Eiszapfen-Formations-Rätsel gelöst

Wissenschaftler haben lange verstanden, wie Schneeflocken Gestalt annehmen, aber Eiszapfen sind ein winterliches Wunder geblieben. Eine Lösung ist endlich entstanden - aus einer Höhle.

Im Jahr 2005 stellten Forscher fest, dass Stalaktiten, die langen, karottenartigen Strukturen, die an Decken von Höhlen hängen, eine charakteristische Form haben, die durch eine einfache mathematische Gleichung beschrieben werden kann.

Seltsamerweise gilt die gleiche Mathematik für Eiszapfen, zeigt eine neue Studie.

Unerwartetes Ergebnis

Obwohl Stalaktiten [Bild] und Eiszapfen [Bild] ähnliche Formen haben, haben sie keine gemeinsame Physik. Eiszapfen wachsen durch Wärmediffusion und aufsteigende warme Luft, während Stalaktiten auf die Diffusion von Kohlendioxid angewiesen sind.

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"Wir haben nicht erwartet, dass wir die gleiche Mathematik anwenden können, weil die Physik der beiden so unterschiedlich ist", sagte der Mathematiker und Physiker Ray Goldstein von der Universität Cambridge im Vereinigten Königreich. "Es ist wirklich die gleiche Form, abgesehen von den Unebenheiten und Wackeln", sagte Goldstein. "Es bestätigt, was wir mit unseren Augen wissen."

Die Ergebnisse wurden in einer aktuellen Ausgabe der Zeitschrift veröffentlicht Physik von Flüssigkeiten.

Eisige Zutaten

Eiszapfen bilden sich typischerweise an Tagen, an denen die Außenlufttemperatur unter dem Gefrierpunkt liegt, aber Sonnenschein wärmt und schmilzt etwas Schnee oder Eis. Wenn es von Ihrem Dach tropft, gefriert ein Wassertropfen, wenn er seine Wärme an die kalte Luft verliert.

Ein Eiszapfen beginnt mit ein paar gefrorenen Tröpfchen. Wenn eine bestimmte Größe erreicht ist, beginnen Tropfen an der Seite der Struktur zu tropfen.

"Das Wasser wird an den Seiten der Formation gleichmäßig in einem dünnen Film herunterlaufen und auf dem Weg nach unten einfrieren", sagte der Physiker Martin Short von der University of Arizona, ein weiteres Mitglied des Studienteams. "Diese Art von gefrierendem, dünnem Wasserfilm führt zur endgültigen Eiszapfenform."

Hitze bei der Arbeit

Die dünne Flüssigkeitsschicht auf der Oberfläche eines Eiszapfens gibt Wärme ab, die die Luft um sie herum durch einen Prozess erwärmt, der Leitung genannt wird. Wenn warme Luft aufsteigt, entfernt sie Wärme von der Flüssigkeitsschicht und bewirkt, dass sie einfriert. Hier ist der Hauptpunkt: Der Puffer der erwärmten Luft ist an der Spitze des Eiszapfens am weitesten, wo die Leitung am langsamsten ist.

"Die schwimmfähige Luftschicht ist wirklich der wichtigste Faktor bei der Bestimmung der Eiszapfenform", sagte Short LiveScience. Stellen Sie sich die warme Luft eine Decke von unterschiedlicher Dicke vor. Der dünnere Teil lässt mehr Wärme aus dem Spitzenbereich entweichen als der dicke Teil der Decke an der Basis zulässt.

"Also, die Spitze wächst schneller als die Basis und macht den Eiszapfen spitz", sagte Short.

Die Forschung basierte auf Eiszapfenaufnahmen. Um ihre Idee gegen echte Eiszapfen zu testen, plant das Team, Eiszapfen in einem Labor zu züchten und deren Wachstum zu filmen.

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