Glaziologie-Workshop Teil 1 – Eisdicke

Während der Frostperiode wurde mit einem Meßbohrer die Eisdicke gemessen.

Messung der Eisdicke

Einen Messbohrer kann man selbst leicht herstellen: auf einen Steinbohrer passender Länge werden farbige Zentimetermarkierungen aufgebracht. Günstig sind andersfarbige Markierungen alle 5 Zentimeter. Betrieben wird der Eisbohrer mit einem Akkuschrauber.

Bohrer mit Meßmarkierungen

Alternativ kann auch ein Holzbohrer genutzt werden, der dann leichter ins Eis geht. Dann ist auch eine Bohrleier ohne elektrischen Antrieb nutzbar – und man umgeht den lästigen Umstand, daß die neuen Lithiumakkus bei Frost sehr schnell an Leistung verlieren. Auch Eisschrauben aus dem Bergsteigerbedarf, die eigentlich zum Klettern in Gletschern verwendet werden, können mit entsprechenden Zentimetermarkierungen zum Messen der Eisdicke genutzt werden.

Im Elbenauer Workshop wurden unter anderem Fragen der Eisbildung und Eisfestigkeit erörtert. Dazu eine kleine Zusammenfassung.

Zum Betreten des Eises ist eine gewisse Mindestdicke erforderlich, für die in der Fachliteratur weitgehend übereinstimmend folgende Werte genannt werden:

• Einzelpersonen: 5 cm
• Personengruppen: 8 cm
• Schlittenfahrzeuge: 12 cm
• Personenkraftfahrzeuge: 18 cm

Interessant wäre eine zumindest ungefähre Vorhersage der Eisdicke aufgrund der Wetterdaten, vor allem der Lufttemperaturen. Schauen wir dazu auf das folgende Diagramm, dass für die Zeit der Frostperiode im Januar 2013 (11. bis 27. Januar) die Lufttemperatur (schwarze Linie) und die gemessenen Eisdicken (blaue Markierungen) zeigt.

Für die Eisdicke (blaue Linie) liegen im Untersuchungszeitraum nur wenige Messwerte vor, die im Mittel auf eine Eisdickenzunahme von täglich zwischen 0,5 und 1 Zentimeter schließen lassen. In der Mitte des Zeitraumes gab es an zwei Tagen Schneefall von insgesamt etwa 10 Zentimeter Neuschneehöhe. Dieser Schnee wurde durch Wasseraufnahme und Gefrieren ebenso zu Eis umgewandelt, was eher einen Verlauf des Dickenwachstums entsprechend der gestrichelten Linie erwarten läßt.

In der Literatur ist auf mehrere Formeln zur Berechnung der Eisdicke verwiesen. Dabei wird die Summe der (negativen) Tagesmitteltemperaturen der Berechnung zugrundegelegt. Eine häufig genannte Formel ist



Die Eisdicke h_E in Zentimetern hängt neben der Summe der Gradtage von einem Korrekturfaktor alpha ab, der in der Literatur mit 0,6 angegeben wird ([3], dort sind auch weitere Formeln diskutiert). Summiert man die Temperaturen, so ergibt sich mit alpha = 0,6 eine Eisdicke von 16 Zentimeter. Für die Gegebenheiten in Elbenau scheint eher ein alpha von 0,4 richtig zu sein.
Die in Elbenau gemessenen Werte ordnen sich in die Zusammenstellung von Messungen in [1] ein, die (dort allerdings für unterschiedliche Schifffahrtskanäle und Seen) für eine Eisdicke von 10 Zentimeter eine Temperatursumme zwischen -27 und -57 Gradtagen angeben.

Möglicherweise liegt die Abweichung des Korrekturfaktors an den weiteren Einflussfaktoren auf die Eisbildung, die in der folgenden Grafik (nach [2]) dargestellt sind, vielleicht wegen der geringen Tiefe des Gewässers, wodurch der Einfluss des Wärmestromes aus dem Erdreich anders als in tiefen Gewässern ist.

Die Eisbildung vollzieht sich bei einer Wassertemperatur von etwa Null Grad in einem Gleichgewicht von Wärmeaufnahme und Abgabe. Neben der Lufttemperatur spielen dabei auch die Strahlung sowie Konvektion und Energieabgabe durch Sublimation eine Rolle. Auch der Wärmeeintrag aus dem Erdreich kann zum Wärmeeintrag beitragen, vor allem in Zusammenhang mit Strömungen im Wasser. Ansonsten ergibt sich durch die Anomalie der Dichte des Wassers, daß sich eine Wärmeschichtung ausbildet, bei der die Temperatur am Boden des Gewässers 4 °C beträgt und zur Eisdecke hin auf 0 °C abnimmt. Nur bei negativer Wärmebilanz ergibt sich eine wachsende Eisdecke.

Bei Temperaturen um den Gefrierpunkt wird das Dickenwachstum stagnieren, jedoch kann auch dann, insbesondere nachts bei klarem Himmel infolge der Strahlungsverluste das Eis weiter wachsen, zumindest aber stabil bleiben.

Literatur
[1] Klüssendorf-Medinger, Jörg: Prognose von Eiserscheinungen auf ostdeutschen Wasserstraßen. In: Mitteilungsblatt der Bundesanstalt für Wasserbau. Nr. 79 (1998)
[2] Barjenbruch, Ulrich: Eisbildung und Eisstärkenvorhersage in Schifffahrtskanälen. Bundesanstalt für Gewässerkunde Koblenz und Berlin, 2002
[3] Schuh, Alfred: Eishochwasser an Oder und Elbe aus historischen und meteorologischen Gesichtspunkten und im Hinblick auf mögliche Gefährdungen. Dissertation, BTU Cottbus, 2011

(wird fortgesetzt...)