Coole Kugeln : Seifenblasen gefrieren nach dem Schneekugeleffekt

Seifenblasen sind an sich schon faszinierend. Wirklich außergewöhnlich ist jedoch die Art und Weise, wie sie binnen Sekunden gefrieren.

Seifenblasen gefrieren auf einzigartige Weise, wie sich mit einer Hochgeschwindigkeitskamera beobachten lässt.
Seifenblasen gefrieren auf einzigartige Weise, wie sich mit einer Hochgeschwindigkeitskamera beobachten lässt.Foto: Farzad Ahmadi, Christian King/Nature Communications

Wenn Seifenblasen gefrieren, wachsen zunächst auf ihrer Oberfläche verteilt Eiskristalle. Die Kristalle werden immer größer, bis die komplette Blase vereist ist. Dieser „Schneekugel-Effekt“ sieht schön aus, ist aber auch ungewöhnlich – Tropfen oder Pfützen erstarren von einer Seite her.

Um den Effekt zu untersuchen, setzte ein Forscherteam um Jonathan Boreyko von der Virginia Tech University in Blacksburg eine Seifenblase in einem minus 18 Grad kalten, begehbaren Gefrierschrank auf einen ebenso kalten Untergrund. Den Gefriervorgang erfassten sie mit einer Hochgeschwindigkeitskamera. Im Fachblatt „Nature Communications“ beschreiben sie, was passierte. Demnach fließt die Seifenflüssigkeit, sobald sie den kalten Untergrund berührt, auf der Blasenoberfläche nach oben. Nach etwa einer Sekunde erscheinen winzige Eiskristalle und werden von der aufsteigenden Flüssigkeit mitgerissen.

Das Gefrieren mit der Hochgeschwindigkeitskamera gefilmt

Hunderte dieser Kristalle wirbeln schließlich wild auf der Seifenblasenoberfläche umher – das nennen die Forscher den Schneekugel-Effekt. Nach ein paar Sekunden verschwinden die aufsteigenden Schwaden und die Kristalle werden immer größer. Sie verbinden sich, bis die komplette Blase nach etwa zehn Sekunden gefroren ist.

Doch wie entstehen die aufsteigenden Schwaden, die letztlich für den Schneekugel-Effekt verantwortlich sind? Den Forschern zufolge ist der „Marangoni-Effekt“ die Ursache, ausgelöst durch Gefrierwärme. Diese Wärme wird freigesetzt, wenn die Seifenblase beginnt, am kalten Untergrund zu gefrieren.

Der Marangoni-Effekt entsteht unter anderem bei Flüssigkeiten mit Temperaturunterschieden. Das ist bei der Seifenblase der Fall, weil durch die Gefrierwärme der untere Teil der Blase wärmer geworden ist. Höhere Temperatur bedeutet eine niedrigere Oberflächenspannung. Die Flüssigkeit fließt von unten – dem wärmeren Bereich mit niedrigerer Oberflächenspannung – nach oben zum kühleren Bereich mit höherer Oberflächenspannung.

Und noch etwas haben die Forscher herausgefunden: Die Eiskristalle entstehen nicht einfach auf der Blasenoberfläche. Sie bilden sich an der Kontaktfläche zwischen Untergrund und Seifenblase und werden von dort - noch winzig klein - durch den Marangoni-Effekt mit nach oben gerissen. Die Wissenschaftler beschreiben das Gefrieren von Seifenblasen als von Grund auf verschieden von dem bei Flüssigkeiten mit Volumen. Simone Sachseder, dpa

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