Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Gletscher gleiten

10.01.2019

Der Jülicher Physiker Bo Persson hat eine Theorie zum Gleiten von Gletschereis auf felsigem Boden vorgestellt. Sie beschreibt unter anderem den Einfluss, den wassergefüllte Hohlräume zwischen Eis und Untergrund auf die Gleitgeschwindigkeit haben. Glaziologen könnten mit Perssons Theorie künftig die Computermodelle verbessern, mit denen sie das Fließtempo und das Abschmelzen der Gletscher vorhersagen. Erschienen ist die Arbeit des Jülicher Wissenschaftlers im Journal of Chemical Physics.

Die Gletscher in den Randregionen Grönlands und der Antarktis haben ihr Fließtempo in den letzten Jahrzehnten deutlich erhöht. Sie transportieren mehr Eis in die angrenzenden Ozeane und tragen damit zum Anstieg des Meeresspiegels bei.


Foto vom 79 N Gletscher, Grönland, aufgenommen 2016 während eines Erkundungsfluges des Polarforschungsflugzeugs Polar 6 des Alfred-Wegener-Instituts.

Julia Christmann / AWI


Dr. Bo Persson

Forschungszentrum Jülich / Sascha Kreklau

Wissenschaftler weltweit versuchen mit Computermodellen vorherzusagen, wie sich künftig der Klimawandel auf Gletscher und Meeresspiegel auswirken wird.

Je genauer die Modelle die physikalischen Vorgänge beim Fließen der Gletscher nachvollziehen können, desto zuverlässiger sind die Ergebnisse der Computersimulationen.

Doch bislang gibt es einige offene Fragen. So ist etwa bislang nicht genau bekannt, wie sich die Unebenheiten des Felsbettes auf die Reibung der darüber liegenden Eisschichten und damit auf das Fließen des Gletschers auswirken.

Bo Persson vom Jülicher Peter Grünberg Institut hat nun einen Beitrag zum grundlegenden Verständnis des Gleitvorgangs geliefert. Dabei nutzte er eine Theorie der Kontaktmechanik, die er selbst entwickelt und bereits erfolgreich angewendet hat.

Zugleich berücksichtigte er Arbeiten anderer Wissenschaftler aus den 1970er-Jahren, die sich beispielsweise mit dem Phänomen der Regelation beschäftigt hatten: Aufgrund seiner besonderen chemischen Struktur kann Eis schmelzen, wenn sich der Druck darauf erhöht und wieder gefrieren, wenn er abnimmt.

Besonders bedeutsam an dem neuen mathematischen Modell: „Es zeigt, dass Hohlräume entstehen, wenn Gletscher mit typischer Geschwindigkeit über den Untergrund gleiten“, so Persson. „Bei Gletschern, die 1000 Meter und höher sind, wie etwa an den Polkappen, liegt die Temperatur des Eises am Gletscherboden am Schmelzpunkt.

Grund dafür ist die geothermische Wärme aus dem Erdinneren, die nicht nach oben hin abgeleitet werden kann – das Eis ist zu dick. Dadurch füllen sich die Hohlräume mit Wasser. Das bildet nicht nur eine Art Schmierfilm zwischen Gletscher und Untergrund, wodurch sich die Reibung verringert, es presst gegen die darüber liegenden Eisschichten und trägt so einen Teil der Gletschermasse mit: Der Gletscher gleitet schneller.“

Die Gleitgeschwindigkeit, die der Forscher mit seinem Modell berechnet hat, entspricht den Werten, die man in der Natur beobachtet. Das ist ein wichtiges Indiz dafür, dass Perssons Modell die Realität gut wiedergibt. Prinzipiell ist die Grenzfläche zwischen Eis und Felsboden für die Forschung nur schwer zugänglich, da der Gletscher darüber liegt.

Persson stieß bei einem Workshop des Alfred-Wegener-Instituts, des Helmholtz-Zentrums für Polar- und Meeresforschung, auf die Fragestellungen der Glaziologen. Er beschäftigt sich seit über zwanzig Jahren mit der Reibung und verwandten Phänomenen, allerdings zunächst bei ganz anderen Objekten: Es ging um die Wechselwirkungen zwischen Reifen und Straßen.

Später erforschte Persson unter anderem die Physik beim Schmieren von Gummidichtungen oder die Reibung auf Eis. Erst vor kurzem hat er die Gleitreibung eines Fingers auf haptischen Touchscreens theoretisch beschrieben. Wesentlich ist stets, dass man beim Kontakt zwischen zwei Objekten die Rauigkeit der jeweiligen Flächen auf verschiedenen Längenskalen berücksichtigen muss, vom tausendstel Millimeter bis zum Meter.

Bei den Gletschern ist die Rauigkeit des Felsuntergrundes beispielsweise für das Phänomen der Regelation verantwortlich: Das wechselnde Schmelzen und Frieren des Eises beruht auf lokalen Druckschwankungen, die wiederum durch die Bodenunebenheiten hervorgerufen werden. Persson erläutert das Phänomen anhand einer Bodenwelle:

„Der sich bewegende Gletscher drückt das Eis von einer Seite gegen diese Bodenwelle. Bei höherem Druck genügt jedoch schon eine geringere Temperatur als üblich, um die Kristallstruktur des Eises aufzubrechen und es somit zum Schmelzen zu bringen.“ Auf der anderen Seite der Bodenwelle sei der Druck des Gletschers dagegen herabgesetzt und der Schmelzpunkt des Eises erhöhe sich.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Bo Persson
Peter Grünberg Institut, Quanten-Theorie der Materialien (PGI-1)
Forschungszentrum Jülich
Tel.: 02461 61-5143
E-Mail: b.persson@fz-juelich.de

Originalpublikation:

Ice friction: Glacier sliding on hard randomly rough bed surface, B.N.J. Persson, J. Chem. Phys. 149, 234701 (2018); DOI:10.1063/1.5055934
https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5055934

Weitere Informationen:

http://www.fz-juelich.de/portal/DE/Presse/Pressemitteilungen/2019/2019-01-07-gle... - Pressemitteilung des Forschungszentrums Jülich
https://publishing.aip.org/publishing/journal-highlights/new-model-ice-friction-... - Artikel des American Institute of Physics über die Veröffentlichung: A New Model of Ice Friction Helps Scientists Understand How Glaciers Flow

Dipl.-Biologin Annette Stettien | Forschungszentrum Jülich

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Wissenschaftler entdecken neue Formen von Feldspat
01.06.2020 | Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY

nachricht Aufwärts mit dem „Blasen-Taxi“: Mikroorganismen vom Meeresgrund mischen in der Wassersäule bei Methanumsatz mit
27.05.2020 | Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Neuartiges Covid-19-Schnelltestverfahren auf Basis innovativer DNA-Polymerasen entwickelt

Eine Forschungskooperation der Universität Konstanz unter Federführung von Professor Dr. Christof Hauck (Fachbereich Biologie) mit Beteiligung des Klinikum Konstanz, eines Konstanzer Diagnostiklabors und des Konstanzer Unternehmens myPOLS Biotec, einer Ausgründung aus der Arbeitsgruppe für Organische Chemie / Zelluläre Chemie der Universität Konstanz, hat ein neuartiges Covid-19-Schnelltestverfahren entwickelt. Dieser Test ermöglicht es, Ergebnisse in der Hälfte der Zeit zu ermitteln – im Vergleich zur klassischen Polymerase-Ketten-Reaktion (PCR).

Die frühe Identifikation von Patienten, die mit dem neuartigen Coronavirus (SARS-CoV-2) infiziert sind, ist zentrale Voraussetzung bei der globalen Bewältigung...

Im Focus: Textilherstellung für Weltraumantennen startet in die Industrialisierungsphase

Im Rahmen des EU-Projekts LEA (Large European Antenna) hat das Fraunhofer-Anwendungszentrum für Textile Faserkeramiken TFK in Münchberg gemeinsam mit den Unternehmen HPS GmbH und Iprotex GmbH & Co. KG ein reflektierendes Metallnetz für Weltraumantennen entwickelt, das ab August 2020 in die Produktion gehen wird.

Beim Stichwort Raumfahrt werden zunächst Assoziationen zu Forschungen auf Mond und Mars sowie zur Beobachtung ferner Galaxien geweckt. Für unseren Alltag sind...

Im Focus: Biotechnologie: Enzym setzt durch Licht neuartige Reaktion in Gang

In lebenden Zellen treiben Enzyme biochemische Stoffwechselprozesse an. Auch in der Biotechnologie sind sie als Katalysatoren gefragt, um zum Beispiel chemische Produkte wie Arzneimittel herzustellen. Forscher haben nun ein Enzym identifiziert, das durch die Beleuchtung mit blauem Licht katalytisch aktiv wird und eine Reaktion in Gang setzt, die in der Enzymatik bisher unbekannt war. Die Studie ist in „Nature Communications“ erschienen.

Enzyme – in jeder lebenden Zelle sind sie die zentralen Antreiber für biochemische Stoffwechselprozesse und machen dort Reaktionen möglich. Genau diese...

Im Focus: Biotechnology: Triggered by light, a novel way to switch on an enzyme

In living cells, enzymes drive biochemical metabolic processes enabling reactions to take place efficiently. It is this very ability which allows them to be used as catalysts in biotechnology, for example to create chemical products such as pharmaceutics. Researchers now identified an enzyme that, when illuminated with blue light, becomes catalytically active and initiates a reaction that was previously unknown in enzymatics. The study was published in "Nature Communications".

Enzymes: they are the central drivers for biochemical metabolic processes in every living cell, enabling reactions to take place efficiently. It is this very...

Im Focus: Innovative Sensornetze aus Satelliten

In Würzburg werden vier Kleinst-Satelliten auf ihren Start vorbereitet. Sie sollen sich in einer Formation bewegen und weltweit erstmals ihre dreidimensionale Anordnung im Orbit selbstständig kontrollieren.

Wenn ein Gegenstand wie der Planet Erde komplett ohne tote Winkel erfasst werden soll, muss man ihn aus verschiedenen Richtungen ansehen und die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Gebäudewärme mit "grünem" Wasserstoff oder "grünem" Strom?

26.05.2020 | Veranstaltungen

Dresden Nexus Conference 2020 - Gleicher Termin, virtuelles Format, Anmeldung geöffnet

19.05.2020 | Veranstaltungen

Urban Transport Conference 2020 in digitaler Form

18.05.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Wie sich Nervenzellen zum Abruf einer Erinnerung gezielt reaktivieren lassen

29.05.2020 | Biowissenschaften Chemie

Wald im Wandel

29.05.2020 | Agrar- Forstwissenschaften

Schwarzer Stickstoff: Bayreuther Forscher entdecken neues Hochdruck-Material und lösen ein Rätsel des Periodensystems

29.05.2020 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics