Warum Seen von oben zufrieren – und Fische deshalb überleben

Wenn im Spätherbst die ersten Frostnächte kommen, glitzert auf manchem Teich morgens eine hauchdünne Eisschicht. Dass sie oben schwimmt und nicht am Grund liegt, wirkt selbstverständlich. Physikalisch ist es eine Ausnahme – und für das Leben im Wasser eine ziemlich gute.

Wasser tanzt aus der Reihe Die meisten Stoffe werden beim Abkühlen immer dichter. Wasser macht das nur bis zu einem bestimmten Punkt: Unter Normaldruck erreicht es seine größte Dichte bei 3,98 Grad Celsius. Kühlt es weiter ab, wird es wieder leichter. Fachleute nennen das die Dichteanomalie des Wassers.

Beim Gefrieren wird der Unterschied noch deutlicher. Eis hat bei 0 Grad eine Dichte von rund 0,92 Gramm pro Kubikzentimeter, flüssiges Wasser von etwa 1 Gramm. Eis ist also leichter als das Wasser, aus dem es entsteht. Darum schwimmen Eiswürfel im Glas – und Eisberge gehen nicht unter.

Erst mischen, dann zufrieren Im Herbst kühlt die Luft das Wasser an der Oberfläche ab. Das kältere, schwerere Wasser sinkt nach unten, wärmeres steigt auf. Nach Angaben des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) mischen sich die Schichten so lange, bis das gesamte Gewässer etwa 4 Grad erreicht hat.

Danach dreht sich das Spiel um: Wasser, das jetzt noch kälter wird, ist leichter und bleibt oben. Dort kühlt es weiter ab, bis es gefriert. Das IGB beschreibt es knapp: „Wird es noch kälter, bildet sich eine Eisdecke, während das Wasser darunter bei 4°C bleibt.“ Die Eisschicht schützt das Wasser darunter zusätzlich vor weiterer Abkühlung, erklärt der Deutsche Wetterdienst in einem Beitrag zum Thema.

Gäbe es diese Eigenart nicht, würde das kälteste Wasser zum Grund sinken – und ein See könnte von unten nach oben komplett durchfrieren.

Winterquartier am Seegrund Für die Bewohner eines Sees ist das ein Glücksfall. Viele Tiere nutzen den Gewässergrund als Winterquartier, berichtet das IGB. Manche Frösche und Kröten verbringen den Winter im Bodenschlamm. Auftauchen müssen sie in dieser Zeit nicht: Solange sie ruhen, reicht ihnen der Sauerstoff, den sie über die Haut aufnehmen.

Fische sind dabei keineswegs alle im Tiefschlaf. Viele bewegen sich zwar ruhiger, weil ihr Stoffwechsel von der Wassertemperatur abhängt. Kälteliebende Arten wie Forellen bleiben aber aktiv, Hechte fressen auch im Winter. Und ein Team um IGB-Forscher Robert Arlinghaus stellte bei Karpfen fest, dass sie im Winter im Durchschnitt etwa doppelt so schnell schwammen wie im Sommer.

Ganz ohne Risiko ist der Winter unter dem Eis allerdings nicht. Nur sehr flache Gewässer können bis zum Grund durchfrieren, schreibt das IGB. In sehr nährstoffreichen Gewässern und nach langer Eisbedeckung kann außerdem der Sauerstoff knapp werden. Für Gartenteiche mit Fischen nennt das Institut eine Tiefe von mindestens 80 bis 100 Zentimetern und rät, die Oberfläche nicht komplett zufrieren zu lassen.

Schön anzusehen – vom Ufer aus Das erste Eis ist meist noch sehr dünn. Die DLRG rät, Eis auf Gewässern erst zu betreten, wenn es mindestens 15 Zentimeter dick ist, und nie allein. Dunkle Stellen deuten auf besonders dünnes Eis hin, gefährlich sind auch Zu- und Abflüsse. Knistert oder knackt es, heißt es: sofort zurück. Bis dahin lässt sich die Winterlandschaft vom Ufer aus genießen – mit dem Wissen, dass es unter der Eisdecke ruhig, aber lebendig weitergeht.