Autor

Joachim Haß
Joachim Haß

Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation, Göttingen

Joachim Haß (26 Jahre) hat in Göttingen Physik studiert. Seit Dezember 2005 arbeitet er am MPI für Dynamik und Selbstorganisation in der Abteilung für Nichtlineare Dynamik an seiner Doktorarbeit über die neuronale Repräsentation von Zeit und Bewegung.

Frage:

Wie entsteht eine Schneeflocke?

Antwort:

Schneeflocken gehören zu den schönsten, filigransten Kunstwerken, die die Natur zu bieten hat. Wie viel Aufwand und Kunstfertigkeit müsste etwa ein Glasbläser aufbringen, um ein Objekt von solcher Komplexität und Schönheit zu schaffen! Da scheint es unglaublich, dass die Natur dafür nicht viel mehr benötigt als etwas Wasser, ein paar günstige Bedingungen und vor allem eine Menge Zufall.

Wie entsteht also eine Schneeflocke? Als erstes muss man klarstellen, dass Schnee etwas anderes ist als gefrorener Regen. Der besteht nämlich nur aus lauter hart gewordenen Tropfen, die eher langweilig aussehen. Schneeflocken bilden sich direkt in den Winterwolken, und zwar aus Wasserdampf, der ohne Umweg über das flüssige Wasser direkt zu Eis wird. Es mag überraschen, dass es bei so tiefen Temperaturen überhaupt noch Wasserdampf geben kann. Aber Wasser gefriert eben nicht sofort, wenn die Temperatur unter den Gefrierpunkt sinkt. Eis ist mehr als kaltes Wasser, es ist fest und hat eine Struktur. Unter dem Mikroskop kann man erkennen, dass es sich bei Eis um einen Kristall handelt mit einem sehr regelmäßigen sechseckigen Wabenmuster. Dieses Muster bildet sich nicht einfach spontan. Die frei fliegenden Wasserteilchen brauchen einen Punkt, an dem sie sich sammeln können.

In den Wolken finden sie solche Sammelplätze in Form von kleinen Staubkörnern, die aus der Sicht eines Wasserteilchens wie eine riesige Landefläche wirken. An solchen Körnern können sie gefrieren, einen kleinen Eisklumpen bilden und weitere Teilchen anziehen: Der Schneekristall wächst wie eine Perle in einer Muschel.

Sobald sich solche Eiskeime gebildet haben, kommt der Zufall ins Spiel. Das weitere Wachstum hängt stark von der Temperatur und Luftfeuchtigkeit ab. Die sind aber nicht überall in der Wolke gleich. Während die Schneeflocke auf die Erde fällt, kann sie ganz unterschiedliche Umgebungen durchlaufen und sich unterschiedlich entwickeln. Am Anfang wächst der Kristall meistens ganz regelmäßig in alle Richtungen und bildet ein sechseckiges Plättchen. Diese Struktur entspricht am besten der gewinkelten Form der Wassermoleküle und ist daher am einfachsten zu bilden. Wenn sich aber die Umgebung ändert, hört diese Art von Wachstum auf, und an den sechs Ecken beginnen sich Äste zu bilden. Die werden immer länger und verästeln sich immer feiner.

Warum gerade an den Ecken? Sie ragen aus den Plättchen hervor und sind für die Teilchen aus dem Wasserdampf leichter erreichbar. An den Kanten lagern sich auch weiterhin Teilchen an, aber die Ecken wachsen eben schneller. So wird aus einer Ecke ein Ast und aus kleinen Buckeln weitere Verästelungen. Und wenn sich Temperatur und Feuchte nochmals ändern, bilden sich möglicherweise wieder sechseckige Plättchen an jedem dieser Arme, und dann wieder Verzweigungen an deren Ecken und so fort.

Der Formenvielfalt der Schneeflocken scheint keine Grenze gesetzt zu sein. Wofür ein Künstler seinen ganzen kreativen Geist einsetzen müsste, das schafft die Natur buchstäblich aus der Luft.

 
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