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Eiszapfen - Erscheinungsbild und Entstehung

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Lange Eiszapfen sind das klassische Symbol für einen tiefen, lang anhaltenden Winter. In vielen Darstellungen und auf Bildern sind es gerade die Eiszapfen, die eine verschneite Winterlandschaft erst so richtig eisig kalt erscheinen lassen. Häufig denkt man dabei an Eiszapfen, die sich an der Kante einer Dachrinne von Häusern bilden, aber natürlich können Eiszapfen auch anderswo enstehen, wie zum Beispiel an Bäumen, Zäunen oder sogar in einem Bachbett.

Ein Eiszapfen ist, ganz einfach beschrieben, ein spitzer, hängender Eisdorn, der aus fortwährend anfrierendem tropfendem, herablaufenden oder fallendem Wasser bei Temperaturen unter Null Grad entsteht. Aber wie funktioniert das eigentlich genau?

Eiszapfen an einer Dachkante

Dick eingeschneites, geneigtes Dach als Geburtsstätte von Eiszapfen Der Einfachheit halber wird hier nur die Entstehung eines Eiszapfens an der Kante eines geneigten Hausdaches betrachtet. Zu Anfang sei das Dach frisch zugeschneit und es existieren noch keinerlei Eiszapfen. Damit nun die Bildung von Eiszapfen beginnen kann, muss der Schnee auf dem Dach zu schmelzen beginnen. Dies geschieht meist entweder durch die Wintersonne, meist aber durch die Abwärme des innen beheizten Hauses selber. Gerade bei schlecht isolierten Dächern schmilzt der Schnee meist sogar recht rasch.

Das geschmolzene Wasser beginnt nun, die geneigte Dachfläche hin zur Dachkante hinabzurinnen. Dabei wird die Geschwindigkeit des Rinnens zum einen bestimmt durch die Schwerkraft und zum anderen durch eine wasserspezifische Oberflächenspannung. Letztere bewirkt, dass das Wasser möglichst flach an der Unterlage "haften" bleibt. Die Überlagerung dieser beiden Kräfte führt dazu, dass das Wasser nicht eben, sondern in feinen Rippeln mit gleichmäßigem Abstand die geneigte Fläche herabrinnt. Wenn nun die Temperatur der Oberfläche, über die das Wasser fließt, kälter als 0 Grad ist, dann gefrieren diese Rippeln. Und an der Dachkante selber bilden diese frierenden Rippeln die Wurzeln eines jungen Eiszapfens.

Ein junger Zapfen entsteht

Ein junger Eiszapfen Für das weitere Wachstum der jungen Eiszapfen ist entscheidend, das es mehrfach zu Schmelz- und Gefriervorgängen kommt. Würde das Wasser alles auf einmal schmelzen, so würden sich nur verhältnismäßig kleine Eiszapfen bilden können. Das Wasser muss also stattdessen schichtweise anfrieren.

Die kleinen, jungen Eiszapfen besitzen üblicherweise eine sehr gleichmäßige Kegelform, und häufig sind winzige Blasen in ihrem Inneren zu sehen. Wenn sie aber wachsen, bilden sich aus oben genannten Gründen zahlreiche vertikale Kämme und horizontale, den Zapfen ringförmig umgebende Rippeln auf der Zapfenoberfläche aus, so dass die ideale Kegelform verloren geht. Die Zapfen wachsen dabei sowohl nach unten (also in die Länge) wie auch zur Seite (also in die Breite), allerdings findet das Wachstum mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit statt. Das Längenwachstum erfolgt deutlich schneller.

Horizontale Ringe und vertikale Kämme

Nach einer gewissen Zeit des Wachstums zeigen Eiszapfen in der Regel sehr ausgeprägte, ringförmige Rippeln, die zur Spitze des Zapfens hin immer kleiner und schmaler werden. Jeder einzelne dieser Ringe ist durch eine kleine Furche deutlich vom nächsten Ring getrennt. Normalerweise reichen die Ringe nicht mehr als etwa einen Zentimeter nach außen. Während der anfänglichen Wachstumsphase bestehen die sich bildenden Ringe überwiegend aus dünnen, zerbrechlichen Eisplättchen, die mehr oder weniger zufällig nach außen wachsen. Die Zwischenräume zwischen diesen Eisplättchen werden jedoch im weiteren Verlauf rasch von abfließendem Schmelzwasser aufgefüllt.

Die vertikalen Kämme bilden sich hingegen meist nach einer wachstumfreien Phase, nachdem also eine Zeitlang kein Schmelzwasser über die Zapfenoberfläche gesickert ist. Nach so einer Phase beginnt neues Schmelzwasser zunächst einmal in schmalen Bahnen den Eiszapfen hinunter zu fließen. Wenn dieses Wasser gefriert, bilden sich also dünne Eiskämme, die mit der Zeit bis zu einem halben Zentimeter dick werden können. Erst danach sucht sich das Wasser meist einen anderen, energetisch günstigeren Weg nach unten - entlang einer neuen Bahn.

Eiszapfen - komplizierte Formenvielfalt

Bild: Eiszapfen - komplizierte Formenvielfalt

Die Spitze des Zapfens

Die Spitze eines wachsenden Eiszapfens besteht meist aus flüssigem Wasser, das zum Teil mehrere Zentimeter nach unten hängt und außen von einer sehr dünnen Haut aus zufällig wachsenden Eiskristallen zusammengehalten wird. Am äußersten unteren Ende hängt meist ein reiner Wassertropfen. Gelegentlich dringt eine Luftblase in den Bereich des von der Eishaut eingeschlossenen Wassers. Diese feinen Luftblasen sind bei größeren Eiszapfen von weitem als eine milchige Spur im Inneren entlang des Achse des Eiszapfens zu erkennen.

Die Form eines Zapfens ändert sich fortlaufend

Die Formgebung eines Eiszapfens ist jedoch nicht allein auf die Wachstumsphase beschränkt. Auch in wachstumsfreien Phasen sorgt zum Beispiel die Verdunstung von Eis (Sublimation), die auch bei Temperaturen unter Null Grad stattfindet, für eine Formänderung. Durch fortwährende Sublimation wird des Eiszapfen dabei dünner und seine Oberfläche etwas glatter.

Eiszapfen können in der Praxis mehrere Meter lang werden. Irgendwann jedoch ist meist ein Punkt erreicht, an denen der Zapfen aufgrund seines eigenen Gewichts oder aber wegen seiner geringen Flexibilität gegenüber Verformungen (zB durch Wind) abbricht und, wenn er tief genug fällt, mit lautem Getöse auf den Boden aufschlägt. Diese brechenden Eiszapfen sind eine große Gefahr für Menschen, die von einem solchen fallenden, spitzen Eiszapfen regelrecht erschlagen werden können.

Mächtige Eiszapfen haben sich gebildet

Bild: Mächtige Eiszapfen haben sich gebildet

Kompliziertere Formen von Eiszapfen

Deutlich komplizierte Prozesse laufen bei der Bildung von Eiszapfen ab, die sich in Bachbetten oder in der Nähe von Wasserfällen bilden, wo reichlich Gischt in der Luft schwebt. Dort können sich sehr komplexe Eisstrukturen bilden, die bisweilen nur noch wenig Ähnlichkeit mit dem idealen, kegelförmigen Jungeiszapfen an der Dachkante gemein haben. Stattdessen können sich riesige, mehrfach geschichtete Netzwerke von Zapfen bilden, die zu ganzen Eisvorhängen zusammenwachsen können.


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