Foto: Gewitterwolke ueber der Ostsee.

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Unterkühlung und Überhitzung

Dass Wassertropfen und Eiskörner gleichzeitig in Wolken existieren können, liegt daran, dass Wolkenwassertröpfchen bis etwa −20 °C – teilweise sogar bis −40 °Cunterkühlt flüssig bleiben, also nicht gefrieren, obwohl die Gefriertemperatur längst unterschritten ist.
Um den Kristallisationsvorgang auszulösen, sind so genannte Kristallisationskeime nötig – das können Staubteilchen sein, deren Oberflächen als Katalysatoren wirken und die Eisbildung auslösen. Ist die Luft „keimfrei“, setzt die Eisbildung auch bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes nicht ein.
Den gegenteiligen Vorgang kann man in der Mikrowelle beobachten (sollte man aber besser nicht!). Dort kann es beim Erhitzen von Getränken passieren, dass diese flüssig bleiben, obwohl ihre Temperatur auf über 100 °C angestiegen ist. Das ist nicht ungefährlich, weil man dem Tee oder Kaffee diese Überhitzung nicht ansieht. Da keine Umwandlung in Gas, also kein Sieden, stattfindet, „blubbert“ der Kaffee nicht. Bei der kleinsten Erschütterung, wenn man den Becher also zum Beispiel aus der Mikrowelle nimmt, verdampft die überhitzte Flüssigkeit dann explosionsartig und es kann zu Verbrühungen kommen. (Das ist der Grund, aus dem man keine Getränke in der Mikrowelle erhitzen soll.)
Auf diesem Effekt beruht auch die Beobachtung, dass Sprudelwasser, das im Tiefkühlfach aufbewahrt wurde, erst nach dem Öffnen gefriert. Obwohl seine Temperatur unter den Gefrierpunkt gesenkt wurde, bleibt das Wasser flüssig. Beim Öffnen entweicht plötzlich das gelöste Kohlendioxid. (Dies ist eine Folge des Dampfdruckes: Solange die Flasche geschlossen war, war der Luftraum über dem Wasser gesättigt mit Kohlendioxid, es herrschte Sättigungsdampfdruck für das Kohlendioxid und der Rest des Gases blieb im Wasser gelöst. Nach dem Öffnen entweicht Kohlendioxid in die Umgebungsluft, der Dampfdruck über dem Wasser sinkt rapide und Kohlendioxid entgast aus dem Wasser.) Die Bläschen im Wasser, die beim Entgasen entstehen, dienen als Gefrierkeime und setzen das Gefrieren in Gang. Destilliertes Wasser gefriert beim (sehr vorsichtigen) Öffnen nicht, da hier keine Gefrierkeime vorhanden sind. Vorsichtig muss man sein, da auch Erschütterungen den Gefrierprozess in Gang setzen.

Abb. 1 ¦ Gewitterwolke   Foto: Gewitterwolke ueber der Ostsee.
BildunterschriftIn hoch aufreichenden Gewitterwolken existieren Wassertropfen und Eiskörner gleichzeitig – die blumenkohlartigen Strukturen rühren von konvektierenden Wassertropfen her, die faserige Struktur im Amboss deutet auf Eiskristalle hin.Bildunterschrift Ende

© Wiebke Salzmann, April 2009

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