Die Wasserdichte ist die Masse des Wassers je Volumeneinheit und damit die Größe, aus der beim Tauchen sowohl der hydrostatische Druck als auch der Auftrieb hervorgehen. Sie hängt vom Salzgehalt und von der Temperatur ab. Deshalb unterscheiden sich Bleimenge, Druckzunahme je Meter und Schichtung des Gewässers zwischen einem Steinbruchsee und dem Roten Meer – obwohl in beiden Fällen Wasser im Spiel ist.
Die Zahlen
Das Lehrbuch für Forschungstaucher von König und Lipp gibt die Dichte in Kilogramm je Liter an. Reines Süßwasser erreicht seine größte Dichte bei 3,98 °C – praktisch bei 4 °C – und wiegt dort genau 1,00000 kg/l; ein Kilogramm nimmt also einen Liter ein. Mit steigender Temperatur wird es leichter: 0,99910 kg/l bei 15 °C, 0,99823 kg/l bei 20 °C und 0,99705 kg/l bei 25 °C.
Meerwasser liegt bei etwa 1,03 kg/l, mit einer Spannweite von 1,01 bis 1,08 kg/l je nach Salzgehalt. Die deutsche Wikipedia nennt für Meerwasser 1020 bis 1030 kg/m³ und einen mittleren Salzgehalt der Weltmeere von 3,5 Prozent, also 35 Gramm Salz je Kilogramm Meerwasser; für die Ostsee gibt sie 0,2 bis 2 Prozent an. Die Dichte steigt etwa proportional zum Salzgehalt.
Zur Einordnung: Nach König und Lipp ist Wasser gegenüber Luft (1,29 g/l) etwa 800-mal schwerer. Blut liegt bei 1,055 kg/l, Aluminium bei 2,7, Blei bei 11,34 kg/l.
Die Dichteanomalie und warum Seen geschichtet sind
Dass Wasser sein Dichtemaximum nicht am Gefrierpunkt, sondern bei knapp 4 °C hat, ist Teil der sogenannten Anomalie des Wassers. Eis mit 0,917 kg/l ist leichter als flüssiges Wasser und schwimmt deshalb oben. Die für Taucher wichtigste Folge nennen König und Lipp direkt: In tieferen Süßwasserseen unserer Breiten hat das Wasser am Boden meist etwa 4 °C – im Hochsommer wie im Winter.
Wer in einem deutschen Baggersee unter die Sprungschicht taucht, erlebt diese Zahl körperlich. Im Meerwasser kommt die zweite Ursache hinzu: Unterschiede im Salzgehalt bilden eine Halokline. Beide Schichtgrenzen sind Dichtegrenzen, nur mit verschiedenen Ursachen.
Was die Dichte für den Druck bedeutet
Der hydrostatische Druck folgt aus p = ρ · g · D, also aus Dichte, Fallbeschleunigung (rund 9,81 m/s²) und Tiefe. Die Dichte steht in dieser Gleichung als Faktor – wer sie ändert, ändert die Druckzunahme je Meter. Setzt man die beiden Werte oben in die Formel ein, ergeben sich für zehn Meter Wassersäule rund 0,98 bar in Süßwasser und rund 1,01 bar in Meerwasser.
Genau deshalb ist die Faustformel „zehn Meter sind ein bar“ eine Faustformel. König und Lipp geben für die vereinfachte Druckberechnung eine Abweichung von höchstens 6,3 Prozent an, in 20 Metern Tiefe 3,3 Prozent; als Ursachen nennen sie Luftdruckschwankungen, die Dichteschwankung des Wassers und die unterschiedliche Erdbeschleunigung. Dieselbe Quelle beziffert die Druckzunahme mit etwa 1 bar je 10 Meter bei einer Toleranz von ± 2 Prozent.
Was die Dichte für die Bleimenge bedeutet
Nach dem Prinzip des Archimedes ist der Auftrieb gleich dem Gewicht des verdrängten Wassers. Dasselbe verdrängte Volumen wiegt in Meerwasser mehr als in Süßwasser – also trägt Meerwasser besser. Wer im See austariert ist, taucht im Meer mit positivem Restauftrieb und braucht mehr Blei; umgekehrt ist man mit der Meerbleimenge im See überbleit.
Als Tauchlehrer gebe ich dazu keine Pauschalzahl aus, sondern lasse neu tarieren: einmal beim Wechsel von Süß auf Salz, einmal beim Wechsel der Anzugkonfiguration. Der Tarierkontrollgang zu Beginn kostet fünf Minuten und ersetzt jede Rechnung, weil Anzug, Flaschenmaterial und Füllstand ohnehin mit eingehen.
Und die Kälte
Der Salzgehalt senkt auch den Gefrierpunkt. König und Lipp nennen −1,33 °C bei einem Salzgehalt von 24,7 und −1,91 °C bei 35,0; die Wikipedia gibt für Meerwasser mit durchschnittlichen 3,5 Prozent Salzgehalt −1,9 °C an. Für das Eistauchen heißt das: Unter einer Süßwassereisdecke liegt Wasser knapp über 0 °C, unter Meereis kann es darunter liegen.
Quellen
- König/Lipp, Lehrbuch für Forschungstaucher, Kapitel 1 (PDF) – Dichtetabelle Süßwasser, Dichtemaximum bei 3,98 °C, Meerwasser 1,03 (1,01–1,08) kg/l, Dichteanomalie und Eis, Gefrierpunkte, p = ρ·g·D, Toleranzen der Faustformel, Vergleichsdichten
- Wikipedia: Meerwasser – 1020–1030 kg/m³, mittlerer Salzgehalt 3,5 Prozent, Ostsee 0,2–2 Prozent, Gefrierpunkt −1,9 °C
Zur Quellenlage: Die Werte 0,98 bar und 1,01 bar je zehn Meter sind aus der bei König und Lipp angegebenen Formel und den dortigen Dichten errechnet; als fertige Zahlen stehen sie in keiner der beiden Quellen. Für den Zusammenhang zwischen Wasserdichte und Bleimenge liegt keine Verbandsfundstelle mit Zahlenwerten vor; der Abschnitt dazu bleibt deshalb ohne Kilogrammangabe.
