Die Kompressibilität nimmt mit steigender Temperatur bis 46,5 Grad Celsius ab

Wissenschaftliche Erklärung

Erwärmt man eine typische Flüssigkeit, werden die Moleküle beweglicher, die Abstande grösser, und das Material lässt sich leichter zusammendrücken. Die Kompressibilität steigt also mit der Temperatur — ein einfaches, intuitives Verhalten. Wasser verhält sich genau umgekehrt: Zwischen 0 und 46,5 Grad Celsius sinkt seine isotherme Kompressibilität, bevor sie oberhalb dieses Minimums wieder ansteigt.

Dieses ungewöhnliche Verhalten spiegelt den Kampf zweier Strukturen wider. Bei tiefen Temperaturen dominiert eine offene, eisähnliche Nahordnung mit vielen intakten Wasserstoffbrücken. Diese Struktur hat relativ viel Leervolumen und ist daher leichter komprimierbar. Erwärmt man das Wasser, brechen einige Brücken, die Moleküle rücken enger zusammen und füllen die Hohlräume auf. Das Ergebnis: Die Kompressibilität sinkt trotz steigender Temperatur.

Erst oberhalb von 46,5 Grad Celsius überwiegt der normale thermische Effekt — die zunehmende kinetische Energie lockert das Gefüge schneller, als die Verdichtung durch Strukturumbau kompensieren kann. Ab hier verhält sich Wasser wieder wie eine gewöhnliche Flüssigkeit.

Alltagsrelevanz

Dieses Verhalten hat praktische Bedeutung in der Unterwasserakustik und der Ozeanografie. Die Schallgeschwindigkeit in Wasser hängt direkt mit der Kompressibilität zusammen: Je weniger kompressibel das Medium, desto schneller der Schall. Da die Kompressibilität von Wasser im Temperaturbereich der Ozeane (typisch 2 bis 30 Grad Celsius) sinkt, nimmt die Schallgeschwindigkeit dort mit der Temperatur zu — das genaue Gegenteil des Verhaltens in den meisten anderen Flüssigkeiten.