Die Dichte ist die Masse eines Stoffes je Volumen, Formelzeichen ρ (Rho). Beim Tauchen steckt sie hinter fast jeder Rechnung, die mit Wasser zu tun hat. Sie entscheidet, ob ein Körper sinkt oder schwimmt, wie schnell der Druck mit der Tiefe steigt und warum dieselbe Bleimenge im Meer zu wenig und im See zu viel sein kann.
Definition und Einheiten
Die Dichte ist der Quotient aus Masse und Volumen, ρ = m / V. Gebräuchlich sind Kilogramm pro Kubikmeter, Gramm pro Kubikzentimeter und Kilogramm pro Liter. Es gilt 1 g/cm³ = 1 g/ml = 1 kg/l = 1000 kg/m³. Für die Tauchpraxis ist Kilogramm pro Liter die handlichste Einheit, weil Flaschen, Lungen und verdrängtes Wasser ohnehin in Litern gedacht werden.
Der Bezugspunkt ist Wasser. Ein Kilogramm chemisch reines Wasser nimmt bei seiner größten Dichte, bei 3,98 °C, einen Raum von einem Kubikdezimeter ein. Die Dichte von Süßwasser liegt damit bei 1,000 kg/l.
Von der Dichte zu unterscheiden ist die Wichte. Sie gibt die Gewichtskraft je Volumen an und hängt damit vom Schwerefeld ab. Im Alltag am Tauchplatz wird beides selten getrennt, in der Rechnung schon.
Die Werte, die ein Taucher kennen sollte
Für die Praxis reichen die folgenden Werte. Sie gelten, wo nichts anderes steht, bei 0 °C und 1013 mbar.
| Stoff | Dichte in kg/l |
|---|---|
| Süßwasser, 4 °C | 1,00000 |
| Süßwasser, 15 °C | 0,99910 |
| Süßwasser, 20 °C | 0,99823 |
| Süßwasser, 25 °C | 0,99705 |
| Salzwasser | 1,01 bis 1,08, im Mittel etwa 1,03 |
| Eis, 0 °C | 0,917 |
| Blut | 1,055 |
| Kork | 0,2 bis 0,3 |
| Holz | 0,4 bis 1,0 |
| Aluminium | 2,7 |
| Stahl | 7,8 |
| Blei | 11,34 |
| Luft | 0,00129 |
| Helium | 0,00017 |
Zwei Dinge fallen auf. Warmes Süßwasser ist nur um Gramm je Liter leichter als kaltes, bei 25 °C sind es rund drei Gramm. Salzwasser dagegen ist je nach Meer um zehn bis achtzig Gramm je Liter schwerer. Für den Auftrieb eines Tauchers wiegt der Salzgehalt also weit mehr als die Temperatur. Mehr dazu im Eintrag Salzgehalt.
Dichte und Auftrieb
Ein Körper unter Wasser erfährt eine Auftriebskraft, die dem Gewicht des verdrängten Wassers entspricht. Ob er sinkt oder steigt, hängt deshalb allein davon ab, ob seine mittlere Dichte über oder unter der des Wassers liegt. Die Herleitung steht im Eintrag Archimedisches Prinzip, die Anwendung im Eintrag Auftrieb.
Blei ist das Paradebeispiel. Acht Kilogramm Blei nehmen nur gut 0,7 Liter ein und verdrängen damit kaum mehr als 0,7 Kilogramm Wasser. Fast das ganze Gewicht bleibt als Abtrieb übrig. Kork mit 0,2 bis 0,3 kg/l macht das Gegenteil und ragt zu einem großen Teil aus dem Wasser.
Der Taucher selbst liegt mit Lunge, Anzug und Ausrüstung nahe an der Dichte des Wassers, und genau deshalb lässt er sich austarieren. Schon ein paar Liter Luft mehr oder weniger in Lunge oder Jacket verschieben die mittlere Dichte über oder unter die Grenze. Als Tauchlehrer erkläre ich die Tarierung deshalb gern über die Dichte und nicht über das Gewicht. Wer verstanden hat, dass er Volumen verändert und nicht Masse, atmet unter Wasser anders.
Daraus folgt auch die Regel vom Wechsel zwischen See und Meer. Weil Salzwasser dichter ist, trägt es denselben Taucher stärker. Wer vom Baggersee ans Meer wechselt, braucht mehr Blei, und umgekehrt. Wie viel, hängt von Körpergröße und Ausrüstung ab und wird am Anfang jedes Urlaubs am besten mit einer Tarierprobe neu bestimmt.
Dichte und Wasserdruck
Der hydrostatische Druck einer Wassersäule ist das Produkt aus Dichte, Erdbeschleunigung und Tiefe. Daraus stammt die Faustregel, dass zehn Meter Wassersäule etwa einem Bar entsprechen, mit einer Abweichung von rund zwei Prozent. Die vereinfachte Rechnung mit Tiefe durch zehn plus eins weicht höchstens um 6,3 Prozent ab, in 20 Metern um 3,3 Prozent. Eine der Ursachen ist genau die Dichte, denn Süßwasser mit rund 0,996 kg/l und Salzwasser mit rund 1,03 kg/l erzeugen auf derselben Tiefe nicht denselben Druck. Mehr im Eintrag Hydrostatischer Druck.
Wasser schichtet sich nach seiner Dichte
Weil Wasser bei knapp 4 °C am dichtesten ist, sammelt sich in tiefen Süßwasserseen dieses Wasser am Grund. Deshalb liegt die Temperatur am Boden eines tiefen Sees das ganze Jahr bei etwa 4 °C, und deshalb schwimmt Eis oben. Die Besonderheit dahinter beschreibt der Eintrag Dichteanomalie des Wassers. Wer in einen See abtaucht und durch eine Sprungschicht fällt, taucht durch eine Dichtegrenze. Im Meer übernimmt der Salzgehalt dieselbe Rolle, dort heißt die Grenze Halokline.
Dichte von Gasen
Gase sind um ein Vielfaches leichter als Wasser. Luft hat bei 0 °C und Normaldruck rund 1,29 g/l, Helium nur 0,17 g/l. Anders als Wasser lassen sich Gase zusammendrücken, ihre Dichte steigt deshalb mit dem Umgebungsdruck. Bei vier Bar Absolutdruck, also in etwa 30 Metern, ist die Luft im Atemregler rund viermal so dicht wie an der Oberfläche. Das macht das Atmen in der Tiefe schwerer und ist einer der Gründe, warum für tiefe Tauchgänge Helium beigemischt wird. Diese Seite behandelt der Eintrag Gasdichte.
