"Schneekugel-Effekt" Forscher lösen Rätsel der gefrierenden Seifenblasen

Wenn Seifenblasen einfrieren, sausen die Eiskristalle zunächst wild über die Kugeloberfläche. Das Phänomen heißt "Schneekugel-Effekt". Forscher haben nun herausgefunden, was die Partikel zum Tanzen bringt.
"Schneekugel-Effekt" im Zeitraffer: Der Marangoni-Effekt lässt die Kristalle umhersausen

"Schneekugel-Effekt" im Zeitraffer: Der Marangoni-Effekt lässt die Kristalle umhersausen

Foto: Farzad Ahmadi and Christian Kingett/ DPA

Es sieht schon merkwürdig aus: Beim Einfrieren von Seifenblasen wachsen zunächst auf ihrer Oberfläche verteilt Eiskristalle. Die Kristalle werden immer größer, bis die komplette Blase vereist ist. Dieser "Schneekugel-Effekt" sieht zum einen sehr schön aus, ist in der Natur aber sehr ungewöhnlich - Tropfen oder Pfützen erstarren normalerweise von einer Seite her. Nun haben Forscher untersucht, warum das bei Seifenblasen anders ist.

Dazu setzten sie eine Seifenblase in einem minus 18 Grad kalten, begehbaren Gefrierschrank auf einen ebenso kalten Untergrund, wie sie im Fachmagazin "Nature Communications" berichten . Mit einer Hochgeschwindigkeitskamera filmten sie, wie die Blase einfror (siehe Video unten).

Die Aufnahme zeigt etwas Erstaunliches: Sobald die Seifenblase den Untergrund berührt, fließt die Seifenflüssigkeit auf der Oberfläche der Blase nach oben. Nach etwa einer Sekunde erscheinen winzige Eiskristalle und werden von der aufsteigenden Flüssigkeit mitgerissen. Hunderte dieser Kristalle wirbeln schließlich wild auf der Seifenblasenoberfläche umher - das nennen die Forscher den Schneekugel-Effekt.

VIDEO: GEFRIERENDE SEIFENBLASE

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Nach ein paar Sekunden ist die aufsteigende Seifenflüssigkeit jedoch nicht mehr zu sehen, und die Eiskristalle werden immer größer. Sie verbinden sich, bis die komplette Blase nach etwa zehn Sekunden gefroren ist. Steigt keine Seifenflüssigkeit mehr auf, endet der "Schneekugel-Effekt". Doch warum bewegt sich die Seifenflüssigkeit zu Beginn überhaupt nach oben?

Kristalle sammeln sich oben

Die Forscher machen den sogenannte Marangoni-Effekt verantwortlich, der entsteht, wenn sich Temperaturunterschiede in Flüssigkeiten ausbilden. Bei den Seifenblasen ist das der Fall, wenn sie am kalten Untergrund festfrieren. Weil sie dabei ihren Aggregatzustand von flüssig zu fest ändern, werden sie unten etwas wärmer, es entsteht sogenannte Gefrierwärme.

Durch die höhere Temperatur nimmt die Oberflächenspannung unten ab. Die Flüssigkeit fließt vom wärmeren Bereich mit niedrigerer Oberflächenspannung zum kühleren Bereich mit höherer Oberflächenspannung - also von unten nach oben.

Die Kristalle entstehen im unteren Teil der Seifenblase

Die Kristalle entstehen im unteren Teil der Seifenblase

Foto: Farzad Ahmadi and Christian Kingett/ DPA

Gleichzeitig stellen die Forscher fest, dass sich im unteren Teil der Kugel auch die Eiskristalle entwickeln. Statt sich zufällig auf der Blasenoberfläche auszubilden, entstehen sie dort, wo die Seifenblase auf den Untergrund trifft. Zunächst sind sie noch winzig klein und werden dann durch den Marangoni-Effekt nach oben gerissen.

Der Vorgang unterscheide sich damit von Grund auf von der Art und Weise, auf die Flüssigkeiten in anderen Formen gefrieren.

jme/dpa
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