Eiskernbohrung

Wie unterscheidet sich Meereis (Eisschollen) von Eiswürfeln, wie wir sie aus Getränken kennen?

• ab Klasse 7
• Material: Haushaltsmaterial, Akkuschrauber mit Lochsägenaufsatz, günstige Anschaffungen
• Schwierigkeit: einfach
• Dauer: 15min-25min

Für dieses Experiment müssen wir uns eine künstliche Eisscholle herstellen. Aber keine Sorge, auch wenn Eisschollen etwas ganz besonders sind, ist ihre Herstellung im Gefrierer ganz leicht. Sie benötigen dafür Wasser, Salz, eine 1,5l PET-Flasche, eine alte Isomatte und viel Klebeband.

Schitt 1: Schneiden Sie die PET-Falsche quer auf. Sie benötigen nur die untere Hälfte der Flasche.

Schirtt 2: Umwickeln Sie die PET-Flasche von außen und unten mit Stücken der Iso-Matte und vixieren Sie alles gut mit Klebeband.

Schirtt 3: Befüllen Sie Ihr entstandenes Isolier-Gefäß mit einer 3-prozentigen Salzlösung und frieren Sie es mindestens 8h im Tiefkühler ein.

Durch die Isolierung friert das Salzwasser im Gefäß von oben nach unten, genau wie echte Eisschollen.

Material:

• die künstliche Eisscholle
• Akkuschrauber mit Lochsägenaufsatz
• 2 Schalen
• Tinte und Pipette
• Maßband oder Geodreieck
• ggf. Salinometer

Durchführung: Bohre mit dem Akkuschrauber einen Eiskern aus der künstlichen Eisscholle. Lege den oberen Teil des Kerns in eine Schale und den unteren in eine andere. (Je nach Länge des Kerns kannst du ihn auch in 3 Teile aufteilen.
Untersuche die Teile des Kerns. Schaue dir dafür die Konsistenz an und prüfe mit dem Salinometer den Salzgehalt des enthaltenen Schmelzwassers. Tropfe etwas Tinte auf den Bohrkern und beobachte wie dieses sich in diesem verteilt.

Eisschollen sind keine Eiswürfel
Das Eis ist am oberen Rand der Scholle recht hart, wird dann aber mit zunehmender Tiefe weniger fest und hat schließlich fast die Konsistenz von Eis-Slush. Die Farbe ist nicht durchsichtig oder milchig wie bei Eiswürfeln sondern weiß und trüb. Dies ist durch kleine Kanäle im Eis zu erklären durch die das Salzwasser beim Frieren nach unten fließt. Tropft man etwas Tinte auf das Eis des Bohrkerns, so sammelt sich diese in den Kanälen, so das sie sichtbar werden.

Salz- oder Süßwasser?
Meereis entsteht natürlich aus Salzwasser. Allerdings friert im Meer im nur der Süßwasseranteil, woduch das entstehende Eis am Ende nur aus Süßwasser besteht.
So ist auch bei unserer künstlichen Eisscholle der obere Teil gefrorenes Süßwasser und auch der gemessene Salzgehalt sehr gering. Je tiefer man jedoch in die Scholle bohrt, desto mehr Wasser sammelt sich in den kleinen Kanälen im Eis und desto salziger ist dieses Wasser.

Wie Eisschollen entstehen
Eisschollen entstehen natürlich aus salzigem Meerwasser. Allerdings friert als erstes der Süßwasseranteil an der Wasseroberfläche. Dort bildet sich eine dünne Schicht aus (Süßwasser-)Eis. Das Salz, welches vorher noch im Wasser war, sammelt sich unter der Eisschicht und macht das Meerwasser dort ein kleines bisschen salziger. Ist es weiter kalt, so bildet sich neues (Süßwasser-)Eis an der Unterseite der Eisscholle und erneut sammelt sich das nicht mitgefrorene Salz unter der Scholle. Dadruch wird das Meerwasser unter der Scholle immer salziger. Da Salzwasser mit stiegendem Salzgehalt auch einen immer niedrigeren Gefrierpunkt hat, erschwert dies, dass weiteres Wasser zu Eis friert. In der „freien Natur“ werden Eisschollen deswegen nur etwa einen Meter dick.

Salzwasserfälle im Wasser
Wenn der Süßwasseranteil des Meerwassers gefriert sammelt sich das Salz in kleinen Salzwasserkanälen. Diese durchziehen die Eisscholle, lassen das Salzwasser nach unten abfließen und geben ihr die typische trüb-weiße Farbe. Durch diesen Effekt wird das Wasser unter der Scholle immer salziger und damit immer dichter und sinkt zum Meeresgrund. Wenn im Winter in der Arktis viele Eisschollen entstehen bilden sich riesige (Salz-)Wasserfälle unter Wasser, die entscheidend für den Antrieb des Golfstroms sind. (Siehe Versuch Meeresströmungen)

In den Arbeitsblättern zum Experiment finden Sie Vorüberlegungen, Hintergrundwissen und weiterführende Aufgaben.

Klima-Feedbackschleife 1: Eis-Albedo-Effekt
Sonneneinstrahlung
Albedo
Eis-Albedo-Rückkopplung

Noch Meehr Klima
CO2 im Meer

Klima-Feedbackschleife 2: Veränderung des Golfstroms
Schmelzendes Meereis
Land- und Meereis
Meeresströmungen