Titel
Eis
[* 3] nimmt in mehreren
Formen erheblichen
Anteil an der
Bildung der
Erdrinde und ist in diesem
Sinn
zu den
Gesteinen zu rechnen. Man unterscheidet 1) Schneeeis
, den losen
Schnee,
[* 4] welcher unter bestimmten meteorologischen Verhältnissen
in
Firn und endlich in
Gletschereis
übergeht und auf den Hochgebirgen, besonders aber in Polargegenden, in ungeheuern
Massen
auftritt;
2) Wassereis
, welches auf
Süß- und
Salzwasser entsteht und in den Umgebungen
Grönlands,
Spitzbergens und
der Baffinsbailänder
Eisfelder von meilenweiter
Ausdehnung
[* 5] bildet. Bodeneis
massen bilden am
Kotzebuesund ganze
Hügel, schließen
Knochen
[* 6] ausgestorbener
Tiere ein und sind mit einer schwachen
Lage von
Lehm und darüber mit einer fußhohen torfartigen Dammerdeschicht
bedeckt, auf welcher
Moose
[* 7] und
Gräser
[* 8] vegetieren. Ähnliche Bodeneis
massen finden sich unter der
Dammerde
Sibiriens.
Sie sind vielleicht dem
Grundeis (Nadeleis
, schwammiges Wassereis) zuzurechnen, welches sich besonders am
Grunde der Gewässer
und in einem von
Wasser durchzogenen Erdboden bildet. Unter gewöhnlichen Verhältnissen entsteht Eis stets an der Oberfläche
des
Wassers, weil dieses bei +3,94° seine größte
Dichtigkeit erreicht und bei weiterm Erkalten sich
wieder ausdehnt. Auf dem
Grunde der Gewässer sammelt sich daher das
oben bis +3,94° erkaltete
Wasser, und auf diesem schwimmt
bei weiterer Abkühlung das kältere
Wasser, welches bei 0° unter weiterer
Abgabe von
Wärme
[* 9] an die Umgebung erstarrt. 1 g
Eis verbraucht zu seiner Schmelzung 79,4mal soviel
Wärme, wie erforderlich ist, die
Temperatur von 1 g
Wasser um 1° C. zu erhöhen. 1 kg
Wasser von +79,4° gibt, mit 1 kg Eis von 0° gemischt, 2 kg
Wasser von 0°. In der
Regel dehnen
sich die
Körper beim
Schmelzen aus, verringern also ihr
Volumen beim Erstarren; das
Wasser dehnt sich dagegen
beim Erstarren um 0,1 von dem
Volumen, welches es bei 0° einnimmt, aus.
Das spezifische Gewicht des Eises bei 0° ist 0,918. Diese Volumverminderung des Eises beim Schmelzen hat zur Folge, daß sich unter Druck der Schmelzpunkt erniedrigt: Eis von 0° wird durch Zusammenpressen flüssig, und komprimiertes Wasser gefriert unter einem Druck von 13,000 Atmosphären erst bei -18°. Im luftleeren Raum gefriert Wasser in einem Gefäß, [* 10] welches von schmelzendem Eis umgeben ist. Die Kraft, [* 11] mit welcher das Wasser sich beim Gefrieren auszudehnen strebt, ist sehr beträchtlich; Huygens sprengte 1667 durch die Kraft des frierenden Wassers eine fingerdicke eiserne Kanone in zwei Stücke.
Diese Ausdehnung des erstarrenden Wassers bewirkt im gewöhnlichen Leben häufig das Springen von Gefäßen, auch das Abblättern des noch feuchten Mauerputzes, das Bersten der von Feuchtigkeit durchdrungenen Baumrinde, das Auffrieren des Erdbodens etc. Auch zersprengt gefrierendes Wasser Steine und Felsen und trägt dadurch zur Verwitterung fester Gesteine [* 12] bei. Das Wasser sammelt sich in den Haarrissen derselben, erweitert diese beim Gefrieren, so daß sie bei Tauwetter mehr Wasser aufnehmen, welches dann bei abermaligem Froste die Spalte wieder erweitert u. s. f., bis der Stein zersprengt ist.
Das einmal gebildete Eis verringert bei Temperaturabnahme sein Volumen und vergrößert es bei Temperaturerhöhung und zwar stärker als jeder andre bekannte starre Körper. Ein Eisstab von 100 m Länge wird bei Abkühlung um 1° R. um 6,427 mm kürzer. Wasser kristallisiert beim Erstarren hexagonal und zwar rhomboedrisch, in ruhiger Luft gebildeter Schnee zeigt prachtvolle sechsstrahlige Sternchen, deren einzelne Strahlen wieder nach demselben Gesetz verzweigt sind. Die Kristallbildung im Wasser ist viel schwerer zu beobachten. Die spießigen Kristalle, [* 13] welche sich im Freien bilden, zeigen nicht die reine Form. ¶
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Tyndall will die Entstehung sechseckiger Sterne auf Landseen beobachtet haben und in Eisplatten unter dem Einfluß der Sonnenstrahlen die Bildung schöner flüssiger Blumen mit sechs Blättern; in der Mitte jeder Blume befindet sich ein kleiner luftleerer Raum, welcher entsteht, weil das Wasser einen kleinern Raum einnimmt als das Eis. Hier und da hat man auch gut ausgebildete Kristallkanten gefunden; oft sehr deutliche hexagonale Tafeln kommen im Reife vor. Die Eisblumen am Fenster entstehen durch schnelle Bildung von Kristallen, und die Kurven, in denen die von unten auf wachsenden Kristallagglomerate auftreten, werden gebildet, indem jeder neuanschießende Kristall auf der vertikalen Fläche zugleich die Neigung besitzt, zu fallen. Er neigt sich, und in demselben Augenblick schießt schon ein andrer Kristall an, der wieder zu fallen strebt.
Reines Eis ist farblos, in großen Massen bläulich oder grünlich, durchsichtig, schwach doppelbrechend; Wärmestrahlen aus dunkler Quelle [* 15] absorbiert es, aber solche aus leuchtender Quelle läßt es hindurch. Man kann daher Brenngläser aus Eis herstellen und mit diesen brennbare Stoffe entzünden. In klares Eis eingeschlossene dunkle Körper erwärmen sich durch Sonnenstrahlen und schmelzen das in ihrer Umgebung befindliche Eis; ein Stein sinkt allmählich in das Eis tiefer ein, und wenn das gebildete Wasser abfließen kann, so entsteht eine Höhlung. Eis leitet die Wärme sehr schlecht und Elektrizität, [* 16] solange es trocken ist, gar nicht; durch Reiben wird es elektrisch.
Seine Härte ist 1,5. Nach Scoresby ist Eis bei sehr strenger Kälte bisweilen so hart und fest, daß es beim Daraufschlagen Funken sprüht. In Rußland wurden 1740 aus Eiskanonen Kugeln mit einer Ladung von 125 g Pulver geschossen. Wenn zwei Eisstücke von 0° mit den schmelzenden Oberflächen sich berühren, so frieren sie zusammen (Regelation) und zwar besonders schnell und fest unter starkem Druck. Die Regelation erfolgt auch bei hoher Lufttemperatur, selbst im heißen Wasser; sie ist die Ursache, daß Eis unter Druck plastisch erscheint, während es unter der Einwirkung von Zug durchaus nicht plastisch ist.
Schnee ballt sich durch Regelation, aber nur bei einer dem Taupunkt nahen Temperatur, und aus Eisstückchen kann man unter einer Presse [* 17] vollkommen zusammenhängende Blöcke herstellen, deren Form sich beliebig verändern läßt. Die Regelation unter Druck erklärt sich leicht aus der Erniedrigung des Schmelzpunktes durch den Druck; schmelzendes Eis wird durch den Druck kälter und bringt so das Wasser, welches seine Oberfläche bedeckt, zum Gefrieren. Legt man eine Eisstange mit ihren beiden Enden auf zwei Holzstücke, schlingt einen Draht [* 18] um die Mitte der Eisstange und hängt ein schweres Gewicht an den Draht, so drückt dieser auf die unter ihm befindlichen Eispartikelchen und bringt sie zum Schmelzen.
Der Draht sinkt in das gebildete Wasser ein, welches dadurch vom Druck befreit wird und sofort wieder gefriert. In dieser Weise durchschneidet der Draht das Eis sehr schnell, man erkennt seinen Weg in der Eisstange; aber die beiden getrennten Eisstücke sind so fest zusammengefroren, als wären sie nie getrennt gewesen. Die Regelation bei bloßer Berührung hat Helmholtz als eine Folge kapillaren Druckes erklärt; Pfaundler leitet sie ab aus der Verschiedenheit der Kraft, mit welcher die Moleküle des kristallinischen Eises im Gleichgewicht [* 19] gehalten werden.
Aus Wasser, welches Salze gelöst enthält, scheidet sich ein bei weitem salzärmeres Eis aus. Wasser des Züricher Sees mit 0,128 g festen Bestandteilen in 1 Lit. gab Eis, dessen Tauwasser nur 0,026 g Verdampfungsrückstand lieferte. Auch Meerwasser gibt ein sehr reines Eis; Salzlösungen werden also, wenn man sie gefrieren läßt und das Eis entfernt, konzentrierter. Wein wird in gleicher Weise alkoholreicher. Im Wasser gelöste Gase [* 20] scheiden sich beim Gefrieren des Wassers in Bläschen aus. Im Meerwasser erfolgt die Eisbildung in wesentlich andrer Weise als im Wasser der Flüsse. [* 21]
Das Meerwasser erstarrt noch nicht bei 0°, erreicht seine größere Dichtigkeit bei niedrigerer Temperatur und kann unter seinen Gefrierpunkt abgekühlt (überkältet) werden, ohne dann durch Erschütterungen sofort zu erstarren wie das süße Wasser. Kühlt sich das Meerwasser oberflächlich ab, so sinkt das kalte Wasser und macht wärmerm Platz, bis bei anhaltender Kälte die Abkühlung den Gefrierpunkt erreicht hat. Dann erfolgt leicht die Bildung einer Eisdecke, wenn das Wasser stark bewegt wird, wenn früher oder an andern Orten gebildete Eisstücke darauf umhertreiben, oder wenn Schnee hineinfällt.
Andernfalls findet Überkältung statt, es kann sich eine bedeutende Schicht überkälteten Wassers bilden, und bei steigendem Thermometer [* 22] kann dieselbe von wärmerm Wasser bedeckt werden. In dem überkälteten Wasser entsteht eine gallertartige Eismasse, welche dem mit Wasser durchtränkten Schnee ähnlich ist, oder es bilden sich auch, meist in einer Tiefe von 0,5-2,5 m, kleine, dünne, mehr oder minder runde Täfelchen, welche in unzähliger Menge zur Oberfläche emporsteigen und bei hinreichender Ruhe zu einer harten Decke [* 23] zusammenfrieren.
An den Rändern des Meers, wo die Wassertiefe nicht mehr als 0,5-1,9 m beträgt, bildet sich an der Oberfläche eine spiegelglatte Eisfläche wie in den Seen. In Norwegen [* 24] unter 65° nördl. Br. hat man häufig das Meer in mehr als 60 m Tiefe gefrieren und Eis auswerfen gesehen. Starker Wind, Brandung und die Beimischung fester Körper verhindern die Überkältung des Wassers, welche meist nur fern von den Küsten stattfindet und in der regelmäßigen Wellenbewegung [* 25] kein Hindernis erfährt, weil bei dieser die Wasserteile gegenseitig fast eine und dieselbe relative Lage behalten.
Eine eigentümliche, scheinbar abnorme Eisbildung ist das Grundeis, welches sich häufig am Boden der Flüsse bildet. Man hat über die Entstehung desselben zahlreiche Theorien aufgestellt und namentlich angenommen, daß das Grundeis sich am Grunde der Flüsse, deren Wasser infolge heftiger Strömung gleichmäßig auf 0° abgekühlt sei, durch Wärmeausstrahlung bilde; da indes das Wasser gegen Wärmestrahlen aus dunkler Quelle wenig durchlässig ist, so kann es die Abkühlung der am Boden liegenden Steine durch Strahlung kaum begünstigen.
Dagegen setzt sich das Eis ebenso wie andre kristallinische Körper leichter an rauhen Körpern an und bildet sich an solchen bei etwas höherer Temperatur als in der Masse der Flüssigkeit selbst. Wenn also die Wirbel und Strömungen eines rasch fließenden Wassers, indem sie die Bildung einer kältern Oberflächenschicht verhindern, eine Abkühlung der ganzen Wassermasse auf den Gefrierpunkt bewirkt haben, so werden sich an den Kieseln und andern Gegenständen im Flußbett Eiskristalle ansetzen, die, indem sie die Anlagerung andrer Kristalle veranlassen, die Kerne für größere Massen Grundeis bilden. Die Beobachtung, wonach sich das Grundeis vorzugsweise an schattigen Stellen bildet, erinnert an die Diathermansie des Wassers und Eises für leuchtende Wärmestrahlen. An einem den Sonnenstrahlen ausgesetzten Platz muß am Tag ¶
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wenigstens ein Teil des über Nacht gebildeten Grundeises wieder geschmolzen werden, und es sind daher unbeschattete Plätze, welche die Bildung des gewöhnlichen Eises durch unbehinderte Ausstrahlung begünstigen, der Bildung des Grundeises ungünstig. Das an die Oberfläche gestiegene Grundeis, welches mit der Strömung geht, nennt man Treibeis; es unterscheidet sich durch bröckelige Beschaffenheit und Gehalt an Steinen etc. leicht von dem an der Oberfläche gebildeten Eis. In Polargegenden heißt alles in Bewegung befindliche Eis Treibeis und, wenn es zu großen Massen zusammengehäuft ist, Packeis.
Durch Übereinanderschieben von Eisschollen gebildete Eismassen nennt man im Sibirischen Meer Torossen, sie erreichen eine Höhe von 25 m. Die Eisberge entstehen durch Abbrechen der in das Meer vorgeschobenen Gletscherfüße (der Gletscher »kalbt«); sie sind blendend weiß wie Kreide, [* 27] auf frischer Bruchfläche glänzend grün oder blau. Sie erreichen eine Höhe von 100 m bei einer Länge und Breite [* 28] von mehreren Kilometern, zeigen oft sehr bizarre Formen, ragen aber nur mit 1/8-1/9 ihrer Masse aus dem Wasser hervor. Ändert sich durch Abschmelzen der Schwerpunkt [* 29] dieser gewaltigen Massen, so wenden sie sich oft und können dadurch den Schiffen verderblich werden. Sie treiben weit in den Atlantischen Ozean hinein, schmelzen allmählich, erreichen aber nicht selten 36° nördl. Br. Litteratur s. Wasser.
Technische Verwendung des Eises.
Eis findet mannigfache Verwendung in der Technik, besonders in der Bierbrauerei, [* 30] bei der Darstellung von Spiritus [* 31] und Paraffin, [* 32] bei der Gewinnung von Glaubersalz, in Sennereien und Milchwirtschaften, in Konditoreien zur Darstellung von Gefrornem, zum Kühlen von Getränken, zu Kältemischungen, im Haushalt, zur Konservierung von Fleisch und Fleischwaren beim Transport und in Schlachthäusern, zur Kühlung der Eisenbahnwagen im Sommer und der Wohnungen in den Tropen etc. In neuerer Zeit hat man Eismaschinen benutzt, um im Sommer Eisbahnen für Schlittschuhläufer herzustellen.
In der Chirurgie ist das Eis ein sehr wirksames Mittel bei Blutungen, vorzüglich nach Verletzungen und chirurgischen Operationen, wo es entweder in fester Form oder zunächst zum Abkühlen von Wasser benutzt wird. Im erstern Fall wird es klein geschlagen, in eine Schweinsblase oder in einen Gummibeutel gefüllt und dieser an den leidenden Teil gelegt, oder man bildet, wenn man das Eis in Höhlen des Körpers bringen will, daraus glatte Stücke, die zur Größe der Höhlung passen müssen.
Wasser, welches durch Eis gekühlt worden ist, wird nach denselben Grundsätzen und Regeln angewendet, die für den Gebrauch kalter Bähungen (s. Bähung) überhaupt gelten. Bei innern Krankheiten wird das Eis gleichfalls und zwar ähnlich wie in der Chirurgie sehr häufig angewendet, namentlich bei Entzündungen und Blutungen innerer Organe, z. B. bei Gehirnentzündungen, Blutandrang nach dem Kopf (Eisblase), bei Magenblutungen (Verschlucken kleiner Eisstückchen) etc.
Behufs der Bergung des Eises bearbeitet man die Eisdecke des Flusses oder des Sees nach Hinwegräumung des Schnees zunächst mit dem Eishobel, einem wagenartigen Gestell, welches vorn auf einem Schlitten, hinten auf Rädern ruht und in der Mitte des Rahmens ein die ganze Breite desselben einnehmendes, gegen die Langseiten schräg stehendes Hobeleisen besitzt, welches die Oberfläche des Eises vollkommen ebnet. Darauf kommt der Eispflug zur Anwendung, welcher aus einer Anzahl an dem Grindel a [* 3] (Fig. 1) befestigter Stahlblätter besteht, die mit ihren meißelförmigen Kanten Furchen in das Eis schneiden.
Um den Grindel herum läßt sich nach links und rechts der Markierer b schwingen, der, in der schon gezogenen Furche laufend, das Einhalten von geraden Linien mit dem Pflug [* 33] möglich macht. Mit der Arbeit des Eisschneidens wird bei einer Dicke des Eises von 22-25 cm begonnen. Mit einem leichten Pflug werden zuerst Furchen von 25-30 mm Tiefe so eingerissen, daß Tafeln von 60×90 cm entstehen. Dann folgen Eispflüge mit tiefern Stahlblättern, welche die Furchen so weit vertiefen, daß gerade genug Eis übrigbleibt, um ein »raft« (Floß) von ca. 110 Tafeln zusammenzuhalten.
Nun wird ein solches Eisfloß mit Hilfe einer schweren Eisenstange, deren unteres Ende zu einem scharfen Meißel [* 34] geformt ist (Eismeißel), von der Eisdecke losgetrennt und mit Hilfe von Haken ans Ufer gezogen, wo dann mit dreizinkigen Gabeln die einzelnen Tafeln abgetrennt werden. Auch die Dampfkraft wird zum Schneiden der Eistafeln benutzt. Der durch Dampfkraft bewegte Eispflug besteht aus einem zweiräderigen Karren, [* 35] der durch einen Arbeiter geführt wird, und dessen Achse ein großes Kreissägeblatt trägt, welches bei der Umdrehung das Eis durchschneidet. Die Achse der Säge [* 36] dreht sich lose in den Naben der Räder und trägt eine Rolle, über welche sich ein rasch bewegtes Seil schlingt, das die Säge in Thätigkeit setzt. Um die Reibung [* 37] des Seils auf der Rolle zu vergrößern, bringt man über der erwähnten Rolle noch eine zweite an und schlingt das Seil so über dieselben, daß die Richtung des Vorschiebens des Eispflugs mit der Bewegungsrich-
[* 3] ^[Abb.: Fig. 1. Eispflug.]
[* 3] ^[Abb.: Fig. 2 und 3. Dampfeispflug.
Fig. 2. Grundriß.
Fig. 3. Vorderansicht.] ¶