Mrz27

Niobe, die Tochter des Tantalos und der Dione, ist Namengeberin eines in der Natur sehr selten vorkommenden Schwermetalls, dem chemischen Element Niob (Nb). Das selbe gilt für Tantal (Ta), das nach Tantalos, dem grossen Frevler gegen den Olymp, benannt wurde. Sie zählen zu den Übergangsmetallen und werden zusammen mit Vanadium und Dubnium wegen ähnlich chemischen Eigenschaften der 5. Gruppe des Periodensystems bzw. der Vanadiumgruppe zugeordnet.

Periodensystem der Elemente, der graue Pfeil zeigt auf die 5. Gruppe, die Vanadiumgruppe

Periodensystem der Elemente, der graue Pfeil zeigt auf die 5. Gruppe, die Vanadiumgruppe

Niob besitzt eine graue Farbe und wird hauptsächlich zur Herstellung von Spezialstählen verwendet. Es kommt in verschiedenen supraleitenden Legierungen vor und wird zudem in der Schweisstechnik, in der Nuklearindustrie, der Elektronik, Optik, Numismatik und im Schmuck verwendet, denn es ist gut schmiedbar.

Tantal ist grauglänzend, sehr hart und dehnbar und besitzt sehr hohe Schmelz- und Siedepunkte, die bei 2’996 °C bzw. 6’100 °C liegen. Tantal ist wegen seiner Oxidschicht gegen chemische Angriffe widerstandsfähig. Zum Einsatz kommt es in der Elektrotechnik, der Chemie, im Hochtemperaturofenbau, im Flugzeug- und Raketenbau, in der Kerntechnik und in Verdampfungsanlagen. Rost- und säurebeständigen Stählen wird Tantal als Legierungsbestandteil zugesetzt. Weil Tantal keine toxische Wirkung hat, wird es in chirurgischen Implantaten verwendet. Aufgrund seiner Formbarkeit bei gleichzeitig hoher Dichte setzt man es auch zur Herstellung panzerbrechender Munition ein.

Seltene Erden Elemente (SEE)

Zu den Metallen der Seltenen Erden (SEE / en. REE) gehören die Elemente der 3. Nebengruppe des Periodensystems, also Scandium (Sc), Yttrium (Y)  und die Lanthanoide (La bis Lu). Scandium und Yttrium kommen in den gleichen Erzlagerstätten wie die Lanthanoiden vor und haben ähnliche chemische Eigenschaften wie diese.

Die Seltenen Erden reichen in der Kruste von Ce, dem häufigsten bei 60 ppm, das häufiger vorhanden ist als Nickel, bis zu Thulium und Lutetium, die mit etwa 0,5 ppm sehr selten sind.

Die Seltenen Erden Metalle werden in einer Vielzahl moderner Technologien mit Anwendungen in den Bereichen Militär, Medizin, Wissenschaft, Luft- und Raumfahrt und Verbraucher sowie im zunehmend wichtigen “grünen” Sektor verwendet. Für viele ihrer Anwendungen ist derzeit kein geeigneter Ersatz bekannt. Die Verwendung von Seltenen Erden als Magneten in Elektromotoren wird wahrscheinlich der Hauptantrieb für das Wachstum der gesamten SEE-Industrie sein, und diese Verwendung zusammen mit Leuchtstoffen wird bald mehr als 65 % der verbrauchten SEE-Oxide (nach Wert) ausmachen. Die Hauptnutzungen von Seltenen Erden Elementen sind Magnete und Leuchtstoffe.

Magnete

Magnete mit SEE Legierungen  sind sehr starke Permanentmagnete, die aufgrund ihres geringen Gewichts im Vergleich zur magnetischen Stärke in der Automobil- und Windkraft-Industrie besonders nützlich sind. Darüber hinaus werden diese Magnete auch in Computer-Festplattenlaufwerken sowie in Mobiltelefonen verwendet. Die wichtigsten SEE, die in Magneten verwendet werden, sind Neodym, Praseodym und Dysprosium.

Leuchtstoffe

Eine traditionelle Verwendung von SEE besteht in der Bereitstellung von Farbleuchtstoffen in Fernsehgeräten und neuerdings in Kathodenstrahlröhren, Plasmabildschirmen und Flüssigkristallanzeigen, wobei Europium, Terbium und Yttrium in der Lage sind, rotes, grünes bzw. weisses Licht zu emittieren.

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Mrz20

Die moderne Wirtschaftsgeologie auf englisch “Economic Geology” beschäftigt sich hauptsächlich mit Themen der Prospektion und der Bewertung und Vermarktung von Bodenschätzen. Darunter fällt alles, was industriell genutzt wird, sei es zur Produktion von Energie oder Gütern jeglicher Art. Es gibt heute KEIN Produktionsgebiet bzw. Produkt, welches nicht in irgend einer Form Anteile aus Lagerstätten verwenden würde, z. B. der Dünger in der Landwirtschaft, die Stahlindustrie, die Rüstungsindustrie, die Automobilindustrie, die Telekommunikation, der Strassenbau usw., usw.

Es ist deshalb eine Herausforderung, Materialien, die auf endlichen Rohstoffen basieren, möglichst effizient zu nutzen. Dies beginnt bei der Optimierung des Abbaus von Ressourcen. Es setzt Kenntnisse geologischer Rahmenbedingungen voraus, unter denen mineralische und fossile Rohstoffe im Laufe der Erdgeschichte gebildet wurden bzw. sich bilden. Darauf aufbauend werden Explorationsstrategien für das Auffinden neuer Lagerstätten entwickelt. Des Weiteren bildet die wirtschaftsgeologische Analyse regionaler und globaler Verteilung geologischer Ressourcen bzw. Rohstoffe die Grundlage für Prognosen zur zukünftigen Verfügbarkeit für die Industrie und die Gesellschaft.

Kohleförderung im Tagebau © Stephen Codrington, CC BY 2.5

Kohleförderung im Tagebau © Stephen Codrington, CC BY 2.5

Die Wirtschaftsgeologie ist sehr praxisorientiert und ihre Fragestellungen sind grundlegend geologischer Art. Hinzu kommen noch technische, wirtschaftliche, soziale, ökologische und entwicklungspolitische Fragen. Unter zunehmendem Druck der schnell schwindenden Land- und Wasserressourcen sieht man vor allem in den hoch entwickelten industrialisierten Ländern eine stetige Verlagerung zur Gewinnung von Rohstoffen aus Abfallprodukten. Es sei hier auf die Kerichtverbrennungsanlage in Hinwil verwiesen, wo man mit grossem Erfolg im Thermo-Recylcling Verfahren jedes Jahr aus 100’000 Tonnen Schlacke 60 kg Gold, 1500 kg Silber, 800 Tonnen Kupfer und Kupferlegierungen, 3800 Tonnen Aluminium und 10’000 Tonnen Eisen zurückgewinnt.  Der Kupfergehalt der Feinschlacke ist mindestens so hoch wie im Erz einer Kupfermine und pro Tonne Feinschlacke lässt sich genau so viel Gold herausholen wie aus einer Tonne Erz aus einer guten Goldmine in Südafrika. Das Recyclen von Stoffen ist natürlich wesentlich ökologischer, als neues Kupfer zu gewinnen oder Gold zu schürfen.

Strategische Rohstoffe (Metalle, Halbmetalle & Seltene Erden)

Dies ist ein Begriff aus der Finanzwelt bzw. aus der Politik und bedeutet, dass diese sowohl für die Produktionsländer als Exportgut als auch für die verarbeitenden Länder strategische Bedeutung haben. Wenn man sich die Herkunftsländer einiger Rohstoffe anschaut, erkennt man, dass viele dieser Länder in unsicheren politischen Verhältnissen wie z. B. Afrika stecken. Zudem werden einige dieser Rohstoffe künftig knapp. Dies hängt einerseits mit ihrer Förderung zusammen, da sie oft als Begleitmetalle von der Förderung anderer Metalle abhängen und andererseits vom Produktionsland, das immer häufiger unter Chinas Führung steht und den freien Handel zu kontrollieren bzw. manipulieren beginnt. Antimon ist ein gutes Beispiel für politischen Einfluss auf strategische Metalle. 2013 beschloss die Regierung in Peking, keine Exporte mehr zu erlauben. Das führte dazu, dass in Europa für Antimon fast jeder Preis bezahlt wurde. Bei strategischen Metallen und Halbmetallen sind geopolitische Risiken besonders hoch. Ein weiteres Beispiel sind die Seltenen Erden.

Zusammengefasst sind strategische Rohstoffe also keine Metalle oder Elemente die einer chemischen-physikalischen Gruppe oder einer Gruppe des Periodensystems angehören müssen, ausgenommen die Seltenen Erden, sondern es sind Metalle, die für die Produktion bestimmter Produkte benötigt werden. Zu den strategischen Rohstoffen gehören 29 Elemente wie beispielsweise Chrom, Kobalt, Molybdän, Antimon, Vanadium, Tellurium, Iridium, die Seltene Erden usw..

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Mrz13

Die beiden italienischen Ingenieure, Vichi und Mangano von der Firma Bonifica Engineering waren die ursprünglichen Autoren des Transaqua-Plans vor mehr als 35 Jahren. Später kam ein zweites Projekt hinzu – Oubangui -, welches von Mitgliedern der LCBC, Lake Chad Basin Commission entworfen wurde. Diese schlagen einen Dammbau in Palambo vor, der den Ubangi-Fluss stauen und über den Bau eines Kanals, der die natürliche Barriere überwinden müsste, Wasser in den Chari-Fluss und dann in den Tschad-See leiten würde.

Oubangui-Projekt: Staudamm von Palango – Entwässerungszone im NW der DR Kongo, Quelle: Ladel Map, J., P. Nguinda et al. 2008

Oubangui-Projekt: Staudamm von Palango – Entwässerungszone im NW der DR Kongo, Quelle: Ladel Map, J., P. Nguinda et al. 2008

Die jahrzehntelangen Anstrengungen der Initianten, unter Ausschluss des betroffenen Staates, der Demokratischen Republik Kongo (DCR oder DCK), wurden am 13. Dezember 2016 einig. Es schlossen der chinesische Energiekonzern, Powerchina, die internationale Kommission für das Tschadseebecken, LCBC und die nigerianischen Behörden einen Vorvertrag für ein Projekt zur Umleitung von Wasser aus dem Kongobecken in den Tschadsee.

Die Grundidee ist die Steigerung der Wassermenge im Tschadsee, Verbesserung der Wasserfliessbedingungen, Deckung des Energiebedarfs von Städten in den beiden kongolesischen Republiken und Durchführung einer Umweltverträglichkeitsstudie durch Powerchina, dem staatlichen Konzern, der das umstrittene Projekt der Drei Schluchten in China 2007 fertig stellte.

Transaqua-Projekt: Der projektierte Transaquakanal blau, blau schraffiert: das Wassereinzugsgebiet, das im Kongobecken gesammelt würde, Quelle: Jacques Cheminade, 28.12.2016

Transaqua-Projekt: Der projektierte Transaquakanal blau, blau schraffiert: das Wassereinzugsgebiet, das im Kongobecken gesammelt würde, Quelle: Jacques Cheminade, 28.12.2016

Damit der Wasserstand des Tschadsees von 1964 wieder erreicht werden kann, braucht es schätzungsweise 50 Billionen Kubikmeter Wasserzufluss.

In der Grafik wird die Idee der Wasserumleitung im Transaqua-Projekt dargestellt: Das Wasser vom Ubangi soll durch den Chari und den Logone in den Tschadsee geführt und das Gebiet ausserhalb des Ubangi (blau schraffiert) soll direkt in das Kongo-Becken entwässert und gesammelt werden.

Heute unter neuen Vorzeichen möchte das Transaqua-Projekt 100 Billionen Kubikmeter Wasser pro Jahr vom östlich gelegenen Kivu Gebiet einfangen – das Doppelte von früheren Plänen also. Das würde durch einen 2’400 km langen künstlichen Kanal, der vom Kivu-Gebiet bis zum Tschad-See führt, ermöglicht. Der Kanal wäre zudem für den Güterverkehr schiffbar.

Schon im Gange ist die Schaffung eines Grüngürtels in der Sahel mit der FMNR-Methode wie der Film zeigt. → Grüne Wüsten? Ja – mit der FMNR-Methode

Damit haben die Völker vor Ort ein effektives und nachhaltiges Werkzeug in Eigenverantwortung der Klimaänderung durch Abholzung, Überweidung und Übernutzung aller Resourcen mit rasanter Wüstenbildung entgegenzuwirken. Dieser Ansatz, aber auch andere Begrünungsmethoden tragen schon Früchte, wo sie angewendet werden.

Man kann sich gut vorstellen, dass diese Pläne, hinter denen vor allem geostrategische Überlegungen stecken, auch sehr kritische Stimmen hervorrufen, nicht zuletzt aus den Reihen der Betroffenen, aus der Demokratischen Republik Kongo nämlich. Auch ohne Machbarkeitsstudie ist jetzt schon klar, dass der grosse Verlierer eine Vielzahl von hochkomplexen ökologischen Systemen wären. Und man sollte auch nicht vergessen, dass das Kongobecken in seiner Vielfalt und hinsichtlich seiner Kapazität als Wasserreservoir und Grüngürtel der Erde an zweiter Stelle hinter dem Amazonas-Becken steht.

Solche Gigaprojekte bedeuten nicht wieder gutzumachende, tiefgreifende Einschnitte in noch keineswegs verstandene ökologische Systeme von übergeordneter Spannweite.

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Mrz06

Laut UNEP Berichten verschwinden die Seen auf dem afrikanischen Kontinent rasend schnell. Die dramatischen Veränderungen afrikanischer Seen sind in einem Atlas  www.unep.org sichtbar gemacht worden.

Eines der dramatischsten Beispiele ist der Tschad-See am Rande der Sahel. Mehr als 90% ist er in den letzten 60 Jahren geschrumpft, wie wir aus der Grafik herauslesen können. Allerdings gab es immer wieder Phasen mit geringer Wasserausdehnung, so 1908 und 1984.

Als 1823 die Region erstmals von Europäern vermessen wurde, war er allerdings noch einer der grössten Seen der Welt. Nun ist er kläglich zusammengeschrumpft.

Die Entwicklung des Tschad Sees seit 1963 © NASA Goddard Space Flight Center

Die Entwicklung des Tschad Sees seit 1963 © NASA Goddard Space Flight Center

Der Hauptzulieferer ist der 1400 km lange Schari oder Chari Fluss aus dem Südosten und der Lagone aus Süden. Sie bringen mehr als 90% des Wassers. Der See liegt in einem flachen Becken, seine jetzige Tiefe ist etwa 1,5 m. Es ist deshalb nicht erstaunlich, dass seine Ausdehnung von den kleinsten klimatischen Veränderungen stark beeinflusst wird. Hinzu kommt die Nutzung bzw. Übernutzung durch den Menschen – zur Zeit werden 20 Millionen geschätzt, die um den See angesiedelt sind.

Zuflüsse des Tschad-Sees: Schari, Lagone, © Kmusser -Elevation data from SRTM, drainage basin from GTOPO, CC BY-SA 3.0

Zuflüsse des Tschad-Sees: Schari, Lagone, © Kmusser -Elevation data from SRTM, drainage basin from GTOPO, CC BY-SA 3.0

Der heutige Tschad-See ist ein Überbleibsel eines ehemaligen viel grösseren Sees, der im Verlaufe des Holozäns, d. h. der letzten 12’000 Jahre wuchs und schrumpfte in Abhängigkeit des Klimas und der Windsysteme. Seine grösste Ausdehnung von etwa 360’000 km², dies entspricht der Fläche Deutschlands, hatte er vor etwa 7000 Jahren.

Die Morphologie der ehemaligen Uferlinien des Megatschads, lassen auf zwei Winde schliessen. Der eine, der dem heutigen Wind aus Nordosten entspricht und einem Monsun-Wind aus Südwesten, verantwortlich für das Heranführen von Feuchtigkeit.

Durch regionale Klimaänderungen reduzierte sich die Intensität des westafrikanischen Monsuns. Vor etwa 4000 Jahren waren vom einstigen Megasee nur noch drei Reste übrig: Tschadsee, Fitri-See und Bodélé-See. Während der Tschad- und Fitri-See heute noch bestehen, ist der Bodélé-See mittlerweile ausgetrocknet.

Maximale Ausdehnung des Mega-Tschad im Holozän mit dem Schari von Süden und dem Abfluss über den Benue im Südwesten © CC BY 3.0

Maximale Ausdehnung des Mega-Tschad im Holozän mit dem Schari von Süden und dem Abfluss über den Benue im Südwesten © CC BY 3.0

Green Wall Project

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Feb13

Als Mineral des Monats Februar wurde Graphit von der Vereinigung NEROS (Netzwerk Mineralische Rohstoffe Schweiz) gewählt.

Graphit: Old Beneis Farm, Marlborough, Cheshire County, New Hampshire, USA © Rob Lavinsky, iRocks.com – CC-BY-SA-3.0

Graphit: Old Beneis Farm, Marlborough, Cheshire County, New Hampshire, USA © Rob Lavinsky, iRocks.com – CC-BY-SA-3.0

Weil in der kalten Jahreszeit gewisse Rohstoffe direkt oder indirekt mit Energie zusammenhängen, sind sie einer besonderen Erwähnung wert. Graphit ist ein solcher Rohstoff, er ist z.B. ein wichtiger Bestandteil von Li-Ionen Batterien.

Graphit ist die stabile Modifikation von Kohlenstoff bei Normalbedingungen. Er kristallisiert in Schichten, wobei jedes C-Atom mit drei anderen kovalent verknüpft ist. Das vierte Elektron befindet sich in p-Orbitalen senkrecht zu den Schichten. Die Elektronen, die innerhalb der Schichten frei beweglich sind, bedingen den metallischen Glanz, die schwarze Farbe und die Leitfähigkeit.

Kristallgitterstruktur der 3 Kohlenstoff-Modifikationen

Kristallgitterstruktur der 3 Kohlenstoff-Modifikationen: Fulleren, Diamant, Graphit © CC0

Aufgrund der freien Elektronen ist Graphit parallel der Schichten gut leitfähig, senkrecht dazu kaum, da sich hier keine Elektronen befinden. Die einzelnen Schichten werden durch van-der-Waals-Kräfte zusammengehalten. Da diese Kräfte relativ schwach sind, können die Schichten gut gegeneinander verschoben werden.

So sind die Eigenschaften von Graphit vielfältig: Er ist schmierfähig, elektrisch leitfähig, chemisch inert und von schwarzer Färbung. Aufgrund dieser Eigenschaften wird Graphit als Pulver oder Granulat in vielen Bereichen eingesetzt: Schmelztiegelherstellung, Schmier- und Trennmittel, Bremsbeläge, Lacke und Farben, Katalysatoren, Batterien, Folien und Dichtungen und vieles mehr.

In der Autoindustrie z.B. wird Graphit immer wichtiger. Etwa 1,6 kg Graphit pro Kilowattstunde werden in einer Batterie benötigt. Auf ein Hybridfahrzeug gerechnet sind es dann 10 kg, auf ein voll elektrisch betriebenes Auto 50 kg  und bei leistungsstarken Fahrzeugen der Oberklasse (z.B. Tesla) sind es etwa 100 kg Graphit. Für die neue Gigafactory von Tesla in Nevada USA z.B., wo nicht nur Autobatterien sondern auch Komponenten für die Stromspeicherung produziert werden, sind 35 GWh pro Jahr geplant. Eine GWh entspricht der Erzeugung oder dem Verbrauch einer Milliarde Watt pro Stunde. Dies ist fast so viel wie die aktuelle Batterieproduktion der ganzen Welt zusammen oder anders gesagt rechnet man mit sechs neuen Flockengraphit-Minen um den Bedarf zu decken.

Graphit ist nicht gleich Graphit!

Man unterscheidet drei natürlich vorkommende Graphitarten:

Flocken-Graphit

  • Weniger häufig vorkommende Graphitform
  • Kohlenstoffanreicherung zwischen 85-98 %
  • 4x teurer als amorpher Graphit
  • Findet in vielen traditionellen und neuen Technologien (z.B. Li-Ionen-Batterien) Anwendung
  • Kleine, kristalline Flocken aus Graphit treten als isolierte, flache, plattenartige Teilchen mit hexagonalen Rändern auf
Flockengranit © acarbons.com

Flockengranit © acarbons.com

Amorpher Graphit

  • Am häufigsten vorkommende Form von Graphit
  • Vergleichsweise niedriger Kohlenstoffgehalt von 70-80 %
  • Geringste Reinheit
  • Nicht geeignet für die meisten Anwendungen

Hochkristalliner Graphit (Adern und Klumpen)

  • Wird nur in Sri Lanka abgebaut
  • Kohlenstoffgehalt zwischen 90-99 %
  • Knappheit und hohe Kosten schränken den Einsatz ein

Synthetischer Graphit oder Fulleren

Ein Fulleren ist ein durch Hochtemperatur gewandelter amorpher Graphit. Die Struktur sind hohle, geschlossene Moleküle mit häufig hoher Symmetrie. Dies macht ihn bis 10 Mal teurer als natürlicher Graphit und weniger attraktiv für die meisten technischen Anwendungen. Der Name “Graphitfaser” wird manchmal verwendet, um sich auf Kohlenstofffasern oder kohlenstofffaserverstärktes Polymer zu beziehen. Fullerene kommen in der Natur nur in unbedeutenden Konzentrationen vor und wurden mit Hilfe der Massenspektrometrie in einem durch Blitzeinschlag entstandenen glasartigen Fulgurit, in Kratern von Meteoriteneinschlägen und im Kerzenruss nachgewiesen.

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Jan23

Man bezeichnet Wasser als blaues Gold und es ist durch nichts zu ersetzen. Bis jetzt wird es noch nicht im grossen Stil gehandelt, könnte aber eines der wichtigsten Rohstoffe des 21. Jahrhunderts werden.

Wasserfall: Rohstoff Wasser © CC0 Lizenz

Wasserfall: Rohstoff Wasser © CC0 Lizenz

Von den 1’400 Milliarden km³ Wasser sind nur drei Prozent Süsswasser. Zieht man das in den Gletschern und an den Polen gefrorene Wasser ab, bleibt noch etwa 1% Trinkwasser übrig. Als Rohstoff betrachtet wird Wasser nicht knapper, die Nachfrage danach steigt nur rasant und führt zur Verknappung.

Neue Technologien zur Nutzung teurerer Wasserquellen, wie Entsalzung von Salzwasser aus den Ozeanen oder gereinigte Abwässer, werden immer wichtiger, vor allem dort, wo kein direkter Zugang zu genügend Wasser besteht.

Der Wasserkreislauf @ gemeinfrei

Der Wasserkreislauf @ gemeinfrei

Der Wasserkreislauf ist mengenmässig der grösste Stoffkreislauf unserer Erde und weil es das zentrale Medium unserer “Klimamaschine” ist, erfüllt es zudem eine wichtige Funktion. In Bewegung gehalten wird der Kreislauf durch die Sonnenenergie und Schwerkraft. Und eine zeitliche Abfolge von Orts- und Zustandsänderungen (Hydrometeore, Niederschlag, Abfluss, Grundwasser) beschreibt im Weiteren die Zirkulation des Wassers in fester, flüssiger und gasförmiger Form in der Erdatmosphäre, auf der Erdoberfläche und im obersten Bereich der Erdrinde. So ist Wasser nicht nur die Voraussetzung für Leben, es schafft auch lokale Lebensräume und formt diese über Prozesse wie Erosion und Sedimentation.

Als Trinkwasser ist Wasser auch für den Menschen das wichtigste aller Lebensmittel. So verbraucht allein die Landwirtschaft etwa 75 % des verfügbaren Süsswassers für die Produktion von Nahrungsmitteln. Hinzu kommt, dass durch veraltete Technik und jahrhundertealte Rohre schätzungsweise bis zu 50 % der transportierten Wassermenge verloren geht. Weltweit, so schätzt die Unesco, wird sich das Wasserproblem verschärfen: 2050 werden sieben Milliarden Menschen mit Wasserknappheit konfrontiert sein.

Ein kleiner Einblick, wie wichtig der Rohstoff Wasser schon heute ist, gibt das Interview mit Urs Schnell zum Film und der Film selbst:
→ «BOTTLED LIFE» Das Interview zum Film
→ «BOTTLED LIFE» Der Film

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Dez12

Es fängt mit Wasserdampf an, der in der Luft vorhanden sein muss. Sinkt die Temperatur, wird Wasserdampf an kleinen Staubteilchen kondensiert und Wassertröpfchen bilden sich, die ab -10°C zu gefrieren beginnen.

Sechseckiger Schneekristall @ gemeinfrei

Sechseckiger Schneekristall @ gemeinfrei

Die Grundform des Schneekristalls ist ein sechseckiger plattiger Eiskristall, bedingt durch die sechseckige Kristallgitter-Struktur der Wassermoleküle. Auf dem Weg zur Erde wachsen die Kristalle, denn Temperatur, Windverhältnisse und Luftfeuchtigkeit ändern sich. Das bedeutet, dass keine Schneeflocke der anderen gleicht. Von Temperatur und Luftfeuchtigkeit hängt auch die Flockengrösse ab. Über -5°C und erhöhter Luftfeuchtigkeit entstehen grosse Flocken, unter -5°C in trockener Luft fällt der Schnee häufig als Eisnadel und Eisplättchen. Dies trifft vor allem für die Polregionen der Erde zu.

Fallen Schneekristalle auf den Boden und häufen sich zu einer Schneedecke an, entsteht ein komplexes Material. Anfangs noch pulverartig, wachsen die Kristalle zusammen und bilden eine lockere Struktur, die sich laufend verändert.

Die wichtigsten Eigenschaften sind Dichte, Temperatur, Feuchtigkeit und Schneehärte. Und alle Schneeeigenschaften hängen von der Temperatur, der Dichte und der Belastungsgeschwindigkeit ab.

Schnee, ein visko-elasto-plastisches Material

Zusätzlich zur temperaturgetriebenen Dynamik ist die Schneedecke ständig der Schwerkraft ausgesetzt, was zu einer Verformung der Struktur führt. Je kälter und dichter, desto viskoser oder zähflüssiger ist der Schnee. Und je nachdem wie schnell der Schnee verformt wird, reagiert er unterschiedlich. Schnee verhält sich bei langsamer Belastung ähnlich wie dickflüssiger Honig: er ist dehnbar und verformbar. Bei kleiner Dehnungsgeschwindigkeit erfolgt also eine plastische Verformung, bei hoher Dehnungsgeschwindigkeit ist das Verhalten elastisch bis spröd. Bis anhin wurden zur Erklärung Mechanismen wie z. B. Kriechen bzw. Korngrenzengleiten herangezogen. Neuste Untersuchungen am SLF zeigen, dass sich die Deformation von Schnee durch die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften seines Bauelements Eis erklären lässt.

 Bei langsamer Verformung verhält sich Schnee wie eine zähe Flüssigkeit.

Bei langsamer Verformung verhält sich Schnee wie eine zähe Flüssigkeit.

Vor allem lockerer Neuschnee ist ein sehr poröses, zusammendrückbares Material. Seine Kompressibilität hängt in erster Linie von der Dichte, aber auch von Temperatur, Schneeart und Feuchtigkeit ab. Mit zunehmender Grösse der Bindungen und mit zunehmender Kälte wird der Schnee härter, und die Festigkeit des Schnees nimmt mit der Dichte zu.

In einem als Sinterung bezeichneten Prozess verdichten sich die Kristalle weiter und die Poren werden aufgefüllt, so dass die Luftdurchlässigkeit abnimmt. Bei der Sinterung spielen im Eiskristall Gleitvorgänge und Rekristallisation eine wichtige Rolle, bei der das Kristallgefüge durch Umformung neu strukturiert wird.

Diese durch Druck und Temperaturunterschiede ausgelösten Umwandlungsprozesse finden bereits im Inneren der Neuschneedecke statt: Die destruktive (abbauende) Metamorphose beseitigt durch Schmelzen und Verdunsten komplizierte, verzweigte Kristallstrukturen und wandelt die Schneeflocken-Kristalle zu Eiskörnern um.

Neben der Temperatur spielt auch der Druck eine entscheidende Rolle, denn erhöhter Druck führt zum Schmelzen des Schnees, geringerer Druck zum Wiedergefrieren des Schmelzwassers.

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Die Lösung

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