Dez20

Schnee fasziniert die Menschen seit Urzeiten. Bereits im 2. Jahrhundert v. Chr. stellten chinesische Gelehrte fest, dass Schneekristalle immer symmetrisch und sechseckig sind. Schneekristalle gelten als mathematisch-geometrische Meisterleitung der Natur, denn keine ihrer abermilliarden Variationen ist identisch. Selbst mit Computern war es bisher nicht möglich ihre Entstehung zu simulieren.

Beispiele von Schneekristall fotografiert von W. Bentley © W. Bentley, Public Domain

Beispiele von Schneekristallen fotografiert vom Farmer W. Bentley (1865 – 1931), der das Buch «Snow Chrystals» publizierte © W. Bentley, Public Domain

Schnee ist nicht einfach gefrorenes Wasser

Wenn die Temperatur in einer Wolke unter den Gefrierpunkt sinkt, beginnt Luftfeuchtigkeit sich an winzige Staub- oder Russpartikel anzulagern und auszukristallisieren. Es sind drei Faktoren notwendig: die Temperatur, die Feuchtigkeit und die Kondensationskerne. Die Schneekristalle wachsen dabei immer in sechseckiger Form. Das liegt an den Wassermolekülen, die nur im Winkel von 60° bzw. 120° aneinander andocken.

Obwohl es ganz klare Regeln für die Kristallbildung gibt, ist jeder Kristall ein Unikat, denn jeder Kristall hat seine eigene Geschichte. Das beginnt mit der Anlagerung von Luftfeuchtigkeit am jeweiligen Kondensationskern und je nach Temperatur nehmen die Kristalle danach unterschiedliche Formen an:

  • von 0 bis -3°C dünne Plättchen, teilw. Sterne oder Dendrite
  • -5 bis -8°C Prismen
  • -12 bis -16°C Schneesterne
  • unter -25°C hohle Prismen
Kristallbildung, Quelle: http://www.its.caltech.edu/~atomic/snowcrystals/

Schnee-Kristallbildung in Abhängigkeit der Temperatur

Wenn ein Schneekristall der Schwerkraft folgend nach unten schwebt, durchquert er Luftschichten mit einem anderen Temperaturregime, dabei lagern sich weitere Kristalle ab, die Prismen-, Nadel- oder Sternform haben können und so verändert der Kristall seine Form immer weiter.

Da die Bedingungen an der Eis-Luftgrenze, wo die verschiedenen Kristallarten entstehen, sehr komplex sind, war es bisher auch mit Hilfe von Computermodellen nicht möglich, diese umfassend zu simulieren. Als besonders schwierig galt vor allem die Simulation des gleichzeitigen Wachstums verschiedener Kristallformen während der Bildung der Arme der Dendritsterne.

Das Team um John Barrett vom Imperial College in London hat dieses Problem nun offenbar gelöst. Den Forschern ist es gelungen mit neu entwickelten Computermodellen, eine Vielzahl natürlicher Schneekristallformen zu simulieren, darunter plättchenförmige Eiskristalle, Prismen, hohle und geschlossene Säulen, Stäbchen und sogar Dendriten. Das Computermodell ermöglicht auch einen Einblick in die Art und Weise, wie die Kristalle entstehen.

Für die bevorstehenden Weihnachten wünscht erdwissen frohe und besinnliche Festtage!

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Die Lösung

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