Fragen rund um den Winter
In der Schule lernen wir die kompliziertesten Formeln, aber wer erklärt uns die kleinen, alltäglichen Dinge? Warum knirscht Schnee? Warum frieren manche Seen früher zu als andere? Oft genug fällt selbst Wissenschaftlern die Antwort schwer. Wir haben ein paar der kniffligsten Fragen und überraschendsten Antworten zusammengestellt.
Warum knirscht Schnee?
Idealer Schalldämpfer
Schneeflocken rieseln zu Boden. Es schneit und alles scheint in Watte gepackt. Still ist es – eigentlich. Doch auf dem Neuschnee macht jeder Schritt knirschende Geräusche. Das liegt an den besonderen akustischen Eigenschaften des Neuschnees: Der frische Schnee besteht zu 90 Prozent aus Luft und ist wegen seiner geringen Dichte ein idealer Schalldämpfer. Die Hohlräume verschlucken den Schall. Dadurch klingen Stimmen, Autos oder auch die eigenen Schritte leiser.
Metamorphose der Kristalle
Der Schnee besteht aus Eiskristallen. Das sind sechsstrahlige, symmetrische Sternchen. Von jedem Strahl gehen wieder kleine Äste ab, die sich weiter verästeln. Der Schnee, über den wir laufen, enthält unzählige von diesen Miniatur-Eisästchen. Sie zerbrechen, wenn wir auf sie treten. Jedes Ästchen ist zwar mikroskopisch klein. Wenn aber Millionen davon brechen, entsteht das typisch knirschende Geräusch.
Je kälter, desto lauter
Wie leise oder laut der Schnee knirscht, hängt vom Alter des Schnees und von der vorherrschenden Temperatur ab: Je wärmer es wird, umso beweglicher werden die Eiskristalle. Bei Temperaturen um den Gefrierpunkt können sie sich verbiegen, ohne zu brechen. Ein Wasserfilm, der die Reibung verringert, liegt bei dieser Temperatur über den Kristallen. Die Folge: Es knirscht leiser. Sinken die Temperaturen weiter, wird ab minus sieben Grad Celsius das Eis spröde. Bricht es, gibt es ein lautes Knirschen. Es gilt: Je kälter es ist, umso lauter knirscht der Schnee.
Warum ist Schnee weiß?
Durchsichtige Schneekristalle
Schnee besteht aus Schneekristallen. Einzelne Schneekristalle sind durchsichtig, aber wenn sie sich zu einer Schneeflocke verhaken, wird diese weiß. Wie kommt das?
Reflektierende Oberflächen
Wenn sich viele Kristalle zusammen ballen, entstehen auf kleinem Raum viele Oberflächen, die das Licht in alle Richtungen reflektieren. Das ist wie bei einem Haufen Spiegelscherben. Darüber hinaus wird das Licht an der Grenze zwischen Eis und Luft in den Hohlräumen abgelenkt und gestreut. Beides sorgt dafür, dass eine Schneeflocke weiß aussieht, obwohl die Schneekristalle selbst durchsichtig sind.
Gestreutes Licht in Streusalz
Dasselbe Phänomen lässt sich übrigens auch bei Salzkristallen beobachten. Das Pulver ist weiß und große, einzelne Salzkristalle sind durchsichtig.
Wieso macht Schnee alles leise?
Warum entladen sich Handy-Akkus bei Kälte?
Speicherkapazität sinkt bei Kälte
Sinken die Temperaturen unter den Gefrierpunkt, gibt der Smartphone-Akku eher auf. Schuld daran ist die Chemie der Lithium-Ionen-Akkus: Je kälter es ist, desto langsamer laufen die elektrochemischen Prozesse in ihrem Inneren ab, erläutert der Batterieforscher Holger Althues vom Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahlentechnik in Dresden.
Kälte lässt die Spannung sinken
Genauer gesagt: Die Elektrolytflüssigkeit läuft bei Minusgraden zäher. Die Lithium-Ionen können sich so nicht mehr schnell genug von Kathode zu Anode bewegen. Dadurch nimmt der Innenwiderstand zu. Der Akku braucht jetzt viel Strom. Die Spannung nimmt durch die Kälte aber stetig ab. Bevor die Akku-Kapazität endgültig erschöpft ist, schaltet sich das Smartphone vorsorglich selbst aus - eine reine Schutzmaßnahme, um Schäden am Akku zu verhindern.
Elektroautos bei Kälte - auch sie machen eher schlapp
Ähnlich ist es bei Elektroautos: Auch sie machen in der Kälte aus dem gleichen Grund schlapp. Beruhigend ist allerdings: Sobald sich der Akku - egal, ob vom Smartphone oder Elektroauto - wieder aufwärmt, hat er genauso viel Speicherkapazität wie vorher.
Warum frieren manche Seen früher zu als andere?
Eis-Faktoren
Draußen ist es eiskalt und auf manchen Seen sind schon längst die Schlittschuhläufer unterwegs. Andere Seen wollen aber partout nicht zufrieren. Wie kann das sein?
Ob und wie schnell ein See zufriert, hängt von mehreren Faktoren ab. Je nachdem wie stark sie zusammenwirken, dauert es kürzer oder länger, bis ein Gewässer zu Eis erstarrt.
Größe
Eine wichtige Rolle spielt dabei die Größe eines Sees: "Jeder See speichert Wärmeenergie - und ein großer See kühlt langsamer ab als ein kleinerer", erklärt der Glaziologe Achim Heilig von der Ludwig-Maximilians-Universität München.
Wind
Viel hängt von der Lage des Sees ab: Seen in windgeschützten Tallagen frieren schneller zu als Gewässer, deren Wasseroberfläche immer wieder von Windböen aufgewirbelt wird.
Sonne
Entscheidend ist auch die Sonneneinstrahlung: Bekommt ein See tagsüber viel Sonne ab, tankt das Gewässer mehr Wärme und friert langsamer zu als ein See in einer von Bergen beschatteten Talsenke.
Zu-/Abflüsse
Seen, die starke Zu- oder Abflüsse besitzen, frieren langsamer, oft sogar gar nicht komplett zu. Wenn wärmere Wassermassen aus tieferen Seeschichten immer wieder an die Oberfläche gespült werden, wird die Eisbildung verzögert.
Vorsicht!
Die Deutsche Lebens-Rettungs-Gesellschaft (DLRG) rät bei vermeintlich zugefrorenen Wasseroberflächen zur Vorsicht. Wichtig sei es, viele Tage mit starkem Nachtfrost abzuwarten: Damit das Eis betreten werden kann, sollte die Eisdecke mindestens 15 Zentimeter stark sein.
Aufpassen bei Zu- und Abflüssen, Quellen im See und an bewachsenen Uferstellen. Offene Stellen im Eis unbedingt weiträumig meiden. Dunkle Stellen im Eis bedeuten eine besonders dünne Eisschicht. Schnee auf dem Eis verhindert das Anwachsen der Eisschicht. Knistert's und knackt's beim vorsichtigen Betreten der Eisschicht, reicht ihre Tragkraft nicht aus. Sind vor Ort Warnschilder aufgestellt, sollten Sie das Eis keinesfalls betreten.
Am besten erkundigen Sie sich vorher bei offiziellen Stellen, ob das Eis auf Ihrem Lieblingssee tatsächlich tragfähig ist. Die DLRG weißt darauf hin, dass man auch bei der örtlichen DLRG nachfragen kann, ob ein Eiswachdienst durchgeführt wird.
Infos und Tipps
Weitere Infos zum richtigen Umgang mit Gewässern im Winter, Sicherheits- und Rettungstipps gibt's direkt bei der Deutschen-Lebens-Rettungs-Gesellschaft (DLRG):
Warum schwimmt Eis immer oben?
Gigantische Eismassen treiben auf dem Wasser
Eisschole in der Hudson Bay
Nach einem eiskalten Winter taut es. Auf den Seen und Flüssen schwimmen Eisschollen und über die Polarmeere ziehen riesige Eisberge. Es sind gigantische Kolosse, die eine ungeheure Masse haben - aber sie sinken nicht. Warum?
Die Dichte entscheidet
Eis schwimmt immer auf dem Wasser. Das liegt daran, weil sich Wasser - im Gegensatz zu anderen Flüssigkeiten - in der Nähe des Gefrierpunktes ausdehnt. Das nennt man die Anomalie des Wassers. Sie besteht darin, dass Wasser bei einer Temperatur von 4 Grad Celsius sein kleinstes Volumen und damit die größte Dichte aufweist.
Eis hat eine geringere Dichte als Wasser
Bei 4 Grad Celsius hat Wasser also die größte Dichte. Kühlt es weiter ab, wechselt es seinen Aggregatszustand von flüssig (Wasser) zu fest (Eis). Das Volumen nimmt wieder zu und die Dichte ab. Das erklärt das Geheimnis des Wassers: Eis hat eine geringere Dichte als Wasser, deshalb schwimmt es.
Wieso ist Eis mal weiß, mal klar?
Eis bleibt Eis
Eiswürfel
Eigentlich ist es doch immer das Gleiche: gefrorenes Wasser. Aber warum sind Eisberge schneeweiß, die Eiswürfel aus dem Kühlschrank aber durchsichtig wie Glas? Welche Farbe hat denn Eis eigentlich?
Hohler Grund
Eisscholle mit Eiszapfen
Im Prinzip ist Eis durchsichtig, wie Wasser. Friert Wasser langsam, wird das Eis durchsichtig wie bei einem Eiszapfen. Aber wenn zwischen den Kristallen Luft eingeschlossen ist, erscheint das Eis weiß. Genauso beim Schnee - und übrigens auch den Schaum von bunter Seife! Und wieso macht die Luft Eis weiß?
Eigentlich bunt
Eiszapfen an einem Ast
Licht wird am Übergang vom festen Aggregatzustand des Eises zum gasförmigen der Luft wie von einem Prisma in die Spektralfarben gebrochen. Folgen viele solcher Phasengrenzen aufeinander - Eis, Luft, Eis, Luft usw. - überlagern sich diese Spektren so oft, dass alle Farben addiert werden und weißes Licht ergeben.
Wie enstehen Eisblumen am Fenster?
Wenn es draußen frostig ist, sprießen ganz besondere Blüten an den Scheiben.
Wie entsteht so blitzartig Blitzeis?
Plötzlich glatt
Sie stehen an einem Wintertag morgens auf und schauen auf Ihr Thermometer: Die Temperatur liegt um den Gefrierpunkt – kein Problem, wenn es bisher trocken war und kein Schnee liegt.
Gefährlich kann es werden, wenn es zu regnen beginnt – dann kann es richtig glatt werden. Zwar sollte man meinen, dass es auch bei diesen Temperaturen schneien müsste. Doch bei bestimmten Bedingungen bleibt der Regen auch unter 0 Grad Celsius Regen. Dieser sogenannte "Supercooling-Effekt" macht das Blitzeis erst möglich.
Voraussetzung
Voraussetzung für Blitzeis ist, dass die Temperaturen am Boden unter 0 Grad Celsius liegen, während sich darüber eine wärmere Luftschicht bewegt, in der sich Regen oder auch Nebel gebildet hat.
Unterkühltes Wasser
Wasser muss auch dann nicht gefrieren, wenn es in der höheren Luftschicht Temperaturen um den eigentlichen Gefrierpunkt gibt. Dieses Phänomen wird "Supercooling" oder "Unterkühlen" genannt. Es tritt dann ein, wenn Kristallisationskeime wie Staubpartikel oder Moleküle fehlen, an denen sich Wassermoleküle zu einem Eiskristallgitter anordnen.
Dann kann Wasser auch unter dem eigentlichen Gefrierpunkt flüssig bleiben.
Medienerfindung
Diese unterkühlten Regentropfen gefrieren schlagartig, sobald sie auf den eiskalten Boden treffen. Der Boden wird blitzartig mit einer spiegelglatten, gleichmäßigen, dünnen Eisschicht überzogen.
Übrigens: Die Bezeichnung Blitzeis ist eine Wortschöpfung der Medien, die sich erst in den 1990er-Jahren durchgesetzt hat. Vorher wurde von "gefrierendem Regen" gesprochen. Meteorologen sprechen von Glatteis.
Warum hilft Salz bei Glatteis?
Streu gut Streugut
Streusalz
Ein kalter Wintermorgen, draußen ist es spiegelglatt. Damit der Weg zur Arbeit nicht zur gefährlichen Rutschpartie wird, muss Salz gestreut werden. Aber wie schaffen es die weißen Körnchen, das Eis wegzuschmelzen?
Eisschmelze
Tauwetter in Berlin
Selbst auf Glatteis haftet ein dünner Wasserfilm. In dem löst sich das Salz, die Natrium- und Chlorid-Ionen werden freigesetzt und umgeben sich mit den Wassermolekülen. Zur Bildung von Eis stehen weniger Wassermoleküle zur Verfügung, das Wasser gefriert langsamer. Der Gefrierpunkt sinkt und das Eis schmilzt.
Warum blitzt es im Winter immer nur einmal?
Wenn's nur einmal rummst
Es stürmt, es ist kalt, und Schnee und Regen klatschen ins Gesicht. Gewitter im Winter sind grässlich! Aber warum blitzt und donnert es bei diesen nur selten und nicht dauernd wie bei einem Gewitter im Sommer?
Seltene Wintergewitter
Gewitter im Winter sind in Mitteleuropa eine Rarität. Dazu sind ganz bestimmte Wetterbedingungen notwendig, die sich nur selten einstellen. In höheren Luftschichten muss kalte Luft vom Meer einfließen. Zudem muss es an der Erdoberfläche relativ warm sein und die Luftschichtung labil.
Kalt trifft warm
Wintergewitter entstehen meist, wenn kalte Luft aus der Polarregion über die Nordsee nach Mitteleuropa strömt. Das Meer erwärmt dabei die Luft über dem Wasser. Diese Wärme dringt aber nicht in die höheren Luftschichten vor. Damit gibt es optimale Bedingungen für ein Gewitter: Warme, feuchte Luft am Boden kann zur kalten Luft in die Höhe aufsteigen und dort kondensieren.
Weniger heftig als im Sommer
Kalte Luft kann aber nur relativ wenig Feuchtigkeit speichern und damit auch wenig Energie. Wintergewitter sind deshalb weniger intensiv als Wärmegewitter im Sommer. Es blitzt und donnert nur selten, manchmal sogar nur ein einziges Mal - zumindest sehen und hören es wir nicht öfter.
Heftige Schauer als Begleiter
Meistens begleiten kräftige Regen-, Graupel- oder Schneeschauer ein Wintergewitter. Am häufigsten treten sie bei einer Nordwestströmung an der Nordseeküste auf sowie an den Nordwesträndern von Ardennen, Eifel, Bergischem Land, Sauerland, Weserbergland und Harz. An den Alpen und den bayerischen Mittelgebirgen sind sie hingegen ziemlich selten.
Warum löst sich Zucker im warmen Tee besser auf?
Rein damit
Eigentlich sollte es doch egal sein, ob man Zucker in kalten oder warmen Tee gibt. Aber im Heißgetränk löst sich der Zucker schneller. Warum nur?
Einmal kräftig umgerührt
Die einzelnen Zuckermoleküle sind untereinander nicht besonders fest verbunden. Die Wassermoleküle schieben sich dazwischen und trennen sie voneinander - der Zucker löst sich auf. Je wärmer das Wasser, desto schneller bewegen sich die Teilchen und desto schneller haben sie den ganzen Zucker aufgelöst.
Können sich Tiere auch erkälten?
Wild - bei Wind und Wetter draußen
Reh im Schnee
Kaum wird es draußen nass und kalt, fangen die ersten an, die Nase hochzuziehen. Bei uns Menschen ist das ein ungeschriebenes Gesetz. Aber wie ist das bei Wildschweinen, Rehen, Füchsen und Feldhasen? Sie sind bei Wind und Wetter draußen - können auch sie sich erkälten?
Triefnasige Wildtiere
Feldhase im Schnee
Wer bei Wildtieren genauer hinschaut, erkennt: Sie husten, schniefen und haben Triefnasen wie wir. Gerade im Winter, wenn das Futter knapp ist und die Kälte sie quält, ist auch das Immunsystem von Hase, Hirsch und Co. angegriffen. Aber bekommen sie dann tatsächlich eine Erkältung?
Fiese Parasiten
Wildschwein im Schnee
Wenn Wildschweine niesen und husten, sind ihre Lungen von einem Wurm befallen, der Lungenentzündungen hervorruft. Hustende Rehe leiden unter Rachenbremsenlarven: Die Parasiten, die in Nase und Rachenraum nisten, sollen herausgehustet oder -geniest werden.
Flattermann mit Schnupfnase
Enten auf zugefrorenem Teich
Was bei Vögeln wie Schnupfen aussieht und sich durch Schleim in den Nasenlöchern bemerkbar macht, kann Geflügelcholera sein. Diese bakterielle Erkrankung zieht Atembeschwerden und Lungenentzündungen nach sich und kann tödlich enden.
Vogelgrippe
Vogelgrippe in Indien
Vogelgrippe wird durch Influenzaviren hervorgerufen und auch als Geflügelpest bezeichnet. Die Symptome sind anders als die einer Grippe in unserem Sinn: Die Tiere leiden an Schwäche, Fieber, Atembeschwerden, Schwellungen, Durchfall und Bewegungsstörungen. Fast alle erkrankten Tiere sterben.
