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Physik im Alltag und Naturphänomene, Rubrik: "Schlichting! "

Schmelzende Eisberge

Schlichting, H. Joachim. Spektrum der Wissenschaft 11 (2018) S. 68 – 69

Schwimmendes Eis taucht in Salzwasser weniger tief ein als in Süßwasser. Das gilt auch für Eisberge, weshalb sie mehr Flüssigkeit enthalten, als sie verdrängen. Dadurch hebt sich bei ihrem Abschmelzen der Meeresspiegel ein wenig.

Die Würde, die in der Bewegung eines Eisbergs
liegt, beruht darauf, dass nur ein Achtel von ihm
über dem Wasser ist
Ernest Hemingway (1899 – 1961)

Auch schmelzendes Packeis trägt – wenn auch minimal – zum Anstieg des Meeresspiegels bei (bei tief stehender Sonne vom Flugzeug aus fotografiert) –>

 

In Zeiten der Klimaerwärmung ist oft davon die Rede, wie sich das global schwindende Eis auf die Pegelstände der Weltmeere auswirkt. Dabei geht es meist nur um Schmelzwasser oder Eis, das vom Festland in die Ozeane gelangt. Implizit oder sogar explizit unterstellen viele, das bereits auf dem Wasser driftende Eis erhöhe durch sein Auftauen den Meeresspiegel nicht weiter. Typischerweise lautet das Argument, ein Eisberg enthalte schließlich immer gerade so viel gefrorenes Wasser, wie er flüssiges verdränge – ein Nullsummenspiel. Zur Veranschaulichung dient dann meist ein einfaches Freihandexperiment: Man setze einen Eiswürfel in ein randvoll mit Wasser gefülltes Glas. An dieser Füllhöhe ändert sich nichts, während der Eiswürfel auftaut und schließlich ganz zerlaufen ist. Man könnte sogar fragen, ob der Versuch überhaupt durchgeführt werden muss. Ergibt sich der Ausgang nicht bereits aus den bekannten Eigenschaften des Wassers beim Übergang zwischen den Aggregatzuständen?
Eis schwimmt überhaupt nur, weil Wasser im Unterschied zu den meisten anderen Stoffen beim Abkühlen nicht einfach immer dichter wird, sondern sich unterhalb einer Temperatur von vier Grad Celsius wieder ausdehnt. Zwischen den Molekülen bilden sich dann über so genannte Wasserstoffbrücken zunehmend Strukturen, die vergleichsweise viel Platz einnehmen. In der Flüssigkeit passiert das bereits zum Teil, und im Kristall ist diese raumgreifende Ordnung perfekt. Während ein Kubikzentimeter flüssiges Wasser bei null Grad eine Masse von rund 1 Gramm besitzt, sind es beim gleichen Volumen Eis nur etwa 0,92 Gramm. Daher sinkt der Eiswürfel auch nicht ganz ins Wasser ein, sondern ein Teil von etwa neun Prozent seines Volumens ragt heraus. Demgegenüber geht beispielsweise ein Klumpen festen Kerzenwachses in flüssigem Wachs unter.
Um das auch quantitativ zu verstehen, hilft das so genannte archimedische Prinzip: Auf einen eintauchenden Gegenstand wirkt eine Auftriebskraft, die dem Betrag nach der Gewichtskraft der verdrängten Flüssigkeit entspricht. Für die weitere Argumentation kann man mit der Masse der beteiligten Objekte rechnen, da die Kräfte gleich dem Produkt aus der Masse und der konstanten Erdbeschleunigung sind.
Wenn wir einen Eiswürfel von zehn Gramm und damit einem Volumen von etwa 10 / 9,2 = 10,9 Kubikzentimeter ins Wasserglas setzen, verdrängt er nach dem archimedischen Prinzip genau zehn Gramm Wasser. Sobald er schmilzt, nimmt seine Dichte zu und sein Volumen ab, bis dieses ebenso groß ist wie das des ursprünglich verdrängten Wassers. Das Niveau wird sich also nicht ändern.
Doch die Situation von Eisbergen im Meer ist eine andere – schließlich schwimmen sie in Salzwasser. Um das Experiment entsprechend zu modifizieren, müssen wir nunmehr solches anstatt Süßwasser ins Glas füllen. Ein Eiswürfel von zehn Gramm wird abermals eine Masse von zehn Gramm Salzwasser verdrängen. Aber wegen dessen größerer Dichte (beim Oberflächenwasser der Meere sind es im Durchschnitt 1,026 Gramm pro Kubikzentimeter) ist das verdrängte Volumen geringer, nämlich etwa 9,7 Kubikzentimeter. Der Würfel ragt also ein wenig weiter heraus. Wenn er schmilzt, fügt er der Flüssigkeit trotzdem seine ganzen zehn Kubikzentimeter Wasser hinzu, weshalb das Volumen um knapp 2,6 Prozent wächst und der Spiegel entsprechend ansteigt…

PDF: Schmelzende Eisberge

Diskussionen

7 Gedanken zu “Schmelzende Eisberge

  1. Sehr interessant, dass erklärt mir einiges. Ich habe im Radio gehört, dass, sollte das ganze Eis, Arktis und Antarktis, schmelzen, der Meeresspiegel um über 50 m ansteigen würde (leider habe ich die genaue Zahl vergessen). Das hätte katastrophale Folgen für u.a. auch sehr viele Millionenstädte, die am Meer liegen. Ich persönlich glaube ja, dass das ganz schnell gehen wird, vielleicht innerhalb der nächsten 100 Jahre. Falls nicht ein Wunder geschieht und die Menschheit bzw. die Politik doch noch rechtzeitig (also jetzt) zur Besinnung kommt und entsprechende Gesetze schafft… Aber genießen wir bis dahin lieber das Wochenende 😉

    Verfasst von ann christina | 3. November 2018, 10:46
    • Im Vergleich zum Festlandeis ist der Beitrag der Eisberge und des Treibeises zwar gering, aber eben nicht vernachlässigbar. Es liegt wohl in der Natur des Menschen, Gefahren erst dann zu ernst zu nehmen, wenn es bereits zu spät ist. Aber sich den Zustand der Welt wirklich jederzeit bewusst zu machen, ist psychisch nicht zu ertragen. Daher lasst uns auch an das Schöne denken… Das Wochenende kommt dafür gerade recht.

      Verfasst von Joachim Schlichting | 3. November 2018, 20:46
  2. Spannend! Danke!

    Verfasst von kopfundgestalt | 3. November 2018, 12:23
  3. Ich denke, es gibt noch einen weiteren Effekt, der dazu führt, dass beim Schmelzen des Eisberges der Wasserspiegel steigt: Der Teil des Eisberges, der aus dem Wasser ragt, „schwimmt“ nämlich auch, nämlich in der Luft, was damit dem gesamten Eisberg einen weiteren Auftrieb gibt (entsprechend der Masse der verdrängten Luft), der dafür sorgt, dass weniger Volumen des Eisberges unter der Wasseroberfläche ist, als es seiner Masse entsprechen würde.

    Verfasst von Jan Messerschmidt | 2. März 2019, 17:54
    • Das stimmt. Der Effekt ist natürlich verschwindend klein aber insofern interessant, als man den aerodynamischen Auftrieb gewöhnlich nur in Verbindung mit Ballons u.Ä. in Verbindung bringt. Danke für diese Ergänzung.

      Verfasst von Joachim Schlichting | 2. März 2019, 19:06
      • Gerne – danke für die Bestätigung aus berufenem Munde! Da fällt mir ein (noch kleinerer) Effekt ein: durch das Schmelzen des Eisbergs verdünnt sich das Salzwasser des Meeres, d.h. dessen Dichte und damit der Auftrieb der verbliebenen Eisberge verringert sich (falls es nicht der letzte Eisberg war), die stärker eintauchen und so den Meeresspiegel weiter ansteigen lassen.

        Verfasst von Jan Messerschmidt | 2. März 2019, 19:43
      • Auch dieser Effekt ist vernachlässigbar klein. Um die an sich schon vielschichtige Problematik nicht noch komplexer werden zu lassen, habe ich diese Effekte gar nicht erst erwähnt.

        Verfasst von Joachim Schlichting | 2. März 2019, 22:05

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