Alles, was auf dieser Erde existiert, setzt sich aus winzigen Bausteinen zusammen, den Atomen. Auch bei reinem Wasser ist das so: Es ist eine Verbindung aus je zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Diese verknüpfen sich zu einem Wassermolekül, kurz H₂O. Die einzelnen Wassermoleküle sind dabei nur locker miteinander verbunden.

Dieser lockere Zusammenhalt sorgt dafür, dass bei hohen Temperaturen die Verbindung der Moleküle aufbricht: Das Wasser verdampft. Kühlt es dagegen stark ab, ordnen sich die Moleküle zu einem festen, regelmäßigen Gitter, dem Eis. Das Besondere: In fester Form besitzt Wasser ein größeres Volumen als in flüssigem Zustand.

Die Anordnung der Wassermoleküle sorgt noch für eine andere Eigenschaft: die Oberflächenspannung des Wassers. Wegen dieser Spannung können Wasserspinne und Wasserläufer mühelos auf einem Weiher spazieren gehen. Aber Wasser kann noch mehr: Es ist in der Lage Stoffe zu lösen. Kleine Salz- oder Zuckerkörnchen lösen sich in Wasser vollständig auf. Meerwasser zum Beispiel enthält große Mengen Salz, die wir schmecken, aber nicht sehen können.

Dass auf der Insel Mainau am Bodensee Zitronen reifen, verdanken wir noch einer anderen Fähigkeit von Wasser: Es kann Wärme speichern. Seen oder Meere heizen sich im Sommer auf und halten die Wärme noch lange Zeit. Darum schwanken die Temperaturen an der Küste weniger als im Landesinneren. Weit weg von der Küste sind die Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht und zwischen Sommer und Winter viel größer als in der Nähe des Meeres.

In welchem Zustand sich das Wasser befindet, hängt vom Druck und von seiner Temperatur ab. Überschreitet flüssiges Wasser den Siedepunkt, verdampft es und schwebt als gasförmiger Wasserdampf in der Luft. Auch beim Verdunsten bei Zimmertemperatur geht Wasser in einen gasförmigen Zustand über. Allerdings geschieht das langsamer als beim Verdampfen. Sinkt die Temperatur dagegen unter 0° Celsius, gefriert das Wasser zu Eis. Sobald Wasser seinen Zustand zwischen flüssig, gasförmig oder gefroren wechselt, ändert es seine Eigenschaften.

Das Besondere an Wasser ist, dass es bei 4° Celsius seine größte Dichte besitzt und nur wenig Raum einnimmt. Wenn es zu festem Eis gefriert dehnt es sich aus und vergrößert sein Volumen. Gleichzeitig nimmt seine Dichte ab. Darum ist Eis bei gleichem Volumen leichter als Wasser. Deshalb können Eisberge im Meer treiben. Aus dem gleichen Grund friert ein See im Winter von oben zu und nicht von unten. Das ist gut so, denn sonst könnten wir erst Schlittschuh laufen, wenn der See vom Grund bis zur Oberfläche komplett durchgefroren wäre.

Wasser dehnt sich also beim Gefrieren aus. Wenn man es daran hindert, übt es einen enormen Druck aus. Wer schon mal eine Flasche Wasser bei Eiseskälte im Freien vergessen hat, kennt die Folgen: Nach einiger Zeit platzt die Flasche, das Eis quillt heraus. Auf diese Weise kann Eis auch Stein sprengen. Das geschieht wenn Wasser in Gesteinsritzen fließt, dort gefriert und durch die Ausdehnung nach außen drückt. Wenn durch diese Kraft Stücke vom Stein abplatzen, spricht man von Frostsprengung. Wer schon mal in ein Schlagloch gefahren ist, kennt die Folgen. Hier haben der ständige Wechsel von Nässe und Frost dem Asphalt ordentlich zugesetzt.

Der Motor des Wasserkreislaufs ist die Sonne: Sie erwärmt das Wasser der Meere, Seen und Flüsse so stark, dass es verdunstet. Auch Pflanzen geben durch winzige Öffnungen Wasserdampf in die Atmosphäre ab. Die feuchte Luft steigt nach oben, winzige Wassertröpfchen versammeln sich in der Höhe und bilden Wolken. Als Regen, Hagel oder Schnee fällt das Wasser zurück ins Meer oder auf die Erde. Fälllt es auf die Erde, dann versickert es im Boden, versorgt Pflanzen oder fließt durch den Boden, über Bäche und Flüsse zurück ins Meer. Der ewige Kreislauf aus Verdunstung, Niederschlag und Abfließen beginnt wieder von vorne.

Den Kreislauf des Wassers gibt es schon fast so lange wie es die Erde gibt. Er sorgt dafür, dass Lebewesen auf unserem Planeten mit Süßwasser versorgt werden. Und nicht nur das: Ohne den Wasserkreislauf würde es das Wetter, so wie wir es kennen, gar nicht geben.

Viele dieser Salze stammen aus dem Gestein der Erdkruste. Regenwasser löst Salze aus dem Gestein, nimmt sie mit. Es spült sie in Flüsse und ins Grundwasser. So werden Salze ins Meer geschwemmt. Weil dabei nur relativ wenig Salz transportiert wird, ist das Flusswasser kaum salzig. Erst im Meer steigt die Konzentration an. Denn dort kommen noch Salze aus dem Ozeanboden und aus untermeerischen Vulkanen hinzu. Wenn das Meerwasser verdunstet, bleiben all diese Salze zurück. Deshalb sammeln sich ausgeschwemmte Salze in den Ozeanen schon seit Millionen von Jahren an.

Der Salzgehalt ist nicht in allen Meeren gleich hoch. Je mehr Wasser verdunstet, desto salzhaltiger wird das Gewässer. Das Rote Meer enthält mehr Salz als der Pazifik. Und das Tote Meer im Nahen Osten – eigentlich ein See – ist mit einem Salzanteil von etwa 30 Prozent so salzig, dass man darin liegen kann, ohne unterzugehen. Dagegen ist die Ostsee eher salzarm: Wegen der niedrigen Temperatur verdunstet dort nur wenig Wasser. Zusätzlich münden viele Flüsse in das Binnenmeer und speisen es mit Süßwasser. Darum ist die Ostsee viel weniger salzig als das Tote Meer.

Der Golfstrom ist eine mächtige Meeresströmung im Atlantik. Er ist bis zu 200 Kilometer breit. Die Wassermenge, die er transportiert, übertrifft die Menge des Wassers, das aus sämtlichen Flüssen der Erde ins Meer strömt, um mehr als ein Hundertfaches. Gespeist wird der Golfstrom durch warme Meeresströmungen in der Nähe des Äquators. Der Golfstrom beginnt nördlich der Bahamas. Von hier bewegt er sich zunächst entlang der amerikanischen Ostküste über 1.000 Kilometer weit nach Norden.

Westwinde und Coriolis-Kraft zwingen den Strom auf der Höhe des US-Bundesstaates North Carolina nach Nordosten. Auf seinem Weg in Richtung Europa verliert der Golfstrom immer weiter an Tempo. Er bewegt sich nicht mehr schnurgerade, sondern schlängelt sich vorwärts. Teile des Stroms spalten sich ab und fließen zurück. Aus dem Norden kommt ihm schließlich der eiskalte Labradorstrom in die Quere; der Golfstrom verliert weiter an Kraft und an Wärme. Durch Verdunstung nehmen Salzanteil und Dichte des Wassers zu, bis der Golfstrom schließlich östlich von Grönland abtaucht. Teile seiner Wassermassen fließen von hier aus als Tiefenströmung in Richtung Südatlantik und Indischer Ozean.

Für Europa ist der Golfstrom sehr wichtig: Er wirkt wie eine Zentralheizung auf unser Klima. Ohne seine Wärme wären die Winter in West- und Mitteleuropa wesentlich härter. Nur seinetwegen sind auch Häfen in Nordeuropa das ganze Jahr über eisfrei – außer an der Ostsee, wohin die Strömung nicht gelangt. Selbst die Tatsache, dass an Englands Südwestküste Palmen wachsen und Zitronenbäume gedeihen, verdanken wir dem gewaltigen und warmen Golfstrom.

Die Strahlung der Sonne ist nicht überall auf der Erde gleich stark. Wie intensiv sie die Erde erwärmt, hängt vom Winkel der Sonneneinstrahlung und damit vom Breitengrad ab. Weil die Sonne in der Nähe des Äquators das ganze Jahr über fast senkrecht steht, wird die Erde hier sehr stark aufgeheizt. In Richtung der Pole treffen die Sonnenstrahlen in einem immer flacheren Winkel auf: Die gleiche Sonnenenergie verteilt sich auf eine immer größere Fläche. Daher wird es umso kühler, je größer die Entfernung zum Äquator ist. So entstehen Regionen mit unterschiedlichem Klima, die Klimazonen.

Nach der Stärke der Sonneneinstrahlung lassen sich vier verschiedene Klimazonen auf dem Festland der Erde einteilen: Die Tropen rund um den Äquator, die Subtropen (vom lateinischen Wort „sub“ für „unter“) zwischen dem 23. und dem 40. Breitengrad, die gemäßigte Zone unserer Breiten und die Polargebiete um Nord- und Südpol. Wie Gürtel ziehen sie diese Klimazonen in Ost-West-Richtung um die Erde.

Das Klima hängt jedoch nicht nur vom Breitengrad ab, auch andere Einflüsse spielen eine Rolle. So liegt auf dem Kilimandscharo Schnee, obwohl er in den Tropen liegt. Dass sein Gipfel vereist ist liegt daran, dass die Temperatur mit zunehmender Höhe sinkt. Gebirgsklima ist also immer kühler als tiefer liegende Gebiete.

Auch die Entfernung zum Meer wirkt sich aufs Klima aus: Wasser kann Sonnenwärme länger speichern als das Festland. Außerdem wärmt es sich langsamer auf als das Land. Dadurch wirkt das Meerwasser wie ein Puffer auf die Temperaturen. In Küstennähe ist das Klima daher mild. Im Landesinneren fehlt dieser Wärmeausgleich und es herrscht kontinentales Klima, bei dem die Temperaturen viel stärker schwanken als im maritimen Klima in der Nähe des Meeres.