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Wann bricht das Eis auf dem See?

Damit eine Eisdecke freigegeben werden kann, müssen diese Bedingungen erfüllt sein.

Im Februar 2012 war der Pfäffikersee das letzte Mal zugefroren und für die Bevölkerung freigegeben.
Im Februar 2012 war der Pfäffikersee das letzte Mal zugefroren und für die Bevölkerung freigegeben.
Arnd Wiegmann, Reuters

Die Kältewelle dauert an, die Seen und Weiher im Kanton Zürich könnten bald gefrieren. Gemäss dem aktuellen Eisbulletin der Kantonspolizei Zürich waren bis Freitag zwar noch alle Seen gesperrt. Laut Peter Hauser, in Pfäffikon zuständig für die Beurteilung der Eisdecke auf dem See, ist der Pfäffikersee derzeit noch nicht einmal am Rand gefroren.

Die Wetteraussichten bleiben allerdings frostig. Laut Urs Graf, Meteorologe bei Meteo Schweiz, könnte es gerade beim Pfäffikersee schnell gehen. Dieser mittelgrosse See braucht kumuliert 120 Kältegrade, bis er einfriert. Dabei werden die negativen Tagesmittelwerte der Lufttemperaturen aufsummiert. Bisher liegt er bei 105 Kältegraden. Bleibt es also noch einmal drei Tage durchschnittlich –5 Grad kalt, ist in Pfäffikon die nötige Summe beisammen. Etwas länger könnte es laut Graf noch beim Greifensee dauern, der erst 80 von 130 Kältegraden erreicht hat. Dass der Zürichsee dieses Jahr einfriert, ist dagegen illusorisch. Er braucht 320 kumulierte Kältegrade und steht erst bei 75.

Wie ist die Eisdecke aufgebaut?

Bis der Pfäffikersee aber begehbar sein wird, braucht es je nach Bedingungen noch ein paar weitere Kältetage. Generell wächst die Eisschicht im Kern gleichmässig, sofern es keine Störungen durch Wind oder Niederschlag gibt. Solches Kerneis, manchmal auch Schwarz- oder Klareis genannt, ist die tragfähigste Eisdecke. Bei tiefen Temperaturen und gleichzeitigem Schneefall kann das Wasser auch aus Schneematsch zu Schneeeis gefrieren, oder es entsteht sogenanntes Sandwicheis aus mehreren Schichten (siehe Grafik). Diese Schichten sind bedeutend weniger tragfähig als Schwarzeis. Laut Peter Hauser gibt Pfäffikon den See erst frei, wenn das Kerneis mindestens 12 Zentimeter dick ist. Liegt noch Schnee oder Harsch auf dem Eis, rechnet Hauser je nach Beschaffenheit des Eises mit 20, manchmal 25 Zentimeter Dicke für eine Freigabe.

Welche Belastungen sind möglich?

Das Eis kann wie ein Floss zusätzliche Lasten tragen, weil es leichter als Wasser ist. Das Gewicht der maximal tragbaren Last entspricht dem Gewicht das Wassers, das durch das Hinunterdrücken des Eises verdrängt wird, und errechnet sich in erster Linie aus der Eisdicke sowie den Dichten von Eis (917 Kilogramm pro Kubikmeter) und Wasser (1000 Kilogramm pro Kubikmeter). Als Faustregel gilt, dass eine 83 Kilogramm schwere Person bei 10 Zentimeter Eisdicke eine Fläche von mindestens 10 Quadratmetern benötigt. Befinden sich mehrere Personen auf dem Eis, braucht es eine entsprechend grosse Fläche. Der mittlere Abstand zweier erwachsener Personen auf einer 10 Zentimeter dicken Eisschicht sollte deshalb 3–3,5 Meter betragen, bei einer 20 Zentimeter dicken Schicht immer noch 1,5–1,7 Meter.

Während der Seegfrörni des Zürichsees im Jahre 1963 war die Eisschicht etwas über 10 Zentimeter dick. Der ETH-Forscher Hans Röthlisberger berechnete damals die zulässige Totalbelastung für das unterste Zürichseebecken, einer Fläche von etwa einem Quadratkilometer. Laut Röthlisberger hätten sich über diese Fläche verteilt über 100’000 Zürcher gleichzeitig auf dem Eis tummeln können, ohne dass es gebrochen wäre; die zulässige Totalbelastung betrug 8,3 Millionen Kilogramm.

Wie kann das Eis brechen?

Ist die Belastung zu hoch oder dünnt das Eis aus, kann es in verschiedenen Stufen brechen. Die Grenzbelastung errechnet sich in Abhängigkeit der Eisdicke aus einer komplizierten Formel, in der auch die Dichte von Wasser und die Elastizität des Eises einfliessen. Die ersten Risse bilden sich an der Eisunterfläche vom Zentrum der Last sternförmig aus, sogenannte Radialrisse. Diese sind eigentlich noch ungefährlich. Steigt die Belastung aber an, entstehen an der Eisoberkante rechtwinklige Tangentialrisse, die sich zu einem mehr oder weniger konzentrischen Ringriss zusammenschliessen können. Jetzt wird es gefährlich, weil das Eis ohne zusätzliche Belastung brechen kann. Beginnende Überlastungen kündigen sich oft mit krachenden, knallartigen Geräuschen an. Dann ist es höchste Zeit, den Bereich sofort zu verlassen.

Wie prüft der Eismeister das Eis?

Im Kanton Zürich sind die Anrainergemeinden für die Freigabe von eisbedeckten Seen zuständig. Wenn der See erst am Einfrieren ist, schwingt die dünne Eisdecke beim Betreten spürbar mit. Für eine ernsthafte Messung ist es noch zu früh. Erst wenn das Eis tragfähig ist, bohren die Eismeister an verschiedenen Stellen durch und messen die Dicke. «Dies machen wir an verschiedensten Stellen im See», sagt Peter Hauser. «Denn das Eis ist nie überall gleich dick.» Kurz vor der Freigabe der Eisfläche werden unter Beizug der Experten der Seepolizei Stücke des Eises herausgesägt und dessen Beschaffenheit untersucht. Bei der Seegfrörni 1963 fand vor der Freigabe, die damals am 30. Januar erfolgte, sogar ein Belastungstest mit 7 gefüllten 200-Liter-Fässern statt, berichtete damals der ETH-Ingenieur Hans Röthlisberger. Das damals 11,35 Zentimeter dicke Eis hielt der Belastung von über 1000 Kilogramm auf einer Kreisfläche mit einem Durchmesser von 1,2 Metern über 3 Stunden stand, das Seebecken konnte freigegeben werden.

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