Wie entsteht eine "Eiskerze"?

Nach einer kalten Nacht gegen Ende der vergangenen Frostperiode haben wir einen Eiszapfen gefunden, der steil nach oben aus unserer Vogeltränke herauswuchs. Weder war er von irgendwo heruntergefallen, noch ist über der Tränke etwas, von wo Wasser heruntertropfen kann. Wie ist diese "Eiskerze" entstanden? (Diese Frage hat Friedmar Schilling aus Weischlitz gestellt.)

Onkel Max hat fünf renommierte Physiker nach einer Erklärung für das eigentümliche Eiskerzen-Phänomen gefragt. Zwei blieben eine Antwort schuldig, einer wähnte in den beigelegten Leser-Fotos sogar einen Fake. Doch zwei vermochten das Phänomen nicht nur zu erklären - man merkte ihnen dabei auch die Begeisterung für Wasser und seine physikalischen Besonderheiten an: Hans Joachim Schlichting von der Westfälischen Wilhelms-Universität in Münster und Thomas Loerting vom Uni-Institut für Physikalische Chemie in Innsbruck.

Der Grund für die Ausbildung der Kerzen besteht demzufolge darin: Eis ist weniger dicht als Wasser, schwimmt daher oben. Was in der physikalischen Natur keineswegs selbstverständlich ist, wie Schlichting betont: "Bei anderen Flüssigkeiten nimmt die Dichte mit sinkender Temperatur zu, und nach dem Erstarren nehmen sie den größten Wert an." Wasser hingegen hat die größte Dichte bei 4° Celsius, und wenn es dann noch kälter wird, nimmt die Dichte wieder ab. "Konkret ist Eis um 9 Prozent voluminöser als Wasser, weswegen auch die obersten 9 Prozent eines Eisberges aus dem Ozean schauen", erklärt Loerting.

Friert nun ein Behälter mit Wasser ein, so bildet sich zuerst dort das Eis, wo es am kältesten ist - in der Regel außen an der Gefäßwand. Auf dem Foto ist das von unten bzw. von den Seiten der Schüssel. Bei anhaltendem Frost friert der Behälter von außen nach innen bzw. von unten nach oben langsam zu, und in der Mitte bleibt es vorerst flüssig. Dort wird es, wegen des größeren Volumens des von unten und den Seiten nachrückenden Eises, nach oben herausgedrückt. Weil es dann aber schließlich doch gefriert, entsteht ein Eiszapfen. "Das durch das Loch langsam herausgedrückte Wasser gefriert am Rand, im Innern bleibt es flüssig", erläutert Schlichting. "Und da dies auch für das weiter nachdrängende Wasser gilt, wächst allmählich eine Art Eisrohr aus der gefrorenen Oberfläche heraus."

Sein Wachstum ist beendet, wenn kein Wasser mehr nachströmt und der Flüssigkeitsfaden in ihm versiegt. Bei den moderaten Frostbedingungen in Deutschland kann das dauern, sodass dort lange Eiskerzen wie auf dem Foto öfter vorkommen. Was hingegen passiert, wenn man Wasser in einem Gefäß bei -minus 80° Celsius schockgefriert, hat Loerting in seinem Labor getestet und in einem Foto dokumentiert. Man sieht dann keine schlanke Kerze, sondern einen vergleichsweise dicken "Eisvulkan". (jzl)

Bewertung des Artikels: Noch keine Bewertungen abgegeben
0Kommentare
Um zu kommentieren, müssen Sie angemeldet und Inhaber eines Abonnements sein.



    Bitte schalten Sie ihren AdBlocker aus. An alle Adblocker

    Bitte schalten Sie ihren AdBlocker aus.
    Mehr erfahren Sie hier...