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Kann das
Mondeis bestehen? |
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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) |
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