Wie Nebel in Champagnerflaschen entsteht

Wer Champagnerkorken knallen lässt, kann Zeuge eines verblüffenden Phänomens werden: Denn für einen kurzen Augenblick nach dem Knall bildet sich ein weißgrauer Nebel über der Flaschenöffnung oder gar ein blauer Nebel im Flaschenhals. Die Ursache dafür entschlüsselten nun Wissenschaftler aus Frankreich. Ihre detaillierte Analyse, veröffentlicht in der Fachzeitschrift „Scientific Reports“, offenbart, dass abhängig von der Flaschentemperatur mal Wassertröpfchen zu Eis und mal Kohlendioxid zu Trockeneis gefrieren.

Drei Bilderreihen zeigen jeweils wie ein Champagnerkorken aus einer Flasche fliegt und dabei unterhalb des Korkens Nebel entsteht. Jede Bilderreihe besteht aus sechs Einzelbildern. Sie unterscheiden sich vor allem in der Farbe und Struktur des Nebels unterhalb des Korkens.
Knallende Champagnerkorken

„Fast jeder hat schon mal eine Sektflasche geöffnet. Doch wer weiß schon, wie viel Wissenschaft in diesem simplen Vorgang steckt“, sagt Gérard Liger-Belair von der Universität Reims. Nach zahlreichen Studien, etwa zur Bläschenbildung, dem idealen Champagnerglas oder zur Beschleunigung fliegender Champagnerkorken, widmete er sich mit seiner Arbeitsgruppe nun den Nebelschwaden, die sich Millisekunden nach dem Öffnen bilden. Mit Aufnahmen einer Hochgeschwindigkeitskamera und Temperatursensoren enthüllten die Forscher eine unerwartet komplexe Wechselwirkung zwischen Gasdruck und Temperatur.

Sausten die Korken aus Champagnerflaschen, die auf nur sechs Grad Celsius gekühlt waren, bildete sich ein grauweißer Nebel über der Öffnung. Verantwortlich dafür war die starke Abkühlung des Gasgemischs aus Luft, Wasserdampf und Kohlendioxid auf etwa minus 78 Grad Celsius, die bei dem plötzlichen Druckabfall beim Entweichen des Korkens auftrat. Diese Kühlung durch die sogenannte adiabatische Expansion ließ Wassertröpfchen zu kleinen Eiskristallen gefrieren. Die Eiskristalle streuten diffus einfallendes Licht aufgrund der Mie-Streuung, sodass weißgraue Schwaden sichtbar wurden.

Hatte die Flasche beim Öffnen jedoch eine Temperatur von 20 Grad Celsius, war kein weißgrauer Nebel mehr sichtbar. Stattdessen beobachteten die Forscher blauen Dunst im Flaschenhals. Die Ursache: In der warmen Flasche herrschte mit 7,5 bar ein deutlich höherer Ausgangsdruck des eingeschlossenen Kohlendioxids als in der stark gekühlten Flasche, die es nur auf 4,5 bar brachte. Da nun aber der höhere Druck in der warmen Flasche beim Öffnen plötzlich auf den Normaldruck der Umgebung abfiel, war auch der Kühleffekt über die adiabatische Expansion größer. Das Gasgemisch kühlte sich auf minus 90 Grad Celsius ab. Das war nun kalt genug, um das Kohlendioxid im Flaschenhals zu Trockeneis gefrieren zu lassen. Da die Trockeneiskristalle sehr klein waren, streuten sie aufgrund der sogenannten Rayleigh-Streuung bevorzugt den blauen Anteil im Lichtspektrum und verursachten den blauen Nebel.

Nun mochte es überraschen, dass trotz der tieferen Temperaturen nach dem Öffnen der warmen Flasche gar kein Wasserdampf über dem Flaschenhals gefrieren konnte. Das begründeten die Forscher damit, dass das Kohlendioxid den Großteil der gebildeten Kälte bereits für die Bildung von Trockeneis aufgenommen hatte und es oberhalb der Flaschenöffnung somit nicht mehr kalt genug für das Gefrieren von Wasser war. So ließen sich bei auf zwölf Grad Celsius gekühlten Flaschen jeweils weniger stark ausgeprägt beide Phänomene – weißgraue und blaue Schwaden – beobachten.