Der Bodenwärmestrom beschreibt den Wärmetransport im Erdboden, der durch eine Temperaturdifferenz zwischen dem oberflächennahen Untergrund und tieferen Bodenschichten hervorgerufen wird. Hauptsächlich führen die durch den Tagesgang der solaren Einstrahlung bedingten Temperaturveränderungen in der oberen, etwa 2 Meter mächtigen Bodenschicht zu größeren Temperaturunterschieden und somit zu einem daraus resultierenden Wärmeausgleichsstrom. Aber auch länger anhaltende Hitze- oder Kältewellen beeinflussen den Bodenwärmestrom nachhaltig. Bei langen Frostperioden sitzt der Frost teilweise tief im Boden, sodass selbst bei einer Milderung der Luft und einer damit einhergehenden Erwärmung der oberen Bodenschichten aus der Tiefe weiter eine kühlende Komponente wirkt.
Dies ist auch der Grund für die derzeitige Glätte bzw. Glatteissituation. Aufgrund der frostigen Witterungsbedingungen der letzten Tage sind im Boden bis zu einer Tiefe um 20 cm die Temperaturen unter den Gefrierpunkt gefallen. Die einsetzende Milderung der Luft bei auffrischendem Wind kann zwar den Schnee in Regen wandeln, jedoch den deutlich trägeren Boden nicht gleichermaßen schnell erwärmen. Somit führte der Bodenwärmeström dazu, dass der Regen auf noch leicht gefrorenen Boden fällt und zu Eis erstarrte. Die Dauer einer solchen Glätte bzw. Glatteislage ist davon abhängig, wie kräftig die Milderung ist, wieviel Regen fällt und wie tief und stark der Boden gefroren ist.
Im Gesamtkontext der Energiebilanz der Erdoberfläche (vgl. Graphik) ist der Bodenwärmestrom daher ein wesentlicher Bestandteil. Zusammen mit dem latenten (vgl. Wetterlexikon "Latente Wärmeenergie") und fühlbaren Wärmestrom kann die Gesamtstrahlungsbilanz aus kurzwelliger solarer und langwelliger terrestrischer Strahlung an der Erdoberfläche erklärt werden (vgl. auch Wetterlexikon "Strahlungshaushalt"). Die solare Strahlungsenergie, die vom Erdboden absorbiert wird, wirkt sich jedoch je nach Bodenbeschaffenheit sehr unterschiedlich auf die Bodentemperatur aus. In fester Erde erfolgt der Wärmetransport im Boden nur durch die sogenannte Wärmeleitung. Wärme fließt dabei gemäß dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik immer nur in Richtung geringerer Temperatur. Ein Maß für die Wärmeleitung, also den Bodenwärmestrom, ist die Wärmeleitfähigkeit, die wiederum vom Substrat, der Lagerungsdichte, dem Wassergehalt und anderen Parametern abhängig ist. Mit steigender Lagerungsdichte und steigendem Wasseranteil nimmt die Wärmeleitfähigkeit des Bodens zu.
Unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten von Materialien und Untergründen lassen sich auch in der Umwelt beobachten. Fällt im Herbst oder Frühwinter der erste Schnee bleibt dieser auf der Wiese oftmals liegen, während er auf Pflastersteinen und Straßen rasch wieder taut. Pflastersteine oder Teer haben eine größere Wärmeleitfähigkeit, sodass der noch warme Boden seine Wärme schneller Richtung Erdoberfläche transportieren kann.
Dipl.-Met. Lars Kirchhübel
Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 26.01.2019
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