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Schmelzen

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Rätselfoto des Monats Januar 2022

Wie kommt es zu den langen weißen Nadeln?

Erklärung des Rätselfotos des Monats Dezember 2021

Frage: Wie kommt es zu dieser geraden Begrenzung der Reifschicht?

Antwort: Wir blicken frontal auf die Seitenscheibe einer Busstation. Sie ist etwa bis zur Hälfte mit Reif bedeckt, der wie mit einem Lineal gezogen begrenzt ist. Ursache dafür ist die Sonne, die schräg von oben und von der Seite in den Unterstand scheint und teilweise durch das Dach abgeschattet wird. Weil sich die Sonne allmählich von links nach rechts bewegt und immer mehr von vorn in den Unterstand leuchtet, verschiebt sich der Schatten des Dachs und damit die Trennlinie weiter nach oben. In dem Maße, wie der beschattete und noch vom Raureif überzogene Teil der Scheibe in die Sonne gerät, schmilzt das Eis. Denn obwohl die Eiskristalle weitgehend transparent sind, wird das Licht im rauen Reif mehrfach reflektiert, wobei immer auch ein Teil des Lichts absorbiert und in Wärme umgewandelt wird, die für das Schmelzen benötigt wird.
An der Geradlinigkeit der Schmelzgrenze erkennt man übrigens die Geradlinigkeit der Lichtausbreitung.

Rätselfoto des Monats Dezember 2021

Wie kommt es zu dieser geraden Begrenzung der Reifschicht?


Erklärung des Rätselfotos des Monats November 2021

Frage: Warum krümmt sich der Strahl?

Antwort: Das ist eine alte Frage und hat zu zahlreichen Erklärungen geführt. Neueren Untersuchungen zufolge spielt die Benetzbarkeit (Hydrophilie) des Tüllenmaterials, die bei üblichen Teekannen verhältnismäßig groß ist, die entscheidende Rolle bei der Krümmung der Flüssigkeitsströmung. Die Stärke der Benetzbarkeit kann durch den sich zwischen Tülle und Flüssigkeit einstellenden sogenannten Kontaktwinkel charakterisiert werden. Ein kleiner Kontaktwinkel weist auf eine starke Anziehung (Adhäsionskraft) hin. Wenn die Flüssigkeit über die nach unten gekrümmte Tülle strömt, tendiert sie einerseits aufgrund der Trägheitskraft dazu, ihre Richtung beizubehalten. Andererseits wird sie aufgrund der Adhäsionskraft von der Tülle „festgehalten“ und folgt ihrer Krümmung. Da die Trägheitskraft mit der Strömungsgeschwindigkeit zunimmt, überwiegen die Adhäsionskraft und damit die Krümmung umso mehr, je langsamer die Flüssigkeit strömt. Beim vorsichtigen Einschenken des Tees wird dieser also auch gegen die Schwerkraft zur Kanne hin gekrümmt. Erreicht der Strom dabei den ebenfalls hydrophilen Kannenhals, wird der Strahl durch diesen angezogen und bildet den im Foto zu sehenden gekrümmten Strahl aus.
Die beste Möglichkeit zur Vermeidung des Teekanneneffekts besteht demnach darin, die Teekannentülle aus Material mit einer geringen Benetzbarkeit (hydrophob) zu fertigen, was durch entsprechende Beschichtungen erreicht werden könnte.

Tag der Liebe

Gesehen auf einer von Sonne, Wetter und Gebrauchsspuren stark maltraitierten Asphaltstraße.

Auch wenn die Sonne die Asphaltdecke der Straße anschmilzt, der Asphalt verläuft und Verlaufspuren hinterlässt, wenn die Fußtritte und anderen Einwirkungen die weich gewordene Schicht weiter beeinträchtigt – die Botschaft bleibt zuminderst für diejenigen, die daran glauben erhalten. Mit etwas gutem Willen kann man darin sogar ein naturschönes Bild sehen.
Diese durch Absicht, Zufall und Notwendigkeit entstandene Struktur soll an den Tag der Liebe erinnern, der jährlich am 4. November begangen wird – sofern man daran denkt. Der Tag der Liebe ist die ägyptische Version des Valentinstags und wurde von Mustafa Amin in den 1970er Jahren initiiert.

Miniaturvulkan

Nachdem der Cumbre Vieja auf meiner Lieblingswanderinsel La Palma ausgebrochen ist, sehe ich offenbar überall Vulkane, selbst im Asphalt, der von der Sonne zum Ausbruch bzw. Schmelzen gebracht wurde (siehe Foto).
Bei genauerem Hinsehen erkennt man aber, dass hier etwas ganz anderes passiert. Ein Stein, der auf einer vorher festen Bitumenschicht lag, sinkt in dem Maße ein, wie letzteres sich von der Sonne aufgeheizt flüssig wird. Interessant ist dabei, dass das Bitumen nicht einfach weich wird und sich plastisch verformt, sondern in eine strähnenartige Struktur übergeht.

Ein wenig Farbe ins dunkle Grau

Eine nicht gerade einladende Asphaltstraße sollte durch eine ebenfalls als negativ empfundene Ölspur eher noch unsympatischer wirken. Sieht man allerdings von diesem realen Hintergrund des Fotos ab, so ergibt sich ein Gemälde, in dem eine virtuos zwischen den Graustufen wechselnde Bruchstruktur durch ein schlankes Band lebhafter Spektralfarben herausgefordert und sich insgesamt zu einem ästhetisch ansprechenden Ganzen ergänzt.
Die Natur ist offenbar völlig indifferent gegenüber menschlichen Bewertungen und verfährt in ihren Gestaltungen nach den durch den Zufall herausgeforderten Naturgesetzen: mechanische Belastungen zusammen mit den Wirkungen von Gefrieren und Schmelzen sind für die Bruchstrukturen verantwortlich. Unterschiedliche Geschwindigkeiten beim Verdunsten der Feuchtigkeit bilden die Abstufungen des Asphaltgraus. Denn das Tageslicht ruft bei Nässe dunklere  Farbtöne hervor als bei Trockenheit. In der quer über das Bild laufenden Senke reicht die Feuchtigkeit gerade noch aus, die äußerst dünne Ölschicht zu „tragen“, die durch Interferenz das weitgehend weiße Tageslicht der unterschiedlichen Dicke der Schicht entsprechend koloriert.
Einige Stunden später hatten sich infolge der Verdunstung des Wassers die Farben verzogen, nachdem sich das Öl winzige Tröpfchen bildedend in den porösen Asphalt verzog.

Eine Welt in Aspik…

…nur hart und eiskalt.

Nach einer Woche eisiger Kälte vollzieht sich ein Temperatursprung in die andere Richtung – zunächst die Luft wird wesentlich wärmer. Der Regen fällt auf vereistes Gelände, sodass die Tropfen instantan vor Kälte erstarren. Doch lassen wir Andrzej Stasiuk (*1960) eine ähnliche Situation poetisch beschreiben, er kann es wesentlich besser als ich.

Holunderbüsche, Salweiden und Haselsträucher breiteten sich aus wie Büsche silbriger Wasserpflanzen, die im Wogen der See erstarrt waren. Alles war von Eis bedeckt. Jeder Zweig, jeder kleinste Halm stak in einem durchsichtigen Hemd. Früher, vor sehr langer Zeit, gab es bunte Bonbons in langen Glasröhrchen zu kaufen, die an einer Seite zugekorkt waren. Etwas in der Art: Glasröhrchen, und in jedem ein Pflanzentrieb, eine Weidenrute, sogar die Kiefernnadeln waren einzeln und sorgfältig verhüllt. Der Schlehenbusch, in Eis gegossen, ähnelte einem lebendigen, körperlichen Wesen, vom Röntgenblitz ertappt.
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Verborgene Muster im Eis

H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaft 2 (2021)

Das Sichtbare erschließt den Blick in das Unsichtbare

Anaxagoras (499–428 v. Chr.)

Wenn eine mit Wasser bedeckte Eisschicht schmilzt, entsteht auf ihr eine regelmäßige Struktur. Dabei spielt Wärmeübertragung durch Konvektion eine wichtige Rolle – und die besondere Dichteanomalie des Wassers.

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Unscheinbare Blätter mit interessanter Wirkung

H. Joachim Schlichting. Physik in unserer Zeit 52/1 (2021), S. 43

Blätter von Bäumen können als Isolatoren und Absorber von Wärme fungieren und dank dieser Eigenschaft im Winter zu auffälligen und physikalisch interessanten Erscheinungen führen.

 Eigentlich gehören die im Herbst abgeworfenen Blätter nicht in den Winter. Sie werden auch kaum wahrgenommen. Es sei denn, sie stellen sich für eine auffällige physikalische Demonstration zur Verfügung.
Im vorliegenden Fall hat es zum ersten Mal geschneit. Weiterlesen

Strukturen im Schnee

Nach dem kurzen Schneeintermezzo in diesem (bei uns bisher ausgebliebenen) Winter möchte ich noch das im Foto eingefangene Phänomen  nachtragen.
Wenn Schnee zu einer Zeit fällt, in der der Boden noch nicht gefroren und die Lufttemperatur in der Nähe des Gefrierpunkts ist, gibt es die Chance interessante Phänomene zu entdecken. Eines dieser Phänomene ist auf dem Foto zu sehen. Als ob die Natur einen Sinn für ästhetische Gestaltung selbst im Bereich von gepflasterten Gehwegen entfalten würde, werden hier die dünnen Fugen zwischen den Pflastersteinen deutlich mit einem relativ hohen Schneewulst überbrückt und in vielen Fällen auch noch dunkel nachgezeichnet. Weiterlesen

Geheimnisvolle Spuren im Schnee

H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaft 1, (2021), S. 64 – 65

Vergessen wir die Dinge,
betrachten wir die Struktur

Georges Braque (1882–1963)

Abdrücke im Schnee entwickeln sich unter besonderen Bedingungen zu auffällig kreisförmigen Strukturen. Das liegt vor allem am Wärmeaustausch mit der Umgebung, der sich mit der Konsistenz des gefrorenen Wassers verändert. Weiterlesen

Verbrennendes Eisen

Zugegeben der Kaminrost ist gemeinsam mit dem Kamin in die Jahre gekommen. Dennoch wundere ich mich seit längerem darüber, dass die Eisenstäbe, die ja eigentlich anders als Holz nicht verbrennen sollten, immer dünner wurden und inzwischen wie Spieße aussehen. Was ist mit dem Eisen passiert? Weiterlesen

Dreiblättrige Hohlräume im Eis bringen Glück

Vierblättrige Kleeblätter sollen Glück bringen, weil sie sich Mutationen verdanken, die nur sehr selten vorkommen. Doch wie sieht es mit mit dreiblättrigen luftgefüllten Hohlräumen im Eis eines zugefrorenen Teichs aus? Da sie sicherlich noch seltener vorkommen als vierblättriger Klee gehe ich davon aus, dass sie erst recht Glücksbringer sind.
Diese „Mutation“ ist dadurch zustande gekommen, dass die auf einem Teich in Eis eingefrorene dreiblättrige Pflanze ungeduldig wurde und die jüngsten sonnigen Tage nutzte, so viel Sonnenenergie wie möglich zu absorbieren. Das Eis ist ja ansonsten weitgehend transparent und reflektiert einen Teil des Sonnenlichts. Das eingefrorene dunkelgrüne Blatt jedoch nimmt vor allem die zum Grün komplementären Rotanteile des Sonnenlichts auf und erwärmt sich dadurch. Je stärker infolgedessen seine Temperatur über die der Umgebung ansteigt, desto mehr Energie gibt das Blatt an diese ab. Und wenn das Eis auch schon kurz vor dem Schmelzen ist, reicht es aus, nach und nach ein dreiblättrigen Loch in das Eis zu schmelzen. Das haben wir auf dem Foto vor Augen.
Die Eisschicht über dem Loch ist bereits sehr dünn. Ein kleiner Druck mit dem Finger reichte aus, ein Loch hineinzubrechen. Dadurch konnte ich sehen, dass das „Kleeblatt“ etwa 1,5 cm unter der Eisschicht beim Zufrieren des Teichs kalt erwischt wurde. Ich hoffe mal, dass es nicht mehr lange warten muss, bis es mit dem weiteren biologischen Wachstum so richtig loslegen kann.

Rätselfoto des Monats Februar 2019

Wie kommt es zu dieser „Schneerolle“?


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Alternative zum Bleigießen

Obwohl der Anlass just vorbei ist, möchte ich dennoch auf die Kommentare zu meinem Silvesterbeitrag eingehen, in dem ich eine Alternative zum Bleigießen in Form des Herstellens von Kerzenmuscheln vorgeschlagen habe. Wer aber gern an den schicksalhaften metallischen Klecksen festhalten möchte, der kann das auch mit Lötzinn tun, indem er den mit einem Lötkolben u.ä. verflüssigten Zinn (eigentlich je nach Verwendungszweck eine Legierung aus Blei, Zinn, Zink, Silber, Kupfer) in ein Wasserbecken oder auf eine andere Unterlage abtropfen lässt. Ich habe Silvester ein wenig damit experimentiert und zeige hier einige Ergebnisse. Nicht nur in der äußeren Form sondern auch in der inneren Strukturierung zeigen sich überraschende Muster. Über deren physikalische Ursachen werde ich mir noch Gedanken machen müssen – spätestens bis zum nächsten Jahreswechsel.

Überlebensstarke Schneespuren

Der Schnee ist schon längst wieder weg, aber eine Spur hat sich erstaunlich lange gehalten. Wie kam es dazu? Der Fußabdruck entstand dadurch, dass der feuchte, poröse und luftdurchsetzte Schnee durch das Körpergewicht eines Menschen auf den Bruchteil seiner ursprünglichen Dicke komprimiert wurde. Der aus einem lockeren Gewebe filigraner Eiskristalle bestehende Schnee wurde durch die Kraft des auftretenden Fußes zusammengedrückt. Die Kristalle kamen dadurch in innige Verbindung und wurden miteinander „verschweißt“, d.h. sie froren zu einem kompakten, vereisten Gebilde zusammen. Weiterlesen

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) –>

 

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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

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

Ein Blatt als Rettungsboot

schneeisolierung_img_0268rvEs hat geschneit aber der der Schnee bleibt kaum liegen. Die Luft ist zwar kalt, aber der Boden ist noch zu warm. Das liegt daran, dass das Energiespeichervermögen, die sogenannte Wärmekapazität des feuchten Erdreichs so groß ist, dass die sich durch den Kälteeinbruch schnell abkühlende Luft schon einige Zeit brauchen wird, um dem Boden so viel Energie zu entziehen, dass auch dieser unterhalb der Schmelzgrenze abgekühlt ist. Weiterlesen

Ein Blatt schmilzt durchs Eis

eisschmelze_dsc08556rvNachdem der Teich zugefroren ist, weht ein frischer Wind einige Blätter auf die Eisfläche. In den folgenden Tagen scheint hin und wieder die Sonne. Die Lufttemperatur bleibt indessen etwa 1 bis 2 Grad unter Null. Offenbar schmilzt unter dem Blatt das Eis und es sinkt immer tiefer in die Eisschicht ein. Weiterlesen

Knirschender Schnee

H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaften 1 (2018), S. 70 – 71

Der Schnee schreit, ächzt, quietscht unter dem Tritte,
wie neues unschmiegsames Leder,
und wunderbare weiße Wellen sind überall
Peter Altenberg (1859 –1919)

Beim Laufen durch Neuschnee zerstört jeder Schritt geräuschvoll das feine, aber feste Eisgefüge in der Schneedecke.

Beim Gehen entstehen je nach Untergrund charakteristische Geräusche. Ob wir über das Pflaster eines Gehwegs spazieren, das Gras einer Wiese oder den Sand am Strand – immer begleitet uns ein anderer Sound. Als ganz besonders eindrucksvoll empfinden es viele Menschen, wenn Schnee unter den Füßen knirscht. Weiterlesen

Rätselfoto des Monats Januar 2018

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Warum nimmt das Tauwasser diese Form an? Weiterlesen

Hunde wollt ihr ewig leben?

Er sitzt hier zwar schon einige Zeit und hat verschiedene Gestalten durchlaufen. Die dunklen Partien seines Fells sind erst in den letzten Tagen so richtig hervorgetreten. Ich bin gespannt, wie lange er es unter den derzeitigen Bedingungen noch macht.

Wer genaueres für diese merkwürdige Art der Strukturbildung wissen möchte, kann hier nachsehen.

Eisregen – im Kristallpalast der Natur

eisregen_1_rvWer ihn schon einmal erlebt hat wird ihn nie vergessen, den Eisregen. Sieht man einmal von den negativen Aspekten für Mensch, Tier und Pflanzen ab, so kann man sich der zauberhaften Wirkung der in Eisregen erstarrten Natur kaum entziehen. Besonders eindrucksvoll ist das Glitzerwerk in Eis eingehüllter Dinge besonders dann, wenn nach dem gefrierenden Regen die Sonne scheint. Weiterlesen

Zwischen weißer Pracht und Schmutzskulptur

SchneeskulpturSchlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft 2  (2016), S. 48 – 49

Schneeflächen schmelzen oft ungleichmäßig und hinterlassen zahlreiche Vertiefungen. An den exponierten Stellen wiederum sammeln sich Verunreinigungen. Beide Prozesse hängen eng zusammen.

»Der Schnee ist eine erlogene Reinlichkeit.«
Johann Wolfgang von Goethe (1749 – 1832) Weiterlesen

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 2014

096_Blatt_als_Wärmeabsorber

Wie kommt es zu dieser Struktur im Eis?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Weihnachtsbäume aus Raureif

Übergänge 1

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

Schwitzende Eiszapfen

EiszapfenrvEiszapfens Klage

Eiszapfen hängt am Dach und weint:
„O weh, o weh, die Sonne scheint!
Oh weh, in dieser Hitze
ich schwitze, schwitze – schwitze!

Ich hab die Schwindsucht auf dem Leib,
und wenn ich so am Schwitzen bleib,
dann leb ich nicht bis morgen,
das sind gar bittre Sorgen!“

Er seufzt und weint und schwitzt gar sehr,
und mager wird er immer mehr.
Da kommt ganz ungezogen
Ein Spatz vorbei geflogen; Weiterlesen

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