Zum Winter hin kühlt der Boden gegenüber der Atmosphäre aus. Eis im Bodenraum schafft trockenere und wasserreichere, kältere und wärmere Bereiche. Wachsende Eiskristalle lockern die Erde und fördern den Gasaustausch. Mildere Winter dürften Uffing kaum mehr gefrorenen Boden bringen, speziell unter Schnee, in besonnter Hanglage, vor Südwänden.

Temperatur und Wärme
Gefrieren erklärt sich aus Wärme (Energie) und Gefriertemperatur. Wasser gefriert oder siedet druckabhängig bei bestimmten Temperaturen. Diese wählte Anders Celsius (um 1740) als Fixpunkte seiner 100-teiligen Skala. Die Thermometer beruhten auf der wärmeabhängigen Änderung des Volumens von Quecksilber, Alkohol, auch der Luft. Aus diesem Zusammenhang versuchten Celsius und andere (u. a. Daniel Gabriel Fahrenheit) die Wärmemengen in Stoffen abzuleiten. Erst um 1850 war Wärme als eine Erscheinung von Energie geklärt.

Die Temperatur oder der Zustand von Wasser ändern sich mit dem Fließen von Energie. Die Wärmekapazität eines Stoffes gibt an, wie viele Joule (Einheit für Energie) in einem Kubikmeter (Boden) die Temperatur um einen Grad ändern. Die Wärmeleitfähigkeit ist gegeben durch die Anzahl Joule, die je Sekunde (J/s = Watt) durch einen Stoff fließen, wenn über eine Länge von einem Meter ein Temperaturgefälle von einem Grad besteht.

Boden und Wärme
Die Wärmekapazität von Eis ist bis zu 10-mal größer als die von Neuschnee, die von Gestein noch etwas größer. Dessen Wärmeleitfähigkeit übertrifft die des Neuschnees bis zu 25-mal. Eis und Gestein leiten Wärme gut aus dem Boden, besonders das Eis wegen seiner etwas geringeren Wärmekapazität. Neuschnee (viel eingeschlossene Luft) verzögert die Abkühlung des Bodens.

Wasser hat eine hohe Wärmekapazität. Sehr nasse lehmige Erde hat die doppelte Wärmekapazität von trockener, eine 6-mal höhere Wärmeleitfähigkeit als in trockenem Zustand. Austrocknen bedeutet den Wärmefluss zu drosseln.

Sehr nasse moorige Erde hat die 8-fache Wärmekapazität und 10-mal höhere Wärmeleitfähigkeit als im trockenen Zustand. Trockener Torf dient der Wärmedämmung. Unterschiedlich zusammengesetzter Boden (Steine, nasse oder trockene Erde, locker oder verdichtet) bedingt unterschiedliche Abkühlung im Herbst.

Die Gefriertemperatur
Im Wasser der Hohlräume (Poren) des Bodens sind stets anorganische und organische Stoffe gelöst. Je nach Chemie ist die Gefriertemperatur gegenüber reinem Wasser erniedrigt. Zwischen dem Porenwasser und seinen Begrenzungen treten molekulare Kräfte auf, u. a. die Erscheinungen der Kapillarität und Adhäsion (Kontaktwärme). Je enger die Poren, umso stärker wirken diese Drücke und umso tiefer liegt die Gefriertemperatur. Wasser in den weitesten Poren, unter sonst gleichen Bedingungen, gefriert zuerst, in den engsten Hohlräumen zuletzt. Die Vorstellung einer geschlossen in den Boden eindringenden Frost-Front trifft kaum zu.

Wenn Wasser gefriert, wird Bewegungsenergie der Moleküle als Gefrierwärme abgegeben. Diese Wärme muss, soll das Gefrieren fortschreiten, an eine Wärmesenke (Atmosphäre) abgegeben werden. Dabei ist die Wärmeleitung (Eis, Steine) wesentlich.

Die Umverteilung von Wasser
Der Druck von Wassermolekülen, die flüssige Oberfläche als Dampf zu verlassen, ist größer als an einer Eisfläche. Der Dampfdruck ist daher zum Eis gerichtet. Es verdampft flüssiges Wasser von wärmerem und feuchterem Bodenraum. Dieser wird trockener, weil Verdampfungswärme entzogen wird, auch kälter. Die Wärmeleitfähigkeit nimmt mit der Feuchte ab. Dampf reichert sich an kaltem Bereich, insbesondere an Eis an, kondensiert oder gefriert. Die dabei auftretende Wärme wird von schon bestehendem Eis gut abgeleitet.

Die Dichte von Eis beträgt 920 kg/m³, die von flüssigem Wasser 1 Tonne. Die Zunahme des Volumens beim Gefrieren spannt den Boden. Zusätzlich wirken Adhäsions- und Kapillarkräfte der Porenwände. Die Verfügbarkeit von flüssigem Wasser unterwegs zum Eis, Wärmeleitung und Abkühlung an die Atmosphäre bestimmen das Ansammeln von Eis. Da in Kies Kapillarwasser kaum aufsteigen kann, bleibt hier Frosthebung aus oder gering. Das Hochgefrieren von Steinen beruht auf deren gegen das übrige Bodenmaterial guten Wärmeleitung, sodass sich unter Steinen bevorzugt hebendes Eis bildet.

Die Umgebung wachsender Eiskristalle trocknet aus. Bodenpartikel werden zusammengezogen (Schrumpfung) und Aggregate gebildet. Verschwindet das Schmelzwasser schnell in weite Poren oder in die Luft, so zerfallen die Aggregate. Der Boden wird gelockert, für Gase geöffnet. Diese biologische bedeutsame Wirkung von Frost im Boden wird Frostgare genannt.

Reinhard Mook

(veröffentlicht in Hoagart 18 | Januar 2026, siehe unten, Seite 49)

Januar 2026