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Titel
Eis
[* 3] nimmt in mehreren
Formen erheblichen
Anteil an der
Bildung der
Erdrinde und ist in diesem
Sinn
zu den
Gesteinen zu rechnen. Man unterscheidet 1) Schnee
eis, den losen
Schnee,
[* 4] welcher unter bestimmten meteorologischen Verhältnissen
in
Firn und endlich in
Gletscher
eis übergeht und auf den Hochgebirgen, besonders aber in Polargegenden, in ungeheuern
Massen
auftritt;
2) Wasser
eis, welches auf
Süß- und
Salzwasser entsteht und in den Umgebungen
Grönlands,
Spitzbergens und
der Baffinsbailänder
Eisfelder von meilenweiter
Ausdehnung
[* 5] bildet. Boden
eismassen bilden am
Kotzebuesund ganze
Hügel, schließen
Knochen
[* 6] ausgestorbener
Tiere ein und sind mit einer schwachen
Lage von
Lehm und darüber mit einer fußhohen torfartigen Dammerdeschicht
bedeckt, auf welcher
Moose
[* 7] und
Gräser
[* 8] vegetieren. Ähnliche Boden
eismassen finden sich unter der
Dammerde
Sibiriens.
Sie sind vielleicht dem
Grundeis (Nadel
eis, schwammiges Wassereis) zuzurechnen, welches sich besonders am
Grunde der Gewässer
und in einem von
Wasser durchzogenen Erdboden bildet. Unter gewöhnlichen Verhältnissen entsteht Eis stets an der Oberfläche
des
Wassers, weil dieses bei +3,94° seine größte
Dichtigkeit erreicht und bei weiterm Erkalten sich
wieder ausdehnt. Auf dem
Grunde der Gewässer sammelt sich daher das
oben bis +3,94° erkaltete
Wasser, und auf diesem schwimmt
bei weiterer Abkühlung das kältere
Wasser, welches bei 0° unter weiterer
Abgabe von
Wärme
[* 9] an die Umgebung erstarrt. 1 g
Eis verbraucht zu seiner Schmelzung 79,4mal soviel
Wärme, wie erforderlich ist, die
Temperatur von 1 g
Wasser um 1° C. zu erhöhen. 1 kg
Wasser von +79,4° gibt, mit 1 kg Eis von 0° gemischt, 2 kg
Wasser von 0°. In der
Regel dehnen
sich die
Körper beim
Schmelzen aus, verringern also ihr
Volumen beim Erstarren; das
Wasser dehnt sich dagegen
beim Erstarren um 0,1 von dem
Volumen, welches es bei 0° einnimmt, aus.
Das spezifische Gewicht des Eises bei 0° ist 0,918. Diese Volumverminderung des Eises beim Schmelzen hat zur Folge, daß sich unter Druck der Schmelzpunkt erniedrigt: Eis von 0° wird durch Zusammenpressen flüssig, und komprimiertes Wasser gefriert unter einem Druck von 13,000 Atmosphären erst bei -18°. Im luftleeren Raum gefriert Wasser in einem Gefäß, [* 10] welches von schmelzendem Eis umgeben ist. Die Kraft, [* 11] mit welcher das Wasser sich beim Gefrieren auszudehnen strebt, ist sehr beträchtlich; Huygens sprengte 1667 durch die Kraft des frierenden Wassers eine fingerdicke eiserne Kanone in zwei Stücke.
Diese Ausdehnung des erstarrenden Wassers bewirkt im gewöhnlichen Leben häufig das Springen von Gefäßen, auch das Abblättern des noch feuchten Mauerputzes, das Bersten der von Feuchtigkeit durchdrungenen Baumrinde, das Auffrieren des Erdbodens etc. Auch zersprengt gefrierendes Wasser Steine und Felsen und trägt dadurch zur Verwitterung fester Gesteine [* 12] bei. Das Wasser sammelt sich in den Haarrissen derselben, erweitert diese beim Gefrieren, so daß sie bei Tauwetter mehr Wasser aufnehmen, welches dann bei abermaligem Froste die Spalte wieder erweitert u. s. f., bis der Stein zersprengt ist.
Das einmal gebildete Eis verringert bei Temperaturabnahme sein Volumen und vergrößert es bei Temperaturerhöhung und zwar stärker als jeder andre bekannte starre Körper. Ein Eisstab von 100 m Länge wird bei Abkühlung um 1° R. um 6,427 mm kürzer. Wasser kristallisiert beim Erstarren hexagonal und zwar rhomboedrisch, in ruhiger Luft gebildeter Schnee zeigt prachtvolle sechsstrahlige Sternchen, deren einzelne Strahlen wieder nach demselben Gesetz verzweigt sind. Die Kristallbildung im Wasser ist viel schwerer zu beobachten. Die spießigen Kristalle, [* 13] welche sich im Freien bilden, zeigen nicht die reine Form. ¶
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Tyndall will die Entstehung sechseckiger Sterne auf Landseen beobachtet haben und in Eisplatten unter dem Einfluß der Sonnenstrahlen die Bildung schöner flüssiger Blumen mit sechs Blättern; in der Mitte jeder Blume befindet sich ein kleiner luftleerer Raum, welcher entsteht, weil das Wasser einen kleinern Raum einnimmt als das Eis. Hier und da hat man auch gut ausgebildete Kristallkanten gefunden; oft sehr deutliche hexagonale Tafeln kommen im Reife vor. Die Eisblumen am Fenster entstehen durch schnelle Bildung von Kristallen, und die Kurven, in denen die von unten auf wachsenden Kristallagglomerate auftreten, werden gebildet, indem jeder neuanschießende Kristall auf der vertikalen Fläche zugleich die Neigung besitzt, zu fallen. Er neigt sich, und in demselben Augenblick schießt schon ein andrer Kristall an, der wieder zu fallen strebt.
Reines Eis ist farblos, in großen Massen bläulich oder grünlich, durchsichtig, schwach doppelbrechend; Wärmestrahlen aus dunkler Quelle [* 15] absorbiert es, aber solche aus leuchtender Quelle läßt es hindurch. Man kann daher Brenngläser aus Eis herstellen und mit diesen brennbare Stoffe entzünden. In klares Eis eingeschlossene dunkle Körper erwärmen sich durch Sonnenstrahlen und schmelzen das in ihrer Umgebung befindliche Eis; ein Stein sinkt allmählich in das Eis tiefer ein, und wenn das gebildete Wasser abfließen kann, so entsteht eine Höhlung. Eis leitet die Wärme sehr schlecht und Elektrizität, [* 16] solange es trocken ist, gar nicht; durch Reiben wird es elektrisch.
Seine Härte ist 1,5. Nach Scoresby ist Eis bei sehr strenger Kälte bisweilen so hart und fest, daß es beim Daraufschlagen Funken sprüht. In Rußland wurden 1740 aus Eiskanonen Kugeln mit einer Ladung von 125 g Pulver geschossen. Wenn zwei Eisstücke von 0° mit den schmelzenden Oberflächen sich berühren, so frieren sie zusammen (Regelation) und zwar besonders schnell und fest unter starkem Druck. Die Regelation erfolgt auch bei hoher Lufttemperatur, selbst im heißen Wasser; sie ist die Ursache, daß Eis unter Druck plastisch erscheint, während es unter der Einwirkung von Zug durchaus nicht plastisch ist.
Schnee ballt sich durch Regelation, aber nur bei einer dem Taupunkt nahen Temperatur, und aus Eisstückchen kann man unter einer Presse [* 17] vollkommen zusammenhängende Blöcke herstellen, deren Form sich beliebig verändern läßt. Die Regelation unter Druck erklärt sich leicht aus der Erniedrigung des Schmelzpunktes durch den Druck; schmelzendes Eis wird durch den Druck kälter und bringt so das Wasser, welches seine Oberfläche bedeckt, zum Gefrieren. Legt man eine Eisstange mit ihren beiden Enden auf zwei Holzstücke, schlingt einen Draht [* 18] um die Mitte der Eisstange und hängt ein schweres Gewicht an den Draht, so drückt dieser auf die unter ihm befindlichen Eispartikelchen und bringt sie zum Schmelzen.
Der Draht sinkt in das gebildete Wasser ein, welches dadurch vom Druck befreit wird und sofort wieder gefriert. In dieser Weise durchschneidet der Draht das Eis sehr schnell, man erkennt seinen Weg in der Eisstange; aber die beiden getrennten Eisstücke sind so fest zusammengefroren, als wären sie nie getrennt gewesen. Die Regelation bei bloßer Berührung hat Helmholtz als eine Folge kapillaren Druckes erklärt; Pfaundler leitet sie ab aus der Verschiedenheit der Kraft, mit welcher die Moleküle des kristallinischen Eises im Gleichgewicht [* 19] gehalten werden.
Aus Wasser, welches Salze gelöst enthält, scheidet sich ein bei weitem salzärmeres Eis aus. Wasser des Züricher Sees mit 0,128 g festen Bestandteilen in 1 Lit. gab Eis, dessen Tauwasser nur 0,026 g Verdampfungsrückstand lieferte. Auch Meerwasser gibt ein sehr reines Eis; Salzlösungen werden also, wenn man sie gefrieren läßt und das Eis entfernt, konzentrierter. Wein wird in gleicher Weise alkoholreicher. Im Wasser gelöste Gase [* 20] scheiden sich beim Gefrieren des Wassers in Bläschen aus. Im Meerwasser erfolgt die Eisbildung in wesentlich andrer Weise als im Wasser der Flüsse. [* 21]
Das Meerwasser erstarrt noch nicht bei 0°, erreicht seine größere Dichtigkeit bei niedrigerer Temperatur und kann unter seinen Gefrierpunkt abgekühlt (überkältet) werden, ohne dann durch Erschütterungen sofort zu erstarren wie das süße Wasser. Kühlt sich das Meerwasser oberflächlich ab, so sinkt das kalte Wasser und macht wärmerm Platz, bis bei anhaltender Kälte die Abkühlung den Gefrierpunkt erreicht hat. Dann erfolgt leicht die Bildung einer Eisdecke, wenn das Wasser stark bewegt wird, wenn früher oder an andern Orten gebildete Eisstücke darauf umhertreiben, oder wenn Schnee hineinfällt.
Andernfalls findet Überkältung statt, es kann sich eine bedeutende Schicht überkälteten Wassers bilden, und bei steigendem Thermometer [* 22] kann dieselbe von wärmerm Wasser bedeckt werden. In dem überkälteten Wasser entsteht eine gallertartige Eismasse, welche dem mit Wasser durchtränkten Schnee ähnlich ist, oder es bilden sich auch, meist in einer Tiefe von 0,5-2,5 m, kleine, dünne, mehr oder minder runde Täfelchen, welche in unzähliger Menge zur Oberfläche emporsteigen und bei hinreichender Ruhe zu einer harten Decke [* 23] zusammenfrieren.
An den Rändern des Meers, wo die Wassertiefe nicht mehr als 0,5-1,9 m beträgt, bildet sich an der Oberfläche eine spiegelglatte Eisfläche wie in den Seen. In Norwegen [* 24] unter 65° nördl. Br. hat man häufig das Meer in mehr als 60 m Tiefe gefrieren und Eis auswerfen gesehen. Starker Wind, Brandung und die Beimischung fester Körper verhindern die Überkältung des Wassers, welche meist nur fern von den Küsten stattfindet und in der regelmäßigen Wellenbewegung [* 25] kein Hindernis erfährt, weil bei dieser die Wasserteile gegenseitig fast eine und dieselbe relative Lage behalten.
Eine eigentümliche, scheinbar abnorme Eisbildung ist das Grundeis, welches sich häufig am Boden der Flüsse bildet. Man hat über die Entstehung desselben zahlreiche Theorien aufgestellt und namentlich angenommen, daß das Grundeis sich am Grunde der Flüsse, deren Wasser infolge heftiger Strömung gleichmäßig auf 0° abgekühlt sei, durch Wärmeausstrahlung bilde; da indes das Wasser gegen Wärmestrahlen aus dunkler Quelle wenig durchlässig ist, so kann es die Abkühlung der am Boden liegenden Steine durch Strahlung kaum begünstigen.
Dagegen setzt sich das Eis ebenso wie andre kristallinische Körper leichter an rauhen Körpern an und bildet sich an solchen bei etwas höherer Temperatur als in der Masse der Flüssigkeit selbst. Wenn also die Wirbel und Strömungen eines rasch fließenden Wassers, indem sie die Bildung einer kältern Oberflächenschicht verhindern, eine Abkühlung der ganzen Wassermasse auf den Gefrierpunkt bewirkt haben, so werden sich an den Kieseln und andern Gegenständen im Flußbett Eiskristalle ansetzen, die, indem sie die Anlagerung andrer Kristalle veranlassen, die Kerne für größere Massen Grundeis bilden. Die Beobachtung, wonach sich das Grundeis vorzugsweise an schattigen Stellen bildet, erinnert an die Diathermansie des Wassers und Eises für leuchtende Wärmestrahlen. An einem den Sonnenstrahlen ausgesetzten Platz muß am Tag ¶
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wenigstens ein Teil des über Nacht gebildeten Grundeises wieder geschmolzen werden, und es sind daher unbeschattete Plätze, welche die Bildung des gewöhnlichen Eises durch unbehinderte Ausstrahlung begünstigen, der Bildung des Grundeises ungünstig. Das an die Oberfläche gestiegene Grundeis, welches mit der Strömung geht, nennt man Treibeis; es unterscheidet sich durch bröckelige Beschaffenheit und Gehalt an Steinen etc. leicht von dem an der Oberfläche gebildeten Eis. In Polargegenden heißt alles in Bewegung befindliche Eis Treibeis und, wenn es zu großen Massen zusammengehäuft ist, Packeis.
Durch Übereinanderschieben von Eisschollen gebildete Eismassen nennt man im Sibirischen Meer Torossen, sie erreichen eine Höhe von 25 m. Die Eisberge entstehen durch Abbrechen der in das Meer vorgeschobenen Gletscherfüße (der Gletscher »kalbt«); sie sind blendend weiß wie Kreide, [* 27] auf frischer Bruchfläche glänzend grün oder blau. Sie erreichen eine Höhe von 100 m bei einer Länge und Breite [* 28] von mehreren Kilometern, zeigen oft sehr bizarre Formen, ragen aber nur mit 1/8-1/9 ihrer Masse aus dem Wasser hervor. Ändert sich durch Abschmelzen der Schwerpunkt [* 29] dieser gewaltigen Massen, so wenden sie sich oft und können dadurch den Schiffen verderblich werden. Sie treiben weit in den Atlantischen Ozean hinein, schmelzen allmählich, erreichen aber nicht selten 36° nördl. Br. Litteratur s. Wasser.
Technische Verwendung des Eises.
Eis findet mannigfache Verwendung in der Technik, besonders in der Bierbrauerei, [* 30] bei der Darstellung von Spiritus [* 31] und Paraffin, [* 32] bei der Gewinnung von Glaubersalz, in Sennereien und Milchwirtschaften, in Konditoreien zur Darstellung von Gefrornem, zum Kühlen von Getränken, zu Kältemischungen, im Haushalt, zur Konservierung von Fleisch und Fleischwaren beim Transport und in Schlachthäusern, zur Kühlung der Eisenbahnwagen im Sommer und der Wohnungen in den Tropen etc. In neuerer Zeit hat man Eismaschinen benutzt, um im Sommer Eisbahnen für Schlittschuhläufer herzustellen.
In der Chirurgie ist das Eis ein sehr wirksames Mittel bei Blutungen, vorzüglich nach Verletzungen und chirurgischen Operationen, wo es entweder in fester Form oder zunächst zum Abkühlen von Wasser benutzt wird. Im erstern Fall wird es klein geschlagen, in eine Schweinsblase oder in einen Gummibeutel gefüllt und dieser an den leidenden Teil gelegt, oder man bildet, wenn man das Eis in Höhlen des Körpers bringen will, daraus glatte Stücke, die zur Größe der Höhlung passen müssen.
Wasser, welches durch Eis gekühlt worden ist, wird nach denselben Grundsätzen und Regeln angewendet, die für den Gebrauch kalter Bähungen (s. Bähung) überhaupt gelten. Bei innern Krankheiten wird das Eis gleichfalls und zwar ähnlich wie in der Chirurgie sehr häufig angewendet, namentlich bei Entzündungen und Blutungen innerer Organe, z. B. bei Gehirnentzündungen, Blutandrang nach dem Kopf (Eisblase), bei Magenblutungen (Verschlucken kleiner Eisstückchen) etc.
Behufs der Bergung des Eises bearbeitet man die Eisdecke des Flusses oder des Sees nach Hinwegräumung des Schnees zunächst mit dem Eishobel, einem wagenartigen Gestell, welches vorn auf einem Schlitten, hinten auf Rädern ruht und in der Mitte des Rahmens ein die ganze Breite desselben einnehmendes, gegen die Langseiten schräg stehendes Hobeleisen besitzt, welches die Oberfläche des Eises vollkommen ebnet. Darauf kommt der Eispflug zur Anwendung, welcher aus einer Anzahl an dem Grindel a [* 3] (Fig. 1) befestigter Stahlblätter besteht, die mit ihren meißelförmigen Kanten Furchen in das Eis schneiden.
Um den Grindel herum läßt sich nach links und rechts der Markierer b schwingen, der, in der schon gezogenen Furche laufend, das Einhalten von geraden Linien mit dem Pflug [* 33] möglich macht. Mit der Arbeit des Eisschneidens wird bei einer Dicke des Eises von 22-25 cm begonnen. Mit einem leichten Pflug werden zuerst Furchen von 25-30 mm Tiefe so eingerissen, daß Tafeln von 60×90 cm entstehen. Dann folgen Eispflüge mit tiefern Stahlblättern, welche die Furchen so weit vertiefen, daß gerade genug Eis übrigbleibt, um ein »raft« (Floß) von ca. 110 Tafeln zusammenzuhalten.
Nun wird ein solches Eisfloß mit Hilfe einer schweren Eisenstange, deren unteres Ende zu einem scharfen Meißel [* 34] geformt ist (Eismeißel), von der Eisdecke losgetrennt und mit Hilfe von Haken ans Ufer gezogen, wo dann mit dreizinkigen Gabeln die einzelnen Tafeln abgetrennt werden. Auch die Dampfkraft wird zum Schneiden der Eistafeln benutzt. Der durch Dampfkraft bewegte Eispflug besteht aus einem zweiräderigen Karren, [* 35] der durch einen Arbeiter geführt wird, und dessen Achse ein großes Kreissägeblatt trägt, welches bei der Umdrehung das Eis durchschneidet. Die Achse der Säge [* 36] dreht sich lose in den Naben der Räder und trägt eine Rolle, über welche sich ein rasch bewegtes Seil schlingt, das die Säge in Thätigkeit setzt. Um die Reibung [* 37] des Seils auf der Rolle zu vergrößern, bringt man über der erwähnten Rolle noch eine zweite an und schlingt das Seil so über dieselben, daß die Richtung des Vorschiebens des Eispflugs mit der Bewegungsrich-
[* 3] ^[Abb.: Fig. 1. Eispflug.]
[* 3] ^[Abb.: Fig. 2 und 3. Dampfeispflug.
Fig. 2. Grundriß.
Fig. 3. Vorderansicht.] ¶
Im Meyers Konversations-Lexikon, 1888
Eis.
[* 3] In der Frage nach der Zusammensetzung des Eises, welches sich in Salzlösungen oder in Meerwasser gebildet hat, stehen zwei Ansichten einander gegenüber. Auf experimentellem Wege kam man zu dem Schlusse, daß Eis, welches durch Gefrieren von schwachen Salzlösungen entsteht, reines Eis ist, und daß das Salz, [* 38] von welchem man unmöglich das Eis ganz befreien kann, der Mutterlauge angehört; durch Untersuchungen von Meerwassereis, welches aus hohen Breiten stammte, ist man zur entgegengesetzten Ansicht gekommen. J. Y. ^[John Young] Buchanan glaubt nun auf Grund seiner Untersuchungen, welche er während der Reise des Challenger anstellte, annehmen zu dürfen, daß Meerwassereis keine Mischung von reinem Eis und Salzsole ist, sondern daß es das darin enthaltene Salz im festen Zustand enthält. Es sind vornehmlich zwei Punkte, von deren Bestimmung die Entscheidung der Frage abhängt:
1) bei welcher Temperatur gefrieren Seewasser oder irgend welche andre Salzlösungen, und welches ist die chemische Zusammensetzung des fester und flüssigen Teiles, in den diese beim Gefrieren übergehen;
2) bei welcher Temperatur schmilzt reines Eis in Seewasser oder in Salzlösungen von verschieden starker Konzentration.
In Bezug auf den ersten Punkt haben die Experimente ergeben, daß bei schwachen Lösungen der Prozentsatz an Chlor die Erniedrigung des Gefrierpunkts der Lösungen in Zentigraden angibt. Infolge besonderer physikalischer Eigenschaften ist es unmöglich, den kristallinischen festen Körper, welcher sich aus Seewasser oder analogen Salzlösungen ausscheidet, so herzustellen, daß man die Frage, ob das Salz einen integrierenden Bestandteil der festen kristallinischen Materie bildet oder nicht, direkt durch chemische Analyse lösen könne.
Soweit diese sich anwenden läßt, kann man schließen, daß der sich bildende feste Körper reines Eis ist. In der Natur bildet sich das Eis an der Oberfläche wahrscheinlich bei einer fast gleichförmigen Temperatur, indem die lokale Konzentrierung, welche durch die Bildung eines Eiskristalls bedingt wird, sofort durch die darunter befindliche Wassermasse ausgeglichen wird. In den Zwischenräumen der Kristalle wird nun eine Menge leicht konzentrierten Seewassers zurückgehalten, die mindestens so groß ist wie die der Eiskristalle.
Diese halten die Sole in einem Netze von Zellen, und in dem Maße, wie die Dicke des Eises wächst und die Gefrierfläche sich mehr und mehr entfernt, werden Eis und Sole der atmosphärischen Kälte des arktischen Winters ausgesetzt. Die Sole setzt fortwährend Eis ab, in gleichem Maße steigt aber der Prozentsatz an Salz und erniedrigt sich der Gefrierpunkt für die übrigbleibende Salzlösung. Fortgesetzte Wärmeentziehung bewirkt endlich die Erstarrung der Lösung als Ganzes in der Gestalt eines kristallinen Hydrats oder sogen. Kryohydrats. So scheidet sich zuerst das Kryohydrat von Chlornatrium aus, Chlorcalcium und Chlormagnesium behalten aber noch etwas Wasser, das selbst bei der niedrigsten Temperatur nicht gefriert. Wahrscheinlich ist es ganz unmöglich, daß Seewasser bei irgend einer in der Natur vorkommenden Kälte ganz gefriert.
Schnee oder reines Eis, welches in reinem Wasser unter gewöhnlichem Luftdruck bei 0° schmilzt, verändert seinen Schmelzpunkt, wenn es in eine Salzlösung eingetaucht wird. Die Veränderung der Schmelztemperatur ist für Lösungen von gleicher Zusammensetzung dieselbe und verschieden für Lösungen von verschiedener Zusammensetzung. Die Temperatur, bei welcher reines Eis in einer Salzlösung schmilzt, ist identisch mit derjenigen, bei welcher sich Eis aus derselben Lösung bei genügender Abkühlung ausscheidet.
Wenn Salzlösungen hinreichend lange bei genügend niedriger Temperatur abgekühlt sind, so tritt bei einer gewissen Temperatur eine bestimmte Konzentrierung ein, jede fernere Wärmeentziehung veranlaßt ein weiteres Gefrieren der Sole. Die Konzentrierung, welche nötig ist, um selbst Kryohydrat von der höchsten Schmelztemperatur zum Festwerden zu bringen, ist derart, daß beim primären Gefrieren des Seewassers kein solcher Körper sich bilden kann. Daraus ¶
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allein folgt schon, daß das erste Eis, welches sich in der See in arktischen Gegenden bildet, reines Eis ist, und es ist ebenso sicher, daß es eine große Menge des zurückbleibenden Seewassers in den Zwischenräumen hält. Während des Winters wird diese eingeschlossene Flüssigkeit zu Eis und Kryohydrat, soweit die Temperatur und Beschaffenheit der Salze in Lösung es zulassen. Das Vorhandensein von Sole, die schwer oder gar nicht gefriert, in neugebildetem Seewassereis erklärt seine hohe Plastizität selbst bei sehr niedriger Temperatur.
Die Thatsache, daß Kryohydrat von verschiedenen Salzen bei verschiedener Temperatur gefriert und schmilzt, erklärt hinreichend die mannigfache Zusammensetzung verschiedener Proben alten Seeeises. Die bekannte Ausdehnung, welche Eis, das sich aus gefrierendem Wasser mit irgend etwas Salz bildet, nahe dem Schmelzpunkt erleidet, findet eine genügende Erklärung unter der Annahme, daß das Wasser beim Gefrieren alle salzigen Stoffe von der Teilnahme am Erstarren streng ausschließt.
Die zurückbleibende und nicht gefrierende Sole, welche in beträchtlicher Quantität flüssig bleibt, wenn Seewasser gefriert, muß auch in größerer oder geringerer Menge vorhanden sein, wenn Süßwasser gefriert. Denn alles natürliche Wasser, einschließlich Regenwasser, enthält einige fremde und gewöhnlich salzige Bestandteile. Bedenkt man nun, daß die Gegenwart selbst der geringsten Quantität salziger Stoffe in Lösung die Bildung von Eis bei 0° verhindert und das Schmelzen des Eises bei einer Temperatur unter 0° fördert, so sieht man, daß die Ausdehnung des Eises beim Abkühlen wahrscheinlich daher rührt, daß wir es nicht mit homogenem festen Eis, sondern mit einer Mischung von Eis und einer Salzlösung zu thun haben.
Fällt die Temperatur, so scheidet diese Lösung mehr und mehr Eis aus, das Volumen des Eises wächst. Aber diese Volumenzunahme rührt von der Bildung von Eis aus Wasser her, nicht von der Ausdehnung eines bereits gebildeten kristallinischen Körpers. Auch die sehr niedrige latente Wärme, welche bei Seewasser beobachtet wird, findet ihre Erklärung durch die Thatsache, daß das Salz eine beträchtliche Menge Wasser in flüssigem Zustand selbst bei einer Temperatur erhält, die mehrere Grade unter dem Gefrierpunkt destillierten Wassers liegt.
Endlich hat die Plastizität des Eises und die Bewegung der Gletscher nichts Befremdendes, sobald man bedenkt, daß, wenn Wasser, aus dem das Eis sich bildet, nicht mehr als 7 Teile Chlor auf 1 Mill. ccm enthält, das Eis beim Tauen, wenn die Temperatur bis auf -0,07° gestiegen ist, bis zum Betrag von 1 Proz. seiner Masse aus flüssiger Sole oder Wasser besteht. Solches Wasser ist aber sicher nicht weniger frei von fremden Bestandteilen als Regen oder Schnee. Es folgt daher, daß ein Gletscher in einem Klima, [* 40] wo die Temperatur für den größten Teil des Jahres über 0° liegt, eine Tendenz zum Fließen haben muß infolge der Fähigkeit von Salzlösungen, bei Temperaturen unter 0° C. zu bilden und aufzulösen.
Die Formen des atmosphärischen Niederschlags in fester Gestalt treten vielfach in kristallinischem Zustand auf. Die dabei beobachteten Gestalten zeigen bei großer Mannigfaltigkeit als vorherrschende Form das gleichwinkelige Sechseck, so daß bei ihnen nur Winkel [* 41] von 60° und 120° auftreten. Die Schneekristalle [* 42] treten vielfach als Eisnadeln, zuweilen als Eisblättchen, am seltensten in körperlichen Gebilden auf, welche durch Verbindung mehrerer Schneesternchen als kristallinische Zwillingsbildungen entstehen.
Nach den gewöhnlichen Vorstellungen gehen die in der Luft schwebenden Wasserbläschen bei ihrem Erkalten unter 0° in Eiskristalle über, welche sich in der freien Atmosphäre zu Schneeflocken vereinigen und beim Ansetzen an feste Gegenstände die Reif- und Rauhreifbildungen hervorbringen. Untersuchungen unter dem Mikroskop [* 43] haben nun aber gezeigt (dieselben wurden von Aßmann auf dem Brocken ausgeführt), daß bei einer Temperatur von -10° keine Eiskristalle, sondern kleine Tröpfchen flüssigen Wassers (nicht Hohlbläschen) in der Luft schweben, und daß diese bei Berührung mit einem festen Gegenstand, im vorliegenden Falle mit einem ausgespannten Haar, [* 44] momentan zu kleinen Eisklümpchen ohne jede kristallinische Struktur erstarren.
Durch ein reihenweises Aneinandersetzen solcher Eisklümpchen entstehen dabei Bildungen, welche, mit bloßem Auge [* 45] betrachtet, den Eindruck von Kristallen hervorbringen. Ebenso zeigte es sich, daß auch der Reis unter gewöhnlichen Verhältnissen nicht kristallinisch ist, sondern aus einzelnen rundlichen Eisklümpchen zusammengesetzt wird. Bei Temperaturen, die nur wenig unter dem Gefrierpunkt lagen, bildeten sich regelmäßige, abgerundete, blattartige Formen, die, im ganzen genommen, den Eindruck eines Eiskristalls machten.
Außer diesen aneinander gewachsenen Eistropfen wurden aber auch wirkliche kristallinische Bildungen beobachtet, und zwar erschienen dieselben an den Kanten trockner Holzbrettchen in Form von sechsseitigen Prismen und auf der Erde in Form von feinen sechseckigen Platten und Säulen. [* 46] Ferner wurden auch feine sechsseitige Blättchen, zuweilen auch Blättchen von parallelepipedischer Form oder ganze hexagonale Säulen beobachtet, welche aus der Luft herabfielen und teils einzeln, teils mit andern ähnlichen Blättchen sternförmig gruppiert waren.
Äußerlich machten sich diese kleinen Eiskristalle schon dadurch bemerkbar, daß sie im Sonnenlicht ein intensives Glitzern verursachten, weshalb sie mit dem Namen Diamantstaub bezeichnet werden. Diese glitzernden Eiskristalle, welche in der Luft schweben, treten namentlich in den nördlichern Gegenden jeden Winter einige Male auf und gewähren besonders dann einen schönen Anblick, wenn sie sich in den untern Luftschichten befinden und der Himmel [* 47] sonst wolkenlos ist. Auch die Beobachtungen des Rauhreifs zeigten unter dem Mikroskop zuweilen Bildungen, welche nicht aus Eisklümpchen bestanden, sondern kristallinische Struktur besaßen, bei welcher sich an einem Hauptstamm Seitenzweige unter einem Winkel von 60° ansetzten. Den Schluß der Zweige bildete meist eine hexagonale Platte, die sich zuweilen auch schon auf die Zweige selbst aufgesetzt fand.
Aus diesen Beobachtungen scheint sich zu ergeben, daß Reif und Rauhreif verschiedene Modifikationen desselben Vorganges sind. Ist der Gehalt an Wasserdampf in der Atmosphäre gering, so wird sich derselbe nur in den untersten Luftschichten, welche mit dem durch Ausstrahlung abgekühlten Erdboden in Berührung stehen, kondensieren und sich in Form von Reif am Erdboden festsetzen, während der Rauhreif entsteht, wenn der Wassergehalt so reichlich vorhanden oder die Temperatur so niedrig ist, daß seine Kondensation bis in die höhern Schichten heraufreicht. Die Wassertröpfchen befinden sich dabei in überkältetem Zustand und werden sowohl bei der Reif- als auch bei der Rauhreifbildung infolge der Berührung mit einem festen Gegenstand die Form von Eisklümpchen annehmen. Erst wenn die Temperatur so tief unter dem Gefrierpunkt liegt, daß das Wasser aus dem gasförmigen Zustand unmittelbar in den festen ¶
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übergeht, werden sowohl beim Reif als auch beim Rauhreif kristallinische Bildungen auftreten. Welche Dimensionen die Rauhreifbildungen annehmen können, lernt man auf Bergen, [* 49] wie die Schneekoppe oder der Brocken, kennen, wo z. B. die Telegraphenstangen durch das Ansetzen von Rauhreif zu Säulen von 3 m Durchmesser anwachsen.
Bei den mikroskopischen Untersuchungen zeigte es sich oft, daß kleine Wassertröpfchen auffielen, welche trotz einer Temperatur von -10° aus flüssigem Wasser bestanden und sich nicht in Eisnadeln oder Eiskristalle verwandelten, sondern entweder in kurzer Zeit (5-10 Sekunden) verdunstet waren oder bei unveränderter Gestalt zu einem festen, völlig durchsichtigen Eisklümpchen erstarrten. Dieser Vorgang tritt in ähnlicher Weise bei der Bildung des Glatteises ein.
Dieses bildet sich einmal, wenn Wassertropfen auf Gegenstände fallen, die bis unter den Gefrierpunkt abgekühlt sind, sich auf diesen ausbreiten, darauf gefrieren und die Oberfläche mit einer Eiskruste überziehen. Außerdem entsteht das Glatteis aber auch, wenn die Wassertropfen, oft mit unvollkommen geschmolzenen Schneeflocken gemischt, nur wenig überkältet sind und beim Auffallen auf feste Gegenstände noch Zeit haben, sich vor ihrem Erstarren auszubreiten.
Größere Schneemassen werden oft bei Temperaturen, die den Nullpunkt übersteigen, zu einer zähen Masse vereinigt. Eine mikroskopische Untersuchung ergab, daß der Schnee in diesem Zustand aus verhältnismäßig großen, rundlich gestalteten Firnkörnern besteht, welche fest aneinander kleben und dadurch dem Schnee die Fähigkeit zu eigentümlichen Bildungen geben. Bei einer Temperatur, die sich in der Nähe des Nullpunktes hält, geht im Innern des Schnees unter seinem eignen Druck eine langsame Formveränderung vor, welche z. B. auf einem geneigten Dache ein Fließen des Schnees, wie wenn er aus einer zähen Masse bestände, zur Folge hat.
Unmittelbar nachdem der Schnee auf die geneigte Unterlage gefallen, ist er an seinem untern Ende ungefähr senkrecht begrenzt und bewegt sich dann, wenn die innere Formveränderung eingetreten ist, in Zeit von mehreren Tagen wie eine zähe Masse konstant vorwärts, indem sich die obern Schichten in einzelnen Fällen bis 75 cm weiter als die untern vorschieben, ohne daß ein Gleiten der ganzen Masse eingetreten wäre. Hierher gehören auch die Bildungen von Schneeguirlanden auf Bäumen.
Der auf den Ästen liegende Schnee kommt, wenn seine innere Formveränderung eingetreten ist, ebenfalls ins Fließen und bildet dann, gleichwie ein biegsames Tau, eine Art von Guirlanden, die sich von einem Ansatzpunkt bis zum nächsten in frei schwebenden Bogen [* 50] herüberziehen und zuweilen eine Dicke von 10-15 cm erreichen. Außer daß sich der Schnee ebenso wie auf dem Dache in eine zähe Masse verwandelt hat, kommt bei dieser Erscheinung auch noch zur Sprache, [* 51] daß sich die ganze Schneemasse in Bewegung gesetzt hat, wie aus Abdrücken von Zweigen auf der Unterseite der Guirlanden nachgewiesen werden kann. Ähnliche Verhältnisse spielen auch eine Rolle bei den eigentümlichen Formen, die zuweilen bei Schneetreiben beobachtet sind u. aus kleinen Schneewalzen bestehen, welche einen Durchmesser von 20 cm erreichen. Diese kleinen Rollen [* 52] haben das Ansehen von Muffen, denen sie wegen der scheinbaren innern Höhlung, welche in der That nur trichterförmig zu beiden Seiten einspringt, ganz besonders ähnlich erscheinen.
Von eigentümlichen, unter bestimmten Verhältnissen auftretenden Eis- oder Schneebildungen wären endlich noch die Eisfilamente zu erwähnen. Dieselben bestehen aus kleinen Eissäulen, welche oft regelmäßig prismatisch, oft unregelmäßig gestaltet sind und in großer Zahl auf schneefreien Kieswegen beobachtet werden. Dieselben tragen meist auf der Spitze kleine Steine, erdige Massen oder Blätter, sind aber auch zuweilen bei oberflächlicher Betrachtung nicht wahrnehmbar, wenn nämlich die obere Erdschicht durch die Eissäulen gehoben ist und diese selbst verdeckt sind.
Ähnliche Bildungen sind auch auf Ästen und Zweigen beobachtet worden. Kristallinische Eismassen dringen zuweilen aus halbfaulem Holze bis zu 10 cm Länge heraus und gleichen einer hervorgequollenen Asbestmasse, deren Fäden gekrümmt oder gekräuselt erscheinen und einen schönen, seidenartigen Glanz besitzen. Durch zweckmäßige Vorrichtungen können diese Auswachsungen auch künstlich hervorgerufen werden und bilden sich dann um so schöner, je langsamer die Abkühlung erfolgt.
Dabei darf aber die Temperatur nur bis ca. 6-7° unter den Gefrierpunkt sinken, bei größerer Kälte bilden sich diese Eisfilamente nicht. Bei den auf dem Erdboden befindlichen Eissäulen kommen auch verschiedene Etagen übereinander vor, von denen jede an einem verschiedenen Tage entstanden ist, so daß sich die obern an einem frühern, die untern an einem spätern Tage gebildet haben, weshalb die letztern auch kompakter und lückenloser sind, während die erstern durch die Einwirkung der höhern Temperatur zu den wärmern Tagesstunden eine mehr abgerundete und weniger scharfkantige Form annehmen.
Diese Eisfilamente entstehen, indem sie aus den Kapillaren in der Weise herauswachsen, daß sich zunächst ein kleines Eisröhrchen bildet, in welchem aufs neue Wasser empordringt und dann zum Gefrieren kommt. Sinkt die Temperatur sehr schnell, so werden die Poren verschlossen und es entsteht nur ein kurzer Anflug von Eis. Dagegen ist von andrer Seite die Ansicht geäußert, daß das Eis infolge des Anwachsens seines Volumens aus den kleinen Poren und Spalten herausquillt. Wenn in einem wasserhaltigen Erdboden eine Abkühlung bis unter 4° eintritt, wird das Wasser durch seine zunehmende Ausdehnung nach oben getrieben und erstarrt dann an der kältern Luft zu Eis, während das in feinen Kanälen eingeschlossene Eis bei tiefer sinkender Temperatur aus der Oberfläche des Erdbodens herausgepreßt und in Form von Eissäulen vorgeschoben wird.