Wetter und Astronomie
  Informationen - Schnee
 
Schnee


Entstehung von Schnee:


Schnee entsteht, wenn sich in den Wolken feinste Tröpfchen unterkühlten Wassers an Kristallisationskeimen (zum Beispiel Staubteilchen) anlagern und dort gefrieren. Dieser Prozess setzt jedoch erst bei Temperaturen unter -12 °C ein, wobei Wasser in Abwesenheit von Kristallisationsansätzen bei bis zu -40 °C flüssig bleiben kann. Die dabei entstehenden Eiskristalle, weniger als 0,1 mm groß, fallen durch zunehmendes Gewicht 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 Stammformen 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 können. Dadurch wird die Regelmäßigkeit der Kristalle durchbrochen und es bilden sich komplexe Mischformen der Grundformen aus. Sie weisen eine verblüffend hohe Formenvielfalt auf, sodass landläufig behauptet wird, es gäbe keine zwei identischen Schneekristalle. Über 6000 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, während sie beim Verdampfen Wärme aufnehmen.

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.

Die größte Komplexität der Schneekristalle zeigt sich bei einer hohen Luftfeuchtigkeit, da diese auch noch filigraneren Strukturen das Wachsen ermöglicht. Bei sehr niedrigen Temperaturen sind die Eiskristalle nicht nur kleiner und einfacher gebaut, sondern es schneit auch weniger als bei Temperaturen knapp unter dem Gefrierpunkt, da die Luft dann kaum noch Feuchtigkeit enthält.

 

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 Begriff Blitzeis verwendet. Diese Komponenten hängen von Struktur und Schichtungsstabilität der oberen und unteren Luftschichten, von geografischen Einflüssen sowie Wetterelementen wie zum Beispiel Kaltlufttropfen ab. Bei tiefen Temperaturen bilden sich nur sehr kleine Flöckchen, der so genannte Schneegriesel.

Die weiße Farbe des Schnees liegt 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 beispielsweise auch bei Salz beim Vergleich von Pulver und größeren Kristallen zu beobachten.

Der mittlere Durchmesser von Schneeflocken beträgt ca. fünf Millimeter, bei einem Gewicht von 0,004 Gramm. Je höher die Temperatur wird, desto größer werden die Flocken, da die Kristalle schmelzen und zu großen Flocken verkleben. Das Guinness-Buch der Rekorde verzeichnet für die größte je gesehene Schneeflocke einen Durchmesser von 38 Zentimetern.

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 allerdings unhörbar ist.

 

Da Schneeflocken eine große Oberfläche und somit einen hohen Luftwiderstand haben, fallen sie mit Geschwindigkeiten von etwa 4 km/h verhältnismäßig langsam – zum Vergleich: mittelschwerer Regen fällt mit ca. 20 km/h, Hagel kann noch weitaus höhere Geschwindigkeiten erreichen. Diese Geschwindigkeit ist relativ unabhängig von der Größe der Schneeflocken, da ihre Oberfläche fast proportional zu ihrem Gewicht wächst.

Schneekristalle, wie auch alle anderen irregulär geformten Objekte, tendieren dazu, mit ihrer flachsten Seite nach unten zu fallen. Dies erscheint zunächst unlogisch, weil man ja denken würde, dass Objekte sich so orientieren müssten, dass sie sich mit dem geringsten Widerstand durch die Luft bewegen. Wenn die flache Seite der Schneeflocke exakt parallel zur Fallrichtung wäre (geringster Widerstand), würde sie auch dort bleiben. Allerdings ist es sehr wahrscheinlich, dass sie sich während ihres Falles aufgrund von kleinen Störungen (Turbulenzen) einmal zur Fallrichtung neigt. Somit erfährt die Schneeflocke aufgrund der sie umströmenden Luft ein Kräftepaar; wegen der größeren Strömungsgeschwindigkeiten an den äußeren Enden. Dieses Kräftepaar dreht dann die Schneeflocke so, dass ihre flache Seite nach unten zeigt (Ebene der größten Ausdehnung der Flocke normal zur Fallrichtung). Demselben Mechanismus folgen ein fallendes Blatt von einem Baum, ein fallengelassenes Blatt Papier, Rayleighsche Scheibe zur Messung der Schallgeschwindigkeit, etc.

Eine andere Auswirkung von Turbulenzen ist, dass Schneeflocken und andere Objekte dazu tendieren, einander einzuholen. Ein Schneekristall, der in die Wirbelzone eines anderen gerät, kann darin schneller fallen, so dass er mit diesem kollidiert und verklumpt. Derselbe Effekt wird von Motorradfahrern genutzt, die im Windschatten fahren, und erlaubt Vögeln in V-Formationen energetisch günstiger zu fliegen als alleine. Ob der genannte Effekt der turbulenten Strömung eintritt oder nicht, hängt vom Objekt und dem Medium ab, in dem es sich bewegt. Beispielsweise erzeugen Staubkörner in Luft und Stahlkugeln in Honig in der Regel keine Verwirbelungen.


Eine Schneedecke verliert an Substanz, wenn Energie zugeführt wird. Dies kann durch Strahlung (kurzwellige Sonnenstrahlung oder langwellige Wärmestrahlung), Wärmeleitung (bei Lufttemperaturen über 0 °C) oder durch in den Schnee fallenden Regen geschehen, der wärmer als 0 °C ist. Wie schnell der Massenabbau vor sich geht, hängt nicht nur von der eingebrachten Energiemenge, sondern auch von Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit ab. Konkret verläuft der Abbau langsamer, je trockener die Luft ist, da zur Sublimation, also für den direkten Übergang des Wassers von der festen in die gasförmige Phase, eine gewisse Energie aufgebracht werden muss, wodurch der übrige Schnee gekühlt wird.

Anhand von Feuchttemperatur und Taupunkttemperatur unterscheidet man drei Stufen des Abbauprozesses. Die Feuchttemperatur ist hierbei die Temperatur, die von der feuchten Seite eines Psychrometers gemessen wird und stets kleiner (bei 100% Luftfeuchtigkeit gleich) der Lufttemperatur ist. Die Taupunkttemperatur ist diejenige Temperatur, bei der die feuchte Luft wasserdampfgesättigt wäre und ist wiederum kleiner als die Feuchttemperatur. Liegt die Feuchttemperatur unter 0 °C, sublimiert der Schnee. Dieser Prozess hat die langsamste Abbaurate, der Schnee bleibt dabei völlig trocken. Er kann bei bis zu 7 °C Lufttemperatur stattfinden, dazu muss die relative Feuchte jedoch unter 20% betragen. Liegt die Feuchttemperatur über 0 °C, die Taupunkttemperatur jedoch noch darunter, schmilzt der Schnee, das heißt er geht sowohl in die Gasphase als auch in die Flüssigphase über. Bei Taupunkttemperaturen oberhalb des Nullpunkts taut der Schnee, er geht ausschließlich in die Flüssigphase über. Dieser Prozess hat die schnellsten Abbauraten. Bei einer mittleren relativen Luftfeuchte von 50% sublimiert Schnee unterhalb von +3,5 °C, er schmilzt bei 3,5°-10 °C und taut oberhalb von 10 °C.

Wegen des hohen Luftgehaltes auch des am Boden verfestigten Schnees bleiben beim Schmelzen der Schneebedeckung flächenhafte Überschwemmungen aus. Das Wasser, das durch Flüsse abtransportiert wird, kann aber in den Flusstälern zu den bekannten Frühjahrsüberschwemmungen führen, weil der Schnee auf einer sehr großen Fläche taut und sich in den relativ schmalen Flussbetten als Wasser sammelt.


Weiteres, auch zu den verschiedenen Schneearten, könnt Ihr unter folgendem Link nachlesen:


 
  (Quelle: 
www.wikipedia.de)

 
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