Adventskalender – Türchen 5 Wie wandelbar ist Eis?

Schneekristalle, majestätische Gletscher und Gefrorenes mit speziellen Eigenschaften aus dem Labor: Kaum ein anderer Stoff tritt in so unterschiedlichen Formen auf wie Eis. Ein kleiner Überblick

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Muster aus Eis

Der wichtigste Stoff des Lebens ist enorm wandelbar und geheimnisvoll: Wasser. Noch immer sind seine Eigenschaften nicht vollständig verstanden und besonders die gefrorene Form, wie hier als Schneekristall, gibt Rätsel auf. So ist Eis leichter als flüssiges Wasser, das bei etwa 4 Grad Celsius seine größte Dichte erreicht.

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Eiszapfen

In der Natur gibt es Eis in verschiedenen Formen, etwa wie hier als Eiszapfen, doch ähneln sie sich in ihren Grundeigenschaften. Im Labor jedoch können mehr als ein Dutzend künstliche Eis-Arten hergestellt werden, die unter Extrembedingungen erstaunliche Eigenschaften aufweisen. So kann Eis bei 500 Grad Celsius durchaus fest sein, wenn es einem Druck von 10.000 Bar ausgesetzt ist – dies entspricht in etwa dem Druck am Grund eines 100 Kilometer tiefen Ozeans.

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Eine kleine Geschichte vom Eis

Zur Weihnachtszeit erzählen die Eisblumen am Fenster die molekulare Geschichte des gefrorenes Wassers. Beim Gefrieren bilden die Wassermoleküle eine wabenförmige Struktur. Dafür sind der Winkel der Wasserstoffatome zum Sauerstoffatom des Wassers und die Verbindung der Wasserteilchen untereinander, die Wasserstoffbrücken, verantwortlich. Staubteilchen, Kratzer und andere Unebenheiten sind Startpunkte der Eisbildung. Ihre Verteilung auf der Scheibe sorgt für die unterschiedlichen Formen der Muster.

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Der Traum von weißen Weihnachten

Eiskristalle sind durchsichtig, wie die Eisdecke auf einem winterlichen See zeigt. Dennoch erscheint Schnee weiß. Verantwortlich hierfür ist die die optische Brechung des Lichts an den winzigen Hohlräumen im Eis und an den Kanten.

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Wenn die Feuchtigkeit der Luft gefriert

Raureif entsteht durch Sublimation, bei der Wasserdampf direkt zu Eis wird, ohne flüssig zu werden. Die Eiskristalle wachsen in unregelmäßigen Formen und verzieren die Natur mit eisigen Ornamenten.

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Azurblaues Wasser, einsame Inseln und Eiseskälte

Wenn größere Stücke von Gletschern oder Schelfeis ins Meer abbrechen, entstehen Eisberge aus Süßwasser. Der größte Teil dieser "Rieseneiswürfel" liegt unter Wasser und sorgt für den Auftrieb. Das liegt nicht nur an der Ausdehnung des Eis, sondern auch an dem schwereren Salzwasser des Meeres. Ausnahmen sind Eisberge aus aufgetürmtem Packeis, die einen geringen Teil des Meersalz enthalten.

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Weiße Giganten

Adventskalender

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Majestätisch schieben sich die monumentalen Eisströme der Gletscher in die Täler. In ihrem Inneren gräbt Schmelzwasser Kanäle in die Riesen, die Forscher erkunden können. Die meisten Riesen schrumpfen seit einigen Jahrzehnten. Eine Ausnahme ist der Perito Moreno Gletscher in Patagonien, der über die vergangenen Jahre hinweg sogar gewachsen ist.

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Die Eiskammern der Erde

Die größten Vorkommen an Eis liegen an den Polen der Erde. An manchen Stellen der Antarktis ist die Eisschicht aus Süßwasser fast fünf Kilometer dick. Am Nordpol hingegen besteht die Eisschicht hauptsächlich aus Meerwasser und misst selbst im Winter nur wenige Meter.

Hinter dem Türchen vom 4. Dezember verbirgt sich die Antwort auf die Frage: Was geschieht am Barbaratag?