Eis im Ringellook

Warum bilden sich um Eiszapfen Ringe in stets gleichem Abstand?

Physikalisch sind Eiszapfen nicht besonders aufregende Gebilde. Wenigstens auf den ersten Blick nicht. Wasser tropft, angetrieben von der Schwerkraft, aus einer Dachrinne; ein Teil gefriert in der kalten Luft und kristallisiert zum Eiszapfen; ein anderer Teil fließt als Schmelzwasser über dessen Oberfläche und fällt als Tropfen zu Boden.

Auf den zweiten Blick zeigen die eisigen Stalaktiten jedoch eine rätselhafte Eigenschaft. Meist sehen sie aus, als seien sie aus Eisreifen zusammengesetzt - wie ein Baumkuchen, dessen Durchmesser nach unten immer kleiner wird. Erstaunlich daran ist, dass der Abstand dieser Reifen - physikalisch gesprochen ihre Wellenlänge - immer etwa einen Zentimeter beträgt, unabhängig von der Länge der Zapfen, ihrer Dicke oder von der umgebenden Lufttemperatur.

Ein Phänomen, interessant genug für Naohisa Ogawa und Yoshinori Furukawa von der Hokkaido Universität in Sapporo, um Eiszapfen einmal unter die physikalische Lupe zu nehmen.

In einem Modell haben die japanischen Wissenschaftler Wärmelehre und Strömungsmechanik für ihre Zwecke kombiniert. Denn für das Phänomen der Riffelentstehung sind offenbar sowohl Wärmetransport- als auch Strömungseigenschaften verantwortlich.

Weil ein Zapfen nicht völlig ebenmäßig gefriert, bilden sich kleine Unregelmäßigkeiten auf seiner Oberfläche. Am "Gipfel" eines solchen mikroskopischen "Hügels" ist der Wärmeverlust größer als im "Tal", weil er in die kalte Luft ragt. Folglich kühlen die erhabenen Gebiete stärker aus; dort bildet sich bevorzugt Eis. Jede noch so kleine Unebenheit auf der Oberfläche würde so zu einem wellenförmigen Riffel aus gefrorenem Wasser führen, wenn nicht die Zehntelmillimeter dünne Schmelzwasserströmung in einem relativ großen Areal für einen Wärmeausgleich in vertikaler Richtung sorgte: Unter dieser Strömung werden die engen Riffel quasi in die Länge gezogen, und es entstehen regelmäßige gefrorene Wellenberge mit einer Wellenlänge von etwa einem Zentimeter.

Zapfen aus anderen Flüssigkeiten als Wasser würden vermutlich ähnlich ebenmäßige Ringe aufweisen, aber - wegen einer anderen Wärmekapazität des Fließmediums - jeweils mit einer anderen Wellenlänge. Ähnliche Prozesse spielen bei der Bildung von Stalaktiten in Kalkhöhlen eine Rolle.

Alle GEOSKOPE aus dem Magazin 3/03

GEOlino Buchtipps zum Lesen
Nachdenken über die Seuche
Auf dem Höhepunkt der BSE-Krise war Eile geboten, um Gefahren von den Verbrauchern abzuwenden. Unterdessen hat sich die Lage entspannt, und ein erster BSE-Test für lebende Tiere wird erwartet. Zeit für eine Bestandsaufnahme
GEOlino Buchtipps zum Lesen
Ein Test auf Leben und Tod
In Göttingen wird gerade der erste Lebendtest für BSE-infizierte Kühe entwickelt. Ein wichtiger Schritt zum "normalen" Umgang mit dem Wahnsinn
GEOlino Buchtipps zum Lesen
"Zeichen von Hysterie"
Sucharit Bhakdi, Mikrobiologe an der Universität Mainz, sieht die Gefahren von BSE gelassen. Viele verordnete Maßnahmen zur Eindämmung der Krankheit zeugten von Aktionismus
GEOlino Buchtipps zum Lesen
Seid umschlungen, Myriaden
Ein feiner Ring aus Sternen umgibt die Milchstraße - wie eine Begrenzung unserer Galaxie. Er könnte das Resultat einer Verschmelzung unserer Milchstraße mit einer kleineren Galaxie sein
GEOlino Buchtipps zum Lesen
Eis im Ringellook
Warum bilden sich um Eiszapfen Ringe in stets gleichem Abstand?
d7a2d2d6c3423f697023d227ac55787c
GEO Nr. 03/03
Jungs
GEO.de Newsletter