Schneemänner im Sonnenstaat

News: Schneemänner im Sonnenstaat

Pünktlich zu Weihnachten bescherte der Winter die passende Kulisse zum Fest. In Südkalifornien, wo Schneefall als ausgeschlossen gelten darf, erforschen Wissenschaftler, wie die Schneekristalle entstehen und unter welchen Umständen kein Kristall dem anderen gleicht.

Kenneth Libbrecht vom California Institute of Technology in Pasadena lässt es mitten in Kalifornien schneien: Dazu füllt der Physiker zunächst etwas warmes Wasser in einen eiskalten Tank. "Anschließend blasen wir kleine Partikel als Kristallkeime in die Wasserdampf-gesättigte Luft hinein. Während ihres Absinkens im Tank wachsen die so gezeugten Schneeflocken stetig an und wir können dabei jedes Detail genau beobachten", berichtet Libbrecht. Dabei interessiert den Forscher vor allem, welchen Einfluss Temperatur und Dampfsättigung auf die Kristallbildung haben.

Nach vier Jahren Forschungserfahrung kann der Wettermacher heute nach Belieben etwa die für Norwegen typischen sechsstrahligen Eissterne hervorzaubern oder aber die schlichten Eissäulen der Antarktis auslösen. Der Schlüssel dazu ist ein Temperaturprofil, mit dem der Physiker gezielt Schnee züchten kann. "Unter kontrollierten Bedingungen wachsen Schneekristalle bei minus zwei Grad Celsius plattenförmig. Verringern wir die Temperatur auf minus fünf Grad, dann entstehen dünne lange Eissäulen", so Libbrecht.

Wenn Wasser friert, schließen sich seine Moleküle zu wabenförmigen Sechsecken zusammen. Besitzt die Umgebungsluft genügend Feuchtigkeit, dann saugen diese Aggregate weiteres Wasser auf und sammeln es in den symmetrischen Vertiefungen des Kristalls. Gefriert dieses Wasser schließlich auch, quillt aus seinen Reservoirs heraus, etwa wie gefrorener Sekt aus einer Flasche, und es entstehen dabei neue Säulen und Plättchen der Schneesterne.

Nach ihrer "Geburt" fällt eine Schneeflocke durch verschiedene Temperaturschichten zu Boden. Dabei verursacht jeder Temperaturwechsel auch eine Änderung im Wachstum der feinen Kristallarme: Mal entstehen neue Schneeplättchen, mal dagegen kleine Säulen, überdies kann die Flocke antauen und gleich wieder neu gefroren werden. Weil aber jeder einzelne Kristallkeim in seinem Flug ein einzigartiges Temperaturprofil passiert und überdies die Flocken durch den Wind unberechenbar durcheinandergewirbelt werden, ist zumindest ein Rätsel gelöst: Keine Schneeflocke gleicht der anderen – solange es nur warm genug ist. In der extrem kalten und trockenen Luft der Antarktis dagegen gleichen sie sich wie ein Ei dem anderen – hier entstehen nur schlichte Symmetrien und nur ganz langsam.

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