3: Wasserdimer (LUDWIG und PASCHEK, 2005, 167)

Trotzdem stellt diese Bindungsart die dominante Wechselwirkung zwischen den Wassermolekülen dar. Dieser Umstand ist Anlass für große Anstrengungen in Theorie und Experiment, den Urtyp eines H-Brücken- gebundenen Systems zu untersuchen: das Wasserdimer.

Dieses, in Abbildung 3 gezeigte Wasserdimer, kommt in der Gasphase vor und wurde zum ersten Mal von Dyke und Mitarbeitern vermessen (ODUTOLA und DYKE, 1980).

Abb. 4 Ringförmiger Wassercluster

Abb. 4: Ringförmiger Wassercluster (LUDWIG und PASCHEK, 2005, 167)

Ihre Resultate, welche mittels Molekularstrahl-resonanzmethode gewonnen wurden, zeigen deutlich, dass die bevorzugte energetische Konfiguration eine Symmetrieebene besitzt, die durch das H-Brückendonormolekül auf der rechten Seite und die Symmetrieachse des Moleküls auf der linken Seite gezeichnet wird. Werden dem Wasser-Dimer weitere Moleküle hinzugefügt, entstehen aufgrund der bevorzugten Geometrie kleine Ringe (siehe Abbildung 4). In einer solchen Ringstruktur ist jedes Wassermolekül einfacher Donor und Akzeptor eines Protons. (LUDWIG und PASCHEK, 2005)

Die bereits im Artikel über das Dipolverhalten von H2O erörterte tetraedrische Anordnung der H-Brückenbildner in einem einzelnen Molekül lässt höchstens vier Wasserstoffbrücken von einem Wassermolekül zu den benachbarten Molekülen zu (siehe Abbildung 5).

Abb. 5 tetraedischer Wassercluster

Abb. 5: Tetraedrische Struktur eines von vier Nachbarn umgebenen Zentralmolekül (LUDWIG und PASCHEK, 2005, 167)

Es fungieren die beiden Wasserstoffatome des zentralen Moleküls als Acceptoren und die beiden freien Elektronenpaare als Donoren. Diese tetraedrisch koordinierten Einheiten erfüllen den Raum. Solche Strukturen sind im Eiskristall zu finden, zu welchem Wasser bei Normaldruck gefriert. Dieser Umstand lässt vermuten, dass sämtliche mikroskopische und makroskopische Eigenschaften des Wassers mit seinem tetraedrischen Wasserstoff- Brückennetzwerk erklärt werden können. (LUDWIG, 2001)

Wie bereits beschrieben, liegen im festen Zustand (Eis) die meisten Bindungen dieser Form vor. Jedes O-Atom ist hier tedraedrisch von vier H-Atomen umgeben. Wobei zwei durch Atombindung und zwei durch H-Bindung festgehalten werden. Schmilzt nun dieses Eis, bricht die Gitterordnung zusammen, jedoch ist dann auch im flüssigen Zustand noch eine gewisse Ordnung vorhanden. Untersucht wurde auch der umgekehrte Vorgang, nämlich das Kondensieren von Wasserdampf wobei festgestellt wurde, dass beim Unterschreiten von 100°C (Kondensation) die Bildung von Zweier-, Dreier-, Vierer- und höheren Aggregaten bis (H2O)6 eintritt. Diese Aggregation (Assoziation) nimmt mit fallenden Temperaturen zu. So bestehen bei 70°C bereits Netzwerke aus etwa 25 Molekülen, bei 20°C aus 90 Molekülen und bei 0°C (flüssig) aus ca. 100 Molekülen. (HENNING und KNÖFEL, 2002)

Zusammenfassung

Es wurde in aller Kürze behandelt, wie sich Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden. Da jedes Wassermolekül die Möglichkeit besitzt vier Wasserstoffbrücken auszubilden und immer ausreichend Wassermoleküle vorhanden sind, ergeben sich unendlich viele Möglichkeiten der Bildung von Wasserclustern. Modernsten Messmethoden ist es zu verdanken, dass man heute weiß, dass die Bildung einer Wasserstoffbrücke nicht irgendwie passiert. Vielmehr passiert das entlang einer Symmetrieebene und somit in einer geometrisch vorgegebenen Form. Bis zum tetraedrischen Wassercluster ist das Verhalten nachvollziehbar beschrieben und mittels moderner Methoden berechnet. Auch größere Clusterformen sind bereits berechnet (bis n=200), allerdings werden die Unsicherheiten ab n=4 immer größer.

Auf dieser Tatsache bauen verschiedenste Theorien auf, welche in folgenden Artikeln behandelt werden. Mit dem Wissen über das Dipolverhalten des Wassermoleküls und der Kenntnis über die geometrisch vorgegebene Ausbildung von Wasserstoffbrücken kann man nun gängige Theorien über Wassereigenschaften nachvollziehen und weiter ausbauen.

Herzlichst

Martin Franz Neuhuber

Forschungsprojekt: Quellen Österreichs

Allgemein

Die Alpen sind reich an verschiedensten Quellen die sich auf den ersten Blick ähneln. Beschäftigt man sich jedoch näher mit diesem Thema so erlangt man relativ schnell die Erkenntnis, dass man bei Quellen bzw. Quellwasser nach dessen Herkunft unterscheiden muss. Die lokale Geologie bestimmt welche Quelle sich ausbildet und wie schnell das Wasser nach dem Versickern des gefallenen Regens wieder austritt. So kann es zum Beispiel im Karst (Kalkgestein) vorkommen, dass aufgrund der hohen Durchlässigkeit des Gesteins der Niederschlag bereits nach wenigen Stunden wieder an einer Karstquelle austritt. Durch die kurze Aufenthaltsdauer im Boden hat in diesem Fall das Wasser wenig Zeit Mineralien aus dem Gestein zu lösen, daher wird ein solches Quellwasser eher niedrig mineralisiert sein.

Grundgedanke des Forschungsprojektes

Österreich ist reich an Wasser. Durch die sehr hohen Jahresniederschläge in den Alpen besitzen wir einen nie versiegenden Strom an hochwertigem Wasser. Durch die Industrialisierung, quer über alle Gebiete, bringen wir allerdings eine Vielzahl an Belastungen in unseren Wasserkörper ein. Je weiter man sich von den Ursprüngen der Flüsse wegbewegt, umso mehr Belastungen lassen sich feststellen, sei es durch Industrie, welche Prozesswasser in Flüsse einleitet, durch Landwirtschaft oder Verkehr. Es gibt zwar sehr genaue Vorschriften und Grenzwerte, allerdings lassen sich viele Emissionen unserer Gesellschaft schlicht nicht vermeiden. Somit sind viele Parameter, welche bei Wasseruntersuchungen gemessen werden vom Menschen beeinflusst.

Nimmt man Grundwasserbrunnen im Bereich der Voralpen als Beispiel, so erkennt man, dass durch moderne Landwirtschaft bereits sehr viel Nitrat in das Grundwasser gelangt ist und leider nicht so schnell verschwinden wird. Neben dem Nitrat gelangen aber auch viele Pestizide, welche in der Landwirtschaft verwendet werden in kleinen Mengen ins Grundwasser. Diese Stoffe sind nicht dazu gedacht vom Menschen verzehrt zu werden, dennoch lässt sich dies nicht gänzlich vermeiden.

Diese Problematik zeigt sich bei Quellen in den Alpen nicht oder „nur“ in viel kleineren Konzentrationen. Somit haben wir  zumindest bei unserem Trinkwasser immer die Option auf Quellwässer aus den Bergen zurückzugreifen. Die logistische Herausforderung ist durchaus zu meistern, auch die Kosten der Abfüllung sind überschaubar. Zurückblickend auf unsere Geschichte belegen viele archäologische Funde, dass bereits die Kelten die Quellen nutzen und nicht etwa Flusswasser oder Grundwasser tranken.

Würde man berechnen, wie viel eine Quelle schütten müsste, um ganz Österreich mit reinem Quellwasser zu versorgen, so ergibt sich eine nötige Schüttung von ca. 280 l/s. Da Wasser eine unbedingte Lebensgrundlage ist, müssen wir danach trachten, unsere besten Quellen zu schützen und Möglichkeiten schaffen, um die breite Masse versorgen zu können. Unsere Böden und Grundwasser sind bereits stark belastet und würden auch bei einem sofortigen Stopp der Düngung und Bespritzung lange brauchen, um sich wieder zu erholen.

Die Firma Sarsteiner Gold beschäftigt sich damit verschiedene Quellen auf deren Eigenschaften und die Wirkung auf den Menschen zu untersuchen. In diesem Forschungsprojekt werden Quellen katalogisiert und entsprechend der Zusammensetzung und Reinheit des Wassers und der Wirkung auf den Menschen bewertet.

Was bestimmt die Eigenschaften von Quellwasser?

Destilliertes Wasser (oder Regenwasser) ist reines Wasser ohne gelöste Stoffe. Dieses Wasser ist „gierig“ auf gewisse Stoffe und daher bestrebt eine gewisse Sättigung an gelösten Stoffen zu erreichen. So erklärt sich auch die Verkarstung der Kalkalpen, da hierbei der Kalk vom Regenwasser gelöst und abtransportiert wird. Vereinfacht kann  man sagen, dass sämtliche Gesteine, welche mit dem Niederschlagswasser in Berührung kommen, die Zusammensetzung (bzw. den Charakter) des Wassers bestimmen.

Geologische Karte Österreich

Abb. 1: Geologische Karte Österreichs [Quelle: Geologische Bundesanstalt]

Österreich lässt sich grob in sechs verschiedene geologische Zonen einteilen (Abb.1). Jede Zone ist in der Gesteinszusammensetzung im Vergleich zu den anderen grundverschieden. Somit sind auch die Quellwässer in den unterschiedlichen Zonen nicht miteinander vergleichbar. Oft kommt es  vor, dass an Zonengrenzen das Wasser zwei unterschiedliche Zonen beim Aufsteigen durchfließt und folglich wieder eine spezielle Zusammensetzung aufweist. Speziell in den Kalkalpen, welche oft eine Vielzahl von geologischen Ablagerungen aufweisen, kommen daher meist recht unterschiedliche Wässer vor.

Quelleigenschaften und Heilquellen

Diese unendlichen Kombinationsmöglichkeiten machen die Erforschung der verschiedenen Wässer spannend. Primär in Hinblick auf so genannten Heilquellen. Der Volksmund beschreibt immer wieder die spezielle Wirkung bestimmter Quellen und nennt diese Quellen Heilquellen. Betrachtet man die Geologie rund um solch interessante Quellen, so bemerkt man häufig, dass sich die Quelle an einer geologischen Grenze befindet und das Wasser einen besonderen Weg bis zum Austritt zurücklegen musste. Wichtig zu berücksichtigen, ist die Verweildauer im Boden. Ist der Boden nur schwach durchlässig, oder wird Wasser aus großer Tiefe emporgedrückt, kann es vorkommen, dass es über viele Jahre im Erdreich war. Dieser Umstand wirkt sich ebenfalls auf die Eigenschaften aus, da folglich das Wasser viel Zeit zum Mineralisieren hatte.

Aus einer Klassifizierung und Bewertung von Wässern, welchen eine bestimmte Heilwirkung nachgesagt wird, kann man eventuell auf die Umstände schließen, welche herrschen, müssen um eine bestimmte Wassereigenschaft zu erzeugen.

Ausblick

In den nächsten Jahren werden sukzessive Quellen aufgenommen, analysiert und bewertet. Vorerst wird mit Wässern begonnen, welche bereits länger bekannt sind und schon von unseren Vorfahren genutzt wurden. Es ist geplant, an besonders guten Quellen eine gemeinschaftliche Forschung zu führen, um Erfahrungswerte in die Bewertung mit aufzunehmen.

Leider ist bis heute vieles von dem Wissen der „Alten“ verloren gegangen. Aus einer wissenschaftlichen Analyse, gekoppelt mit einer systematischen Aufarbeitung der historischen Berichte über unsere Quellen, erwarten wir uns einen Kataster, welchen die besten Quellen unseres Landes entnommen werden können. Dies trägt dazu bei die Trinkwasserversorgung und auch die Gesundheit unserer Gesellschaft zu sichern.

Gerne nehmen wir auch Anregungen entgegen. Falls Sie eine interessante Quelle kennen, bitten wir um Kontaktaufnahme.

Herzlichst

Martin Franz Neuhuber

Warum das Wassermolekül ein Dipol ist

Allgemein

Eine Grundvoraussetzung für die Eigenschaften des Wassers ist der Dipolcharakter des Wassermoleküls. Bildlich gesprochen bedeutet das, dass sich beim Wassermolekül, ähnlich wie bei einem Magneten, ein Plus- und ein Minuspol ausbildet. Somit richtet sich das Wassermolekül immer ähnlich aus, da diese Polarität permanent und in gleicher Richtung existiert.

Über diese Tatsache muss man sich im Klaren sein, um in weiterer Folge die bis jetzt bekannten Anomalien des Wassers und gängige Wasser- Theorien zu verstehen. Die folgende Abhandlung ist für Interessierte bewusst wissenschaftlich geführt, um die heutige Sichtweise zu verstehen.

Um den grundlegenden Theorien (wie z.B.: über Anomalien des Wassers, Wasserstoffbrücken, Wassercluster, ein mögliches Gedächtnis des Wassers, etc.) folgen zu können, reicht es aus sich zu merken, dass das Wassermolekül aus drei Atomen besteht. Nämlich einem Sauerstoffatom (O) und zwei Wasserstoffatomen (H). Diese ordnen sich sich so an wie es im Titelbild ersichtlich ist (siehe oben). Aus bestimmten (unten beschriebenen) Gründen bildet sich eine permanente elektrische Polarität aus. Beim Sauerstoffatom herrscht eine negative und bei den beiden Wasserstoffatomen eine positive Ladung vor.

Grundbausteine des Wassers

Die Grundbausteine aller Materie bilden Quarks und Elektronen. Wobei wiederum die Quarks die Bausteine der Protonen und Neutronen sind. Das Proton besteht aus einem d- und zwei u- Quarks. Das Neutron wird von aus zwei d- und einem u- Quark gebildet. Beide Typen von Quarks sind elektrisch geladen. Das d- Quark trägt 1/3 einer negativen und das u- Quark 2/3 einer positiven Elementarladung. (BAARS, 2015)

Das Proton, das positiv geladen ist, verbindet sich mit einem Elektron, das die negative Einheitsladung besitzt, zu einem Wasserstoffatom:

p+ + e -> H + Energie (13,6 eV)

Das Wasserstoffatom ist neutral, da die positive Ladung des Protons durch die negative des Elektrons kompensiert wird. Die Umkehrung dieser Reaktionsgleichung wird Ionisation des Wasserstoffs genannt. Hierzu ist die gleiche Energie von 13,6 eV notwendig.

Das Elektron im Wasserstoffatom existiert in verschiedenen Energiestufen, welche mit 1, 2, 3, usw. bezeichnet werden. Es ist bekannt, dass die Elektronen im Atomverband nicht den gesamten Raum ausfüllen können und nur in bestimmten Bereichen anzutreffen sind. Diese Bereiche nennt man Orbitale. Man unterscheidet kugelförmige S- Orbitale von hantelförmigen P- Orbitalen, wobei in jedem Energiezustand nur ein S- und drei P- Orbitale existieren, die sich entsprechend den drei Raumrichtungen x, y, z ausrichten (siehe Abb. 1).

(ENGLER UND HAINSCHWANG, 1991)

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Abbildung 1: Orbitaltypen (ENGLER UND HAINWSCHANG, 1991, 42)

 

Jedes einfach besetzte Orbital ist bestrebt, sich mit einem zweiten Elektron abzusättigen. So schließen sich zwei Wasserstoffatome zusammen und bilden so ein gemeinsames Elektronenpaar, wobei aus den zwei Atomorbitalen ein gemeinsames Molekülorbital entsteht (siehe Abb. 2). Dieses Molekülorbital ist nun ein energetisch günstiger Zustand.

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Abbildung 2: Molekülorbital H2 (BAARS, 2015, 151)

 

Der zweite Bestandteil des Wassermoleküls ist der Sauerstoff. Das Sauerstoffatom besitzt in der äußeren Schale acht Elektronen, wobei sich im bereits doppelt besetzten S-Orbital zwei Elektronen befinden (jeweils zwei im s1 und s2). Zwei Elektronen befinden sich im doppelt besetzten Px-Orbital und das Py– und Pz– Orbital sind jeweils einfach besetzt. Auch hier tritt wieder die Regel in Kraft, dass diese beiden Orbitale doppelt besetzt werden wollen. Das heißt, auch das Sauerstoffatom teilt sich mit einem zweiten Sauerstoffatom jeweils zwei gemeinsame Elektronenpaare; daraus ergibt sich das Sauerstoffmolekül O2. In Abbildung 3 ist die schematische Darstellung dieses Moleküls wiedergegeben. (ENGLER UND HAINSCHWANG, 1991)

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Abbildung 3: Schematische Darstellung O2 (ENGLER UND HAINSCHWANG, 1991, 43)

Wird nun ein Wassermolekül gebildet; 2 H2 + O2 -> 2 H2O, so lagern sich die zwei einfach besetzten S-Orbitale von je einem Wasserstoffatom in die zwei einfach besetzten P-Orbitale des Sauerstoffatoms. Da die P-Orbitale ja senkrecht aufeinander stehen, müsste das beim Wassermolekül einen Bindungswinkel von 90° ergeben (siehe Abb. 4a). Die Strukturanalyse des Wassers ergibt nun aber einen Bindungswinkel von ca. 105° (104,5°). Somit muss man schlussfolgern, dass die vier doppelt besetzten Orbitale der zweiten Energiestufe gleichwertig sind. Aus dieser Annahme würde sich bei gleicher Abstoßung eine Tetraeder- Struktur, wie in Abbildung 4b zu sehen, ergeben (Zentralwinkel= 109,5°). Die Messungen aus der Strukturanalyse ergeben, wie bereits erwähnt, 105° was einer kleinen Abweichung vom Tetraederwinkel entspricht. Dieser Sachverhalt lässt sich nur mit einer unterschiedlichen Abstoßung zwischen den vier Orbitalen erklären. (ENGLER UND HAINSCHWANG, 1991)

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Abbildung 4: a.) Theoretische Formel H2O (Lewis Formel); b.) Tetraeder-Modell mit dem Atomrumpf des O-Atoms und den bindenden und nicht bindenden Elektronenpaaren (BAARS, 2015, 158)

Dipolcharakter des Wassers

Wie nun erörtert, wird das Wassermolekül aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom gebildet. Die beiden Wasserstoffkerne (Protonen) und das Elektronenpaar des Sauerstoffatoms bilden den bereits besprochenen Tetraeder mit vier Polen elektrischer Ladung. Die Zentren ihrer positiven und negativen elektrischen Ladungen stimmen allerdings nicht überein, da das Sauerstoffatom stärker elektronegativ ist (En = 3,5) als das Wasserstoffatom positiv ist (En = 2,1) und deshalb das für die Bindung verantwortliche Elektronenpaar stärker anzieht. Dieses Elektronenpaar hält sich daher näher beim Sauerstoff auf, woraus sich eine Polarisierung der O-H- Bindung ergibt. Da die Wasserstoffatome nicht symmetrisch an das Sauerstoffatom gebunden sind (Bindungswinkel = 104,5°), können sich die, von den Wasserstoffatomen ausgehenden, Partialmomente nicht kompensieren. Dies bewirkt, dass das Molekül ein permanenter Dipol wird (siehe Abb. 5). (VOIGT, 1990)

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Abbildung 5: Dipolmodell des Wassermoleküls (VOIGT, 1990, 19)

Dieser Dipolcharakter des Wassers ist hauptverantwortlich für die vielen, besonderen Eigenschaften des Wassers. Es ist dadurch möglich, dass sich zwischen den Wassermolekülen sogenannte Wasserstoffbrücken ausbilden können. Wasserstoffbrücken sind elektrische Wechselwirkungen zwischen den unterschiedlich geladenen Polen benachbarter Wassermoleküle (siehe Abb. 7). Der Dipolcharakter erzeugt auch den hohen Wert der Dielektrizitätskonstante des Wassers (ε = 81). Diese Konstante ist ein Maß für den Dipolcharakter eines Stoffes. Legt man ein äußeres elektrisches Feld an diesen Stoff, so wird dieses durch Dipole geschwächt (Verkleinerung der elektrischen Feldstärke).

(ENGLER UND HAINSCHWANG, 1991)

Dieser Artikel enthält Auszüge aus meiner Diplomarbeit – Studie zum Einfluss von biologisch energetisiertem Reinstwasser auf Betoneigenschaften. Auch dieses Thema werde ich in einem Blogartikel gesondert behandeln. Hier noch der Link zur Quellenangabe: literaturverzeichnis.

Herzlichst

Martin Franz Neuhuber

Globales Wetter – Großflächige Verteilung von Emissionen

GEOS-5 – Simulation des Transportes von Aerosolen in der Atmosphäre

Quelle: https://gmao.gsfc.nasa.gov/research/aerosol/modeling/nr1_movie/

Die amerikanische nationale Luft- und Raumfahrtbehörde (NASA) betreibt eine Vielzahl von Forschungen und stellt die Ergebnisse auf deren Website der Öffentlichkeit zur Verfügung. Eine hoch interessante Studie beschäftigt sich mit dem Transport von Aerosolen (kleinste schwebende Partikel) in unserer Atmosphäre. Anhand dieser Veranschaulichung bekommt man eine Vorstellung über die allgemeine Grundproblematik des Umweltschutzes. Nämlich, dass das Wetter keine Landesgrenzen kennt!

Die oben stehende Animation wurde anhand der „Aerosol optischen Dicke“ erstellt und unterscheidet in vier Bereiche. Was Aerosole genau sind und wie diese fotografiert werden können, wird später beschrieben. In der Simulation sieht man die Verteilung von schwarzem und organischem Kohlenstoff (grün), Staub (rot, orange), Sulfate (weiß) und Meersalz (blau). Diese Stoffe werden Schlüssel- Troposphären- Aerosole genannt und wurden bis zu einer Höhe von 10 Kilometer vom 17. August 2006 bis zum 10. April 2007 gemessen.

Sollte die Animation zu langsam laden, hier ein schnellerer Link. Sieht man sich dieses Video an, so ergeben sich folgende Sachverhalte:

  • Blau animiert – Seesalz, das vom Wind in Form von Gischt aus dem Meer getragen und so verfrachtet wird.
  • Grün erkennt man den Kohlenstoff der in Form von Verbrennungsprozessen (Waldrodungen, Waldbrände, etc) emittiert wird.
  • Weiß entspricht den Sulfaten, stammend aus fossilen Brennstoffen und Vulkanausbrüchen.
  • Orange ist der Staub hinterlegt, der in erster Linie im großen Stil aus den Wüstengebieten verfrachtet wird.

Ohne zu sehr auf die Einzelereignisse (Vulkanausbrüche, Feuer) einzugehen, ist offensichtlich, dass viele der Partikel, die in der Luft schweben, natürlichen Ursprungs sind. Widmet man den Sulfaten mehr Aufmerksamkeit, so zeigt sich, dass diese speziell im Bereich von China, Europa und USA emittiert werden und eindeutig menschlichen Ursprungs sind. Diese Animation veranschaulicht die globalen Transportprozesse welche ständig ablaufen. Man erkennt, dass die Partikel über das globale Wettersystem sehr weit transportiert und gleichzeitig großflächig verteilt werden. Lediglich die Äquatorialwinde isolieren die Nordhalbkugel von der Südhalbkugel. Ferner schön zu sehen ist der Winter auf der Nordhalbkugel ab Jänner. Es fällt Schnee, die gesamte Nordhalbkugel wird weiß.

Was sind nun Aerosole?

Aerosole sind kleine schwebenede Partikel und können fest oder flüssig vorkommen. Diese Partikel können, ähnlich wie Staub, auf unterschiedliche Art und Weise entstehen und spielen in Form von Kondensationsaerosole eine wichtige Rolle in der Meteorologie. Verschiedene Stoffe (Aerosole) reflektieren Strahlung in verschiedenen Frequenzbereichen. So ist es bei der Satellitenfotografie möglich in verschiedenen engen Frequenzbändern spezielle Anhäufung von Stoffen zu erkennen und auszuwerten. Genau das wurde mittels einer GEOS-5 Auswertung von Satellitenbildern gemacht und in einer Simulation zusammengefügt. Um an dieser Stelle nicht zu weit vom Thema abzugleiten ist es ergänzend noch wichtig zu verstehen, dass bei der Entstehung von einem Regentropfen, im Kondensationsprozess, ein Kondensationskeim von Nöten ist, an dem Wasserdampf kondensieren kann. Diese Keime sind in den meisten Fällen eben unterschiedliche Aerosole. Ist nun genug Wasser kondensiert, wird der entstandene Wassertropfen zu schwer, um sich schwebend in der Luft zu halten und fällt gemeinsam mit seinem Aerosolpartikel im Kern zu Boden.

Wie bereits erwähnt gibt es Aerosole natürlichen und menschlichen Ursprungs. Gegen die natürlichen Aerosole kann man wenig machen, das wäre in der Regel auch nicht nötig. Allerdings sollte es uns zu denken geben, dass jede Emission welche wir in die Luft „blasen“ unweigerlich in den großen Wasserkreislauf (Erklärung folgt in eigenem Artikel) gelangt um wieder irgendwo in Form eines Wassertropfens auf die Erde zurück zu fallen. Genau hier liegt das Problem von nur national gedachtem Umweltschutz und den entsprechenden Maßnahmen.

  • Jedes Auto welches nicht mehr unseren Abgasnormen entspricht und exportiert wird, produziert trotzdem anderswo Emissionen, welche bei entsprechender Witterung sogar wieder bei uns herabregnen können.
  • Gleich verhält es sich mit veralteten umweltbelastenden Anlagen, welche in Länder der „dritten Welt“ verkauft werden und dort noch Jahre weiter betrieben werden.
  • Große Monokulturen werden überall auf der Welt mittels Flugzeugen gedüngt. Es kommen gentechnisch veränderte Pflanzen und entsprechende Dünger zum Einsatz. Diese Dünger lassen sich immer öfters auf der ganzen Welt in kleinen Mengen im Wasser nachweisen (Thermiken lassen diese Stoffe aufsteigen, mittels Wind erfolgt die Verteilung).
  • Diese Liste lässt sich beliebig fortsetzen, was uns allerdings der Lösung keinen Schritt näher bringt.

Lösungsansätze

Außer Frage steht, dass eine Lösung der Umweltproblematik nur global erfolgen kann. Die Erarbeitung der Kyoto-Protokolle hat gezeigt, dass es möglich ist Menschen aus verschiedenen Länder an einem Tisch zu bringen, um eine gemeinsame Vorgehensweise zu vereinbaren. Auch wenn die Umsetzung nicht überall funktioniert, gibt dieses Projekt Hoffnung. Hier wurde allerdings nur an die Treibhausgase gedacht. In Zukunft müssen wir uns über viel mehr Stoffe Gedanken machen, welche unsere Umwelt belasten und die über den globalen Wasserkreislauf großflächig verteilt werden.

Eine globale Inventur der emittierten Stoffe und ein gemeinsames Vorgehen ist künftig notwendig um die schädlichsten Stoffe kontinuierlich aus unseren Prozessen zu „verbannen“. Jeder Euro welcher bei uns in einen übertriebenen Umweltschutz gesteckt wird, könnte wo anders einen zig- fachen Erfolg erzielen. Eines muss uns klar sein, unsere nationalen Möglichkeiten sind am Ende und wir müssen überlegen wo unsere Bestreben die Umwelt zu schützen den größten Erfolg haben. Gemeint ist nicht, dass wir unsere Standards senken sollen, sondern, dass wir gemeinsam andere dabei unterstützen unsere Standards zu erreichen.

Fazit

Es ist Aufgabe der Politik den Diskurs zu führen und alle Länder an einen Strang ziehen zu lassen. Dieser Prozess ist noch nicht einmal ansatzweise angelaufen. Bis wir hier zu Lösungen kommen, sind wir auf uns gestellt. Wir werden weiter unsere Standards einhalten und sind gefordert in der Wasseraufbereitung Möglichkeiten zu entwickeln, welche mit diesen niedrigen Schadstoffkonzentrationen umgehen können. Es muss das Bewusstsein in den Köpfen von uns Menschen Einzug halten, dass wir nicht getrennt vom Rest der Welt leben. Dies betrifft nicht nur unsere Wirtschaft und unser geistiges und soziales Gefüge, sondern vor allem auch unsere Mutter Natur.

Herzlichst

Martin Franz Neuhuber

 

Wasser – Lebensgrundstoff: faszinierend und für jedermann begreifbar!

Grasko/shutterstock.com

Allgemein:

Wasser ist im Aufbau eines der einfachsten Moleküle und in sehr großer Menge auf der Erde anzutreffen. Auch wenn das Wassermolekül, als eines der kleinsten existierenden Moleküle, auf den ersten Blick einfach wirkt, muss man feststellen, dass Wasser als Reaktionsmedium alle biochemischen und physiologischen Vorgänge auf unserem Planeten bestimmt. Es gibt nur wenige Prozesse, welche ohne der Beteiligung von Wasser ablaufen.

Denkt man nur an den menschlichen Körper, so besteht dieser, bezogen auf die Masse, zu ca. 70% aus Wasser. Vergleicht man die Anzahl der Moleküle des Körpers, so zeigt sich, dass ~99% der Moleküle, welche unseren Körper bilden, Wassermoleküle sind!

Motivation:

Seit ich denken kann fasziniert mich der Stoff Wasser. Durch sein großes Vorkommen erfährt, oder besser gesagt erfuhr, das Wasser in der breiten Gesellschaft eine Entzauberung. Oft höre ich: „Wasser kommt doch aus der Wasserleitung…“. Der Überfluss an Angebot und das praktisch unbegrenzte Vorhandensein von Wasser hat uns abgestumpft und lässt uns oft die Wunder, welche der Lebensgrundstoff vollbringt, selten sehen.

Es ist mir eine Herzensangelegenheit, dass die Menschen wieder lernen das Wasser als das zu sehen, was es ist. Nämlich unser Lebenselixier und unsere unbedingte Lebensgrundlage! Schaut man in der Geschichte zurück, so wurde Wasser in vielen Hochkulturen verehrt und es wurden nur spezielle Brunnen und Quellen erschlossen. Für unterschiedliche Anwendungsbereiche wurden auch unterschiedliche Wässer verwendet und das mit großem Erfolg. So existieren z.B. Wasserversorgungssysteme aus der Römerzeit noch heute und auch viele Bauten aus dieser Zeit trotzten der Witterung.

Was kommt?

Auf dieser Seite werde ich laufend über das Thema Wasser schreiben. Hierbei versuche ich breit zu informieren und möglichst alle „Scheuklappen“ abzunehmen. Wasserforschung ist eine interdisziplinäre Angelegenheit und erfordert somit ein Denken in alle Richtungen. Ergänzungen, Anmerkungen und kritische Kommentare sind, solange diese sachlich bleiben, gerne gesehen und erwünscht.

Der Leser wird gebeten sich darauf einzulassen hin und wieder neue Sichtweisen und Theorien zu betrachten. Fortschritt ist möglich, wenn wir es wagen über den Tellerrand zu hinaus zu sehen.

Der Blog wird zu Beginn in folgende Kategorien eingeteilt:

  • Grundlagenwissen – Wasser: In diese Kategorie fallen Posts, in welchen Grundlagenwissen zum Thema Wasser behandelt wird
  • Wasser unter Druck: Auch dem weniger Erfreulichen muss Aufmerksamkeit geschenkt werden. So wird hier über Probleme und deren Auswirkungen auf den Wasserkreislauf geschrieben
  • Methoden der Wasseraufbereitung: Hier werden traditionelle, aber auch neue, Methoden der Wasseraufbereitung bzw. Verbesserung aufgezeigt
  • Forschung: In dieser Kategorie werde ich eigene Forschungsergebnisse publizieren und diese der Diskussion stellen
  • Aus aller Welt / Allerlei

Mit dieser ersten Voreinteilung wird die Plattform gestartet. Ich habe vor die Seite intensiv leben zu lassen und auch den Leser aktiv einzubinden. Daher wird sich diese Einteilung bestimmt ändern und erweitern. Ich freue mich bereits auf eine rege Beteiligung an der Diskussion und einem Wachsen der Seite.

Herzlichst

Martin Franz Neuhuber