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Kann das Mondeis bestehen?



Im Laufe der 20iger Jahre des 20. Jahrhunderts ist ein Erzeugnis auf den Markt gekommen, das jedermann kennt, denn in fast keinem Haushalt mehr fehlt heute die Thermosflasche.  Die Verwendung dieser Flasche ist wohl bekannt, die ihrer Wirkungsweise zugrundeliegenden physikalischen Erkenntnisse dagegen sind es weniger.

Es war das Prinzip der Wärmestrahlung, das dazu führte, sich der Dewarschen (Weinholdschen) Flaschen zu bedienen, um z. B. Luft, die bei -195° unter gewöhnlichem Luftdruck flüssig ist, aufzubewahren oder zu verschicken.  Um den Inhalt vor Wärmezufuhr, d. h. in diesem Fall vor Verdampfen zu schützen, erfand man diese doppelwandigen Gefäße.  Der Zwischenraum wurde annähernd luftleer, somit auch annähernd drucklos gemacht und die Innenwand mit einem wärmerückwerfenden Amalgambelag überzogen.  Verdünnte Luft ist, wie jedes verdünnte Gas, ein denkbar schlechter Wärmeleiter.
Macht doch schon Luft unter normalem Druck z. B. gegenüber Wasserstoff eine hervorstehende Ausnahme in bezug auf Leitung der Wärme.  Wenn das absolute Leitungsvermögen der Luft 0,000056 ist, ist das des Wasserstoffs siebenmal so groß, für Wasser liegt der Wert bei 0,001, für Silber, als dem besten Wärmeleiter bei Metallen 1,01.  Praktisch wird die schlechte Wärmeleitungsfähigkeit der Luft durch die Anbringung von Doppelfenstern in unsern Wohnungen verwertet, die Luftisolierung der Wände bei Hochbauten liegt demselben Prinzip zugrunde.  Die Fortleitung der Wärme zu verhindern, oder den Zustrom von Kälte auszuschließen, ist im Grunde genommen ja dasselbe.  Die Aufgabe, Wärme vor Kälte, oder umgekehrt, Kälte vor Wärme zu schützen, ist bei der Dewarschen Entdeckung geradezu glänzend gelöst.

Wenn man nun weiter das physikalisch wohlbegründete Zugeständnis macht, daß Eis, der feste Aggregatzustand des Wassers, die Eigenschaft hat, Wärmestrahlen nur mäßig zu verschlucken, sie vielmehr diffus zurückzuwerfen, an seiner Oberfläche sich weniger stark und langsamer zu erwärmen als ein dunkler Körper, wenn man außerdem die nicht gerade geringe absolute Wärmeleitungsfähigkeit des Eises nicht außer acht läßt, so haben wir im Eis alle jene physikalischen Eigenschaften, die der glänzende Metallbelag der Dewarschen Flasche aufweist.  In demselben Maße wie nun Luft sehr wärmedurchlässig - diatherman - den Sonnenstrahlen gegenüber sich verhält, der Wärmestrahl auf seinem Wege zur Erde durch die Luft diese kaum erwärmt, spricht der Physiker von einer Diathermanität des Stoffes.

So läßt sich durch Versuchsanordnung leicht beweisen, daß eine Wärmemenge durch äußere Teile einer Eismasse wohl hindurchgehen kann, ohne einen Schmelzvorgang hervorzurufen, daß aber innere Teile des Eises sogar geschmolzen werden können.  So erklärt man sich z. B. die Luftblasen innerhalb des Gletschereises, Erscheinungen, mit denen sich schon Agassiz und Schlagintweit beschäftigt haben.  Weiter ist es einem jeden Bergwanderer bekannte Tatsache, daß man im Gletschereis, in den Spalten, an den Gletschertoren, überhaupt an all den Stellen, wo Steine ausapern können, hutförmige oder gewölbte Hohlräume im Eis findet, auf deren Grund ein Stein liegt.  Solche Hohlräume werden 3, ja 4 Meter unterhalb der Oberfläche des Firnfeldes gefunden.  Versuche, die die Forscher Dollfuß und Außet anstellten, erklärten dem Franzosen Forel das Phänomen.  Ein in den Schnee gestelltes Thermometer zeigte im Schatten 0°, in der Sonne etwas mehr.  Die geschwärzte Thermometerkugel dagegen zeigte im Schatten wieder 0°, der Sonne ausgesetzt 10°.  Forel wiederholte ähnlich den Versuch in einem Stück Eis; das geschwärzte Thermometer stieg, den Strahlen der Sonne ausgesetzt, in einer halben Stunde auf 15°, in einer Stunde auf 16,8°, während es im Schatten naturgemäß 0° zeigte.  Damit war bewiesen, daß Eis die Wärmestrahlen durchläßt, die geschwärzte Thermometerkugel nahm ja die Wärmestrahlen auf.  Mit den Steinen im Firnfeld verhält es sich also so, daß sie durch den Firn eindringende Wärmestrahlen aufnehmen, sich erwärmen, Wärme an ihre Umgebung abgeben, d. h. tief und tiefer in das Eis einsinken und sich den Hohlraum sozusagen wegschmelzen.  Wärmestrahlen können also in Körper eindringen, wie Lichtstrahlen in durchsichtige Körper.  Für uns ist aber die Folgerung die, daß all die Wärmestrahlen, die die glatten, spiegelnden, glitzernden, aber auch rauhen Eisflächen nicht zurückzuwerfen vermögen, nicht für die Einleitung des Schmelzprozesses der obersten Eisschichten dienen, sondern in die Tiefe des Eises dringen und dort günstigenfalls wärmeerzeugend wirken können, falls die Voraussetzungen hierfür überhaupt noch gegeben sind.


Der Erdenmond mit seinem uferlosen Eisozean.


In unserem Fall kommen aber gar keine, oder nur Wärmestrahlen geringster Intensität zu jener Eisfläche, denn die zweite Forderung, den schlechten Wärmeleiter überhaupt, den luftleeren Zwischenraum, sehen wir im annähernd drucklosen, annähernd stofflosen Weltenraum, ebenso vollständig und widerspruchslos erfüllt.  Wer angesichts dieser physikalischen Erkenntnis und der weiteren Beobachtungstatsache, nämlich des Fehlens einer Atmosphäre am Monde, die Verhältnisse beurteilt, wird nicht imstande sein, zu leugnen, daß die Wirkung der Strahlung im Weltenraum grundsätzlich jene der Dewarschen Flasche ist.  Dem nach unsern Begriffen lufthüllenlosen Mondeisozean kann also die unverminderte vierzehntägige Sonnenstrahlung nicht viel anhaben.  Sollten aber trotz der ganz geringen, absoluten Leitfähigkeit verdünntester Luftschichten noch Wärmestrahlen die Eisoberfläche treffen, so dringt ein Großteil davon in das Eis ein, um sich dort nutzlos zu verlieren.  Sollten zu allem Überfluß noch Wärmemengen frei sein, um einen etwaigen Schmelzvorgang einzuleiten, so sei erinnert, daß der Wärmeverbrauch des Wassers dreier Aggregatzustände von absolut 273° bis 100° ein gewaltiger ist.  Zweimal ist der Molekularzustand zu zerstören, und hier sind für 1 Gramm 80 bzw. 600 Wärmeeinheiten benötigt, dazu kommen die Wärmemengen zur Überführung bis zu Eis von 0° bzw. von Wasser von 0° bis zur Verdampfung.  Diese benötigten Gesamtmengen können einfach nicht herankommen, um den entsprechenden Verlauf einzuleiten.

Wenn anderseits eingewandt wird, daß Wasser (Eis) am Monde nicht sein kann, weil eine sehr heftige Verdunstung desselben bei Mangel des Luftdrucks eintreten würde, so kann auch der Einwurf widerlegt werden.  Der Augenschein, der tatsächliche Bestand von Eis in den Regionen ewigen Schnees, selbst am Äquator, spricht schon für den Beweis.  Die physikalischen, meteorologischen Tatsachen einer allenfallsigen Teilverdunstung in jenen Höhen niederen und niedersten Luftdrucks müssen gebührend berücksichtigt werden.  Wir verweisen da auf die Tatsache der Annahme des Wasserdampfgehalts der Luft mit der Höhe, Abnahme der relativen und spezifischen Feuchtigkeit des Taupunkts mit der Höhe.  Abnahme des Dampfdrucks mit der Höhe bedeutet also Abnahme des Taupunktes und zunehmende Höhe, Verminderung des atmosphärischen Drucks, der auf dem Monde praktisch null ist.  Schon auf unserer Erde nimmt bei normalem Druck die Verdunstung mit zunehmender Breite ab und ist in kalter Jahreszeit äußerst gering.  Niedere Temperaturen vermindern eben die Verdunstungsmöglichkeit überhaupt.  Daß man ferner Eis durch Einwirkung großer Kältegrade - etwa Einhüllen in Kohlesäureschnee und Äther - vollständig trocknen kann, so daß es beim Schlag Funken sprüht, ist durch den Versuch erwiesen.  Die Grenze der Trocknung ist eben auch die Grenze der Verdunstung, und daraus erhellt, daß Eis am Monde bei jener Tieftemperatur nicht verdunsten kann.  Solange eben keine Wärme frei wird, um den Schmelzprozeß einzuleiten, ist auch keine solche zur Verfügung, um die Verdunstung zu ermöglichen, selbst bei der Möglichkeit des Überspringens der mittleren Aggregatform.  Eis oder Schnee kann eben nur unter günstigen Voraussetzungen, wie wir sie am Monde niemals treffen, direkt verdunsten. 

Es ist auch noch nachzuweisen, daß die gewaltigen Eismassen, die die Mondgebirge bilden, schon infolge des Eigendrucks noch sehr wohl beständig sein können.  Die Last des Gletschereises hat ja, obgleich seinerzeit theoretisch angezweifelt, trotz des Druckes der Gletschermassen ebenfalls Bestand.  Für jede Atmosphäre Druckerhöhung sinkt der Schmelzpunkt des Eises um 0,0075° C.  Eine Atmosphäre entspricht dem Druck einer Wassersäule von 10 Meter, oder was dasselbe ist, in Ansehung des spezifischen Gewichtes des Eises, einer Eissäule von 12 Meter.  Die Ringgebirge Curtius am Monde erheben sich mit 8000 Metern über der Innenfläche.  Um Eis um 5° zu erniedrigen, bedarf es eines Drucks von 667 Atmosphären oder einer Eissäule von 8138 Metern.  Eine Eissäule von 200 Kilometer Ausdehnung würde erst eine Temperaturerhöhung von 125° infolge des Drucks mit sich bringen.  Dann aber ist noch auf die Regelation des Eises aufmerksam zu machen.  Sehr kalter, pulvriger Schnee läßt sich bekanntlich durch Druck mit der Hand schwer zu einem festen Ballen zusammenpressen.  Nasser Schnee schon leichter.  Zwei etwas geebnete Eisstücke gegenseitig aneinandergedrückt, bilden ein festes jetzt zusammengefrorenes Eisstück, und zwar gefrieren sie um so besser zusammen, je stärker sie gedrückt werden.  Auf dem Gletscher ist doch der Vorgang der, daß das Eis gepreßt wird und das zwischen dem Eis befindliche Wasser entweicht, gefriert, neues Eis bildet, während dafür gepreßtes Eis fortschmilzt.  Man beachte aber, daß es um Eis von 0° C handelt.  Das ist auch die Erklärung für die Plastizität des Eises, aber nur unter Druck.  Durch Druck läßt sich z. B. eine Eiskugel leicht in eine solche von Eiform verwandeln.  Bei Dehnung, d. h. Aufhören des Drucks verhält sich das Eis ganz anders.  Eis ist dann so zerbrechlich wie Glas.  Also Sprödigkeit, Zerbrechlichkeit und seine Fähigkeit, wieder zusammenzufrieren, sind nicht zu übersehen.  Letztere Tatsache erlaubt es ihm, die Form ohne ungünstige Beeinflussung seiner Beständigkeit zu wechseln.  Diese Eigenschaften sind dem Eis mit auf den Weg gegeben, weil ja schon das Wasser eine eigentümliche Ausnahme in bezug auf Ausdehnung macht.  Sein Molekularverband hat noch im flüssigen Zustand die größte Dichte, während wir die Grenzwerte der Volumenänderung der Metalle selbst bis heute nicht kennen, denn die Längenschwindmaße sind wegen der Schwierigkeit der Anstellung solcher Versuche nicht vollständig ermittelt.

Julius Trumpp


(Aufsatzquelle: Monatsheft "Schlüssel zum Weltgeschehen", S. 167-172, Heft 5, Jahrg. 1927, R. Voigtländers Verlag-Leipzig)