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Eis

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CROs Pandamaske im Gebirgsbach?

Wieder einmal erhielt ich ein Foto von Bernd Heepmann, das von seinem ausgezeichneten Blick für Natur- und Alltagsphänomene zeugt. Er sieht in dieser Pareidolie „die „Pandamaske“ des bei Jugendlichen beliebten Rappers ‚CRO‘“ und weist darauf hin, dass die beiden Kiesel in den Augenhöhlen für die Entstehung verantwortlich seien.
In der Tat kann man davon ausgehen, dass die Löcher dieses Resteises an einem Bergbach durch die nunmehr als „Augen“ fungierenden Steine hervorgebracht wurden. Wie man leicht erkennt ist die Eismaske weitgehend von der Umgebung isoliert. Sie ist zu großen Teilen von Luft umgeben, die eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt und daher den Schmelzprozess hinauszögert. Nur dort wo zufällig die beiden Steine die Eisschicht berühren, können Energie durch Wärme von den bereits unter den Gefrierpunkt abgekühlten Steinen auf die Maske übertragen und Löcher hineingeschmolzen werden. Es ist halt die Wirkung der glühenden Augen :-). Weiterlesen

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Zur Schönheit des schmelzenden Eises

Auch wenn seit einigen Tagen Tauwetter herrscht, dauert es eine ganze Weile, bis das Eis auf Teichen und wassergefüllten Behältern völlig verschwunden und in seine vertrautere flüssige Form übergegangen ist. Der Grund dafür liegt einerseits in der hohen Wärmekapazität von Wasser: Das Eis muss verhältnismäßig viel Energie aufnehmen, um vom festen in den flüssigen Zustand überzugehen. Weiterlesen

Lochmuster im Eis – Strukturbildung im Verborgenen

Als ich mir gestern Morgen bei strahlendem Sonnenschein den weiteren Zerstörungsprozess der Hinterlassenschaften der gerade vergangenen „Eiszeit“ anschaute, fiel mir ein merkwürdiges Dreckmuster auf. Auf der inzwischen von einigen Zentimetern Wasser bedeckten Eisschicht eines Wasserbeckens ordnete sich der mit dem durch das Regenrohr zugeführten Schmelzwasser vom Dach mitgeführte Schmutz in einem nahezu regelmäßigen Punktemuster an. Bei näherem Hinsehen war zu erkennen, dass sich die Schmutzpartikel leicht bewegten. Weiterlesen

Physikalische Wintererzählung über einen abgesägten Baumstamm

Dass es immer wieder neue Phänomene gibt, bei denen man nicht ohne Weiteres auf bekannte Erklärungsmuster zurückgreifen kann, wurde mir klar, als mir Bernd Heepmann, der einen ausgezeichneten Blick für Alltagsphänomene hat, nacheinander diese beiden Fotos schickte. Es handelt sich um einen Abschnitt aus einem anderer Stelle frisch gefällten Baum.
Bei dem ersten (oberen) Foto war ich zunächst ratlos, weil ich mir nicht so recht erklären konnte, warum sich der Reif nur auf den mittleren Bereich des abgesägten Stamms beschränkt. In der Absicht, mich noch weiter zu verwirren, erhielt ich kurz darauf das zweites Foto (unten) der Situation zu einem späteren Zeitpunkt. Doch statt Verwirrung zu stiften, führte es letztlich zur Lösung des Problems, indem es zeigte, dass die Beschaffenheit des Holzes ursächlich mit der selektiven Vereisung zu tun haben musste. Weiterlesen

Eisblüten auf dem Teich

Wer sich schon mal angeschaut hat, wie ein Teich zufriert, wird vielleicht an den Bau eines Fachwerkhauses erinnert. Zunächst schießen Eiskristalle über die freie Wasseroberfläche und ziehen gewissermaßen ein Fachwerk ein, in deren Zwischenräume dann meist glatte Eisflächen heranwachsen und dem Ganzen eine zum Schlittschuhlaufen einladedende Glätte geben. Das stimmt nicht immer. Oft passiert es, dass beim Zufrieren der letzten Lücken Wasser herausquillt und sich über die bereits zugefrorenen Gebiete ergießt. Gewissermaßen in der Fließbewegung erstarrt das Wasser und bildet Muster, die an Blumen und andere pflanzliche Gebilde erinnern.
Dass es zu solchen Quellvorgängen kommen kann, liegt daran, dass sich Wasser beim Gefrieren ausdehnt (Dichteanomalie des Wassers). Und wenn bereits eine fest verankerte Eisschicht vorliegt, wird das sich ausdehnende Wasser durch Schwachstellen nach außen herausgedrückt. Es ergießt sich über die Eisfläche und gefriert in Strukturen, die an Lawinen erinnern.
Die darauf zu sehenden hellen Punkte sind teilweise Reflexe der Sonne, teilweise eingefrorene Luftbläschen, die von innen mit weiß leuchtenem Reif ausgekleidet sind.

Eiszapfen mit Seele

eiszapfen_img_5949a_rv-kopieWie Orgelpfeifen aufgereiht hängen sie von der Dachrinne herab, nachdem es im Anschluss an Tauwetter während des vergangenen Tages wieder gefroren hat. Und da die Rinne selbst kein Wasser mehr transportiert, weil sie selbst mit Eis ausgefüllt ist, quillt das neu hinzukommende Wasser über den Rand hinweg und lässt die Rinnsale zu Zapfen gefrieren. Weiterlesen

Durchgewachsen?

Eine Eisscholle aus dem zugefrorenen Teich herausgebrochen und wegen der Kälte sehr schnell losgelassen, sodass sie auf dem Rasen landete. Und hier passierte nun etwas Seltsames, das man vom Ergebnis her fast als künstlerischen Effekt ansehen kann. Einige der unter der Last der Platte herabgedrückten Grashalme und Blätter geraten in einen so innigen Kontakt mit dem Eis, dass sie mit diesem zusammenfrieren. Weiterlesen

Der Februar

Nordwind bläst. Und Südwind weht.
Und es schneit. Und taut. Und schneit.
Und indes die Zeit vergeht
bleibt ja doch nur eins: die Zeit.

Pünktlich holt sie aus der Truhe
falschen Bart und goldnen Kram.
Pünktlich sperrt sie in die Truhe
Sorgenkleid und falsche Scham.
Weiterlesen

Eisfraktal

Wir blicken auf einen zugefrorenen Teich. Die Eisschicht ist mit Schnee vermischt und daher in der Transparenz stark eingeschränkt. Eine Ansammlung von Blättern unterhalb der Eisschicht bewirkt an einem sonnigen Tag die Bildung eines Netzwerks transparenter Dendriten. Indem die Blätter das Sonnenlicht verhältnismäßig stark absorbieren, kommt es zu einer Erwärmung unmittelbar unter der Oberfläche. Sobald die Wassertemperatur in diesem Bereich 4 Grad Celsius überschreitet, breitet sich das erwärmte Wasser horizontal aus. Wegen seiner geringeren Viskosität durchdringt es das umgebende kalte Wasser dendritisch. Die dadurch hervorgerufene viskose Verästelung  wird sichtbar, weil die mit Schnee vermischte Eisschicht längs der warmen Dendriten teilweise schmilzt und beim erneuten Gefrieren durch eine transparente Eisschicht ersetzt wird.

Eiszapfen, die aus dem Boden wachsen

kammeis_dsc08248_rvIn Bündeln feiner Eisnadeln wachsen hier vielgliedrige Zapfen aus dem Boden, die offiziell Kammeis heißen. Ich entdeckte sie in einer Senke, deren Boden aus einem Sand-Lehmgemisch besteht und nicht vollkommen durchgefroren war.
Die Nadeln entstehen anschaulich gesprochen dadurch, dass in den Poren des Bodens gespeichertes Wassergefrierend sich ausdehnt. Dabei bewegen sich die Spitzen der gefrorenen Wasserfäden nach außen und ziehen aufgrund ihres inneren Zusammenhalts (Kohäsion) weiteres Wasser aus dem Innern nach, das ebenfalls gefriert usw.. Auf diese Weise können beachtliche Eisnadellängen erreicht werden.  Weiterlesen

Reifeis

Blick auf eine dünne Eisschicht einer zugefrorenen Wasserpfütze. Unter der Schicht ist das Wasser inzwischen weggesickert. Im so entstandenen Hohlraum haben sich in der frostigen Nacht Reifkristalle abgesetzt, die je nach der Struktur der Verunreinigungen der Unterseite der Eisschicht zu völlig unterschiedlichen Kristallisationsmustern geführt haben. Sie erinnern eher an eine moderne Grafik als an das Ergebnis natürlicher Vorgänge.

Eisige Kreise

Diese nur wenige Millimeter dicke, nach außen hin glatte Eisschicht bedeckt eine Wasserpfütze. Weil das Wasser teilweise im Boden versickert ist, hat sich ein Hohlraum zwischen Wasseroberfläche und der Unterseite der Eisschicht gebildet. Infolge der Sonneneinstrahlung am Tage kondensiert Wasser an der Unterseite der Eisschicht und läuft zu größeren Tropfen zusammen. Bevor sie herabfallen, gefrieren sie in der Nacht zu Eisnoppen, die hier die Größe einer 2-Euro-Münze angenommen haben. Die übrige Fläche der Unterseite wird durch die Bildung einer dünnen Reifschicht bedeckt, an denen das Licht gestreut und infolgedessen der Durchblick getrübt wird.

Irisierende Farben auf dem Eis

eis_verunreinigung_dsc07032Der Winter malt nicht nur schwarzweiß. Wer genauer hinschaut, findet reichlich Farben. In früheren Beiträgen haben wir bereits auf einige Farbphänomene aufmerksam gemacht (zum Beispiel hier und hier). Hier ist ein weiteres. Das Foto zeigt einen Ausschnitt aus der Eisschicht einer zugefrorenen Regentonne. Die irisierenden Farben weisen auf Interferenz an dünnen Schichten hin. Weiterlesen

Wenn das Licht in Farben sich erbricht…

eisfarben_dsc08568rvGott, heißt es, schied die Finsternis vom Licht,
Doch mocht es ihm nicht ganz gelingen,
Denn wenn das Licht in Farben sich erbricht,
Mußt es vorher die Finsternis verschlingen.
Weiterlesen

Die Nadelarbeit des Winters

raureif_nadeln_dsc07825brvSelbst die vom letzten Jahr übriggebliebenen, vertrockneten Blätter einer Buche erstrahlen in neuem Glanz, wenn der Winter sie mit feinen Eisnadeln schmückt. Diese filigranen und gegen Berührung sehr sensiblen Kunstwerke der Natur entstehen zum einen dann, wenn die Temperatur einige Grade unter Null liegt und die Wasserdampfkonzentration sehr hoch ist (relative Feuchte über 90%). Weiterlesen

Wasser in kristallinem Gewand

eis_auf_regentonne_dscf0131Immer wenn die Regentonne erneut zufriert, glänzt sie mit einem neuen Muster aus kristallisiertem Wasser. Der Zufall spielt beim Übergang vom flüssigen zum festen Zustand des Wassers offenbar eine wichtige Rolle und da das so ist, gibt es unzählige Möglichkeiten der Kristallisation. Weiterlesen

Ein erstaunlicher Balanceakt in freier Natur

Eisskulpturen_en_miniatureDieses Foto bekam ich vor ein paar Tagen von einem Kollegen zugesandt. Ich finde es so schön und interessant, dass ich es auch jetzt noch – da ich mit dem Winter bereits abgeschlossen habe – hier zur Kenntnis geben und kurz beschreiben möchte. Zum einen kann ich mich der subtilen Ästhetik der filigranen, im Blau des Himmels leuchtenden Strukturen nicht entziehen, ohne es mit anderen zu teilen. Zum anderen erweist sich das Foto auch physikalisch als äußerst interessant. Weiterlesen

Polarisationsfarben einer Eisscholle

PolarisationWer in diesem Winter Gelegenheit hat, bei strahlendem Sonnenschein eine zugefrorene Pfütze anzutreffen, der zögere nicht eine Eisscholle herauszubrechen, eine Polaroidbrille aufzusetzen und durch die Eisscholle hindurch gegen den blauen Himmel (am besten senkrecht zur Sonnenstrahlrichtung) zu blicken. Erstaunt wird er insbesondere an den Stellen, an denen das Eis uneinheitlich gewachsen ist oder unter mechanischer Spannung steht, farbenprächtige Muster entdecken. Die Farben verdanken sich der Eigenschaft des Eises, doppelbrechend zu sein. Dadurch wird das hinduchtretende weiße Licht in Farben zerlegt.

Wer sich für eine etwas genauere Beschreibung der Farbentstehung interessiert, findet in einem früheren Beitrag eine kurze Erklärung.

Im Winter hängen Eiszapfen an der Wäscheleine

Im einem der letzEiszapfen-an-der-Wäscheleinten Beiträge habe ich mich für die schönen Seiten des Eisregens begeistern lassen. Ich konnte das, weil ich mich an dem Tage nicht mehr mit der Straßenglätte und deren unangenehmen Begleiterscheinungen auseinandersetzen musste.
Neben dem Einfrieren von Pflanzenteilen gibt es noch weitere auffällige Phänomene, die die Strukturbildung beim Übergang vom flüssigen zum festen Wasser betreffen.  Im aktuellen Foto sieht man, wie eine Wäscheleine (eine einsame Klammer erinnert an wärmere Zeiten) auch im Winter genutzt werden kann. Statt Wäsche in regelmäßigem Nebeneinander anzuhängen, haben sich ohne menschliches Zutun Eiszapfen an die Leine gehängt.
Auffallend ist, dass abgesehen von der Störung durch die Klammer die Zapfen fast äquidistant aufgereiht erscheinen. Diese Periodizität legt es nahe, dass hier ein kollektives Phänomen vorliegt. Weiterlesen

So schön, dass ich mich nicht darauf zu setzen wage…

Raureif_auf_einer_ParkbankWasser in einer seiner zahlreichen Formen, als Raureifkristalle auf einer Parkbank; so schön, dass ich mich nicht darauf zu setzen wagte. Wie sich Kinder einen Sternenhimmel vorstellen – sternförmig flimmernde Lichter vor dunklem Hintergrund – begegnen uns hier Eiskristalle als exquisites Kunstwerk der Natur.
Wie nahe Schönheit und Profanität manchmal nebeneinander liegen können, hätte ich erfahren, wenn ich es doch gewagt hätte, mich  zu setzen. Weiterlesen

Ein kristallener Weihnachtsbaum

TannenbäumeManchmal sind Weihnachtsbäume sehr unauffällig. Diese feingliedrigen „Bäume“ fand ich in einer Regentonne, die noch etwas Wasser enthielt, als der Frost einsetzte. Die Bäume verdanken sich dem Wechselspiel von Zufall und Notwendigkeit. Die zufälligen Bewegungen, mit denen sich die Wasser(dampf)moleküle auf den wachsenden Eiskristall zu bewegen und dort andocken, werden durch die Notwendigkeit eingeschränkt, der hexagonalen Symmetrie der Wassermoleküle Rechnung zu tragen. Weil außerdem bei der Kristallisation verhältnismäßig viel Energie frei wird, findet das Wachstum insbesondere an den extremalen Stellen statt, von denen die Energie leichter an die Umgebung abgegeben werden kann. Weiterlesen

Kunst unter der Eisdecke

Eis-auf-Pfützen_0008Schlichting, H. Joachim. Spektrum der Wissenschaft  12  (2015), S. 56 – 57

Statt einfach nur spiegelglatt zu werden, bilden frierende Wasserflächen oft seltsame Strukturen – geformt durch die wechselhaften Bedingungen in dieser sehr speziellen Umgebung.

Sie schafft ewig neue Gestalten;
was da ist, war noch nie,
was war, kommt nicht wieder –
alles ist neu, und doch immer das Alte

Johann Wolfgang von Goethe (1749 – 1832)

PDF: Kunst unter der Eisdecke

Rätselfoto des Monats Dezember 2015

Farben feiner Risse

Ein Eisscholle mit einem Riss, der in Farben erstrahlt. Wie kommt es dazu?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Spannung im Spinnennetz

Rätselfoto des Monats Februar 2015

109_Kreisstrukturen-im-Eis1Wie kommt es zu den Kreisen im Pfützeneis?

Erklärung des Rätselfoto des Vormonats: Pfützen im Winter

Ein Schilfrohr versucht sich, vom Eis zu befreien

Schilfrohr-als-WärmeleiterIn diesen Tagen ist es kalt. Der Teich ist zugefroren, aber die Sonne scheint fast den ganzen Tag. Trotz der niedrigen (Luft-) Temperaturen wissen einige Objekte, die Sonnenwärme zu nutzen. Das bräunlich gelbe im Eis eingefrorene Schilfrohr ragt aus einer schüsselförmigen Vertiefung heraus, in der eine kleine Wasserlache steht. Weiterlesen

Hilfreicher Spiegel

Fenster-eisfreiAn diesem Wintertag kam ich doch etwas spät in die Gänge. Die Sonne war bereits aufgegangen und damit beschäftigt, zumindest in die Eisschicht des Fahrerfensters meines Autos ein Loch zu brennen, und nahm mir einen Teil der Kratzarbeit ab. Aber die Situation war viel zu schön und zu interessant, als dass ich sofort ans Werk schritt. Erst einmal wollte ich verstehen, was sich hier abspielte.

Die noch tief stehende Sonne schien auf den Außenspiegel und reflektierte das Sonnenlicht auf das Fenster. Weil durch die dünne Eisschicht der Durchblick und damit die Transparenz der Fensterscheibe zumindest eingeschränkt waren, wurde ein Teil des Lichts absorbiert. Weiterlesen

Rätselfoto des Monats Januar 2015

108_Pfützeneis_1

Wie entstehen die ringförmigen Muster im Pfützeneis?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Woher_kommt_das_Rot?


Verdades resbaladizas

SchlittschuhSchlichting, H. Joachim. Verdades resbaladizas. Investigacion y cienca 10 (2014) 84 – 85

Basta una fina capa de aqua para hacer que el hielo resbale. Sin embargo, pcos saben cómo se forma

 

Glatt daneben

SchlittschuhläuferSchlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft 2 (2014), S. 46 – 47

Erst eine dünne Wasserschicht macht Eis wirklich glatt. Wie das kommt, ahnte schon Michael Faraday vor über 150 Jahren.
Doch selbst heute kennen nur wenige die richtige Erklärung.

Oft wundern wir uns über das Erstaunlichste nicht,
weil es uns seit langem bekannt ist
und
darum selbstverständlich scheint.
Carl Friedrich von Weizsäcker (1912 – 2007)

PDF: Glatt daneben

Rätselfoto des Monats Januar 2014

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Wie kommt es zu dieser Struktur im Eis?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Weihnachtsbäume aus Raureif

Eisblumen auf Fensterscheiben

Eiskristalle_1Mit diesem Foto wünsche ich allen Besuchern meiner Internetseite frohe Weihnachten und ein gutes Neues Jahr.
H. Joachim Schlichting

Girlandenförmige Eiskristalle haben die Scheiben eines Gewächshauses von innen überzogen. In der Scheibe spiegelt sich die Umgebung.

Flug nach Anchorage

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Der Weg ist das Ziel. Von einem neunstündigen Nonstopflug kann man sich das aber nur schwer vorstellen. Und dennoch war der Flug von Frankfurt von Anchorage (Alaska) für mich ein Erlebnis, das ich nicht missen möchte. Ich hatte mir vorher nicht überlegt, wie man nach Anchorage kommt und war davon ausgegangen, dass man wohl in Richtung Nordwesten über die USA und Kanada fliegen müsste. Stattdessen flogen wir fast genau nach Norden: Dänemark, Norwegen und dann über das Nordpolarmeer mit seinen riesigen Packeisfeldern. Wir schrammten südlich am Nordpol vorbei und weiter ging es über das Eismeer bis wir schließlich Alaska erreichten. Das Flugzeug flog auf der kürzesten Verbindung zwischen Frankfurt und Anchorage und das ist ein Großkreis auf der Erdkugel. Spannt man auf einem Globus einen Faden straff zwischen den beiden Orten, so wird er automatisch diese Verbindung einnehmen. Jede Abweichung davon wäre nur mit einem längeren Faden darstellbar. Weiterlesen

Übergänge

ÜbergängeEiskristalle verschönern die Fensterscheiben und verschlechtern den Durchblick.Durchblick erhalte ich erst, wenn ich den Übergang vom flüssigen zum festen, kristallinen Zustand des Wassers zumindest partiell wieder rückgängig mache.
Betrachtet man die Situation etwas wissenschaftlicher, so könnte man mit Hart Nibbrig auch folgendermaßen argumentieren:

Was übergeht, über einen Zustand hinaus in einen andern, leistet als Subjekt des Übergangs – und wäre es Materie, die den Aggregatzustand wechselt – dem gegenüber einen stabilen Widerstand, was sich an ihm als Objekt vollzieht, und macht so allererst sagbar, daß ES übergeht und Wandlung erfährt am eigenen LEIB. Und doch läßt sich von keiner Veränderung das, was ihr mit sich identisch bleibend widerstanden haben muß, soll sie daran überhaupt als solche erkennbar werden, keineswegs wieder abziehen.“ (aus: Hart Nibbrig, Christiaan L.: Übergänge). Weiterlesen

Regenbögen im Eis

Farbige Flecken im Eis Wenn man geschlagen wird, kann man blaue Flecken bekommen. Beim Eis ist es im Prinzip nicht anders. Es reagiert aber viel farbenfreudiger.
In der Absicht, die Regentonne aus Kunststoff davor zu bewahren,  durch die immer dicker werdende Eisschicht zu platzen, versuchte ich die Eisschicht mit einem Hammer zu zerschlagen. Um die Einschlagstelle färbte sich das ansonsten transparente Eis weiß. Es war in eine Art künstlichen Schnee zermatscht. An den Rändern der Einschlagstelle bildeten sich gewissermaßen als ästhetische Wiedergutmachung für mein im Endeffekt erfolgloses Tun schöne farbige Streifen.

Wie es zu diesen schönen metallglänzenden Farben kommt, kann man unter dem Beitrag: „Farben im Eis und anderswo“ nachlesen.

Rätselfoto des Monats Januar 2013

084 SchneeschattenSchneeschmelze unter einer sonnenbeschienenen Pflanze

Welche physikalisch interessanten Phänomen sind zu beobachten und wie kommen sie zustande?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Rästselhafte Girlanden auf Weihnachtsbaumkugeln