Leise rieselt der Schnee

Dieser Winter ist vielerorts ein echter. Über die Schönheit und Wissenschaft von Schneekristallen.

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Es schneit. Wer früh mit dem Auto los muss, mag darüber nicht so begeistert sein. Viele aber freuen sich über die weiße Pracht, die alles überdeckt und die Welt leiser, heller und weicher macht.

Millionen Milliarden Schneeflocken fallen jede Sekunde in einem durchschnittlichen Jahr auf die Erde. Wie viele es genau sind, weiß keiner so genau. Der Schneefall reiche aus, um alle zehn Minuten einen Schneemann für jeden Menschen auf dem Erdball zu bauen, schätzt der bedeutendste Schneeforscher (Öffnet in neuem Fenster) der Welt, Kenneth Libbrecht, Physiker am California Institute of Technology in Pasadena.

Schneeflocken bestehen aus einzelnen oder meist mehreren Schneekristallen. Doch trotz der Fülle an Flocken, die durch die Luft wirbeln: Jeder Schneekristall ist einzigartig. Keiner der unzähligen Milliarden gleicht dem anderen, weil jeder Kristall einen anderen Weg (Öffnet in neuem Fenster) durch die Atmosphäre zurückgelegt: Sich anders gedreht und gewendet hat und auf seinem bis zu 30-minütigen Fall unterschiedliche Temperatur- und Luftbedingungen erlebte.

Der Farmer Wilson Alwyn Bentley (1865 bis 1931) aus Vermont war der Erste, der die einzigartige und vielfältige Schönheit der Schneekristalle fotografisch festhielt. Bis zu seinem Tod vor fast 100 Jahren hatte er über 5000 Schneekristalle fotografiert.

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Das zu tun, ist gar nicht einfach. Ein Schneekristall ist eine fragile Schönheit. Er kann leicht zerbrechen und schmilzt, wenn die Temperatur 0 Grad Celsius erreicht. Bentley hatte seine erste mikroskopische Fotografie eines Schneekristalls im Jahr 1885 gemacht. Er fing die Flocken mit einem Tablett auf, das er mit einem Stückchen Samtstoff umschlagen hatte.

Mit einem dünnen Holzsplint schob er den Schneekristall auf einen vorgekühlten Objektträger und legte ihn unter das Mikroskop. Mit einer Feder rückte er das hochempfindliche Material ins rechte Licht. „Jeder Kristall war ein Meisterwerk und keiner wurde in seiner Gestalt jemals wiederholt. Wenn eine Schneeflocke schmolz, war dieses Design für immer verloren“, schrieb Bentley 1925 in einem Bericht (Öffnet in neuem Fenster).

Wie Schneekristalle entstehen

Hagel und Graupel fallen auf die Erde, wenn Wassertröpfchen in der Luft gefrieren. Schneekristalle dagegen bilden sich, „wenn Wasserdampftröpfchen direkt vom gasförmigen in den festen Zustand übergehen“, erklärt eine virtuelle Ausstellung (Öffnet in neuem Fenster) der Universitätsbibliothek Regensburg.

Dafür braucht es einen so genannten „Kristallisationskeim“. Das sind winzige Staub- oder Schmutzpartikel, Pollen oder Sporen, die nicht etwa aus den Betten stammen, die Frau Holle über der Welt ausschüttelt, sondern natürlicherweise zuhauf in der Atmosphäre zu finden sind.

Die Wassermoleküle lagern sich an die Partikel an. Nach und nach kommen immer mehr dazu, ein Eiskristall entsteht. Der Kristall fängt dann – meist bei Temperaturen zwischen minus 6 und minus 15 Grad – viele andere Wasserdampfmoleküle ein, die in seiner Nähe schweben. Diese gefrieren ebenfalls, der Kristall wächst.

Meist nehmen die Wasserkristalle eine sechseckige Form ein. Der Grund liegt in der Struktur der einzelnen Wassermoleküle, die aus einem Atom Sauerstoff und zwei Atomen Wasserstoff aufgebaut sind. Um eine stabile Struktur zu bilden, ordnen sich diese in einem Sechsring an. Um einen Schneekristall von einem Millimeter Durchmesser zu bilden, braucht es rund 100 Trillionen Wassermoleküle.

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Wie groß die Schneekristalle werden und welche Form sie annehmen, entscheiden letztlich die äußeren Bedingungen – hauptsächlich die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit. Ist die Luftfeuchtigkeit hoch, wachsen die Kristalle schneller und sind stärker verzweigt. Meist entstehen dabei symmetrische, filigrane Schönheiten.

„Wir alle kennen die seltsame geometrische Schönheit einer Schneeflocke. Durch eine Lupe betrachtet ist sie geradezu atemberaubend. … Sie ist eine verwirrende Mischung von Regelmäßigkeit und Zufall, von Ordnung und Unordnung, von Muster und sinnlosem Durcheinander.“

(Ian Stewart (Öffnet in neuem Fenster), britischer Mathematiker und Verfasser des Buches: „Die Schönheit der Schneeflocke – Mathematik in der Natur“)

Der Schneeforscher Kenneth Libbrecht kann anhand der Gestalt von Schneeflocken exakt die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit der Wolken bestimmen, aus denen die Flocken fallen.

Libbrecht unterteilt Schneekristalle in 35 verschiedene Typen. Darunter sind die klassischen sechsstrahligen Kristalle, aber auch Säulen, Plättchen und Nadeln, Staubkristalle, dreieckige Exemplare, farnähnliche Sternenkristalle und zwölfstrahlige Varianten, die dann entstehen, wenn zwei sechsarmige Kristalle miteinander verschmelzen.

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Schneeflocken, so groß wie Milchkannen?

Größere Schneeflocken entstehen, wenn viele, viele Schneekristalle sich ineinander verhaken. Die größten sollen 1887 (Öffnet in neuem Fenster) während eines Sturms im US-Bundesstaat Montana gefallen sein. „Größer als Milchkannen“ mit einer Breite von mehr als 35 Zentimetern seien diese Flocken nach Angaben eines ansässigen Ranchers gewesen. Ob das stimmt, weiß keiner so genau. Einen Beweis dafür gibt es nicht. Den Sprung ins Guiness-Buch der Rekorde schafften diese Schneeflocken aber trotzdem.

Wenn es wenig windig ist, dafür aber feucht, können sich, so die Fachleute, schon einmal walnuss- bis tellergroße Schneeflocken bilden. Da sie rasch zerbrechen, sind sie äußerst selten zu sehen.

Einzelne Schneekristalle sind meist nur bis wenige Millimeter groß. Kenneth Libbrecht fotografierte den bisher größten. Er maß von einer Spitze bis zur gegenüberliegenden Spitze 10 Millimeter.

Wie schnell die Flocken zu Boden fallen, hängt von ihrer Größe, von ihrem Gewicht und auch davon ab, ob ihnen Luftströmungen und Wind Immer mal wieder Auftrieb nach oben geben. Schneeflocken fallen in der Regel mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 2 Metern pro Sekunde vom Himmel. Je höher die Wolke hängt, in der sie sich bilden, desto länger die Reise, die wenige Minuten bis zu einer halben Stunde dauern kann.

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Wenn sie dann unten ankommen, ist es wie ein Wunder: „How full of the creative genius is the air in which these are generated! I should hardly admire more if real stars fell and lodged on my coat“, sagte der US-Schriftsteller Henry David Thoreau (1817 bis 1862). Er bewunderte die Schneeflocken auf seinem Mantel fast so, als würden es echte Himmelssterne sein.

Text: Dr. Ulrike Gebhardt

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