Schnee
Im Gegensatz zum Regen, der flüssig ist, fällt Schnee als fester Niederschlag aus der Wolke und behält seine Konsistenz bis zum Aufprall auf den Boden bei. Er besteht aus kleinen Eiskristallen, die durch die Anlagerung von unterkühlten Wassertropfen an einem Kristallisationskeim entstehen. Dieser Keim kann beispielsweise ein Staubkorn sein. Die Bildung von Schnee beginnt ab einer Temperatur von -12 Grad Celsius.
Wenn es dann doch schneit, sind die Schneeflocken meist sehr klein und leicht, da sie aus gefriergetrocknetem Wasser bestehen. Diese kleinen Schneeflocken können sich dann auch bei starkem Wind nicht zu größeren Flocken verbinden, weshalb der Schneefall insgesamt geringer ausfällt. Es ist bemerkenswert, dass Wasser bei Temperaturen von bis zu -40 Grad Celsius flüssig bleiben kann, selbst ohne einen Kristallisationskern. Im Vergleich zu etwas höheren Temperaturen knapp unter dem Gefrierpunkt, wo es tendenziell mehr schneit, fällt in der Regel bei extrem niedrigen Temperaturen weniger Schnee. Das liegt daran, dass bei diesen tiefen Minusgraden kaum noch Feuchtigkeit in der Luft vorhanden ist. Wenn es dennoch schneit, bestehen die Schneeflocken in der Regel aus gefriergetrocknetem Wasser und sind daher klein und leicht. Diese kleinen Flocken können aufgrund des starken Windes nicht zu größeren Flocken zusammenwachsen, wodurch insgesamt weniger Schnee fällt.
Der faszinierende Aufbau der Eiskristalle
Während der Kristallisation bilden sich Eiskristalle mit einem Durchmesser von bis zu 0,1 Millimeter. Aufgrund des Unterschieds im Dampfdruck zwischen dem unterkühlten Wasser und dem Eis nehmen die herabfallenden Eiskristalle an Volumen zu. Zusätzlich wird das Wachstum durch das Gefrieren des in der Luft enthaltenen Wasserdampfs angeregt. Die Kristalle haben eine sechseckige Struktur aufgrund der Wassermolekül-Struktur, die nur Winkel von 60 bis 120 Grad erlaubt. Es gibt eine Vielzahl von Variationen von Eiskristallen.
Diese verschiedenen Formen entstehen durch die Kristallisation, bei der sich die Moleküle in einem regelmäßigen Muster anordnen. Die Größe und Form der Kristalle hängt auch von den chemischen Eigenschaften der Ausgangssubstanz ab. Einige Materialien bilden große und komplexe Kristalle, während andere kleine und einfache Kristalle bilden. Die Farbe eines Kristalls wird durch die Art der Atome und Moleküle bestimmt, aus denen er besteht. Zum Beispiel verleiht Eisenoxid einem Kristall eine rötliche Farbe, während Kupfersulfat einen blauen Kristall ergibt. Ein interessanter Aspekt von Kristallen ist ihre Fähigkeit zur Spiegelung und Brechung von Licht. Diese optischen Eigenschaften machen sie zu begehrten Schmuckstücken und wichtigen Komponenten in der Technologie, wie beispielsweise in Lasern und Solarzellen. Insgesamt sind Kristalle ein faszinierendes und vielfältiges Phänomen, das uns sowohl ästhetisch als auch wissenschaftlich beeindruckt. Obwohl sie oft nur als kleine Partikel betrachtet werden, sind sie doch ein wichtiger Teil unseres täglichen Lebens und haben eine große Bedeutung in vielen Bereichen der Wissenschaft und Technologie.
Die Entstehung der komplexesten Muster findet vor allem bei hoher Luftfeuchtigkeit statt, da diese das Wachstum von filigranen Strukturen begünstigt. Bei niedrigeren Temperaturen hingegen sind die Eiskristalle einfacher und kleiner gestaltet. Es können jedoch auch beeindruckende Kombinationen aus Plättchen und Dendriten entstehen.
Bei starken Aufwinde können Eiskristalle mehrmals senkrecht durch die Atmosphäre bewegt werden, wodurch sie mehrfach schmelzen und wieder kristallisieren. Dadurch entstehen komplexe Mischformen und die zuvor regelmäßige Struktur wird unterbrochen.
Die Vielfältigkeit der Schneekristalle ist bemerkenswert. Der Fotograf Wilson A. Bentley hat eine beeindruckende Sammlung von mehr als 5000 verschiedenen Eiskristallbildern zusammengestellt. Es wird angenommen, dass kein Eiskristall jemals in genau der gleichen Form entstehen wird, wie ein anderer zuvor oder in der Zukunft. Jeder einzelne Schneekristall ist somit einzigartig und unverwechselbar. Eine auffällige Eigenschaft der Eiskristalle ist ihre häufige Symmetrie. Dennoch überwiegen die asymmetrischen, als unregelmäßig empfundenen Formen gegenüber den symmetrischen.
Dadurch erscheint der Schnee als weiß. Wenn die Lufttemperatur nahe dem Gefrierpunkt liegt, verbinden sich die Eiskristalle mithilfe von kleinen Wassertröpfchen und bilden so eine Schneeflocke. Bei höheren Temperaturen sind die Flocken normalerweise größer, während sie bei niedrigeren Temperaturen kleiner sind, da die Kristalle bei höheren Temperaturen schmelzen und zu größeren Flocken zusammenkleben. Obwohl Eiskristalle an sich transparent und farblos sind, erscheint Schnee weiß. Dies liegt daran, dass das Licht sichtbarer Wellenlängen an der Oberfläche der Eiskristalle, die mit der Luft in Kontakt steht, reflektiert und gestreut wird. Dadurch erscheint der Schnee für uns als weiß.