Quelltext der Seite Frosttiefe

Die '''Frosttiefe''' beschreibt, wie weit der [[Frost]] in den [[Boden (Bodenkunde)|Untergrund]] aktuell eingedrungen ist. Die '''Frosteindringtiefe''' gibt den Wert an, der in einer Region maximal beobachtet wurde. 

Bodentemperaturen im oberflächennahen Bereich werden hauptsächlich von der Lufttemperatur und klimatischen Einflüssen vorgegeben. So ist es in Europa ganz natürlich, dass in der Winterjahreszeit im Boden auch Temperaturen unter dem Gefrierpunkt vorkommen. In Regionen mit monatelangem Frost kann es zu [[Permafrostboden]] kommen. 

Im Zusammenhang mit der Frosttiefe  unterscheidet man zwei verschiedene Ursachen für [[Frostaufbruch|Frostschäden]]:
* Hebungen infolge von Frost (Volumenszunahme des Bodens)
* Senkungen durch Auftauen des im Boden befindlichen Eises

== Land- und Forstwirtschaft ==
Das Wasser zwischen den einzelnen Bodenpartikeln gefriert zu Eis. Durch diesen Vorgang vergrößert sich das in den Bodenporen befindliche Wasservolumen um ca. 9 bis 11 Prozent. Da der Boden je nach Bodenart ein Porenvolumen von 25 bis 35 % hat, ist der Einfluss mit einer Veränderung des Bodenvolumens mit 2 bis 4 % einzuschätzen. Nach mehreren Frösten mit verschiedenen Frosttiefen kommt es zur [[Frostgare]] des Ackerbodens. Die Frosttiefe hat auch Einfluss auf die im Boden lagernden [[Same (Pflanze)|Samen]] und bezüglich [[Stratifikation (Botanik)|Stratifikation]] und [[Vernalisation]]. 

Kommt es über eine längere Periode zu [[Bodenfrost]] mit wenigen cm Frosttiefe kommt es bei [[Winterkultur]]en zu Wurzelabrissen, da sich die gefrorene [[Bodengefüge|Krume]]nschicht hebt und senkt. Kommt es zu einer großen Frosttiefe besteht das Risiko der [[Frosttrocknis]]. Sowohl niedrige als auch hohe Frosttiefen können zur [[Auswinterung (Pflanze)|Auswinterung]] von landwirtschaftlichen Kulturen führen.

Die ''Frosteindringtiefe'' gibt die maximale senkrechte Tiefe an, zu der während längerer [[Frost]]perioden der [[Boden (Bodenkunde)|Erdboden]] gefriert und der [[Bodenfrost]] vordringt.

Diese Tiefe ist abhängig von der [[Lufttemperatur]] über dem Boden, der [[Sonneneinstrahlung]] und der [[Albedo]] des Bodens, der Bedeckung mit [[Schnee]] und insbesondere von der [[Wärmeleitfähigkeit]] des Bodens selbst, die je nach Bestandteilen, [[Porosität]] und [[Wasser]]gehalt stark schwankt.

Die über eine längere Zeitperiode beobachtete Frosteindringtiefe ist für die Auswahl der Pflanzenbau- und Forstkulturen entscheidend. In Regionen mit hoher Frosteindringtiefe werden die Pflanzen entsprechend der bekannten [[Frosthärte]] ausgewählt. Ein pflanzenbaulicher Sonderfall stellt der [[Permafrostboden]] dar, der auch im Sommer nur an der Geländeoberfläche [[Auftauen|auftaut]] und die Frosteindringtiefe weiterhin bestehen bleibt.

== Straßenbau ==
Im Bauwesen, insbesondere im [[Straßenbau]] müssen Anlagen eine wasserdurchlässige Frostschutzschicht aus [[Kies]] enthalten, in der im Boden enthaltenes Wasser abfließen kann. Gefrierendes Wasser führt zu [[Eislinse]]n und als Folge zur Bildung von [[Schlagloch|Schlaglöchern]].

Die [[Erfahrung]]swerte des Bauwesens für die [[Frostgrenze]] in Mitteleuropa liegen zwischen etwa 120&nbsp;cm ([[Grenzstein]]e in Österreich) und 60&nbsp;cm (stark beanspruchte [[Straße]]n in Norddeutschland). Deutschland ist anhand der Klimabedingungen in drei [[Frostzone]]n geteilt, die auf den Straßenbau Einfluss nehmen.

Bei einem durchschnittlichen [[Winterhalbjahr]] hängt die für den [[Straßenbau]] relevante Frosteindringtiefe hauptsächlich von der [[Wärmeleitfähigkeit]] des [[Straßenaufbau]]s und des anstehenden [[Boden (Bodenkunde)|Bodens]] ab. Für mittelstrenge [[Frostperiode|Kälteperioden]] gibt die [[Faustformel]] <math>z_F = 15{,}6 \cdot FI ^{0{,}3}</math> einen guten Richtwert, wobei <math>FI</math> der [[Frostindex]] ist (grob gesagt die aufsummierten Kältegrade der betr. Tage). Nimmt man sie mit 500 an (500 °C·Tag), ergeben sich 100 cm, und mit einem Sicherheits-Aufschlag letztlich die im Straßenbau üblichen 120&nbsp;cm.

Für weniger beanspruchte Bauwerke oder für Böden mit größerer [[Wärmekapazität]] kann dieser Wert auf ½ bis ¾ Meter reduziert werden.

== Bauwerke ==
Die Volumenzunahme bei der Umwandlung von Wasser zu [[Eis]] hat sehr einschneidende Folgen auf Bauwerke.<ref>[[Bernhard Wietek]]: ''Grundbau.'' 4. Auflage. Manz-Verlag, 2002, ISBN 3-7068-1206-1.</ref> Durch die Vergrößerung des Bodenvolumens kommt es zu so genannten [[Frosthebung]]en. Besonders [[Bindiger Boden|bindige Böden]] sind für diese Auswirkungen anfällig, da die Poren sehr klein und meist mit Wasser gefüllt sind.

Für die konstruktive Bearbeitung eines Bauwerkes ist es wichtig zu wissen, wie weit der Frost in den Untergrund eindringen kann. Wichtig für die Bestimmung der Frosteindringtiefe ist die zeitliche Verteilung der Oberflächentemperaturen. Zur Beschreibung der Kälteperiode verwendet man den Frostindex, der sich aus der Anzahl der Frosttage multipliziert mit der durchschnittlichen Frost[[temperatur]] zusammensetzt. In erster Näherung kann nun mit Hilfe dieses Frostindex nach Brown<ref>Brown, W.G.: ''Difficulties associated with predicting depth of freeze or thaw.'' Canadian Geotechnique Journal, 1964; Vol. 1, 215–226.</ref> die Frosteindringtiefe ermittelt werden. In Deutschland ist die Mindesttiefe für frostfreie Gründungen in der DIN 1054 geregelt. Sie beträgt in dieser Norm mindestens 80 cm, kann aber durch regionale Ergänzungserlasse bzw. meteorologischer Erfahrungswerte noch höher vorgeschrieben sein.

Falls ein Bauwerk nicht tiefer gegründet wird, als die Frosteindringtiefe liegt, kann es zu Frosthebungen kommen, die zu ungleichmäßigen Bewegungen des Bauwerks führen. Diese Bewegungen drücken sich fast immer in der Entstehung von kleineren oder größeren Bauwerksrissen aus.

== Literatur ==
* [[Gustav Gassner|Gassner, Gustav]]: ''Beiträge zur physiologischen Charakteristik sommer und winteranueller Gewächse insbesondere der Getreidepflanzen.'' Zeitschrift ''Botanik'', Berlin 1918.
* [[Ernst Klapp (Agrarwissenschaftler)|Klapp, Ernst]]: ''Lehrbuch des Acker- und Pflanzenbaus.'' 5. Auflage, Berlin 1958.
* [[Jiri Petr|Petr, Jiri]]: ''Weather and Yield. Developments in Crop Science.'' Amsterdam, Oxford, New York, Tokio, Prag 1991. ISBN 0-444-98803-3.
* Manfred G. Raupp: ''Was der Großvater schon wusste. Gedanken zur Entwicklung der Landwirtschaft in Staffort.'' Verfasst zum Andenken an Gustav W. Raupp (1905–1985), Stutensee-Staffort 2005.

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Bodenkunde]]
[[Kategorie:Bodenmechanik]]
[[Kategorie:Geotechnik]]
[[Kategorie:Grundbau]]
[[Kategorie:Frost]]