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Physik im Alltag und Naturphänomene

Strukturbildung im Pfützeneis

Wie kommt es zu den dunklen Dreiecken in einer zufrierenden Wasserpfütze, die dem ansonsten durch das Zusammenwirken von zufälligen Gegebenheiten (Temperatur, Beschaffenheit des Boden…) und notwendigen physikalischen Vorgängen entstehenden Strukturen, etwas einfach Geometrisches aufzuprägen scheint.
Ich habe in früheren Beiträgen (zum Beispiel hier und hier und hier) bereits über das subtile Zusammenwirken ganz unterschiedlicher Abläufe bei der  Eisbildung berichtet. Die entscheidenden Faktoren sind die Temperaturdifferenz zwischen Wasser und Umgebung (Lufttemperatur, Strahlungstemperatur) sowie die Schnelligkeit, mit der das Wasser in den Boden versickert.
Durch die Absenkung des Wasserspiegels während die Pfütze zufriert und mit einer mehr oder weniger dünnen Eisschicht bedeckt wird, biegt sich diese zunächst in der Mitte immer mehr durch, weil aufgrund der großen Adhäsionskraft zwischen Wasser und Eis der Kontakt noch eine Weile gehalten wird. Denn an den Rändern liegt die Eisschicht fest auf dem Boden auf und kann nicht weiter abgesenkt werden. Schließlich reißt zunächst in der Nähe zum Pfützenrand der Kontakt mit dem Wasser ab und es entsteht ein mit Luft und Wasserdampf gefüllter Hohlraum. Weil die Luftfeuchte darin sehr hoch ist, wird bei weiterer Abkühlung, meistens während der Nacht, der Taupunkt unterschritten. Das hat zur Folge, dass sich Wasserdampf an der kalten Unterseite der Eisschicht ähnlich absetzt wie Kondensationswasser an einer Fensterscheibe, wenn es innen sehr feucht und außen sehr kalt ist. Dieses Phänomen war früher, da die Fenster einfach verglast waren, sehr häufig zu beobachten. Heute kennt man es vielleicht noch vom Beschlagen der Spiegel im Badezimmer oder der Scheiben im Auto.
Im Falle der vorliegenden Pfütze ist die Neigung der Eisschicht am vorderen und hinteren Pfützenrand ziemlich groß. Das kondensierte Wasser lief an der Unterseite ab bis zu den dunklen Streifen, die zunächst aus flüssigem Wasser bestanden, zum Zeitpunkt der Fotografie aber bis zum Boden durchgefroren waren. Die dunkle Farbe zeigt die Transparenz dieser Eisbarriere an. Das ablaufende Wasser sammelte sich am unteren Rande der geneigten Eisschicht in Tropfen, die jeweils bei einer kritischen Größe herabfielen. Die flächenhafte Strömung der sehr dünnen Wasserschicht konvergierte gewissermaßen zu den jeweiligen Tropfen hin, sodass dreieckige Spuren entstanden, die sich vermutlich unterschiedlicher Reifbildung verdanken. Die dreieckigen dunklen Spitzen sind massive Eiskörper, die bis zum Boden reichen und sich vermutlich durch das abtropfende und schließlich gefrierende Wasser gebildet haben.
Unabhängig von diesem Erklärungsversuch, der tagelangen Beobachtungen und schließlich der Untersuchung des dekonstruierten Eisgebildes zu verdanken ist, kann ich mich nur wundern, wie die Natur durch Vorgänge, die man sich kaum hätte ausdenken können, immer wieder fantastische und ästhetisch ansprechende Strukturen hervorbringt, und sei es nur beim Zufrieren einer Wasserpfütze.
Da vermutlich kaum jemand anders in die unzugängliche Gegend geraten ist, in der diese schönen Muster zu bestaunen waren, war ich wohl der Einzige, der sie zu Gesicht bekommen hat. Und was wäre, wenn ich sie auch nicht gesehen hätte?

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Diskussionen

14 Gedanken zu “Strukturbildung im Pfützeneis

  1. Dann wäre es schlicht nicht gewesen!
    So wird es mit so manchem „Ereignis“ sein, da unbeobachtet und ungesehen, eigentlich nie existent war!

    Danke für die feine Darstellung!

    Verfasst von kopfundgestalt | 23. Januar 2019, 00:10
  2. du hast sie aber gesehen! Und das wundersame Geschehen beschrieben. Und uns eine vortreffliche Fotografie geschenkt. danke dafür!

    Verfasst von gkazakou | 23. Januar 2019, 00:12
  3. Durch deine Pfützenbeiträge habe ich eine ganz neue Sicht auf sie bekommen.
    Und was geschehen wäre, wenn du die Pfütze nicht beobachtet hättest, ist die Frage, ja, ich denke, das Selbe 😉
    Herzensdank und -gruß,
    Ulli

    Verfasst von Ulli | 23. Januar 2019, 09:56
  4. Diese Dreiecke sind unfassbar! Es wäre außerordentlich schade, wenn du dort nicht vorbeigekommen wärst!

    Verfasst von Myriade | 23. Januar 2019, 11:05
  5. Ein tolles Photo❣️ Wie es zu den faszinierenden kleinen Dreiecken kommt, hab ich noch nicht so ganz verstanden🤔

    Verfasst von ele21 | 23. Januar 2019, 13:11
  6. Das kann ich gut verstehen. Der Vorgang setzt einige physikalische Detailkenntnisse voraus. Da ich auch nur punktuell beobachten konnte, sind einige Vermutungen dabei, von denen ich auch nicht weiß, ob sie zutreffen. Der wesentlich Aspekt des Photos ist einfach die Ästhetik.

    Verfasst von Joachim Schlichting | 23. Januar 2019, 16:53

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