Regen entsteht durch das Auspressen einer stark verdichteten Wolke; er hat verschiedene Formen, die von der Stärke des Druckes auf die Wolke abhängen. […] Schnee aber entsteht beim Zerreissen dichter Wolken, die an der Umwandlung in Wasser schlagartig gehemmt werden. Dieser Schlag bewirkt das Flockige und die leuchtend weisse Farbe des Schnees. Seine Kälte dagegen entsteht durch das Gefrieren der Feuchtigkeit in der Wolke, die noch nicht ausgetreten oder verteilt ist.”
Auf diese Weise erklärte vor über 2’000 Jahren der griechische Gelehrte Aristoteles seinem König und Schüler Alexander dem Grossen die Entstehung von Niederschlägen. Heute mögen wir über diese Vorstellung lächeln; Tatsache ist aber, dass einige Aspekte der Schneebildung uns immer noch vor ein Rätsel stellen. Verschaffen wir uns einen Überblick, was wir heute über die Entstehung von Schnee zu wissen glauben.
Die Entstehung eines Schneekristalls beginnt im Prinzip ähnlich wie die eines Regentropfens. In der höheren, eiskalten Atmosphäre gefrieren winzig kleine Wassertröpfchen an sogenannten Kondensationskernen fest. Diese Kerne sind kleine Staub- oder Russpartikel, welche natürlicherweise in der Luft vorhanden sind. Auf der Reise durch die Wolke friert immer mehr Wasserdampf am Eiskristall fest, so dass sich mit der Zeit ein ansehnlicher Schneestern bildet.
Ein Schneestern ist also nicht einfach ein gefrorener Regentropfen (dies ergäbe ein Hagelkorn). Vielmehr wächst ein Schneekristall langsam aus gefrierendem Wasserdampf.
Eiskristalle können verschiedene Formen annehmen, vom einfachen Plättchen oder Prisma bis hin zur Vielfalt der Sterne. Bei der Formgebung spielt die Temperatur eine entscheidende Rolle.
Fällt ein Eiskristall durch die Atmosphäre, so durchquert er Schichten unterschiedlicher Temperatur und Feuchtigkeit. Dieses Wechselbad prägt jedem Eiskristall eine einzigartige Form auf: Die Folge davon ist eine unüberschaubare Vielfalt an Kristallformen. Gelangt zum Beispiel ein Prisma, welches bei unter -25 Grad Celsius gebildet wurde, in eine Schicht mit -15 Grad, dann beginnen an den beiden Enden des Prismas kleine Schneesterne zu wachsen.
Die für den Schnee charakteristischen Sterne bilden sich also nur in einem engen Temperaturbereich von -12º bis -16ºC. Darunter und darüber entstehen Prismen und Plättchen. Allen Formen ist aber die sechseckige Grundstruktur gemeinsam – woher stammt diese Vorliebe für Sechsecke?
Die Ursache dafür ist in der Molekülstruktur von Wasser zu finden: elektrostatische Kräfte ordnen die Wassermoleküle hexagonal zueinander an. Die hexagonale Anordnung setzt sich auf immer höheren Grössenstufen fort, so dass wir sie schliesslich von blossem Auge in der Form des Schneekristalles wiedererkennen.
Die Verzweigtheit der Sterne hat noch einen weiteren Grund. Gefrierendes Wasser gibt nämlich Wärme ab (um Eis aufzutauen, muss Wärme investiert werden – folglich wird beim umgekehrten Prozess, beim Gefrieren, Wärme freigesetzt). Ein Eiskristall kann seine Wärme umso besser abgeben, je grösser seine Oberfläche durch Verzweigung wächst.
Wir wissen also, dass Schneesterne sechseckig sind, weil es der Molekülstruktur des Wassers entspricht, und verzweigt, um die zum Gefrieren erforderliche Wärmeabgabe möglichst optimal zu gestalten. Nun bleibt noch die Frage, weshalb alle sechs Arme eines Sternes genau gleich aufgebaut sind, keine zwei Sterne aber einander gleichen.
An dieser Frage haben sich die Wissenschaftler seit Aristoteles bisher ohne befriedigendes Resultat die Zähne ausgebissen. Die Einmaligkeit rührt wohl daher, dass vor dem Ausschneien ein Schneestern einige Zeit in der Wolke rumgewirbelt wird und dabei einen für jeden Stern einzigartigen Weg durch Temperatur- und Feuchtigkeitsschichten durchläuft. Da es sehr unwahrscheinlich ist, dass zwei Sterne denselben Weg zurücklegen, wird jeder Stern anders geprägt. Die sechs Arme des Sternes bleiben aber immer auf kleinem Raum zusammen und unterliegen denselben Schwankungen, weshalb sie sich alle identisch entwickeln, aufbauend auf dem hexagonalen Grundmuster.
In der Regel fallen Schneesterne nicht einzeln, sondern zu mehr oder weniger grossen Flocken verklebt zu Boden. Als “Leim” dienen dabei winzige Wassertropfen. Die Grösse der Schneeflocken variiert; bei milden Temperaturen fallen die grössten Flocken. Werden im Verlauf eines Schneefalls die Flocken immer grösser, so muss mit Regen gerechnet werden.
Dass es bei zu milden Temperaturen nicht schneit, ist bekannt. Erstaunlicher ist die Tatsache, dass es auch zu kalt zum Schneien sein kann. Kalte Luft vermag nämlich weniger Feuchtigkeit aufzunehmen als wärmere, und bei extrem tiefen Temperaturen wird die Wolkenluft zu trocken, um Schnee hervorzubringen. Bei einer Lufttemperatur um null Grad bringen die Wolken am meisten Schnee hervor. Deshalb fällt in den bitterkalten Polarregionen weniger Schnee als in mittleren Breiten.
Am Nord- und Südpol schneit es nicht nur weniger als bei uns, sondern auch viel feiner. Unter -20°C bilden sich nämlich keine Schneesterne oder -flocken mehr, sondern Plättchen und Prismen. Die einzeln fallenden Kristalle sind so fein, dass man von „Diamantenstaub“ spricht.
siehe auch:
ganzer Scientia-Artikel 'Schnee'
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