Schlichting!

Phantom im Eis

Wie Gasbl�schen ein Fahrrad am Grund eines Sees auf dessen zugefrorene Oberfl�che projizieren

Es gab eine Zeit, in welcher der Aasee im westf�lischen M�nster vielfach als letzte Ruhest�tte f�r Fahrr�der missbraucht wurde. Eines von ihnen scheint auf geheimnisvolle Weise und mit bemerkenswerter Originaltreue unter die Eisschicht des zugefrorenen Sees projiziert worden zu sein.

Lagern Gegenst�nde einige Zeit unter Wasser, siedeln sich auf ihnen Mikroorganismen und Algen an. Diese geben Gase in Form winziger Bl�schen ab, die meist unbemerkt zur Oberfl�che aufsteigen. Beginnt der See allerdings zuzufrieren, k�nnen sie nicht in die Atmosph�re �bergehen, sondern bleiben unter der zun�chst noch d�nnen Eisschicht h�ngen.

Dort sammeln sie sich in Blasen an, die – weil die Eisschicht weiter nach unten w�chst - schlie�lich von Eis umgeben und eingeschlossen werden. Sp�ter aufsteigende Blasen steigen nur noch bis zur jeweils neuen Eisgrenze und werden ebenso konserviert. So entsteht…

1. Phantombilder dank Sauerstoff oder Methan

23.12.2009, Dipl. Biol. Dr. Lutz Nevermann, 63814 Mainaschaff

Phantombilder im Eis haben mich seit Jahren fasziniert und daher habe ich mich �ber das Fahrradphantom besonders gefreut. Das erste meiner Fotos zeigt vergleichbare Phantombilder eines Astes.

Zu den Gasen m�chte ich noch bemerken, dass es sich im Fall der Phantombilder um Sauerstoff aus der Photosynthese von Algen handelt. Da dieser Prozess bekanntlich lichtabh�ngig ist, findet er im Winter nur innerhalb weniger Stunden um die Mittagszeit statt. Bei konstantem Frostwetter kann man von einem recht gleichm��igen Dickenwachstum des Eises ausgehen.

So kommt es, dass die Phantombilder den Tag-Nacht-Rhythmus der Photosynthese dokumentieren k�nnen: Im zweiten Bild - die Phantombilder von Steinen zeigen Tag-Nacht-Rhythmus der Photosynthese - sind bis zu 6 Zyklen zu erkennen.

Bei gro�en Gasblasen unterm Eis handelt es sich oft um Methangas (siehe die Methan-Blasen-Kolonnen im dritten Bild), welches durch F�ulnisprozesse (anaerober Abbau von Biomasse durch Methanbildner; Archaeen) im Seeboden entsteht. Die an einer Stelle austretende Gasmenge ist Phantombilder

�ber eine l�ngere Zeit recht gleichm��ig, in regelm��igen Abst�nden steigen die Blasen auf.

Eine wachsende Eisdecke schlie�t die Blasen zu Kolonnen ein, die mehrere Stockwerke haben k�nnen und oft nicht vollst�ndig voneinander getrennt sind. Der Abstand der Stockwerke zueinander ist in diesem Fall vom Rhythmus des Gasaustritts und der Zuwachsrate des Eises abh�ngig.

Wenn man eine solche Kolonne von oben her �ffnet, str�mt das Gas unter h�rbarem Zischen aus, da es von unten durch Wasser verdr�ngt wird. Das Gas kann entz�ndet werden, aber Vorsicht, es besteht Verbrennungsgefahr!

Fotos: Dr. Lutz Nevermann

2. Wie kommt das Sechseckmuster in den Schnee?

08.01.2010, Volker H�selbarth

Lieber Herr Schlichting,

mit gro�er Freude lese ich in Spektrum der Wissenschaft Ihre Beitr�ge SCHLICHTING! Jedesmal habe ich etwas gelernt, hierf�r meinen besten Dank.

Jetzt habe ich eine Frage. Aus den beigef�gten Fotos k�nnen Sie erkennen, dass Schnee auf einer gepflasterten Fl�che auf den Fugen langsamer abtaut als auf den dazwischen liegenden Fl�chen. (Die Fotos zeigen meine mit Sechsecken gepflasterte Gartenterrasse.)

Beide Fotos: Volker H�selbarth

Ja, warum denn das?

Vielleicht ist die Frage so simpel, dass sie einer Antwort nicht w�rdig ist.
Aber ich w�rde mich schon sehr freuen, von Ihnen zu h�ren.

Ihr Volker H�selbarth

Antwort der Redaktion:
Mir ist dieses Ph�nomen ebenfalls schon begegnet.

Foto: H. Joachim Schlichting

Es scheint so, als ob der Schnee auf diesem Pflasterweg sich den Fugen zwischen den Pflastersteinen entsprechend orientiert hat. Die angrenzende Wiese war jedenfalls gleichm��ig mit Schnee bedeckt.

Um das Ph�nomen zu verstehen, muss vielleicht hinzugef�gt werden, dass die Temperatur vor dem Schneefall noch deutlich �ber dem Gefrierpunkt lag.

Die Steine speichern thermische Energie, die offenbar ausgereicht hat, den Schnee zum Schmelzen zu bringen. Die etwas vertieft liegenden Fugen werden locker mit Schnee bedeckt. Zwischen Schnee und dem Untergrund ist Luft eingefangen, die eine W�rmeleitung vom Untergrund zum Schnee unterbindet, so dass der Schnee nicht gen�gend Energie erh�lt, um zu tauen. Auf den Wiesen liegt der Schnee ebenfalls locker auf dem Gras und ist durch Luftportionen von der thermische Energie speichernden Erde isoliert. Der Schnee bleibt liegen. Manchmal reicht es nicht, dass der Schnee auf den Steinen v�llig auftaut. Dann zeichnen sich die Fugen durch ein Muster ab, das wie ein Negativ der Fugen aussieht.

Ein weiteres Ph�nomen, das in diesem Bild vielleicht auff�llt, ist der Blauschimmer des Schnees. Hier macht sich die diffuse Reflexion des blauen Himmelslichtes bemerkbar. Diesen Effekt kann man manchmal auch dann beobachten, wenn ein Schatten auf eine wei�e H�userwand f�llt. Dieser Schattenbereich wird nicht mehr vom wei�en Sonnenlicht, sondern vom blauen Himmelslicht beleuchtet. Wichtig ist, dass die Fl�che wei� ist, weil sich sonst die Eigenfarbe des Gegenstandes einmischt und zu einer entsprechenden Abweichung vom klaren Blau f�hrt.

H. Joachim Schlichting

3. Warum bleibt der Schnee liegen?

05.02.2010, Dipl. Biol. Dr. Lutz Nevermann

Das Sechseckmuster im Schnee von Leser Volker H�selbarth gef�llt mir gut, weil es sehr anschaulich ist. Klar, die Ursache f�r das Muster liegt in der W�rmekapazit�t und der W�rmeleitf�higkeit der Steine begr�ndet. Auf ihnen taut der Schnee st�rker ab als �ber den Fugen, in denen etwas Vegetation eine isolierende Wirkung hat. Dabei kann die notwendige W�rme durchaus auch aus dem Erdreich unter den Steinen stammen. Was aber passiert hier auf dem Dach eines unbeheizten Schuppens? Nur auf zwei Ziegeln ist der Schnee liegengeblieben. Aber in diesem Fall ist er � im Gegensatz zu den Bildern der Pflastersteine � dort liegengeblieben, wo es weniger Bewuchs gibt.

Foto: Lutz Nevermann

Gut, auch die Ziegel k�nnten sich hinsichtlich ihrer W�rmekapazit�ten und W�rmeleitf�higkeiten unterschieden. Oder sie haben zuvor unterschiedlich viel W�rme aus der Himmelsstrahlung aufgenommen? Ich vermute aber, dass der entscheidende Unterschied im Bewuchs mit Algen und Flechten zu suchen ist. Sie k�nnten durch extrazellu�re Polysaccharide und andere Frostschutzsubstanzen zu einer Gefrierpunkterniedrigung beitragen, die entsprechend dem Tausalz auf den Stra�e wirkt und den Schnee auf ihnen weggetaut hat.