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Tragfähigkeit von Gletschereis Gletscher

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Specialised paper
Biology

University, School

Friedrich-Gymnasium Wien

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2012 Hasler

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Vorlesung Gletscherkunde Inhaltsübersich­t 1. Definition und Wesen der Gletscherkunde 2. Geschichte der Gletscherkunde 3. Literatur 4. Entstehung und Struktur des Gletschereises 4.1 Begriffsdefinit­ion­en: Schnee-Firn-Eis­-Gl­etscher 4.1.1 Definition und Name „Gletsche­r&#­8220; 4.1.2 Schnee-Firn-Eis 4.2 Die Metamorphose vom Schnee zum Gletschereis 4.3 Struktur des Gletschereises 4.4 Gefügeelemente des Gletschereises 4.4.1 Schichtung 4.4.2 Bänderung und Blätterung 4.4.3 Sparren 4.4.4 Scherflächen 4.5 Fremdeinschlüss­e im Eis 5. Schneegrenzbegr­iff­e 5.1 Begriffe und Definitionen 5.2 Methoden der Schneegrenzbest­imm­ung 6. Der Massenhaushalt 6.1 Allgemeines 6.1.1 Die Komponenten des Massenhaushalte­s 6.1.2 Grundbegriffe des ‚Massenha­ush­altes 6.2 Methoden zur Bestimmung des Massenhaushalte­s 6.2.1 Die geodätische Methode 6.2.2 Die hydrologisch-me­teo­rologisc­he Methode 6.2.3 Die direkte glaziologische Methode 7. Gletscherverhal­ten­ und Witterung 7.1 Allgemeines 7.2 Klimafaktoren des Gletscherhausha­lte­s 8. Das Verhalten der Gletscher in den letzten Jahrhunderten 8.1 Der „neuzeitl­ich­e Hochstand“­ 8.2 Die Entwicklung seit Mitte des 19. Jahrhunderts 8.3 Der 1980er Vorstoß 8.4 Die Entwicklung seit 1980 8.5 Entwicklungen außerhalb Europas 9. Die Gletscherbewegu­ng 9.1. Allgemeines 9.2. Entwicklungen

Einleitung und Entstehung des Gletschers

Wahrscheinlich hat sich jeder von uns einst gefragt ''Was ist ein Gletscher überhaupt und wie entsteht er?''

Hier die Antwort:

Ein Gletscher ist eine große Schnee-, Firn- und Eismasse.

Niederschlag fällt in Form von Schnee auf die Erdoberfläche. Die Sonne scheint auf die Eisdecke und es entsteht Nassschnee. Nachts gefriert der Nassschnee wieder. Im Laufe des Tages lösen sich Taue und gefrieren wieder ab.

Tag für Tag wiederholt sich dieser Vorgang. Eis entsteht auch unter Druck, wenn Schnee auf die alte Schneedecke fällt und in großer Menge ein beträchtliches Gewicht besitzt. Aus dem Schnee entsteht dann körniges Eis.


(Quelle:


Gletscher bestehen aus einem Nährgebiet und einem Zehrgebiet. Der Gletscher geht unterhalb der Schnee- oder Firnlinie in das Zehrgebiet über, wo mehr Eis schmilzt, als entsteht.

Kurz gefasst: Gletscher entstehen über viele Jahrzehnte und Jahrtausende durch Verdichtung von Schnee.


"In den Alpen auf 3600 Metern dauert die Umwandlung von Schnee zu Eis fünf Jahre, auf 4300 Metern zehn bis 20 Jahre und mitten in der Antarktis knapp 2000 Jahre" [1]

Gletscher bewegen sich durch die Steigung am Berg, die Schwerkraft und ihr enormes Gewicht vom Nährgebiet zum Zehrgebiet. Das Eis schiebt sich am Meeresboden entlang. Dort verhakt es sich und es entstehen Spannungen. Dadurch bricht das vordere Eis ab und es bilden sich Risse und Spalten.


Darstellung der glazialen Detersion mit Geröllvorschub (Quelle: Wikipedia)

Eis bildet sich im Allgemein bei 0° C.

Bei 0° C hat es eine Dichte von 0,91 kg/l. Bei niedrigerer Temperatur dehnt sich das Eis aus, d.h. also, die Dichte nimmt ab.

Polareis hat bei den dort herrschenden Temperaturen eine geringere Dichte als ein Eiswürfel bei "nur" -10° C.

Nach der Definition entsteht aus Firn Gletschereis, wenn bei einer Dichte von 0,82 bis 0,85 g/cm² die Durchlässigkeit für Luft gleich Null wird.

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Tragfähigkeit von Gletschereis Gletscher
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Übt man Druck auf Eis aus, schmilzt es schneller als sonst.


Aufbau eines Gletschers

Ein Gletscher besteht aus einem Nähr- und einem Zehrgebiet.

Er besteht nicht nur aus Eis, sondern enthält auch Staub, Asche, Felsen und eingeschlossener Luft.


(Quelle:

Tragfähigkeit von Eisstraßen

Eisstraßen sind Verkehrswege, die über zugefrorene Flüsse, Seen oder Meeresgewässer führen. Sie sind in der Lage, Menschen und sogar schwere Fahrzeuge zu tragen.

Bei einer einzelnen Person ist eine Mindestdicke von 5 cm und bei Personengruppen 8 cm nötig.


Mit der ''Gold-Formel'' kann die Tragfähigkeit geschätzt werden.


P = 7,03*h² oder P = 7,03(h+½w)²

P = zulässige Belastungskapazität des Eises in kg (Das Gesamtgewicht des Fahrzeugs)

h = Dicke Blaueis (in cm)

w = Dicke weißes Eis (in cm) [2]


Tragfähigkeit von Gletschereis und Gletscherbrücken

Das Eis reagiert bei Belastung plastisch. Das heißt, dass das Eis bei Belastung eine Veränderung seiner Struktur erleidet. Das Abgleiten der Schichten in dem Eiskristall stellt also eine dauerhafte Verformung dar. Die Fließgeschwindigkeit eines Gletschers hängt auch von seiner Temperatur ab. Je kälter er ist, um so langsamer läuft auch die Verformung ab.


Durch die Bewegung entstehen an der Gletscheroberfläche zahlreiche Spalten und Risse. Dort, wo der Gletscher über Hindernisse wie Felsblöcke, die sich unter dem Eis befinden, fließt oder wenn der Untergrund steiler wird, reißt die Oberfläche schneller auf. Wo der Gletscher am schnellsten ist, also im Zentrum, entstehen Gletscherspalten.

Schmelzwasser bildet im Gletscher Kanäle, Rinnen und Schächte unter dem Eis, es vereinigt sich am Grund des Gletschers und tritt dann am Gletschertor wieder aus.


''Im Jahre 1932 haben sich zwei Herren namens Romanowicz und Honigmann aus Wien mit den Festigkeitskennwerten von Wassereis beschäftigt und kamen in Ihren Versuchen auf eine Zugfestigkeit von ca. 15 kg/cm² und eine Druckfestigkeit von ca. 34 kg/cm².


Mit diesen Kennwerten wäre es möglich, mit den Methoden der Statik und der Festigkeitslehre die Tragfähigkeit von Gletscherbrücken zumindest abzuschätzen. Dazu muss auf jeden Fall noch die Form, die Spannweite sowie der Querschnitt der Brücke an der schwächsten Stelle bekannt sein.''[3]


Besonders werden Berechnungsverfahren der Technischen Mechanik und der Baustatik verwendet. Dazu gehören vor allem graphische Verfahren, wie

ñder Mohrsche Spannungskreis zur Bestimmung der Komponenten des Spannungstensors

ñdas Seileckverfahren zur Bestimmung der Lage und Größe bei mehreren Kräften

ñder Cremonaplan zur Bestimmung der Lage der Stabkräfte in Fachwerken.

Hinzu kommen noch analytische Verfahren der Kraftgrößenmethode, wie

ñdas Rittersche Schnittverfahren zur Berechnung einzelner Stabkräfte in Fachwerken oder

ñdie Anwendung der Sätze von Castigliano zur Berechung der Auflagekräfte und Schnittreaktionen in statisch unbestimmten Tragwerken.


Widerstand des Körpers

Die Widerstandsfähigkeit kann ermittelt werden, wenn die Materialwerte bekannt sind.

ñder Größeneinfluss (auch durch den unterschiedlichen Einfluss von Materialfehlern bedingt)

ñder Oberflächeneinfluss (z.B. Rauheit oder Verfestigung der Oberfläche)

ñSonstige Randbedingungen wie z.B Temperatur (muss in Bereichsmodellen berücksichtigt werden), trockene Reibung oder aggressive Medien. [4]


Material

LabQuest, Force Plate, Maßstab, Holzstützen, 1 cm + 2 cm dickes Eis.


Versuchsaufbau

Primär haben wir die ca 14 cm dicke Eisplatte auf zwei Holzstützen, die im Abstand von 14 cm platziert waren, gestellt. Zunächst positionierten wir Massestücke auf das Eis. Es stellte sich fest, dass die Massestücke in das Eis hineinschmelzten, also legten wir eine Holzplatte unter die Massestücke. Das Eis brach nicht, da es viel mehr Gewicht aushält.


Um genaue Ergebnisse zu erzielen, wurde das LabQuest an das Force Plate angeschlossen und das nun 2 cm dicke Eis auf die Holzstützen gestellt (Abstand 14 cm). Mit langsam steigendem Druck wurde auf das Eis gedrückt, bis es brach.

Die Gewichtsverteilung ist wichtig und spielt daher eine große Rolle.


Maße:

Holzstützen: Länge 11 cm, Breite 2,5 cm, Höhe 2 cm

Eis 14 cm lang, 1 cm und 2cm dick, 8 cm breit

Holzstützen sind im Abstand von 14 cm platziert.

Druckflächen: 15,96 cm², 11,40 cm², 7,89 cm²


1 – Holzstützen

2 – Eis

3 – Holzbrett für die Druckverteilung

4 – Force Plate

Zu Versuch 2:

Das 1 cm dicke Eis brach bei 93 Newton (741,30 Pa).

Die Holzstützen waren Abstand von 14 cm platziert und die Druckfläche betrug

15, 96 cm².

Zu Versuch 7:

Bei 172 Newton (1371,17 Pa) brach das 1 cm dicke Eis.

Die Holzstützen waren im Abstand von 8 cm platziert und die Druckfläche betrug

15,96 cm².

-Ergebnis des


-Druck in PaVersuchs in NVersuchs-

nummerVersuchsreiheEis 1cmEis 2cmBesonderheiten1Druckverteilung51 N


184 N


1466,83 Pa-Holzstützen 14 cm

-Druckfläche

15,96 cm²2Druckverteilung93 N


741,30 Pa194 N

1546,55 Pa-Holzstützen 14 cm -Druckfläche 15,96 cm²3Zwischenraumgröße68 N

542,09 Pa168 N

1339,28 Pa-Holzstützen 14 cm -Druckfläche 7,89 cm²4Zwischenraumgröße145 N

1155,93 Pa

530 N

4225,12 Pa-Holzstützen 10 cm -Druckfläche 15, 96 cm ²5Zwischenraumgröße174 N

1387,11 Pa764 N

6090,56 Pa-Holzstützen 5 cm -Druckfläche 11,40 cm²6Zwischenraumgröße406 N

3236,60 Pa568 N

4528,06 Pa-Holzstützen 9 cm -Druckfläche 15,96 cm²7Das Eis liegt schief auf den Stützen 172 N

1371,17 Pa440 N

3507,65 Pa-Holzstützen 8 cm -Druckfläche 15,96 cm²8Zwischenraumgröße276 N

2200,25 Pa242 N

1929,20 Pa-Holzstützen 7 cm -Druckfläche 15,96 cm²9Zwischenraumgröße141 N

1124,04 Pa482 N

3842,47 Pa-Holzstützen 6 cm -Druckflähe 15,96 cm ²




Diagramm zu den Versuchen in Pascal

Fazit:

Da Risse und Spalten vom Neuschnee bedeckt werden, bilden sich Gletscherbrücken und die Tragfähigkeit kann somit nicht mehr genau berechnet, sondern nur ungefähr geschätzt werden.



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