Schnee zählt zu den faszinierendsten Dingen, die die Natur zu bieten hat. Schneeflocken besteht aus Eiskristallen, die unzählige Formen und Größen aufweisen können. Dennoch haben sie immer eines gemeinsam: Sie sind sechseckig. Woran liegt das eigentlich?
Zunächst einmal wollen wir über einige Begrifflichkeiten aufklären. »Schneeflocken« sind der Oberbegriff für viele Eiskristalle unterschiedlicher Form. Je nach Temperatur und Feuchtigkeit können sich Plättchen, Säulen, sternenförmige Dendriten oder Eisnadeln bilden. Da die atmosphärischen Bedingungen nie genau gleich sind und auch der Weg durch die Atmosphäre einzigartig ist, gleicht keine Schneeflocke der anderen.
Der Prozess der Kristallisation
Um die sechseckige Form der Eiskristalle zu verstehen, muss man noch etwas tiefer in die Physik einsteigen. Das Wassermolekül besteht aus zwei Atomen Wasserstoff und einem Atom Sauerstoff. Die Wasserstoffatome und das Sauerstoffatom bilden einen Winkel von ca. 105 Grad. Dabei ist die Ladung der Wasserstoffatome leicht positiv, die des Sauerstoffatoms leicht negativ. Bei der Anordnung im Kristallgitter sind Wassermoleküle daher nicht frei, sondern sie ordnen sich energetisch günstig an. Dadurch entstehen Tetraeder (dreiseitige Pyramiden), die letztendlich die hexagonale (sechseckige) Form der Eiskristalle ergeben. An den Ecken der Eiskristalle ist die Wachstumsrate am größten, weshalb sich die Eiskristalle von der Grundform einer sechseckigen Platte zu sechsstrahligen Sternen entwickeln.
Jedes Eiskristall ist – zumindest nach dem der Stand der Wissenschaft – einzigartig. Sind aber immer sechseckig angeordnet und symmetrisch. Weitere spektakuläre Bilder und interessante Informationen zu Eiskristallen findet ihr auf der Website Cryosity von Dr. Helene Hoffmann und Ing. Thomas Hoffmann.
Warum wachsen Eiskristalle unterschiedlich und sind symmetrisch?
Darauf haben selbst Wissenschaftler, die sich seit Jahren mit Schneekristallen beschäftigen, keine allumfassende Antwort. Es ist bekannt, dass sich die Wassermoleküle um das Eiskristall so anordnen, dass Anziehungskräfte maximiert und Abstoßungskräfte minimiert werden. Dabei sind symmetrische Anordnungen besonders stabil. Die Einzigartigkeit von Schneeflocken wird hauptsächlich auf die Einzigartigkeit von atmosphärischen Bedingungen zurückgeführt. Jedes Eiskristall erfährt während seines Falls zu Boden quasi unvergleichliche Bedingungen.
Luftfeuchte für Form des Kristalls entscheidend
Bei Temperaturen nur wenig unter 0 Grad und hoher Feuchte bilden sich zum Beispiel sehr komplexe Verästelungen der Schneekristalle aus. Daher können die Schneeflocken unter diesen Bedingungen auch sehr groß werden, da sich die Eiskristalle gut ineinander „verhaken“ können. Temperaturen um -7 Grad bilden hauptsächlich Eissäulen, -nadeln oder -prismen, die weniger dazu neigen, zu größeren Schneeflocken zusammenzuwachsen. Bei Temperaturen ab -15 Grad bilden sich hingegen wieder stärkere Verästelungen. Bei extrem tiefen Temperaturen unter -20 Grad bilden sich meist Plättchen oder Säulen.
Die obige Abbildung wird das „Snow Crystal Morphology Diagram“ genannt. Es wurde in den 1930er Jahren vom japanischen Physiker Ukichiro Nakaya und seinen Mitarbeitern entdeckt. Unter verschiedenen Bedingungen ließen die Wissenschaftler Eiskristalle im Labor entstehen und beobachteten deren verschiedene Formen.
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