Kammeis, Haareis
Needel ice, frost flowers


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01.11.2010

Wenn im Herbst der Frost kommt, passiert es einem gelegentlich, dass man beim Gehen über Wiesen, Moos, aber auch sandige Böden bei jedem Schritt mit kraschpeligem Geräusch in den leicht hochgefrorenen Boden einbricht. Wenn man nachforscht, findet man unter dem Bewuchs bzw. unter der obersten Sandschiicht Eis, das in Säulem hochgefroren ist. Wenn man Bewuchs bzw Sandschicht wegnimmt, kann man am nächsten Tag diese Eissäulen in erstaunlicher Formation direkt an der Oberfläche sehen. Man nennt diese Art Eis Kammeis.

When walking over frozen ground in autumn, one sometims breaks with crispy sound a few centimeters into the ground. One then finds ice under the grass or leaves or under a thin layer of sand, shaped into needle-like columns. This kind of ice is called needle ice.


Kammeis unter Moos.
Needle ice under moss.


Kammeis unter und zwischen Gras und Laub.
Needle ice under and between grass and leaves.

Schluffboden. Hier war die Humusschicht für den Bau eines Schuppens entfernt worden. Die Eissäulen können lang werden (ich habe bis 15 cm beobachtet, Wikipedia spricht von bis zu 30 cm) und wachsen manchmal über mehrere Tage. In dem Fall bekommen sie oft Knoten wie Bambusstöcke.

Silt soil. Here, the humous soil was removed in order to build a shed. The ice needles can grow fairly long, I have observed up to 15 cm. Sometimes they grow over several days. In this case they form nodes like bamboo rods.

Wie kommt das zustande? / What is the reason?


Wo sich Kammeis bildet, besteht der Boden aus Schluff (engl. silt), einem Material mit einer Körnigkeit zwischen Ton und Sand. Die Poren zwischen den Körnern sind so eng dass Grundwasser durch Kapillarkraft bis zur Oberfläche steigen kann. Wenn Frost ist, gefriert das Wasser im obersten Bereich der Poren. Von unten nachsteigendes Wasser lagert sich von unten an den sich bildenden Eisdeckel und schiebt ihn nach oben. So wachsen Säulen aus dem Boden. Typischerweise haben die Säulen einen Durchmesser von 1 bis 6 mm und bestehen aus einem Bündel von Eisfasern, gewachsen aus mehreren Poren.

Needle ice forms on silt soil, a material with grain sizes between sand and clay. The pores are narrow enough to lift ground water by capillary forces but not so narrow that water transport is hindered as in clay. When the air gets below 0° C, water freezes in the upper end of pores. Capillary water attaches from below, freezes and lifts the forming needles. Typical needle diameters are 1 to 6 mm and consist of a bunch of ice fibers, grown from neighboring pores.


Meistens liegt oberhalb des Schluffes gröberes Material, das keine Kapillarwirkung zeigt. Die Eissäulen bilden sich dann darunter und heben das gröbere Material an. Auch Laub, Moos und Gras kann angehoben werden. In diesem Fall bemerkt man das Kammeis oft gar nicht. Bei anhaltendem Frost liegt die Frostgrenze bald weiter unter der Oberfläche. Auch dort können sich Kammeis oder Eislinsen bilden, die den darüber liegenden Boden anheben: Es entstehen Frosthebungen.

Mostly, coarse material without capillary action lies above the silt soil. Then, needle ice is formed below and the coarse material is lifted. Also leaves, moss or grass may be lifted. In this case one usually doesn' t recognize the needle ice. When it is freezing continuously, the freezing level soon lies deep under the surface. Also there, needle ice may form and result in ice lenses which lift the ground. frost heaves are formed.


Hier ist der Boden auf einem Weg hochgefroren, ein etwas größerer Stein aber nicht. Der Stein ist etwa 15 cm lang.
Here the ground is lifted by needle ice, but a larger stone (about 15 cm long) is not.


Im Fall links lag die Frostgrenze oberhalb der Unterseite des großen Steines. Unter ihm hat sich kein Eis gebildet und hat ihn nicht gehoben. Wenn die Frostgrenze tiefer liegt, werden auch Steine mit angehoben.
In the left-hand case, the freezing level was above the lower face of the stone. Below it, no ice was formed and it was not lifted. When it freezes more deeply , also stones are lifted.


Eine Sonderform des Kammeises - oder ist es schon Haareis - an Bruchstücken von Dachziegeln, die auf einen Weg gekippt worden waren. Die Eishaare wachsen aus den voll Wasser gesaugten Poren des Ziegels. Poren gibt es vorzugsweise an den Bruchflächen, an den Ziegeloberflächen wachsen nur einzelne Büschel und Locken.
A special form of needle ice - or already frost flowers - on pieces of tiles. The ice "hairs" grow from the pores of the water sucked tile. The pores open preferentially towards the surfaces of fracture. On the former tile surfaces, only single bunches or curls are formed.

Haareis, Kantenlänge des Bildes etwa 6 cm. Solche oft mit Scheitel wachsenden Eishaare bilden sich aus den Poren von halb verrotteten Ästen, und zwar nicht an Bruchflächen sondern seitlich, dort wo die Rinde bereits abgefallen ist. Es ist möglich, dass winteraktive Pilze bei der Haareisbildung beteiligt sind.
Frost flowers (picture size about 6x6 cm). Such ice "hairs" grow from the pores of half rotten branches, but not from the fracture surfaces but on the side where the bark has already fallen down. It is possible that winter-active fungi are involved in frost flower formation.

Ich habe keine Erklärung dafür, warum Kammeis typischerweise in Faserbündeln (Säulen) wächst, während die Fasern auf Ziegeln oft und beim Hareis immer eizeln wachsen.
I have no explanation why needle ice typically grows in fiber bunches (forming columns) while the fibers from tiles and in frost flowers usually grow isolated.


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