Er verfasste ein siebenbändiges Opus magnum über Flüssigkeiten und wurde bis zu seinem Tode 2016 respektvoll „Wasser-Franks“ genannt. Wasser bedeckt zwei Drittel unserer Erdoberfläche und macht 70% unseres Körpers aus. Nur 3% des Wassers auf der Erde aber sind Süßwasser.

Die Anomalien des Wassers
Dass Wasser die Forschung so fasziniert, liegt an seinen Anomalien, jenen Eigenschaften also, die von der physikalisch-chemischen Norm abweichen. Über 70 solche Besonderheiten des Wassers zählt die Wissenschaft heute, wobei die bekannteste die sogenannte Dichte-Anomalie ist: Normalerweise ziehen sich die Stoffe bei sinkenden Temperaturen zusammen und werden immer dichter. Beim Wasser gilt das nur bis 4 Grad Celsius. Fällt die Temperatur weiter, dehnt sich das Wasser plötzlich aus; friert es zu Eis, braucht es sogar erheblich mehr Raum, weshalb zugefrorene Wasserleitungen platzen und Eis auf Seen schwimmt. Dass Eis leichter ist als Wasser sichert das Überleben der Wassertiere im Winter. Nur der Dichte-Anomalie ist es zu verdanken, dass Seen nicht von unten, sondern von oben zufrieren und dass sich am Grund das dichteste, vier Grad warme Wasser sammelt.

Der „Mpemba-Effekt“
Eine weitere Anomalie des Wassers ist der sogenannte „Mpemba-Effekt“. Der Koch-Lehrling Erasto Mpemba absolvierte in den 1960er-Jahren in Tansania eine Lehre. Eines Tages sollte die Klasse Eiscreme herstellen und dazu eine Pulvermischung mit Wasser anrühren. Dabei fiel Mpemba auf, dass sein Eis im Gefrierschrank schneller fertig wurde, wenn er das Pulver mit warmem statt mit kaltem Wasser anrührte. Unsinn!, sagte der Lehrer. Später berichtete Mpemba dem Physikprofessor Denis Osborne von der Sache, doch der tat sie ebenfalls ab: Aus Gründen der Thermodynamik könne warmes Wasser nicht schneller als kaltes gefrieren. Mpemba ließ nicht locker und überredete den Professor, das Experiment selbst zu wiederholen. Verblüfft stellte Osborne fest, dass unter Umständen warmes Wasser tatsächlich schneller zu Eis wird. 1969 veröffentlichten die Beiden diesen Befund, der heute als „Mpemba-Effekt“ bekannt ist.

Gaiasphäre
Im Naturhistorischen Museum in Wien wurde als Blick von außen  aus Tausenden Satellitenfotos der NASA ein digitales Modell unserer Erde „Gaiasphäre“ zusammengebaut und mit verschiedenen Animationen bespielt, so etwa mit dem Tag-Nacht-Wechsel, dem Jahreszeitenwechsel oder den Meeresströmungen. Im Modell wurde der gewaltige Durchmesser der Erde von 12.756 Kilometern auf 2 Meter geschrumpft. Verkleinert man die Sonne im selben Maßstab, hätte sie einen Durchmesser von 218 Metern und eine Entfernung von 23.5 Kilometern.

Wasser, Wolken, Ozeane
Der Wasserkreislauf auf der Erde ist mit einem ständigen Wechsel der drei Aggregatzustände des Wassers von flüssiger, dampfförmiger und auch fester Phase verbunden. Nur 0,01 Promille der Gesamtwassermenge der Erde finden sich in der Atmosphäre. Dort bleibt das Wasser weniger als 10 Tage, ist aber in dieser Zeit entscheidend am Klimageschehen beteiligt. 97% des Wassers befinden sich in den Ozeanen, wo es eine mittlere Verweildauer von 2.500 (!) Jahren hat. Ein Teil des Wassers ist in Form von Wolken gespeichert. Nachts wirken die Wolken wie eine wärmende Decke: Sie reflektieren die Wärme, die von der Erdoberfläche abgestrahlt wird und verhindern damit die Auskühlung unseres Planeten auf lebensfeindliche Minusgrade.  Diese Wärmedecke der Wolken wird Treibhauseffekt genannt. Wir müssen zwischen dem natürlichen und dem menschlichen Treibhauseffekt unterscheiden.

Der natürliche Treibhauseffekt
Die Erdatmosphäre besteht größtenteils aus Stickstoff und Sauerstoff. Außerdem sind auch Kohlendioxid und Wasserdampf vorhanden, die wie ein Schutzschild für die Erde wirken und eine Temperaturerhöhung verursachen. Die kurzwellige Strahlung des Sonnenlichtes erwärmt die Erdoberfläche und wird als langwellige infrarote Wärmestrahlung wieder abgegeben. Nur ein Teil dieser Wärmestrahlung kann die Atmosphäre durchdringen und verliert sich im Weltall. Der andere Teil wird von der Schicht aus Kohlendioxid und Wasserdampf zurückgehalten und sorgt für eine Erwärmung der Atmosphäre. Ohne diesen natürlichen Treibhauseffekt würde auf der  Erde eine durchschnittliche Temperatur von -18° C  herrschen. Wasserdampf und Kohlendioxid in einer bestimmten Konzentration sind dafür verantwortlich, dass die durchschnittliche Oberflächentemperatur auf der Erde +15 ° C beträgt.

Der menschlich bedingte Treibhauseffekt
Seit etwa 250 Jahren verstärkt der Mensch den natürlichen Treibhauseffekt. Kohlendioxid, das Millionen Jahre lang in Kohle und Erdöl gebunden war, wird durch Verbrennung in kürzester Zeit wieder in die Atmosphäre zurückgeführt. Der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre lag in der jüngeren Erdgeschichte immer unter 0,028%. Durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe ist er inzwischen auf 0,038% gestiegen. Dieser „anthropogene Treibhauseffekt“ bringt unser Klimasystem in Gefahr.

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