Schnee
Schnee ist ein Niederschlag, der aus feinen Eiskristallen besteht.
Sternförmiger Eiskristall
Plättchenform
Mischform
Kristallbildung
Schnee entsteht, wenn sich in den Wolken feinste Tröpfchen unterkühlten Wassers an Kristallisationskeimen (zum Beispiel ein Staubteilchen) anlagern und dort gefrieren. Dieser Prozess setzt jedoch in der Regel erst bei Temperaturen unter -10 °C ein, wobei noch bis -40 °C auch flüssiges Wasser existiert. Die dabei entstehenden Eiskristalle, weniger als 0,1 mm groß, fallen nach unten und wachsen durch den Unterschied des Dampfdrucks zwischen Eis und unterkühltem Wasser weiter an. Auch resublimiert der in der Luft enthaltene Wasserdampf, geht also direkt in Eis über und trägt damit zum Kristallwachstum bei. Es bilden sich die bekannten sechseckigen Formen aus. Wegen der besonderen Struktur der Wassermoleküle sind dabei nur Winkel von 60° bzw. 120° möglich.
Die unterschiedlichen Grundformen der Schneekristalle hängen von der Temperatur ab – bei tieferen Temperaturen bilden sich Plättchen oder Prismen aus, bei höheren Temperaturen sechsarmige Dendriten (Sterne). Auch die Luftfeuchtigkeit beeinflusst das Kristallwachstum.
Herrscht eine hohe Thermik, so bewegen sich die Kristalle mehrfach vertikal durch die Atmosphäre, wobei sie teilweise aufgeschmolzen werden und wieder neu kristallisieren. Dadurch wird die Regelmäßigkeit der Kristalle durchbrochen und es bilden sich komplexe Mischformen der Grundformen aus. Sie weisen eine verblüffend hohe Formenvielfalt auf, so dass landläufig behauptet wird, es gäbe keine zwei identischen Schneekristalle. Über 6.000 verschiedene Kristallformen wurden 1962 von Bentley und Humphreys gezählt. Wenn sich Schneekristalle bilden, steigt in der Wolke auch die Temperatur, denn beim Gefrieren geben die Kristalle Wärme ab.
Ebenso verblüffend wie die beobachtete Formenvielfalt ist ihre ausgeprägte Symmetrie, die Schneekristallen eine hohe Selbstähnlichkeit verleiht und sie zu einem Vorzugsbeispiel der fraktalen Geometrie werden ließ (Koch-Kurve). Die verschiedenen Verästelungen wachsen in einem Exemplar stets in derselben Weise und offenbar mit ähnlicher Geschwindigkeit, auch wenn ihre Spitzen, an denen sie weiter wachsen, oft mehrere Millimeter auseinander liegen. Ein möglicher Erklärungsversuch, der ohne Annahme einer Wechselwirkung über diese Entfernung hinweg auskommt, besteht in dem Hinweis, dass die Wachstumsbedingungen an verschiedenen vergleichbaren Keimstellen an den Spitzen zu gleichen Zeitpunkten sicherlich immer recht ähnlich sind. Eine detaillierte Darstellung zu diesem Thema findet sich in einem am Schluss des Artikels angegebenen Weblink.
Die größte Komplexität der Schneekristalle zeigt sich bei einer hohen Luftfeuchtigkeit, da diese auch noch filigraneren Strukturen das Wachsen ermöglicht. Bei weniger als minus 30 Grad schneit es meist nicht mehr, da die Luft dann zu trocken ist, um noch Schneekristalle zu bilden. Es können allerdings unter Umständen Wolken mit bereits augebildeten Schneekristallen durch Advektion herangeführt werden. Derartige Schneewolken sind grundsätzlich dunkel, denn je größer die Wolke, desto größer ist auch die Feuchtigkeit. Somit lässt die Wolke weniger Licht durch und wird dunkler.
Schneeflocken
Foto: Wilson Bentley
Liegt die Lufttemperatur nahe am Gefrierpunkt, so werden die einzelnen Eiskristalle durch kleine Wassertropfen miteinander verklebt und es entstehen an einen Wattebausch erinnernde Schneeflocken. In starken Schauern kann es allerdings auch bei Temperaturen um 5 Grad oder noch etwas darüber schneien. Andererseits kommt es vor, dass auch bei unter Null Grad Regen fällt, dann als gefrierender Regen. Für diesen Effekt wird in manchen Medien der irreführende Begriff Blitzeis verwendet (mit der Wettererscheinung Blitz hat gefrierender Regen nichts zu tun). Diese Komponenten hängen von Struktur und Schichtungsstabilität der oberen und unteren Luftschichten, von geographischen Einflüssen sowie Wetterelementen wie zum Beispiel Kaltlufttropfen ab. Bei tiefen Temperaturen bilden sich nur sehr kleine Flöckchen, der so genannte Schneegriesel.
Schneeflocken enthalten bis zu 95 % Luft. Die Luft sorgt für eine geringe Dichte der Schneeflocke, weswegen sie mit Geschwindigkeiten von etwa 0,2 m/s herunterfällt, also verhältnismäßig langsam.
Auch die weiße Farbe des Schnees liegt ebenfalls darin begründet, dass der Schnee aus Eiskristallen besteht. Jeder einzelne Kristall ist - wie Eis als solches - transparent; das Licht aller sichtbaren Wellenlängen wird an den Grenzflächen zwischen den Eiskristallen und der umgebenden Luft reflektiert und gestreut. Eine ausreichend große Ansammlung von Eiskristallen mit zufälliger Lagebeziehung zueinander führt damit insgesamt zu diffuser Reflexion; Schnee erscheint daher weiß. Ein ähnlicher Effekt ist bspw. auch bei Salz beim Vergleich Pulver vs. größerer Kristall zu beobachten.
Die größte je gesehene Schneeflocke hatte einen Durchmesser von zwölf Zentimeter. Meist sind es aber nur fünf Millimeter bei einem Gewicht von 0,004 Gramm. Je höher die Temperatur wird, desto größer werden die Flocken. Wird es wärmer, schmelzen die Kristalle und verkleben zu großen Flocken.
Eine Schneeflocke schwebt mit einer Geschwindigkeit von 0,9 km/h auf die Erde (zum Vergleich: Regen fällt mit 36 km/h). Fällt eine Schneeflocke auf Wasser, dann erzeugt sie aufgrund der in ihr eingeschlossenen Luftblasen einen schrillen hohen Ton mit einer Frequenz von 50 bis 200 Kilohertz, der für Menschen unhörbar, aber dafür unangenehm für viele Fische ist.
Schneeschmelze
Schnee schmilzt bei Temperaturen über dem Schmelzpunkt des Wassers, also bei 0 °C, aber auch durch Sonnenbestrahlung. Hier ist auch Sublimation möglich, das heißt ein direkter Phasenübergang von Schnee zu Wasserdampf ohne dass der Schnee schmelzen würde. Je trockener die Luft ist, umso weniger schmilzt der Schnee, da der übrige Schnee durch die Sublimationskälte gekühlt wird.
Wegen des hohen Luftgehaltes auch des am Boden verfestigten Schnees bleiben beim Schmelzen der Schneebedeckung die flächenhaften Überschwemmungen aus. Das Wasser, das durch Flüsse abtransportiert wird, kann aber in den Flusstälern zu den bekannten Frühjahrsüberschwemmungen führen, weil der Schnee aus einer sehr großen Fläche taut und sich in den relativ schmalen Flussbetten als Wasser sammelt.
Schneearten
Es gibt verschiedene Kriterien, anhand deren man den Schnee einteilen kann.
Alter
- Neuschnee ist frisch gefallener Schnee, der nicht älter als drei Tage ist. Die Eiskristalle sind noch fein verzweigt mit spitzen Zacken.
- Altschnee liegt bereits mindestens drei Tage. Durch Temperatur und Druck sind die Kristalle weniger stark verästelt und abgerundeter.
- Harsch ist Altschnee, der durch Schmelzen und Gefrieren an der Oberfläche eine feste, gefrorene Schicht ausgebildet hat, während der Schnee darunter pulverartig bleibt. Je nach Dicke der harten Schicht kann schon durch leichte Zusatzbelastungen die Harschdecke durchbrochen werden. Siehe auch: Harscheisen
- Firn ist mindestens ein Jahr alt. Seine Dichte ist höher (über 0,6 g/cm³). Die feinen Eiskristalle sind durch wiederkehrendes Auftauen und Gefrieren zu größeren Eisbrocken verschmolzen. Aus dem Firnschnee können im Laufe der Zeit Gletscher entstehen. Siehe auch: Firnfeld
Feuchtigkeit
- Pulverschnee ist trockener Schnee, der auch unter Druck nicht zusammenklebt. Seine Dichte liegt unter 60 kg/m³.
- Feuchtschnee klebt unter Druck zusammen und eignet sich daher besonders für Schneebälle und Schneemänner, es lässt sich jedoch kein Wasser herauspressen. Er wird auch Pappschnee genannt, weil er zusammenpappt.
- Nassschnee oder Sulz (auch: Sulzschnee) ist sehr schwer und nass, er klebt ebenfalls zusammen und man kann Wasser herauspressen.
- Faulschnee ist ein Gemisch aus Wasser und größeren Schneebrocken, die nicht mehr gut zusammenhalten (Schneematsch).
- An der Temperaturgrenze (Übergang in der Höhe oder bei Wetterumschwüngen) fällt Schneeregen, das heißt ein Gemisch aus Schnee und Regen.
Farbe
- Blutschnee ist meist durch eine Massenentwicklung von Blutalgen (z.B. Chlamydomonas nivalis) oder Ur-Insekten, aber auch durch das Niedergehen rötlicher Staubmassen aus der Sahara rötlich verfärbter Schnee.
- Eine ebenfalls durch kryophile (kälteliebende) Schneealgen hervorgerufene grüne Färbung wurde in Gletschern und arktischen Schneeflächen entdeckt.
Auftreten und Ursprung
- Flugschnee ist sehr feiner Schnee, der durch die Wirkung des Windes in Häuser eindringt.
- Schneeverwehung: ist eine durch Windtransport bedingte Schneeansammlung, deren Höhe sich deutlich über der eigentlichen Niederschlagsmenge befinden kann
- Kunstschnee ist künstlich erzeugter Schnee
Bedeutung
Auswirkungen auf das Klima und die Lebewelt
In Gebieten mit einer gut ausgebildeten Schneedecke wird durch die hellere Bodenfarbe mehr Wärmestrahlung zurück in die Atmosphäre reflektiert und der Boden nimmt dementsprechend weniger auf. Nicht zuletzt muss zum Schmelzvorgang des Schnees die so genannte Schmelzwärme aufgebracht werden, die dann als Wärmeenergie verloren geht. Durch die eingeschlossene Luft bildet Schnee auch einen guten Wärmeisolator, der Pflanzen unter der Schneedecke vor scharfem Frostwind schützt.
Rolle für den Menschen
Für den Menschen spielt der Schnee neben seiner ästhetischen Bedeutung in seiner Rolle als Metapher für den Winter wirtschaftlich vor allem in der Freizeitgestaltung und damit auch für den Tourismus eine wichtige Rolle (siehe auch Wintersport). Vor allem bei Kindern beliebt ist das Bauen von Schneemännern und das Austragen von Schneeballschlachten.
Eine große Gefahr vor allem für Wintersportler geht von Lawinen aus, denen in extremen Fällen aber auch schon ganze Dörfer zum Opfer gefallen sind.
Auch durch Glätte auf Verkehrswegen stellt Schnee eine Gefahr dar und führt nicht selten zu einem vollständigen Zusammenbruch des Verkehrsflusses. Nach starken Schneefällen sind Straßen oft nur noch mit Hilfe von Schneeketten passierbar. Winterräumdienste sind mit der Beseitigung des Schnees beauftragt, doch ist die Schneeräumung mittels Schneepflug, Schneefräse oder anderer Hilfsmittel auch für Privatpersonen eine weit verbreite Beschäftigung in den Wintermonaten.
Wo der Schnee auf natürliche Weise nicht mehr entsteht, behilft man sich mit Kunstschnee, der mit Hilfe von Schneekanonen produziert wird.
Schneeforschung
Geschichte
Die streng hexagonale Struktur von Schneeflocken war im Kaiserreich China schon mindestens seit dem 2. Jahrhundert v. Chr. bekannt. Im Abendland bemerkte diese Eigenschaft erstmals der englische Mathematiker Thomas Harriot im Jahre 1591, der seine Beobachtung jedoch nicht publizierte. Arbeiten über die Formelvielfallt der Schneekristalle sind auch von Johannes Kepler und René Descartes bekannt, doch erste systematische Untersuchungen unternahm erst Ukichiro Nakaya, der 1936 als Erster synthetische Schneeflocken herstellen konnte und diese 1954 in über 200 verschiedene Typen kategorisierte.
Schneemessungen
Messungen der Schneemenge werden mit Hilfe üblicher Regenmesser durchgeführt, bei denen zum Schutz gegen Verwehungen Schneekreuze angebracht sind. Die Mächtigkeit der Schneefläche wird mit Schneepegeln oder Schneesonden bestimmt. Der Zuwachs kann auch mit Ultraschall gemessen werden. Beim Deutschen Wetterdienst werden die Schneedeckenmächtigkeit und die Neuschneehöhe täglich um 7:30 Uhr gesetzlicher Zeit gemessen.
Der Wasseranteil (Wasseräquivalent einer Schneedecke) und die Schneedichte haben Bedeutung für die Klimatologie und Hydrologie. Auch die Schneegrenze ist eine wichtige klimatologische Kenngröße. Die Schneegrenze trennt schneebedeckte und schneefreie Gebiete voneinander.
Siehe auch
Weblinks
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- englischsprachig, zur Formenvielfalt der Schneekristalle
- Alles über Schneeflocken bzw. -Kristalle (engl.)
- Schneekunde des Kärntener Lawinenwarndienst (PDF)
- Eskimo-Ausdrücke für unterschiedliche Schneearten (englisch)
- Skriptum: Schnee und Lawinen von Prof. Gerhard Lieb - Institut für Geographie und Raumforschung, Graz
- Schneealgen mindern Treibhauseffekt - Rote Algen auf Schneefeldern nehmen Kohlendioxid durch Photosynthese auf