Winter ist da - und auch die "hohlen Pfützen"

Endlich wurde es doch noch frostig!

Es klärt auf am Nachmittag. Strahlend blauer Himmel. Minus 8 Grad. Herrlich!

Da es die Tage vorher viel geregnet hat, sind die ausgefahrenen Wege und Gräben voll mit Wasser gewesen, und diese Pfützen sie sind jetzt scheinbar wie kleine "Seen" zugefroren.

Fegt man den Schnee beiseite, kommt ein fast blanke Eisfläche zutage:
#20160121_Pfütze-durchgefroren

3-3-16-Hohle-Pfuetzen_Strichmännchen
Jeder ist schon mal in eine solche eisbedeckte Pfütze eingebrochen und hat sich dann gewundert, oder vielleicht gefreut, dass er nicht im Wasser steht, sondern im Trockenen.

Pfützen gefrieren wie auch Seen von oben her zu und nicht vollständig bis zum Boden durch. Dies liegt an der Dichte-Anomalie von Wasser, die dafür sorgt, dass sich am Boden nicht wie bei den meisten Flüssigkeiten deren gefrorener Zustand sammelt, sondern eben flüssiges Wasser.

Warum sind zugefrorene Pfützen hohl?

  1. Die Eisdecke dichtet das Wasser darunter nicht ganz ab und so verdunstet es mit der Zeit
  2. Das wegen der Dichte-Anomalie 4°C warme Wasser in der Pfütze lässt den Untergrund nicht gefrieren und Flüssigkeit sickert in den Boden
  3. Pfützen sind zu klein, als dass sich flüssiges Wasser am Grund halten könnte. Sie gefrieren vollständig durch, das Eis zieht sich zusammen und hinterlässt am Boden einen Hohlraum.

Hat man einmal festgestellt, dass die Pfütze hohl und trocken ist, kann man sich darauf trefflich austoben!
#P1120084_Pfütze-hohl1     #P1120085_Pfütze-hohl2
Das rechte Bild zeigt schön, wie tief das Wasser mal in dem Graben stand, nämlich fast 40 cm.

Antwort

Die Antwort lautet: b) Wegen der Anomalie des Wassers bleibt es am Untergrund der Pfütze flüssig und versickert im Boden.

Kühlt sich Wasser unter 4 °C ab, so wird sein Volumen nicht kleiner, sondern nimmt bis 0 °C wieder zu. Das Volumen hat bei + 4°C ein Minimum, Wasser dort also seine größte Dichte.

Eine weiteres „Gefrieren“ führt daher zur Eisbildung an der Oberfläche der Pfütze, da Wasser unter +4°C wieder spezifisch leichter wird. Das Wasser darunter behält die Temperatur von +4°C.

Zwar verdunstet auch Wasser, Antwort a), doch hält die Eisschicht hier wie ein Deckel die Verdunstung in Grenzen.
Solange noch Flüssigkeit das ist, gefriert der Boden nicht und es versichert einfach in ihm.

Ist es lange genug kalt, wird die Pfütze vollständig trocken und auch der Boden gefriert.
Nach längerem Frost kann man also mit großem Spaß in die zugefrorenen Pfützen springen.

(Quelle: Pumping Physics - Mehr Durchblick mit Physik, S. 281)

 

 

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