Materialspannungen Darum singen die Seen im Winter

“Leise rieselt der Schnee, still und starr ruht der See“, heißt es in einem bekannten Weihnachtslied. Ein schönes Bild. Es stimmt nur nicht ganz. Gerade im Winter gibt der zugefrorene See Geräusche von sich. Manche würde sogar sagen: Der See singt. MDR Wissen Redakteurin Karolin Dörner hat gelauscht.

Ein Mensch mit einer brennenden Stirnlampe steht in der Abenddämmerung auf einem zugefrohrenen See
Bildrechte: MDR/Holger Lieberenz

Dass Eis Geräusche von sich gibt, das weiß jeder, der schon einmal einen Eiswürfel in ein Getränk geworfen hat. Es knistert, es knackt. Und im Großen passiert das auch auf unseren zugefrorenen Seen. Ralf Ludwig, Professor für Physikalische Chemie an der Uni Rostock, erklärt, dass das auf Materialspannungen im Eis zurückzuführen ist.

Wir kennen da Beispiele, wenn wir auf eine Eisfläche gehen beispielsweise und da wird Druck ausgeübt wird, dann knistert und knackt es. Oder von Eiswürfeln, die aus dem Gefrierschrank kommen und sehr kalt sind und dann in die warme Flüssigkeit geworfen werden und dann Materialspannungen aufgrund des hohen Temperaturunterschieds ausgesetzt sind - und diese thermischen Spannungen führen zu einem Knacken und Knistern.

Ralf Ludwig, Prof. für Physikalische Chemie

Spannungen entstehen beim zugefrorenen See in der Regel dadurch, dass über dem Eis meist kältere Temperaturen herrschen, als unter dem Eis. Oben die Luft ist frostig unter null Grad, unten das flüssige Wasser weist noch Plusgrade auf. Durch die unterschiedlichen Temperaturen dehnt sich das Wasser mal mehr, mal weniger stark aus. Das Eis spannt und zieht und reißt schließlich. Das alleine erklärt den Sing-Sang aber noch nicht.

Denn das brechende Eis eines Sees klingt nicht nur ungewöhnlich hoch, der Ton zieht sich auch nach oben oder unten, ein bisschen wie Pistolenschüsse aus Zeichentrickfilmen. Das hängt mit einer Anomalie des Wassers zusammen: Im Eis kann sich Schall viel schneller ausbreiten, als in der Luft. Je schneller sich Schall ausbreitet, umso höher nimmt das Ohr den Ton dann wahr.

Das heißt einfach nur, dass sich der Schall anders auf uns zubewegt, als das in anderen Festkörpern der Fall ist. Und wenn wir hohe Frequenzen haben, der Schall sich in hohen Frequenzen auf uns zubewegt, dann haben wir diesen hohen Pfeifton.

Ralf Ludwig, Prof. für Physikalische Chemie

Durch die große Eisfläche des Sees schießt also der Schall hin und her und am Hörer vorbei. Solch einen akustischen Effekt kennt man auch aus dem Straßenverkehr, wenn die Feuerwehr, der Krankenwagen oder die Polizei ihr Martinshorn anschalten.

Wenn sich der Feuerwehrwagen auf uns zu bewegt, hören wir höhere Frequenzen und wenn der Wagen sich von uns wegbewegt, hören wir geringere Frequenzen und genauso verhält es sich bei der Schallausbreitung im Eis.

Ralf Ludwig, Prof. für Physikalische Chemie

Dieser Effekt wird in der Physik Doppler-Effekt genannt. Er erklärt, warum sich der Ton auf dem Eis nach oben oder nach unten biegt, denn er bewegt sich am Hörer vorbei. Wer übrigens nicht so lange warten möchte, bis das Eis mal reißt, kann die Töne auch selbst hervorrufen und zwar mit einer Handvoll Steinen. Das Ganze funktioniert mit der gleichen Technik, mit der man im Sommer Steine über das Wasser springen lässt. Im flachen Winkel die Steine auf die Eisfläche werfen, dann singt der See.

Über das Thema berichtet MDR Aktuell im Radio | 25.01.2017 | 08:25