Mpemba-Effekt – wenn kochendes Wasser zu Schnee wird

Heute und morgen ist es auf dem Fichtelberg winterlich kalt und die Höchsttemperaturen dürften kaum über -10°C klettern. Wenn der Wind noch etwas zunimmt, kann man eine kleine physikalische Spielerei ausprobieren: Schüttet man kochendes Wasser nach oben in die Luft, wird daraus innerhalb von Sekunden Schnee. Ich habe es vor einiger Zeit bei -6°C und Windstärke 7 in den Alpen ausprobiert und war begeistert:

Mpemba-Effekt - Kochendes Wasser wird zu Eis

Kochendes Wasser wird zu Eis, aufgenommen an der 2012 geschlossenen Wetterwarte Wendelstein

Die Wissenschaft spricht von Mpemba-Effekt, der im heutigen Thema des Tages des DWD näher erläutert wird. (ch)

„Wenn man eine Schüssel mit kaltem oder lauwarmem Wasser vor sich hat und die Aufgabe bekommt, dieses Wasser so schnell wie möglich zu gefrieren, werden die meisten die Schüssel wohl rasch ins Eisfach stellen. Nur die wenigsten würden vermutlich auf die Idee kommen, das Wasser in der Schüssel zu erhitzen, bevor sie es ins Eisfach platzieren. Das Kuriose an der Sache: Unter bestimmten Bedingungen  gefriert das zuvor erhitzte Wasser tatsächlich schneller als das vergleichsweise kältere.

Verantwortlich für dieses Paradoxon zeigt sich der sogenannte „Mpemba-Effekt“. Bereits Aristoteles hatte seinerzeit Bekanntschaft mit diesem Phänomen gemacht. Auch den Philosophen und Wissenschaftlern Bacon und Descartes „lief“ dieser Effekt über den Weg, einen wirklichen Reim darauf konnten sie sich allerdings nicht machen und so geriet diese wissenschaftliche Frage mehr oder weniger wieder in Vergessenheit. Erst 1963 entdeckte Erasto B. Mpemba aus Tansania (damals noch Schüler) bei dem Versuch, Speiseeis herzustellen, diesen schließlich nach ihm benannten Effekt wieder.

Bis heute sind sich die Wissenschaftler uneinig über die genaue Ursache des Mpemba-Effekts, was sich in zahlreichen Theorien über diesen Sachverhalt widerspiegelt. Die wohl derzeit stärkste Theorie sieht als Hauptgrund die Verdunstung. Diese ist bei heißem Wasser stärker als bei kaltem, da dem heißen Wasser grob gesagt mehr Energie für die Verdunstung zur Verfügung steht als dem kalten. Bei gleicher Ausgangsmenge und Umgebungstemperatur (logischerweise unter 0 Grad) ist also bei Erreichen des Gefrierpunkts die Menge des ursprünglich heißen Wassers kleiner als die des nicht erhitzten Wassers. Da eine geringere Wassermenge weniger Wärme speichern kann als eine größere Wassermenge, gefriert diese geringere Menge auch schneller als die vergleichsweise größere und ursprünglich kältere.

Eine weitere Theorie besagt, dass im Wasser gelöste Salze dafür verantwortlich sind. Beginnt Wasser zu gefrieren, erhöht sich der Salzgehalt der noch flüssigen Wassermenge, wodurch der Gefrierpunkt des Wassers gesenkt wird (ähnlich wie beim Salzen der Straßen im Winter). Bei heißem Wasser fallen die Salze dagegen aus, d.h. sie setzen sich ab und verlieren dadurch ihren hinderlichen Einfluss auf den Gefrierprozess.

Weitgehend einig sind sich die Wissenschaftler hingegen, dass das Eintreten des Mpemba-Effekts stark von der verwendeten Menge, Oberfläche, Tiefe sowie der ursprünglichen Temperatur des Wassers undder Umgebungstemperatur abhängt.

Einen sinnvollen, praktischen Nutzen des Mpemba-Effekts sieht der Großteil der Wissenschaftler übrigens nicht. Auch nicht bei der Speiseeisproduktion. Bei den momentanen Temperaturen in Deutschland dürften aber eh nur die wenigsten an ein leckeres Eis denken.“

Dipl.-Met. Tobias Reinartz
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale

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